Расчет параметров двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрическим приводом (или просто электроприводом) ЭП называется электромеханическая система из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Из определения электропривода видно, что основным средством для приведения в движение рабочих механизмов является электродвигатель. Электродвигатели широко применяются на транспорте в качестве тяговых двигателей.

За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности - микромашины, которые используются в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Особый класс составляют микродвигатели для бытовых электрических устройств: пылесосов, холодильников, вентиляторов.

Примером простейшего электропривода может служить двигатель-вентилятор.

1) механическая часть привода, включающая рабочий механизм РМ, передаточное устройство ПУ, предназначенное для передачи механической энергии от электродвигательного устройства электропривода к исполнительному органу рабочей машины и для изменения вида и скорости движения и усилия (момент вращения);

2) электродвигательное устройство ЭД, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую;

3) система управления СУ, состоящая из силовой преобразовательной части П(преобразователя), управляющего устройства УУ, задающего устройства ЗУ и датчиков обратных связей - ДОС-1 по положению ротора и ДОС-2 по положению рабочего механизма. Преобразователь П предназначен для питания двигателя и создания управляющего воздействия на него. Он преобразует род тока или напряжение, или частоту либо изменяет иные показатели качества электрической энергии, подводимой к двигателю.

Устройство управления УУ представляет собой информационную часть системы управления для обработки сигналов задающего воздействия и состояния системы по датчикам обратной связи и выработки на их основе сигналов управления, воздействующих через преобразователь П на электропривод в направлении устранения возникшего рассогласования с требуемой точностью и быстродействием. Управляющее устройство УУ управляет так же процессом электроприводов (осуществляет пуск, остановку, регулирование частоты вращения и т.п.).

По степени управляемости электропривод может быть:

1) Нерегулируемый - для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий (например: момента сопротивления исполнительно органа);

2) Регулируемый - для сообщения изменяемой или неизменяемой частоты вращения исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства;

3) Программно-управляемый - управляемый в соответствие с заданной программой;

4) Следящий - автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

5) Адаптивный - автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.

По роду передаточного устройства электропривод может быть:

1) Редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор;

2) Безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.

По уровню автоматизации электропривод может быть:

1) Неавтоматизрованный, в котором управление ручное;

2) Автоматизрованный, управляемый автоматическим регулированием параметров;

По роду тока:

1) Переменный ток

2) Постоянный ток

Дано:

· Механизм с постоянной нагрузкой М_нагр=5000*10 ^- Нм;

· Момент инерции механизма J=0,2 от момента инерции ротора выбранного двигателя;

· Напряжение питания U=220 В;

· Частота тока f=400 Гц;

· Частота вращения приводного вала механизма n_нагр=7400 об/мин;

· Режим работы - постоянный(S1).

Необходимо:

· Выбрать по каталогу асинхронный двигатель;

· Рассчитать и построить механическую характеристику;

· Определить частоту вращения при заданном моменте нагрузки М_нагр;

· Определить время пуска двигателя t_n;

· Определить изменение частоты вращения при уменьшении питающего напряжения на 10%.



1. Выбор по каталогу типа асинхронного двигателя

Определение мощности Р_нагр на валу двигателя по заданному моменту М_нагр.:

Отсюда

По рассчитанной мощности Р_нагр. и заданной U, n_нагр. f по таблице 10.4 выбираем асинхронный трехвазный двигатель типа DAT 61571-1. Трехфазные двигатели этой серии отличаются высокой степенью использования объёма, повышенной точностью изготовления и высоким качеством электромагнитных и изоляционных материалов.

Паспортные данные двигателя DAT 61571-1:

· Номинальное напряжение U_ном.=220 В;

· Мощность нагрузки Р_нагр=370 Вт;

· Номинальная частота вращения n_ном.=7400 об/мин;

· Номинальный вращающий момент М_ном.=4900*10 ^- Нм;

· Пусковой момент М_п=14700*10 ^- Нм;

· Максимальный момент М_max.=19600*10 ^- Нм;

· Потребляемая мощность Р_1ном.=520 Вт;

· Мощность короткого замыкания Р_2кз.=2700 Вт;

· Номинальный ток I_ном.=2,8 А;

· Пусковой ток I_п=15 А;

· КПД з=77%;

· Коэффициент мощности cosц=0.5;

· Момент инерции ротора J=180*10 ^- кгм



Рис. 1 - Схема включения в трёхвазную сеть при соединении обмоток в звезду (а) и треугольник (б).

Для выбранного двигателя находим его габаритные и установочные размеры.

d1	9	l3	12
d5	148*0,5	l20	3
d20	115	l21	14
d22	10	l30	150
d25	95	l39	4
d30	100	b20	106
l1	20	масса	3,2



2. Расчет и построение механической характеристики

Величина отставания ротора от частоты вращения магнитного поля статора называется скольжением:

Где n - частота вращения ротора;

n₀ - частота вращения магнитного поля статора;

Где f - частота питающего статора сети, Гц;

р - число пар полюсов двигателя.

При пуске двигателя его ротор находится в покое и скольжение S=1

При холостом ходе, когда можно считать, что ротор вращается с синхронной скоростью, скольжение S=0

Таким образом, скольжение при нарастании частоты вращения ротора от нуля до синхронной изменяется от нуля до единицы.

Определение номинального скольжения:

Определение критического скольжения:

;

Где µ_m=М_max/М_ном=4;

K_п=М_п/М_ном.=3;

µ_i=µ_m/К_п=1,333

Подставляем:

S_кр.=0.492

Определение постоянной «q» для формулы Клосса.

· Расчет значений µ по формуле Клосса для заданных значений скольжения;

· Расчёт µ_ном. для тех же значений S;

· Расчёт значений моментов

М=М_ном*µ_ном;

Данные расчета сведены в таблицу.

S	S/Sk	Sk/S	A	B	C	µном=С*µm	M=µном*Mном
0.01	0.02	49.2	49.22	49.22	0.041	0.163	0.08
0.05	0.102	9.84	9.942	9.942	0.201	0.805	0.394
0.075	0.152	6.56	6.712	6.712	0.298	1.192	0.584
0.1	0.203	4.92	5.123	5.123	0.39	1.562	0.765
0.2	0.407	2.46	2.867	2.867	0.698	2.791	1.368
0.3	0.61	1.64	2.25	2.25	0.889	3.556	1.742
0.4	0.813	1.23	2.043	2.043	0.979	3.916	1.919
0.492	1	1	2	2	1	4	1.96
0.5	1.016	0.984	2	2	1	3.999	1.96
0.6	1.22	0.82	2.04	2.04	0.981	3.923	1.922
0.7	1.423	0.703	2.126	2.126	0.941	3.764	1.844
0.8	1.626	0.615	2.241	2.241	0.892	3.57	1.749
0.9	1.829	0.547	2.376	2.376	0.842	3.367	1.65
1	2.033	0.492	2.525	2.525	0.792	3.169	1.553

Где:

3. Определение частоты вращения двигателя при заданном моменте нагрузки

При S=0.075 M_ном.=4900*10 ^- Нм

При М_нагр.=5000*10 ^- Нм скольжение будет

Частота вращения при М_нагр, n_нагр:

Данные расчета сравним с расчетом по формуле Клосса для значений S_нагр:

;

B=A =6.546;

µ=C*µ_m=1.222;

М_нагр=М_ном*µ=5988*10^-;

По заданию момент нагрузки M_нагр=5000*10 ^- Нм.

4. Определение время пуска двигателя

Согласно заданию на проектирование и выбору по каталогу двигателя М_с=5000*10 ^- Нм;

Кратность момента сопротивления ;

Электрическая постоянная времени определяется по выражению;

, с;

И учитывая, что момент инерции J_дв ротора двигателя и приведённого механизма составляет J=1.2*J_дв,

J=1,2*180*10^-=2,16*10^-

Имеем с

Определение относительного динамического момента при различных значениях скольжения

µ_дин=µ-µ_с

µ_дин1=1.562-1=0.562;

µ_дин2=2.791-1=1.791;

µ_дин3=3.556-1=2.556;

µ_дин4=3.916-1=2.916;

µ_дин5=3.999-1=2.999;

µ_дин6=3.923-1=2.923;

µ_дин7=3.764-1=2.764;

µ_дин8=3.57-1=2.57;

µ_дин9=3.367-1=2.367;

µ_дин10=3.169-1=2.169;

Время пуска определяется по формуле:

;

Где S-участки скольжения, на которые разбит график.

=0.198 с

5. Определение изменения частоты вращения при понижении напряжения на 10%

;

Данные расчета сведены в таблицу 3.

S	M при Uном(Нм)	Mпн при 0,9Uном(Нм)	µпн=Мпн/Мном
0.01	0.08	0.072	0.146
0.05	0.394	0.355	0.724
0.075	0.584	0.526	1.073
0.1	0.765	0.689	1.405
0.2	1.368	1.231	2.512
0.3	1.742	1.568	3.2
0.4	1.919	1.727	3.524
0.492	1.96	1.764	3.6
0.5	1.96	1.764	3.6
0.6	1.922	1.73	3.53
0.7	1.844	1.66	3.387
0.8	1.749	1.574	3.213
0.9	1.65	1.485	3.03
1	1.553	1.397	2.852



По механической характеристике и таблице определяем новую частоту вращения при пониженном напряжении питающей сети на 10%.

В этом случае при µ_пн=1.073, S=0.094

n_пн=n₀*(1-S)=8000*0,906=7248 об/мин

Таким образом частота вращения уменьшается на:

Дn%=(1-n_пн/n_нагр)*100%=(1-7248/7384)*100%=1,8%

6. Сравнение результатов расчетов с паспортными данными и расчетные данные

Таблица 4

Физическая величина	Расчетная	Паспортная
Р2ном	-	370 Вт
Мном	5988*10 - Нм	4900*10 - Нм
Мнагр	5000*10 - Нм	-
Мп	15530*10 - Нм	14700*10 - Нм
Мmax	19600*10 - Нм	19600*10 - Нм
nном	-	7400 об/мин
nнагр	7384 об/мин	-
tn	0.198 с	-
Дn% при Uпн=0,9Uном	1,8%	-

7. Расчет привода постоянного тока

Дано:

- напряжение питания постоянного тока U=27 В;

- частота вращения приводного механизма n_нагр=6000 об/мин;

- режим работы с переменной нагрузкой (S6).



Таблица 5.

№ временного интервала	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
M*10-, Нм	19,4	21	21,2	20,5	19,4	19,3	19,6	19,5	19,4	19,6
Продолжительность временного интервала	10	4	3	5	8	10	5	4	3	7

Необходимо:

- выбрать по каталогу бесконтактный двигатель постоянного тока;

- рассчитать и построить механическую характеристику;

- определить пусковой момент;

- определить частоту вращения двигателя при заданном моменте нагрузки, на отдельных участках времени;

- определить среднюю частоту вращения;

- определить изменение частоты вращения при уменьшении питающего напряжения на 10%.

8. Выбор по каталогу бесконтактного двигателя постоянного тока.

Определение эквивалентного момента на валу двигателя

Данные расчета сведены в таблицу 6.

Таблица 6.

Участки	t, с	М*10-, Нм	М*10-, Нм	М*t*10-, (Нм)*с
1	10	19,4	3,764	3,764
2	4	21	4,41	1,764
3	3	21,2	4,494	1,348
4	5	20,5	4,203	2,101
5	8	19,4	3,764	3,011
6	10	19,3	3,725	3,725
7	5	19,6	3,842	1,921
8	4	19,5	3,802	1,521
9	3	19,4	3,764	1,129
10	7	19,6	3,842	2,689
	59			23

Определение эквивалентной мощности Р_э:

Выбор двигателя по каталогу.

Выбираем по каталогу двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов с пазовым якорем, с одним выходным концом и трубкой на валу. Крепление двигателя осуществляется за корпус (магнит) с помощью немагнитных металлических деталей. Двигатели предназначены для работы при обоих направлениях вращений, причем изменение направления вращения на ходу, без предварительной остановки двигателя не допускается.

Технические данные двигателя ДПМ-35-Н1-Н2-04:

- напряжение питания U=27 В;

- номинальная мощность Р_2ном=12,32 Вт;

- частота вращения n_ном=6000 об/мин;

- номинальный момент М_ном=19,6*10 ^- Нм;

- пусковой момент М_п=68,6*10 ^- Нм;

- номинальный ток I_ном=1,3 А;

- пусковой ток I_п=6 А;

- КПД з=35%;

- электромеханическая постоянная t_п=200 ч.



Таблица 7

d30, мм	d1, мм	l30, мм	l1, мм	m, кг
35	Мі*0,35	78,5	12,5	0,34

9. Расчет параметров двигателя, используя технические данные

Номинальный момент

Потребляемая мощность

Сопротивление обмотки якоря

Пусковой момент двигателя:

- для режима номинальной нагрузки М_ном=С_М*I_ном=0,02 Нм;

- для пускового режима М_п=С_М*Ф*I_п=0,09 Нм;

Так как двигатель с постоянными магнитами, то возьмем отношения моментов



, отсюда

10. Расчет и построение механической характеристики двигателя.

М=С_е*Ф*I;

Подставляя получаем:

n=7660-84640*М

При холостом ходе М=0, и тогда n=7660 об/мин;

При пуске М=0,09 Нм, n=7660-84649*0,09=41,59?0 об/мин.

Участки	t, с	М*10-, Нм	nп об/мин	nп*tп
1	10	19,4	6018	60180
2	4	21	5882	23530
3	3	21,2	5865	17600
4	5	20,5	5924	29620
5	8	19,4	6018	48140
6	10	19,3	6026	60260
7	5	19,6	6001	30000
8	4	19,5	6009	24040
9	3	19,4	6018	18050
10	7	19,6	6001	42000
	59			353400



11. Определение средней частоты вращения двигателя

С учетом предыдущих расчетов находим среднюю эквивалентную частоту вращения при эквивалентном моменте нагрузки:

n_ср.э=7660-84640*M_э;

n_ср.э=7660-84640*0,02=5967 об/мин.

12. Определение изменения частоты вращения при уменьшении питающего напряжения на 10%

n_пн=6894-84640*0.02=5201 об/мин;

Дn_пн=5201/5990=0,868;

Дn_пн%=(1-0,868)*100%=13,2%.

13. Результаты расчета

- выбран бесконтактный двигатель постоянного тока ДПМ-35-Н1-Н2-04;

- напряжение питания 27 В;

- частота вращения n_ном=6000 об/мин;

- номинальная мощность Р_ном=12,32 Вт;

- М_ном=0,02 Нм;

- М_наг.=0,02 Нм;

- n_ном=6000 об/мин;

- n_нагр=5990 об/мин;

- М_п=0,09 Нм;

- n₀=7660 об/мин;

- Дn%=13,2% при U_пн=0,9U_ном.



Список используемых источников информации

1. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электропитающие устройства автоматики: Учебник

2. Собинин Ю.А. Электропитающие устройства автоматики: Учебник.

3. Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электрические микромашины

4. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики: Учебник для ВУЗов.

5. Справочник по электрическим машинам. Ч. 1. Под ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова.

6. Справочник по электрическим машинам. Ч. 2. Под ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова.

7. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник.

Электрические машины: Сборник стандартов - 1973 г.

Размещено на Allbest.ru

...