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.
Мj =М0 =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)*(щi/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 19.01.2014Описание 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 12.04.2015Характеристика 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 10.12.2014Содержание 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 10.12.2010Описание 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 18.05.2012Расчет 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 14.08.2010Определение 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 07.05.2012Технологические 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 18.11.2010Выбор 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 27.10.2008Условия 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 10.11.2021Выбор 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 24.05.2009Расчет 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 28.03.2016Расчет 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 19.03.2015Выбор 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 28.05.2015Модернизация 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 27.10.2013Выбор 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 12.04.2013Описание 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 23.04.2012Технические 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 10.01.2009Рассмотрение 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 13.07.2012Кинематический 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