Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Институт - Энергетический институт

Направление - Электротехника, электромеханика, электротехнологии

Кафедра - Электромеханических комплексов и материалов

Индивидуальное домашнее задание

по дисциплине «Электрический привод»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕХАНИЗМА

Томск 2016



1. Исходные данные

1.1 Данные для построения

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения

n_м1 =-50 об/мин - частота вращения в 1 рабочей точке,

t₁ = 30 - время работы в 1 точке,

n_м2 = 215 об/мин - частота вращения в 2 рабочей точке,

t₂ = 40 с - время работы в 2 точке,

t_п = 110 с - время паузы.

Нагрузка имеет реактивный характер.

М_мех.=500 Нм - момент нагрузки (механизма) на валу двигателя,

з_п. = 0,86- коэффициент полезного действия передачи,

Ј_мех. = 60 кгм² - момент инерции механизма.

1.2 Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы производственного механизма

Рисунок 1 Нагрузочная диаграмма производственного механизма

Рисунок 2 Тахограмма производственного механизма



2. Расчет мощности электродвигателя и выбор его по каталогу. Определение наивыгоднейшего передаточного отношения редуктора

2.1 Продолжительность включения

%

Выбираем стандартное (15%, 25%, 40%, 60%), ближнее по величине значение продолжительности включения.

ПВ_кат =40%

2.2 Диапазон регулирования

2.3 Среднеквадратичное значение мощности за время работы на основании тахограммы и нагрузочной диаграмм

,

где

m - число рабочих участков в цикле;

- время работы на i-ом участке цикла;

- коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-ом участке цикла;

- мощность нагрузки на валу механизма на i-ом участке цикла;

- угловая скорость на i-ом участке;

- максимальная скорость механизма.

2.3.1 Значения угловых скоростей по ступеням

-первая ступень

рад/с,

-вторая ступень

рад/с.

2.3.2 Мощность на i-м участке работы

- первая ступень:

кВт,

- вторая ступень:

кВт.



2.3.3 Коэффициент ухудшения теплоотдачи по ступеням на i-ом участке

,где

=0,95 - коэффициент ухудшения теплоотдачи при подвижном роторе, принимаемый для двигателей закрытого исполнения без принудительного охлаждения;

2.3.3.1 Для первого участка

,

2.3.3.2 Для второго участка

.

Среднеквадратичное значение мощности равно

кВт.

2.4 Пересчет среднеквадратичной мощности двигателя на выбранное стандартное значение ПВ=40%

кВт,

2.4.1 Расчетная мощность электрического двигателя

,

где k_З =(1,1-1,3) - коэффициент запаса;

з_мех=0,86 - КПД передачи при n_макс,

Принимаем k_З=1,3.

кВт.

2.5 Выбираем двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа, имеющий следующие паспортные данные (таблица 1)

Таблица 1

Тип	UH, В	РН, кВт	nН, об/мин	IH, A	Rдв., Ом	Jдв., кгм2
Д806	220	21	1060	110	0.047	1

2.6 Передаточное отношение редуктора

где - номинальная угловая скорость вращения двигателя.

рад/с

Принимаем передаточное отношение редуктора из стандартного ряда передаточных чисел.

i_р.ст = 4,5



3. Расчет и построение естественных механических и электромеханических характеристик двигателя

3.1 Сопротивление якоря горячее

Ом,

где ф= 75°С- перегрев обмоток двигателя относительно начальной температуры (15°С).

3.2 Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке

.

3.3 Коэффициент ЭДС двигателя

.

3.4 Номинальный момент на валу двигателя

Н·м.

3.5 Электромагнитный момент, соответствующий номинальному току

Н·м.



3.6 Момент трения на валу электродвигателя

Н·м.

3.7 Скорость идеального холостого хода

рад/с.

3.8 Скорость вращения по ступеням

;

;

Или

;

.



3.9 Момент статический по ступеням

3.9.1 I и III квадранты работы, моменты ступеней определяются по выражениям

Для точного расчёта по графику принимаем

3.10 Расчет естественных электромеханической щ=f(I) и механической щ=f(М) характеристик двигателя (рисунок 3)

Выражения для расчета электромеханической и механической характеристик имеют вид:

, .

Т.к. между током и моментом у двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеется линейная зависимость М=с·I, то для получения механической характеристики достаточно пересчитать по оси Х численные значения токов на значения моментов. Расчетные данные сведены в таблицу 2.

Таблица 2

I, A	0	Iн =110	2· Iн=220
M, Н·м	0	211,352	422,704
щ, рад/с	114,501	111,003	107,505

Рисунок 3 Естественные электромеханическая щ=f(I) и механическая щ=f(М) характеристики двигателя



4. Расчет и выбор по каталогу преобразовательных устройств или пусковых и регулировочных реостатов

4.1 Наибольшие пусковые ток и момент определяются из условий

I _пуск =2•I _н =2•110=220 А;

М _пуск =с• I _пуск =1,921•220=422,704 Н·м.

4.2 Ток и момент переключения определяются из условий

I _пер =1,2 • I _н =1.2*110 =132 А;

М_пер=с•I_пер= 1,921 ·132=253,622 Н·м.

Момент переключения примем М_{пер(прин)}=300 Н·м, чтобы получить нужный пусковой коридор.

4.3 Необходимые сопротивления якорной цепи

В момент пуска щ=0, следовательно:

ток тахограмма цепь двигатель

Для первой ступени:

Откуда Ом

Ом

Для второй ступени:

Откуда Ом

Ом

Для третьей ступени:

Откуда Ом

Для четвертой ступени:

здесь исправить R67 на R89

Откуда Ом

Характеристика для динамического торможения:

Откуда Ом

Рисунок 4 Механические характеристики полного цикла работы



5. Расчет переходных процессов щ=f(t), М=f(t) и построение нагрузочной диаграммы электропривода

5.1 Расчет переходных процессов проводим по выражениям

,

,

,

где М_нач, I_нач, щ_нач - начальные значения соответственно момента, тока и скорости;

М_кон, I_кон, щ_кон - конечные значения соответственно момента, тока и скорости;

t - текущее время, с;

- электромеханическая постоянная времени, с;

J_У - суммарный момент инерции, кг·м²;

;

=(1,5ч1,3) - коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора, принимаем k=1,5;

J_дв - момент инерции двигателя, кг·м²;

J_мех - момент инерции механизма, кг·м²;

- передаточное число редуктора;

R_i - суммарное сопротивление якорной цепи на соответствующей характеристике, Ом;

с - коэффициент ЭДС двигателя, .

кг·м².

5.2 Рассчитываем переходный процесс первой пусковой характеристики (0-1)

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

с.

Расчет ведем до точки 1.

5.3 Рассчитываем переходный процесс первой рабочей ступени (2-2`)

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

Рассчитываем переходный процесс первой рабочей ступени (2`-3).

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

5.4 Рассчитываем переходный процесс второй рабочей ступени на участке (4-5) после пересечения с осью ординат

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

5.5 Рассчитываем переходный процесс третьей рабочей ступени на участке (6-7)

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

5.5 Рассчитываем переходный процесс четвертой рабочей ступени на участке (8-9)

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

5.6 Рассчитываем переходный процесс режима динамического торможения (10-11)

,

,

,

Полученные значения начальных и конечных значений подставляем в выражения для расчета переходных процессов:

По данным характеристикам, полученным в пункте 5 строим графики переходных процессов М=f(t) и n=f(t) полного цикла работы (Рисунок 5).

Рисунок 5 графики переходных процессов М=f(t) и щ= f(t) заданного цикла работы: I-пуск двигателя в одну ступень с выходом на первую рабочую ступень; II-работа на первой рабочей ступени; III -работа на второй рабочей ступени; IV- работа на третьей рабочей ступени V-торможение противовключением; V-торможение противовключением с переходом на четвертую рабочую ступень; VI-динамическое торможение до нулевой скорости.



6. ?????? ?????????? ? ????????????? ???????????? ????????????????? ????????????????

Определение дополнительных параметров двигателя по справочным техническим данным.

Исходные данные:

Синхронная угловая частота вращения двигателя

Номинальная частота и угловая скорость вращения двигателя:

Номинальный момент двигателя

Номинальное фазное напряжение и номинальный фазный и линейный ток (действующие значения) статора при схеме соединения обмоток звезда:

Максимальный потребляемый ток двигателя при прямом пуске

Критический момент двигателя на естественной характеристике

Пусковой момент двигателя при прямом пуске

6.1 Определение параметров схемы замещения в абсолютных единицах по параметрам схемы замещения в относительных единицах

Если в справочной литературе для выбранного асинхронного двигателя (например, серии 4А) параметры схемы замещения приведены в относительных единицах, то значения параметров в абсолютных единицах для Т-образной схемы замещения рассчитываются по приведенным ниже выражениям.

Активное сопротивление обмотки статора

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора

Индуктивность обмотки статора, обусловленная потоком рассеяния

Приведенное к обмотке статора активное сопротивление обмотки ротора

Приведенное к обмотке статора индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора

Приведенная индуктивность обмотки ротора, обусловленная потоком рассеяния

Индуктивное сопротивление короткого замыкания при номинальном режиме

Индуктивное сопротивление контура намагничивания (главное индуктивное сопротивление)

Результирующая индуктивность, обусловленная магнитным потоком в воздушном зазоре, создаваемым суммарным действием токов статора (индуктивность контура намагничивания)

Ток холостого хода двигателя

Где

ЭДС ветви намагничивания, наведенная потоком воздушного зазора (главным полем) в номинальном режиме

Проверка адекватности расчетных параметров двигателя

При найденных параметрах рассчитываются значения номинального электромагнитного момента двигателя:

Где

Должны выполняться условия:

Условия выполняются.

6.2 Расчет естественной механической характеристики

Естественная механическая характеристика электродвигателя для частоты рассчитывается по выражению

Где -электромагнитный момент двигателя.

Рисунок 6 Механическая характеристика

Параметры характерных точек на естественной механической характеристике двигателя:

-значение критического скольжения

-значение электромагнитного критического момента при критическом скольжении



6.3 Расчет естественных электромеханических характеристик

Естественные электромеханические характеристики и электродвигателя рассчитывается для частоты по выражению:

- приведенный к обмотке статора ток ротора:

- действующее значение тока холостого хода:

Рисунок 7 Электромеханические характеристики и

Нагрузки

Определим скольжение s₁ из выражения

Откуда s₁=0,0201

;

;

Расчет искусственных механических характеристик

Искусственные механические характеристики электродвигателя для частот рассчитывается по выражениям

Рисунок 8 Механическая характеристика



7. ?????? ????????????? ??????????????????? ?????????????

Искусственные электромеханические характеристики и электродвигателя для частоты рассчитываются по выражениям

Где

-приведенный к обмотке статора ток ротора

-действующее значение тока холостого хода

Рисунок 9 Электромеханические характеристики ,

На искусственных механических характеристиках должно выполняться условие .

Если это условие не выполняется, необходимо скорректировать значение (провести коррекцию вольт-частотной характеристики), обеспечив при этом заданную скорость.

Из рис. явно видно, что двигатель при частоте f₂=9,760 Гц не выполняет условий, указанных выше. Следовательно, необходимо провести коррекцию напряжения (IR-компенсацию).

Находим скольжение, соответствующее второй рабочей скорости

,

где .

Находим ток, соответствующий данному скольжению

.

Находим напряжение компенсации

.

Подставляем полученное напряжение компенсации в уравнение механической характеристики

где

Рисунок 10 Электромеханические характеристики , .



Список используемой литературы

1. Кояин Н.В. Методика расчета параметров и характеристик асинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Томск. 8 с.

2. Кояин Н.В. Проектирование электрических приводов. Учебно-методическое пособие. Томск 2005 г. 29 с.

Размещено на Allbest.ru

...