Розрахунок системи електропривода виробничого механізму

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство Транспорту РФ.

Новосибірська державна академія водного транспорту.

Кафедра

"Електрообладнання суден і берегових споруд"

Курсова робота

з "Теорії електроприводу"

тема:

Розрахунок системи електропривода виробничого механізму

Новосибірськ 2009р.

Зміст

1. Введення

2. Завдання на курсову роботу

3. Визначення сил і моментів

4. Попередній розрахунок потужності електродвигуна

5. Визначення передатного числа редуктора

6. Побудова тахограмми і навантажувальних діаграм

7. Перевірка двигуна по перевантажувальної здатності і потужності

8. Розрахунок і побудова механічних (електромеханічних) характеристик електроприводу

9. Розрахунок і побудова графіків перехідних процесів електроприводу , і

10. Перевірка двигуна по нагріванню з урахуванням реальних перехідних режимів

11. Розрахунок і вибір пускових резисторів приводного АТ

12. Принципова електрична схема електроприводу виробничого механізму

Висновок

Список використаної літератури

Введення

Курсове проектування є важливим етапом вивчення курсу "Теорія електропривода" і пропонує закінченим освоєння курсів теоретичних основ електротехніки, теорії автоматичного управління та електричних машин.

Метою курсової роботи є придбання навичок у розробці, застосування відомих методів розрахунку і проектування приводів виробничих механізмів. Необхідно, перш за все, зрозуміти технологічні особливості роботу механізму: величину і характер зміни статичного моменту, плавність і межі регулювання швидкості, частоту і умови пусків і гальмувань, вимоги до статичних і динамічних режимів тощо, що дозволить вибрати доцільний тип і раціональну потужність приводу. Забезпечує високу продуктивність виробничого механізму, його надійність і довговічність, високу продуктивність, мали б мінімальні масогабаритні показники та енерговитрати, а також можливість комплексної автоматизації даного виробничого процесу.

У курсовій роботі передбачається розробка електропривода по системі генератор-двигун з асинхронним приводом двигуном з фазним ротором для одного з загальнопромислових механізмів циклічної дії. Вибір такої системи електропривода обумовлений навчальними завданнями - закріплення знань з курсу "Теорія електропривода".

2. Завдання на курсову роботу

Завданням курсової роботи є розробка розімкнутої системи реверсивного електроприводу виробничого механізму, вибір і розрахунок його силових елементів, розрахунок і побудова навантажувальних діаграм і тахограми, статичних і динамічних характеристик, кривих перехідного процесів і перевірка двигуна по нагріванню.

На рис. 1 приведена кінематична схема механізму похилого підйомника, електропривод якого належить розробити.

Похилий підйомник складається з візка 1, що переміщається по рейковому шляху, покладеному під кутом α до горизонталі. Візок здійснює човниковий рух з переміщення вантажу з нижнього положення з точки А в верхнє положення в точку С на відстань ℓ. Після розвантаження у верхньому положенні візок порожньої повертається в нижнє положенні, де проводиться її завантаження, а за тим цикл повторюється.

Переміщення візка здійснюється за допомогою троса 5, намотуваного на барабан 2, який зчленовується через редуктор 3 з двигуном 4. Для поліпшення режиму роботи двигуна до барабана через трос 5 приєднується противагу 6. При зупинках в нижньому та у верхньому положеннях візок утримується за допомогою електромагнітних гальм. У загальному випадку пропонується, що при пуску двигуна його розгальмовування відбувається миттєво в момент часу, коли електромагнітний момент двигуна Мg зрівняється зі статичним моментом Мс.

Ходова частина візки, к.к.д. редуктора і барабана характеризується такими величинами:

1) діаметр колеса візка

2) діаметр цапфи колеса

3) коефіцієнт тертя качання колеса по рейці

4) коефіцієнт тертя ковзання в підшипниках коліс

5) коефіцієнт, що враховує опір руху колеса від тертя

його реборди про рейок, від тертя на торцевих частинах маточини і т.д.

6) к.к.д. редуктора

7) к.к.д. барабана

8) маса візка

9) маса вантажу

10) маса противаги

11) робоча швидкість

12) повзуча швидкість візка

13) допустиме прискорення візки

14) момент інерції барабана

15) діаметр барабана

16) кут нахилу шляху

17) час завантаження t з = 9

18) час розвантаження t р = 7

19) довжина шляху руху між точками А і С

20) довжина шляху руху завантаженої візки з

21) довжина шляху розгону і руху порожньої візки з

В якості електропривода використовується система генератор-двигун постійного струму незалежного збудження (Г-Д) з приводним асинхронним двигуном з фазним ротором.

При виконанні курсової роботи необхідно:

1. привести кінематичну схему механізму похилого підйомника і відповідно до варіанта записати його показники;

2. визначити величини моментів опору щодо валу барабана для обох напрямків рухів візка;

3. визначити попередню потужність електричних машин системи з урахуванням ПВ% і раціональне передавальне число редуктора;

4. розрахувати і побудувати тахограмма і навантажувальні діаграми , електропривода з урахуванням динамічних навантажень та при умові постійних прискорень в періоди перехідних процесів;

5. перевірити попередньо обраний двигун по потужності, використовуючи методи еквівалентних (середніх) величин, і по перевантажувальної здатності. Уявити принципову схему електроприводу;

6. розрахувати і побудувати статичні механічні (електромеханічні) характеристики для всіх режимів роботи приводу: для завантаженої і порожньої візка при роботі з і ;

7. розрахувати та побудувати графіки перехідних процесів електроприводу:

, і для всіх ділянок, а також динамічну механічну характеристику ;

8. перевірити двигун по нагріванню з урахуванням реальних перехідних процесів;

9. розрахувати і вибрати пускові резистори приводного АТ

3. Визначення сил і моментів

Величина і напрям моменту на барабані:

де - Результуюча реактивної та активної сил, Н;

- Сила опору від реактивної статичного навантаження, Н;

- Коефіцієнт опору руху, що залежить від коефіцієнтів тертя качання по рейці , М, тертя ковзання в підшипниках коліс і коефіцієнта к, що враховує тертя реборди колеса про рейок, торцевих частин маточини і т.д.;

- Радіус цапфи колеса, м;

- Діаметр колеса, м;

- Нормальна складова від ваги візка (при русі вгору , А при рух вниз , Н);

- Тангенціальна складова від ваги візка , Н;

- Вага (сила тяжіння) противаги, Н;

- Радіус барабана, м;

Рух вгору

- Кутова швидкість барабана;

U-швидкість руху візка, ;

- Потужність на барабані при підйомі;

Рух вниз

4. Попередній розрахунок потужності електродвигуна

Попередній вибір двигуна може бути виконаний на підставі розрахунку середньої або еквівалентного значення статичної потужності за час у межах циклу:

де - Коефіцієнт, що враховує відміну динамічної

навантажувальної діаграми двигуна від статичної

-

статичні потужності на валу двигуна в руховому (мінус) і генераторному (плюс) режимах з урахуванням к.к.д. редуктора і барабана при русі візка вгору і вниз.

Потужність двигуна з урахуванням ПВ%

5. Визначення передатного числа редуктора

З таблиці додатків вибираємо три двигуни серії П:

1) П 31 .- ; ; ; ; ;

; ; ; ; ;

2) П 41 .- ; ; ; ; ;

; ; ; ; ;

3) П 42 .- ; ; ; ; ;

; ; ; ; ;

Вибираємо двигун керуючись такими даними:

,

де - Передавальне число редуктора

;

;

;

;

;

- 1)

2)

3)

Вибираємо двигун серії П-42.

Для подальших розрахунків вибираємо Найближим менше стандартне передавальне число редуктора і його тип РМ-500: виконання 3.

Розраховуємо потужність генератора:

Як генератор будемо використовувати двигун типу П-41.

Розраховуємо потужність АД:

Як гонного двигуна використовуємо асинхронний двигун серії МТН з фазним ротором:

Тип МТН-111-6: ; ; ; ; ;

; ; ; ; ;

6. Побудова тахограмми і навантажувальних діаграм

Тахограмма представляє собою залежність . Для побудови тахограми необхідно визначити інтервали часу роботи двигуна в кожному режимі:

Підйом:

1 інтервал-час роботи двигуна з і довжина ділянки шляху:

2 інтервал-час розгону двигуна і довжина ділянки шляху:

3 інтервал-час переходу від до і довжина ділянки шляху:

4 інтервал-час роботи на і довжина ділянки шляху:

де - Визначається на п'ятому інтервалі з умови, що після відключення напруги обмотки збудження генератора зупинка відбудеться в кінцевій точці при уповільненні під дією статичних сил опору.

5 інтервал-час уповільнення швидкості візка до "0" і довжина ділянки шляху:

де -Уповільнення візка під дією статичних сил опору після відключення напруги обмотки збудження генератора , Вважаючи умовно, що при цьому і відповідно стає миттєво рівним нулю;

- Момент статичних сил опору, приведений до валу двигуна;

- Момент інерції системи виробничий механізм-двигун, приведений до валу двигуна;

- Момент інерції виробленого механізму, приведений до валу барабана;

6 інтервал-час розвантаження:

Аналогічно розраховується інтервали другої половини циклу. При цьому час розгону двигуна і довжина шляху на спуску рівні цих значень на підйомі:

Спуск: 7 інтервал:

8 інтервал:

9 інтервал:

10 інтервал:

11 інтервал:

12 інтервал:

Навантажувальна діаграма електроприводу представляє собою залежність або . Враховуючи, що при побудові навантажувальних діаграм нехтуємо електромагнітними постійними часу системи Г-Д і приймаємо , То очевидно, що графіки , будуть ідентичні між собою на всіх ділянках, а - Тільки в усталених режимах. Момент двигуна, що розвивається при переміщення візка, визначається з рівняння руху електроприводу, записаного щодо валу двигуна:

;

де - Момент двигуна, Нм.

- Момент статичного опору, приведений до валу двигуна, з урахуванням втрат в редукторі та барабані, Нм.

-

співвідношення між кутовими прискореннями двигуна, барабана і лінійним прискоренням візки або кутове прискорення валу двигуна.

Підйом:

На 1 інтервалі двигун повинен долати як статичну, так і динамічну навантаження. При цьому величина визначається:

На 2 інтервалі має місце рух з :

На 3 інтервалі має місце уповільнення візка:

4 інтервал:

5 інтервал: у момент часу двигун відключається від джерела живлення і візок зупиняється під дією сил статичного опору. При цьому:

Аналогічно розраховуються й будуються графіки і . Для другої частини циклу:

Спуск:

7 інтервал:

8 інтервал:

9 інтервал:

10 інтервал:

11 інтервал:

6. Перевірка двигуна по перевантажувальної здатності і потужності

Побудована навантажувальна діаграма дозволяє перевірити правильність вибору двигуна з точки зору забезпечення перевантажувальної здатності. Якщо , Де - Максимальне значення моменту двигуна, визначається з навантажувальної діаграми, - Перевантажувальна здатність двигуна по моменту, - Номінальне значення моменту двигуна:

- Умова виконується.

Скористаємося методом еквівалентного моменту:

;

де m-число робочих ділянок;

- Момент двигуна на -Й ділянці, Нм;

- Час роботи двигуна на -Й ділянці, с;

- Коефіцієнт погіршення тепловіддачі на -Й ділянці;

Наближене залежність коефіцієнта погіршення тепловіддачі від кутової швидкості можна вважати лінійною. Тоді для сталої кутової швидкості :

;

де - Коефіцієнт погіршення тепловіддачі при нерухомому якорі (роторі).

Еквівалентний момент дорівнює:

За допомогою виразу еквівалентного моменту, реальна багатоступенева навантажувальна діаграма двигуна приводиться до типової (S3) еквівалентної по нагріванню одноступінчастої навантажувальної діаграмі, рис.3; з еквівалентною тривалістю включення:

де , -Тривалість робочого

ділянки і паузи.

;

де

Як правило, розрахована не збігається зі стандартним двигуна, тому здійснити приведення отриманих еквівалентних значень до найближчих стандартним :

Якщо номінальне значення відповідного параметра попередньо обраного двигуна зі стандартним буде більше (одно) розрахункового, наприклад, , То вибір двигуна зроблено правильно:

- Умова виконується.

7. Розрахунок і побудова механічних (електромеханічних) характеристик електроприводу

Розрахунок і побудова характеристик і проведемо при допущенні, що зі зміною навантаження двигуна ЕРС генератора залишається незмінною, тобто його приводний двигун обертається з незмінною кутовою швидкістю. Тоді рівняння механічної характеристики для - Го режиму запишеться у вигляді:

;

де - Значення ЕРС при якій двигун працює в - Му режимі, тобто з або при рух візка вгору або вниз, В;

- Коефіцієнт ЕРС двигуна, Нд;

- Статичний момент опору, приведений до валу двигуна для - Го режиму, Нм;

- Сумарний опір контуру якірних ланцюгів двигуна, генератора і з'єднаних приводів, взяте при робочій температурі обмоток, Ом;

- Опір з'єднаних приводів, яку приймаємо рівним

ЕРС генератора при підйомі:

ЕРС генератора при спуску:

Струм і момент короткого замикання для відповідного режиму визначається виразами:

;

При підйомі:

При спуску:

8. Розрахунок і побудова графіків перехідних процесів електроприводу , і

Перехідні (динамічні) режими в двигуні пов'язані зі зміною керуючого впливу (ЕРС генератора) параметрів якірного ланцюга або навантаження на валу двигуна і т.д., призводять до зміни ЕРС, кутовий швидкості, моменту і струму двигуна і відповідно механічних і електромагнітних і теплових перехідних процесів, на увазі на досить великий інерційності і електромагнітних процесів в якірного ланцюга двигуна (генератора) через їх швидкого перебігу, не враховують:

При розрахунку перехідних процесів зроблені наступні припущення:

1. Магнітна система генератора не насичена.

2. Вплив гістерезису і вихрових струмів мало і не враховується.

3. Реакція якоря і послідовна обмотка генератора відсутній, а струм якоря на ланцюг порушення не впливає.

4. Магнітний потік двигуна

При стрибкоподібному додаток до обмотки збудження струм буде наростати за експоненціальним законом. Для прискорення протікання електромагнітного процесу застосовують форсировку, що полягає в тому, що на час пуску до обмотки збудження генератора прикладаються підвищений . На рис.4 представлена ​​схема ланцюга збудження генератора з додатковим резистором , Шунтований на час пуску контактом К2.

При досягнення струму величини К2 розмикається і на обмотці збудження обмежується значенням . Чим більше первісний напруга тим швидше йде наростання і вище його лінійність на ділянці (0 - ). Від величини опору резистора залежить значення перенапруження (ЕРС) в обмотці збудження в момент її відключення.

;

де - Номінальне значення напруги обмотки збудження;

- Активний опір обмотки збудження.

Надмірне перенапруження може привести до пробою ізоляції обмотки збудження. Зазвичай приймаємо тоді ;

Опір для схеми включення визначається з виразу:

де - Коефіцієнт форсування, який показує у скільки разів прикладена напруга вище номінального , Зазвичай береться в межах тому що подальше його збільшення мало позначається на зменшення часу наростання струму збудження.

Індуктивність обмотки збудження:

де - Число пар полюсів;

- Величина магнітного потоку, відповідного значенню струму збудження , Вб;

- Число витків на полюсі;

- Коефіцієнт розсіювання магнітного потоку під полюсами.

Електромагнітна постійна часу контуру збудження:

;

Величина напруги на вході схеми збудження:

Після подачі на схему збудження генератора струм обмотки збудження починає збільшуватися, змінюючись за експоненціальним законом:

При досягнення струму збудження величини , Расщунтіруется резистор час наростання струму збудження до :

На першій ділянці , Двигун нерухомий, рівняння рівноваги ЕРС та напруги якірного ланцюга системи Г-Д:

;

тоді:

;

;

де - Струм короткого замикання, відповідна нової електромеханічної характеристики , На якій буде працювати двигун після закінчення перехідного процесу в генераторі.

Тривалість першої ділянки визначається як:

коли в момент часу , досягне такої величини що забезпечить протікання струму і , Після чого двигун почне обертатися. Відповідно до

;

де - Кутова швидкість двигуна, відповідна руху візка зі швидкістю і .

- Величина струму двигуна при відповідній навантаженні

Рівняння ЕРС генератора

.

З цього рівняння можна описати зміна ЕРС генератора на всіх ділянках руху візка. На ділянці використовується перший доданок, тому що процес починається з моменту подачі на схему збудження генератора і . У момент часу ЕРС генератора досягає величини , Яка забезпечує обертання двигуна в усталеному режимі з , І резистори расшунтіруется.

На інтервалі ЕРС генератора залишається незмінною рівної .

Для другого та наступних ділянок рівняння рівноваги ЕРС і напруг записуються у вигляді:

де прийнято: ; ; ; .

Після перетворення і рішення отримаємо вихідні диференціальні рівняння для визначення і :

де - Електромеханічна стала часу приводу, с;

- - Струм короткого замикання, на якому буде працювати двигун після закінчення перехідного процесу;

- - Струм короткого замикання, на якому працював двигун до початку перехідного процесу в генераторі, А;

- - Кутова швидкість ідеального холостого ходу відповідна , ;

- - Кутова швидкість ідеального холостого ходу відповідна , ;

- - Кутова швидкість двигуна при , ;

;

де - Струм двигуна при , ;

- - Струм двигуна до початку перехідного процесу, А;

- - Кутова швидкість двигуна до початку перехідного процесу, ;

, ,

На ділянці в момент часу відбувається расшунтірованіе резистора і ЕРС генератора стає незмінною і рівною , Але величина і не досягнуть ще своїх сталих значень і перехідний процес буде тривати ще деякий час. Залежність і описується рівняннями, де перші доданки дорівнюють нулю, так як: , , А і дорівнюють відповідним їх значенням в кінці минулого ділянки:

На решті ділянках всі процеси будуть представлені наступними рівняннями:

для ділянки : , , , ,

для ділянки : , , ,

На ділянці в обмотці збудження генератора перехідного процесу немає і отже, двигун працює на характеристиці, що забезпечує рух візки з , Тому ; ; і дорівнюють відповідним значенням величин в кінці минулого ділянки:

На ділянці , Після відключення живлення обмотки збудження генератора, зміна струму і кутовий швидкості (до зупинки двигуна) описується тим же рівняннями, що і на ділянці , Тобто , . При цьому і відповідає току короткого замикання і кутовий швидкості холостого ходу вихідної характеристики, де забезпечувалося рух візка з ; ; ; .

У момент часу двигун зупиняється, а ЕРС генератора . Час гальмування двигуна визначається з

де другий доданок прирівнюється до , А

На ділянці , Після зупинки двигуна:

;

де - ЕРС генератора в момент зупинки двигуна

Схема включення обмотки збудження

Крива зміни

1) ділянка

2) ділянка

3) ділянка

4) ділянка

5) ділянку

6) ділянку

7) ділянку

9. Перевірка двигуна по нагріванню з урахуванням реальних перехідних режимів

Метод еквівалентного моменту:

Двигун витримав перевірку з урахуванням перехідних процесів.

10. Розрахунок і вибір пускових резисторів приводного АТ

Якщо потужність мережі достатня і допускає прямий пуск асинхронного двигуна, то в якості приводного двигуна використовується асинхронний двигун з короткозамкненим ротором. Оскільки в завданні на курсову роботу потужність мережі не обумовлюється і, враховуючи навчальний характер роботи, то передбачається здійснювати непрямий пуск приводного двигуна, тобто використовувати асинхронний двигун з фазним ротором. Необхідно розрахувати величину опорів пускових ступенів і вибрати тип використовуваних резисторів.

Асинхронний двигун серії МТН з фвзним ротором:

Тип МТН-111-6: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Для визначення числа ступенів:

де - Піковий момент;

- Перемикаючий момент.

Враховуючи, що приводний двигун пускається практично в холосту, то його статичний момент холостого ходу буде складати не більше , Тому момент перемикання можна брати в межах , Тобто

m = 1-округлене до цілого числа ступенів пуску.

Кратність пусковова моменту по відношенню до перемикає

Уточнимо значення:

Пускова діаграма асинхронного двигуна наведена на рис. 8 і має один ступінь прискорення.

Розрахуємо величину опору щаблі реостата для випадку з'єднання обмоток ротора в зірку:

Опір (активне) ліній ротора:

Вибираємо тип резисторів: тип з фехралевимі елементами, опір скриньки ; Струм тривалого режиму (перевищення температури ) ; Постійна часу нагрівання ; Маса ящика .

Режим роботи струму в резисторі короткочасний. Тепловий розрахунок зводиться до визначення еквівалента змінюється за часом струму:

де, - Постійний за величиною струм, який викликає усталеною перегрів резистора, рівний максимальному перегріву від дії змінюється струму в розглянутому проміжку часу;

- Постійна часу нагрівання;

- Еквівалентний струм (по теплу) і постійний за величиною струм;

;

де , - Значення струмів на початку і наприкінці інтервалу, за допомогою формули Клосса будуємо пускові характеристики.

;

Таблиця залежності :

Час розвантаження на щаблі:

де - Сумарний момент інерції обертових частин системи приводний двигун-генератор, приведений до валу ротора приводного двигуна.

За будь-яких значеннях струму, що проходить через резистор, середній струм має найменшу величину, більше значення має еквівалентний струм по теплу і найбільше значення - еквівалентний по перегріву.

Для багатьох практичних випадків, коли час циклу по відношенню до постійної часу нагріву мало, задовільні результати можна отримати, якщо подібний по перегріву струм визначити як еквівалентний по теплу, тобто

Висновок

Мені вдалося спроектувати разомкнутую систему реверсивного електроприводу виробничого механізму, вибрати і розрахувати його силові елементи, розрахувати і побудувати навантажувальні діаграми і тахограми, статичні і динамічні характеристики, криві перехідного процесу і перевірити двигун по нагріванню.

Термін служби машин електроприводу залежить від температур, при яких вони працюють. Якщо температура машини під час роботи надмірно підвищується, це може викликати пошкодження ізоляції, отже необхідно визначити оптимальну температуру навколишнього середовища. Під час роботи електричних двигунів можливі різні порушення нормального режиму роботи.

У цьому випадку щоб уникнути псування ізоляції двигуна і порушення цілості обмоток та електричних з'єднань двигуни повинні мати захисні пристрої, що забезпечують своєчасне відключення їх від мережі.

Також небезпечні для двигуна короткі замикання, які можуть відбуватися в його обмотках. Захист двигунів від перевантажень і коротких замикань називається максимальним струмовим захистом. Максимальний захист здійснюється плавкими запобіжниками, струмовими реле, тепловими (термічними) реле. Вибір тих чи інших захисних пристроїв залежить від потужності, типу та призначення двигуна, пускових умов і характеру перевантажень.

Вибрали двигун:

П 32 .- ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Як генератор використовували двигун типу:

П 31 .- ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Як гонного двигуна використовується асинхронний двигун серії МТН з фазним ротором:

Тип МТН-111-6: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Список використаної літератури

1. Методичні вказівки до курсової роботи, під редакцією Н.С. Буряніна. 1988р.

2. Чілікін М.Г., Сандлер А.С. "Теорія електропривода", М. енергоіздательство 1981р.

3. Валеневскій С.М. "Характеристики двигунів в електроприводі" М. енергія 1977р.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
190.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Розрахунок і вибір елементів електропривода механізму підйому
Розрахунок параметрів електропривода
Синтез трьохконтурних САР положення виробничого механізму
Дослідження стійкості розімкнутої системи електропривода ТПН-АД
Розрахунок кривошипного механізму
Розрахунок важільного механізму
Розрахунок механізму підйому стріли
Силовий розрахунок важільного механізму
Розрахунок механізму підйому вантажу
© Усі права захищені
написати до нас