Расчет двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

1.1 Данные для построения

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения

nм1 = -135 об/мин - частота вращения в 1 рабочей точке,

t1 = 16 с - время работы в 1 точке,

nм2 = 65 об/мин - частота вращения в 2 рабочей точке,

t2 = 24 с - время работы в 2 точке,

tп = 40 с - время паузы.

Нагрузка имеет реактивный характер.

Ммех.=850 Нм - момент нагрузки (механизма) на валу двигателя,

зп. = 0.75 - КПД передачи при максимальной частоте вращения,

Јмех. = 90 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

Продолжительность включения

%

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

ПВкат =40%

Диапазон регулирования

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

,

где m - число рабочих участков в цикле; - время работы на i-м участке цикла; - коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-м участке цикла; - мощность нагрузки на валу механизма на i-м участке цикла.

Значения угловых скоростей по ступеням: -первая ступень



рад/с,

-вторая ступень

рад/с.

Мощность на i-м участке работы.

- первая ступень:

кВт,

- вторая ступень:

кВт.

Коэффициент ухудшения теплоотдачи по ступеням.

,где

=0.95 - коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном якоре (роторе), принимаемый для двигателей закрытого исполнения без принудительного охлаждения;

Для первого участка:

,

Для второго участка:

.

Среднеквадратичное значение мощности равно

кВт.

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

кВт,

Расчетная мощность электрического двигателя.

,

где kЗ =(1.1-1.3) - коэффициент запаса;

змех=0.8 - КПД передачи при nмакс,

Принимаем kЗ=1.3.

кВт.

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



Таблица 1

Тип	UH, В	РН, кВт	nН, об/мин	IH, A	Rдв. , Ом	Jдв. , кгм2
	220	26	825	134	0.0295	2

Передаточное отношение редуктора.

где - номинальная угловая скорость вращения двигателя.

рад/с

Принимаем передаточное отношение редуктора из стандартного ряда передаточных чисел (при условии, что iр.ст ? iр ).

iр.ст = 5.6

мощность двигатель редуктор



3. Расчёт и построение естественных механических и электромеханических характеристик двигателя

Сопротивление якоря горячее

Ом,

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

Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке.

.

Коэффициент ЭДС двигателя.

.

Номинальный момент на валу двигателя.

Н·м.

Электромагнитный момент, соответствующий номинальному току.

Н·м.



Момент трения на валу электродвигателя.

Н·м.

Скорость идеального холостого хода.

рад/с.

Скорость вращения по ступеням.

;

;

или

;

.

Момент статический по ступеням.

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



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 =134	2· Iн=268
M, Н·м	0	333.427	666.853
щ, рад/с	88.415	86.35	84.385



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

4. Рачет преобразовательных устройств или пусковых и регулировочных реостатов

Наибольшие пусковые ток и момент определяются из условий:

I пуск =2•I н =2•134=268 А;

М пуск =с• I пуск =2.488•268=666.853 Н·м.

Ток и момент переключения определяются из условий:

I пер =1.2 • I н =1.2•134 =160.8 А;

Мпер=с•Iпер= 2.488·160.8=400.112 Н·м.

Необходимые сопротивления якорной цепи:

Для первой ступени при Мпуск=666.853 Н·м, необходимо обеспечить

щ1=78,5рад/с, (участок 0-1):

Для второй ступени при Мпуск=666.853 Н·м, необходимо обеспечить щ2=-28.752 рад/с, (участок 2-3):



Для третьей ступени при Мпуск=666.853 Н·м, необходимо обеспечить щ3=-48.15рад/с, (участок 4-5):

Для четвертой ступени при Мс=234.707 Н·м, необходимо обеспечить щИ1=-79,128рад/с, (участок 6-7):

Для пятой ступени при Мпуск=666.853 Н·м, необходимо обеспечить щИ1=-79,128рад/с, (участок 8-9):



Для шестой ступени при Мс=234.707 Н·м, необходимо обеспечить щИ2=38,1рад/с, (участок 10-11):

Для седьмой ступени при Мпуск=-666.853 Н·м, необходимо обеспечить щи2=38,1рад/с:

Механические характеристики для полного цикла работы двигателя при реактивном характере нагрузки производственного механизма представлены на рис.4.



Рисунок 4 Механические характеристики полного цикла работы



5. Расчёт переходных процессов щ=f(t), М=f(t) за цикл работы и построение нагрузочной диаграммы электропривода

Расчет переходных процессов проводим по выражениям

,

,

,

где Мнач, Iнач, щнач - начальные значения соответственно момента, тока и скорости;

Мкон, Iкон, щкон - конечные значения соответственно момента, тока и скорости;

t - текущее время, с;

электромеханическая постоянная времени, с;

JУ - суммарный момент инерции, кг·м2;

;

=(1.5ч1.3) - коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора, принимаем k=1,5;

Jдв - момент инерции двигателя, кг·м2;

Jмех - момент инерции механизма, кг·м2;

- передаточное число редуктора;

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

с - коэффициент ЭДС двигателя, .

кг·м2.

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

,

,

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

с.

Таблица 3

t,c	0	2	4	6	8
M,Н*м	115,98	74,42	62,79	59,53	58,62
щ,рад/с	0	56,52	72,35	76,78	78,01

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

Участок 2-3'

,

,

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

Таблица 4

t,c	0	0,3	0,6	0,9	1,2	1,62
M,Н*м	-140,847	-112,312	-87,86	-66,92	-48,98	-28,1
щ,рад/с	-78,5	-58,65	-41,64	-27,07	-14,59	0

Участок 3'-3: ,

,

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

Таблица 4

t,c	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,427
M,Н*м	-94,05	-92,25	-90,54	-88,92	-87,38	-86,93
щ,рад/с	0	-3	-5,9	-8,6	-11,2	-11,87



Участок 4-5

,

,

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

Таблица 5

t,c	0	0,4	0,8	1,2	1,26
M,Н*м	-140,847	-117,42	-100,64	-88,62	-87,13
щ,рад/с	-11,82	-36,09	-53,48	-65,9	-67,47

Рассчитываем переходный процесс второй рабочей ступени

Участок 6-7



,

,

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

Таблица 6

t,c	0	0,2	0,4	0,6	0,77
M,Н*м	-140,85	-121,23	-106,38	-94,88	-87,35
щ,рад/с	-67,61	-80,19	-89,78	-97,1	-101,94

Рассчитываем переходный процесс второй рабочей ступени на участке (8-9):

,

,



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

Таблица 7

t,c	0	0,1	0,2	0,3	0,5
M,Н*м	-140,847	-124,616	-111,57	-101,1	-85,915
щ,рад/с	-102,08	-108,5	-113,66	-117,8	-123,81

Рассчитываем переходный процесс второй рабочей ступени на участке (10-11):

,

,



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

Таблица 7

t,c	0	0,5	1	1,5	2
M,Н*м	-140,847	-71,61	-60,2	-58,62	-58,32
щ,рад/с	-123,36	-140,59	-143,38	-143,83	-143,9

Рассчитываем переходный процесс режима динамического торможения (12-13).

,

,

,



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

Таблица 8

t,c	0	0,5	1	1,5
M,Н*м	140,847	72,166	27,17	0
щ,рад/с	-143,917	-73,743	-27,77	0

По данным таблиц 3, 4, 5, 6, 7,8 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 w=f(t) заданного цикла работы: 0-1-пуск двигателя в одну ступень с выходом на первую рабочую ступень; tp1-работа на первой ступени; 2-3', 3'-3, 4-5, 6-7, 8-9, 10-11, 12-13-торможение противовключением с переходом на вторую рабочую ступень

Размещено на Allbest.ru

...