Проектирование и расчет автоматизированного электропривода

Технические данные рабочей машины и электродвигателя. Расчет механической характеристики по формуле Клосса, при понижении напряжения на 25% машины. Построение пусковой нагрузочной диаграммы. Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 29.05.2015
Размер файла 42,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технические данные рабочей машины и электродвигателя

2. Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам

3. Расчет механической характеристики по формуле Клосса

4. Расчет электромеханической характеристики

5. Расчет механической характеристики при понижении напряжения на 25%

6. Расчет механической характеристики рабочей машины

7. Построение пусковой нагрузочной диаграммы. Нагрузочная диаграмма

8. Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя

Заключение

Литература

Введение

Преобладающее количество рабочих машин, применяемых в народном хозяйстве, имеют электрический привод различного типа, конструкции и режима работы с простейшими и полностью автоматизированными схемами управления. Электропривод является основным потребителем электрической энергии, поэтому от правильности его выбора зависят экономичность и надежность работы производственных машины.

Основной задачей данной контрольной работы является закрепление знаний по теоретической части курса «Электропривод», а также освоение методов расчёта электроприводов различных производственных машин и установок.

Основная цель контрольной работы - научиться практическому применению знаний при проектировании и расчёте автоматизированного электропривода.

При выполнении контрольной работы учащемуся необходимо по техническим данным рабочей машины и электродвигателя построить пусковую нагрузочную диаграмму электропривода и определить время разгона электродвигателя.

1. Технические данные рабочей машины и электродвигателя

Таблица №1 - Технические данные рабочей машины

nрм.н

Mрм.о

Mрм.н

G•D2рм

x

зпер

об/мин

Н•м

Н•м

кг•м2

-

-

242

15

150

4,8

1

0,7

Таблица № 2 - Технические данные электродвигателя

Тип двигателя

Мощность, кВт

Частота вращения, об/мин

КПД

cos ц

iП

mП

mМ

mК

tПО, с

Момент инерции ротора, кгм2

4А160М2УЗ

18,5

2937

0,88

0,92

7

1,4

1,0

2,2

0,22

0,053

2. Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам

Каждая точка механической характеристики имеет две координаты: угловая скорость щ и момент, развиваемый электродвигателем, М.

Точка 1: координаты - що, М0=0.

, (1)

где що - угловая синхронная скорость, рад/с;

n0 - синхронная скорость, об/мин (таблица №2).

що=3,14 *3000/30=314,16 рад/с.

Точка 2: координаты - щН, МН.

, (2)

, (3)

где щН - угловая номинальная скорость, рад/с;

SН = (n0 - n)/n0 - номинальное скольжение;

SН = (n0 - n)/n0=(3000-2937)/3000=0,021.

МН - номинальный момент, Н•м;

РН =18.5 кВт - номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2).

=314,16 *(1-0,021)=307,56 рад/с.

=18500/307,56=60,15 Н•м.

Точка 3: координаты - щК, МК.

, (4)

, (5)

где щК - угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с;

SК - критическое скольжение, определяемое по формулам:

для электродвигателей мощностью до 20 кВт;

= =0,021*[2.2+v(2.22+2*0.021(2.2-1))-1]/(1-2*0.021(2.2-1))=0.08.

МК - критический момент, Н•м;

mК - кратность критического момента (таблица №2).

=2,2*60,15=132,33 Н•м.

=314,16*(1-0,08)=289,03 рад/с.

Точка 4: координаты - щМ, ММ.

, (6)

, (7)

где щМ - угловая скорость, соответствующая минимальному моменту, рад/с;

SМ - минимальное скольжение, SМ =0,85…0,87=0,86;

ММ - минимальный момент, Н•м;

mМ - кратность минимального момента (таблица №2).

=1*60,15=60,15 Н•м.

=3145,16*(1-0,86)=43,98 рад/с.

Точка 5: координаты - щП=0, МП.

, (8)

где МП - пусковой момент, Н•м;

mП - кратность пускового момента (таблица №2).

=1,4*60,15=84,21 Н•м.

Результаты расчета точек сводим в таблицу №3.

3. Расчет механической характеристики по формуле Клосса

Формула Клосса имеет следующий вид:

, (9)

Принимаем е = Sк=0,08.

Задаемся Si: 0, SН, 0,8SК, SК, 1,2SК, 0,6, 0,7, SМ, 1.

Значения критического скольжения SК и момента МК принимаем из предыдущих расчётов механической характеристики.

Подставляем в формулу (9) значения Si из вышеприведённого ряда значений, рассчитываем значения моментов Мi и сводим результаты в таблицу №3.

=2*132,33*(1+0,08)/(Si/Sk+Sk/Si+2*0.08)=285.83/(Si/Sk+Sk/Si+0.16).

Si=0, Mi=285.83/(0/0.08+0.08/0+0.16)?0 Н•м.

Si=SH=0.021, Mi=285.83/(0.021/0.08+0.08/0.021+0.16)=67.54 Н•м.

Si=0.8SK=0.064, Mi=285.83/(0.064/0.08+0.08/0.064+0.16)=129.33 Н•м.

Si=SK=0.08, Mi=285.83/(0.08/0.08+0.08/0.08+0.16)=132.33 Н•м.

Si=1.2SK=0.096, Mi=285.83/(0.096/0.08+0.08/0.096+0.16)=130.32 Н•м.

Si=0.6, Mi=285.83/(0.6/0.08+0.08/0.6+0.16)=36.68 Н•м.

Si=0.7, Mi=285.83/(0.7/0.08+0.08/0.7+0.16)=31.67 Н•м.

Si=SM=0.86, Mi=285.83/(0.86/0.08+0.08/0.86+0.16)=25.98 Н•м.

Si=1, Mi=285.83/(1/0.08+0.08/1+0.16)= 22.44 Н•м.

4. Расчет электромеханической характеристики

Точка 1: имеет координаты - щ0, I0.

, (10)

, (11)

=0,39.(12)

где Iо - ток на холостом ходу, А;

IН - номинальный ток, А;

UН = 380 - номинальное напряжение, В;

зН=0,88 - КПД при номинальной скорости (таблица №2);

cosцН =0,92 -коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №2).

Значение скоростей щ0, щН, щК берём из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам.

=18500/(v3*380*0,88*0,92)=34,72 А.

=34,72*(0,39-0,92/(2*2,2))=6,28 А.

Точка 2: имеет координаты - щН, IН (формула 11).

Точка 3: имеет координаты - щК, IК.

=0,75*IП ,(13)

, (14)

где IП - пусковой ток, А;

IК -ток при критическом моменте, А;

iП =7 - кратность пускового тока (таблица №2).

= 7*34,72=243,04 А.

=0,75*243,04=182,28 А.

Точка 4: имеет координаты - щП=0, IП (формула 14).

Данные расчетов сводим в таблицу №3.

5. Расчет механической характеристики при понижении напряжения на 25%

Как известно, снижение напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя приводит к снижению момента на валу. Данная зависимость отображается с помощью нижеприведённой формулы

=Мj *0,56 , (15)

где ДU = 25 - падение напряжения на зажимах электродвигателя, %;

Мj - момент двигателя при номинальном напряжении, Н•м;

Значения данного момента берутся из расчётов механической характеристики асинхронного двигателя и принимаются равными М0, МН, МК, ММ и МП.

Мu - момент двигателя при пониженном на ДU напряжении, Н•м.

Мj0 =0, Мu=0 Н•м.

Мj = МН=60,15, Мu=60,15*0,56=33,68 Н•м.

Мj МК =132,33, Мu=132,33*0,56=74,1 Н•м.

Мj ММ=60,15, Мu=33,68 Н•м.

Мj МП =84,21, Мu=84,21*0,56=47,16 Н•м.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

6. Расчет механической характеристики рабочей машины

Момент сопротивления рабочей машины, приводим к валу электродвигателя:

, (16)

= 307,56/25,34=12,14 , (17)

= (3,14*242)/30=25,34 рад/с, (18)

где щрм.н - угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рад/с;

nрм.н - номинальная скорость вала рабочей машины, об/мин (таблица №1).

Мрм.н=150 - момент сопротивления рабочей машины при номинальной частоте вращения, Н•м (таблица №1);

Мрм.о =15 - момент сопротивления рабочей машины, не зависящий от скорости, Н•м (таблица №1);

iр - передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной; электродвигатель механический нагрузочный реверс

зпер =0,7 -КПД передачи между двигателем и рабочей машиной (таблица №1);

х=1 - степень уравнения (таблица №1).

щi - угловая скорость электродвигателя, рассчитанная в пункте 2 и принимаемая равной щ0, щН, щК, щМ и щП.

=1/(12,14*0,7)*[15+(150-15)*i/307.56) ]=1.8+0.053* щi .

щi = щ0=314.16, MC= 1.8+0.053*314.16=18.45 Н•м.

щi = щ0=307.56, MC= 1.8+0.053*307.56=18.1 Н•м.

щi = щК=289.03, MC=1.8+0.053*289.03=17.12 Н•м.

щi = щМ=43.98, MC=1.8+0.053*43.98=4.13 Н•м.

щi = щП=0, MC=1.8+0.053*0= 1.8 Н•м.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

Таблица №3 - Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя

Расчётное скольжение

0

SН= 0.021

0,8SК= 0.064

SК= 0.08

1,2SК= 0.096

0,6

0,7

SМ= 0.86

1

скорость

щ

рад/с

314.16

307.56

-

289.03

-

-

-

43.98

0

пункт 2

М

Н•м

0

60.15

-

132.33

-

-

-

60.15

84.21

пункт 3

Мi

Н•м

0

67.54

129.33

132.33

130.32

36.68

31.67

25.98

22.44

пункт 4

I

А

6.28

34.72

-

182.28

-

-

-

-

243.04

Пункт 5

МU

Н•м

0

33.68

-

74.1

-

-

-

33.68

47.16

пункт 6

МС

Н•м

18.45

18.1

-

17.12

-

-

-

4.13

1.8

7. Построение пусковой нагрузочной диаграммы

Суммарный приведенный момент инерции:

= 4,8/4=1,2 , (19)

, (20)

где GD2рм=4,8 - маховой момент инерции рабочей машины, кг•м2 (таблица №1);

k = 1,1 - коэффициент, учитывающий момент инерции передачи от двигателя к рабочей машине;

Jд=0,053 - момент инерции двигателя, кг•м2 (таблица №2);

Jрм - момент инерции рабочей машины, кг•м2.

= 1,1*0,053+1,2/12,142=0,07 кг•м2.

По данным пунктов 2, 4 и 6 во втором квадранте системы координат, строим механическую М(щ) (далее МД(щ)) и электромеханическую I(щ) характеристики электродвигателя, механическую характеристику рабочей машины МC(щ) и определяем установившуюся скорость щу =312,8 рад/с (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины). Скорость щу определяется на графике при равенстве моментов двигателя и рабочей машины, т.е. МД = МC .

Отрезок оси от 0 до щу, делим на 6 отрезков 0-1; 1-2; 2-3 и т.д. Через точки 1, 2, 3 и т.д. проводим прямые, параллельные оси моментов и времени. Для каждой скорости щ1, щ2, щ3 … по графикам МД(щ) и МC(щ) определяем значения моментов двигателя МП, M11, М12... и значения моментов сопротивления МТР, М21, М22… и вносим их в таблицу 4.

Рассчитываем динамический момент системы МДИНi = МДi - МСi для каждого i значения скорости. Допустим для щ2: М42 = М12- М22. По данным расчетов строим график МДИНi(щ). Операция определения МДИН часто выполняется графическим способом. Так, на рисунке для каждого значения скорости, допустим щ3 замеряется отрезок 3-13, равный моменту двигателя М13 из него вычитается отрезок 3-23 момента МC = М23. Динамический момент на скорости щ3 равен М43. Отрезки 3-23 и 43-13 равны.

Таблица №4 - Результаты расчетов нагрузочных диаграмм при пуске двигателя и рабочей машины

Точка i

0

1

2

3

4

5

6

1

скорость щi

рад/с

0

щ1=50

щ2=100

щ3=155

щ4=210

щ5=260

щ6=312,8

2

? щi

рад/с

0

? щ1=50

? щ2=50

? щ3=55

? щ4=55

? щ5=50

? щ6=52,8

3

МДi

Нм

MП=84,5п

М11=60,32

М12=68,9

М13=85,8

М14=106,6

М15=127,4

М16=18,2

4

МCi

Нм

МТР=1,6тр

М21=5,2

М22=5,72

М23=7,02

М24=9,9

М25=13

М26=18,2

5

МДИН.i

Нм

МНО=82,9но

М41=55,12

М42=63,18

М43=78,78

М44=96,7

М45=114,4

М46=0

6

МДИН.СР

Нм

0

М90=69

М91=59,15

М92=70,98

М93=87,74

М94=105,55

М95=57,2

7

?ti

с

0

? t1=0,05

? t2=0,06

? t3=0,054

? t4=0,044

? t5=0,033

? t6=0,065

8

IiI

А

IП=243,1п

I31=239,2

I32=234

I33=226,2

I34=213,2

I35=200,2

I36=16,9

9

ti

с

0

t1=0,05

t2=0,11

t3=0,164

t4=0,208

t5=0,241

t6=0,306

Меняющийся динамический момент системы на каждом участке скорости заменяем постоянным - средним. Например, на участке 4-5 переменный динамически момент между точками 44 и 45 заменяем постоянным МДИН.СР4. Правило замены - косоугольная трапеция, образованная точками 4-44-45-5 заменяется равной ей по площади прямоугольной. Обычно площади этих четырехугольников не определяют, а сравнивают между собой площади отсекаемых треугольников или других сложных фигур (заштрихованных в данном случае). Если рассматриваемый участок близок к прямой линии, как в нашем случае, как например 42-43, то МДИН.СР = 0,5(М43+ М42). Результаты расчетов заносим в таблицу.

Время изменения скорости двигателя на Дщ:

(21)

Суммарный момент инерции JУ =0,07 кг•м2 .

Дt1=0.07*50/69=0.05 c.

Дt2=0.07*50/59.15=0.06 c.

Дt3=0.07*55/70.98=0.054 c.

Дt4=0.07*55/87.74=0.044 c.

Дt5=0.07*50/105.55=0.033 c.

Дt3=0.07*52.8/57.2=0.065 c.

Суммарное время разгона электродвигателя определяем по формуле:

(22)

tП=0.05+0.06+0.054+0.044+0.033+0.065=0.306 c.

В результате расчетов и заполнения таблицы получаем все необходимые данные для построения нагрузочных диаграмм в первом квадранте. Кривая зависимостей скорости от времени щ(t) строится по данным 1 и 9 строчек, нагрузочные диаграммы двигателя МД(t) - по данным 3 и 9 строчек, I(t) - по данным 8 и 9 строчек, рабочей машины MС(t) - по данным 4 и 9 строчек.

Расчетное время пуска tП системы должно быть больше времени пуска двигателя на холостом ходу tПО, что мы и видим: 0,306>0,22, т.е. tП> tПО.

8. Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя

Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу:

, (23)

Апо=0,053*314,162=5231 Дж=1,45 Вт*ч.

При торможении противовключением от що до 0 на холостом ходу:

=3*Апо (24)

Ампо=3*5231=15693 Дж=4,36 Вт*ч.

Потери энергии при пуске с нагрузкой:

, (25)

где б = 0,6 - коэффициент, учитывающий способ пуска,

зН=0,88 - КПД при номинальной скорости (таблица №2),

РН =18.5 кВт - номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2),

tП=0.306 c,

iП =7 - кратность пускового тока (таблица №2).

Ап=0,81*(1-0,88)/(0,88*(1+0,6))*18500*72*0,306=19149 Дж= 5,32 Вт*ч.

Заключение

В данной контрольной работе закрепил знания по теоретической части курса «Электропривод», а также освоил методы расчёта электроприводов различных производственных машин и установок.

Литература

1. Андреев Л.Н., Жеребцов Б.В. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Электропривод» для специальностей 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 110800 «Агроинженерия» Методические указания. -- Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2014. - 17 с.

2. Возмилов А.Г., Ермолин М.Я., Кирпичникова И.М., Сажин В.Н. Электрооборудование и средства автоматизации в агропромышленном комплексе: Учебное пособие. В двух частях. Часть 1. Основы электропривода.

Челябинск, 2008.

3. Епифанов А. П., Гущинский А. Г., Малайчук Л. М. Е 67 Электропривод в сельском хозяйстве: Учебное пособие. -- СПб.: Издательство «Лань», 2010. -- 224 с.: ил. -- (Учебники для вузов. Специальная литература).

4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А90 А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Со- боленская.-- М.: Энергоиздат, 1982. -- 504 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Проектирование тахограммы рабочей машины, механическая характеристика системы электродвигателя. Вычисление фактической перегрузки двигателя по моментам. Анализ необходимого диапазона регулирования скоростей рабочей машины, плавный пуск и торможение.

    курсовая работа [801,2 K], добавлен 19.01.2014

  • Описание металлической заготовки детали, выбор станка. Расчет и построение нагрузочной диаграммы главного электропривода. Проверка электродвигателя главного электропривода по нагреву. Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода подачи.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 12.04.2015

  • Характеристика методики проектирования автоматизированного электропривода. Расчет требуемой мощности электродвигателя с учётом переходных процессов при пуске, торможении и изменении режимов работы двигателя. Определение передаточных функций датчиков.

    курсовая работа [474,3 K], добавлен 10.12.2014

  • Содержание основных этапов работы электропривода, предъявляемые требования; выбор электродвигателя. Расчет механической характеристики, построение нагрузочной диаграммы. Выбор аппаратов управления и описание работы. Принципиальная электросхема привода.

    курсовая работа [147,2 K], добавлен 10.12.2010

  • Описание системы автоматической стабилизации температуры каменных материалов на выходе сушильного барабана асфальтосмесительной установки. Выбор электродвигателя, расчёт нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 18.05.2012

  • Расчет моментов сопротивления на баллере руля, порядок расчета электрогидравлического привода, проверка электродвигателя на нагрев. Расчет и построение нагрузочной характеристики электродвигателя рулевого устройства по системе генератор - двигатель.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.08.2010

  • Определение требуемого диапазона изменения напряжения на двигателе и передаточной функции разомкнутого электропривода. Расчет эквивалентной мощности электродвигателя, коэффициента передачи, конструктивных постоянных, момента сопротивления элементов.

    контрольная работа [495,8 K], добавлен 07.05.2012

  • Технологические характеристики рабочей машины. Расчет и построение механических характеристик рабочей машины под нагрузкой и на холостом ходу. Выбор элементов кинематической принципиальной схемы. Определение показателей разработанного электропривода.

    курсовая работа [198,0 K], добавлен 18.11.2010

  • Выбор типа электропривода и электродвигателя. Расчет нагрузочной диаграммы электродвигателя. Проверка двигателя по нагреву. Принципиальная электрическая схема силовой части. Переход к системе относительных единиц. Передаточная функция регулятора тока.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.10.2008

  • Условия окружающей среды и требования к электрооборудованию. Построение механических характеристик рабочей машины под нагрузкой и на холостом ходу. Выбор монтажного исполнения электродвигателя. Обоснование способа пуска и торможения электропривода.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 10.11.2021

  • Выбор электродвигателя и элементов системы управления автоматизированного привода, обеспечивающего при заданной нагрузочной диаграмме искомый диапазон регулирования скорости вращения. Составление принципиальной схемы и расчет статических характеристик.

    курсовая работа [521,6 K], добавлен 24.05.2009

  • Расчет мощности электродвигателя и выбор его по каталогу. Определение наивыгоднейшего передаточного отношения редуктора. Расчёт электромеханических характеристик для двигательного и тормозного режимов. Построение нагрузочной диаграммы электропривода.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 28.03.2016

  • Расчет механической характеристики сепаратора, приведённого к валу двигателя момента инерции рабочей машины. Определение время пуска и торможения электропривода, активной и реактивной мощности потребляемой из сети. Выбор аппаратуры управления и защиты.

    курсовая работа [868,0 K], добавлен 19.03.2015

  • Выбор электродвигателя и расчет основных параметров привода. Расчет зубчатой передачи. Конструирование зубчатого редуктора. Построение эпюр изгибающих моментов. Расчет подшипников на долговечность по динамической грузоподъемности. Расчет шпонки и валов.

    курсовая работа [826,4 K], добавлен 28.05.2015

  • Модернизация печатной машины фирмы "Сигма"; разработка электропривода флексографской печатной секции. Кинематический расчет привода: определение крутящих моментов и мощности на валах; выбор электродвигателя. Расчет параметров зубчато-ременной передачи.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.10.2013

  • Выбор двигателя и редуктора, расчет схем включения двигателя, расчет и построение его естественной и искусственных механических характеристик при пуске и торможении. Анализ способа расчета переходных режимов при пуске и торможении электропривода.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 12.04.2013

  • Описание промышленной установки электропривода бытового полотера. Расчет нагрузок механизмов установки и построение нагрузочной диаграммы. Проектирование и расчет силовой схемы электропривода. Конструктивная разработка пульта управления установки.

    дипломная работа [632,5 K], добавлен 23.04.2012

  • Технические данные и расчет параметров электродвигателя, тиристорного преобразователя мощности, датчиков обратной связи. Вывод передаточных функций элементов электропривода. Структурная схема, определение качественных показателей системы и ее синтез.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 10.01.2009

  • Рассмотрение этапов расчета автоматизированного электропривода металлорежущего станка. Особенности концевого и торцевого фрезерования поверхности. Характеристика нагрузочной диаграммы первой операции. Предназначение ведущего и ведомого вала редуктора.

    курсовая работа [476,3 K], добавлен 13.07.2012

  • Кинематический и силовой расчет. Выбор электродвигателя. Расчет цилиндрической прямозубой передачи. Ориентировочный расчет валов редуктора. Конструктивные размеры корпуса редуктора и сборка его. Подбор шпонок и проверочный расчет шпоночных соединений.

    курсовая работа [157,0 K], добавлен 28.03.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.