Расчет механизма электропривода

Размещено на http://allbest.ru

Оглавление

Введение

1. Описание рабочей машины и её технологического процесса; исходные данные для проектирования электропривода

2. Расчёт моментов статических сопротивлений и предварительный расчёт мощности электродвигателя

3. Определение передаточного числа и выбор редуктора

4. Приведение статических моментов к валу двигателя

5. Приведение моментов инерции и коэффициентов жесткости к валу двигателя

6. Предварительная проверка двигателя по производительности и нагреву

7. Выбор типа (системы) электропривода и основных элементов

8. Расчет статических характеристик электропривода

9. Расчет переходных процессов электропривода

10. Расчет параметров схем включения, обеспечивающих пуск и торможение двигателя

11. Пуск и торможение в системе преобразователь - двигатель

Заключение

Список литературы

двигатель мощность редуктор электропривод



Введение

Данный курсовой проект содержит проектирование электропривода механизмов повторно-кратковременного цикла режима работы.

Тележка совершает возвратно-поступательное движение по рельсовому пути на всю длину моста от одного крайнего положения до другого. За исходное состояние тележки принимается нахождение ее в одном из крайних положений на мосте при поднятом грузе. Из этого положения тележка разгоняется с грузом, движется до противоположного конца моста и там затормаживается. Мост крана вместе с тележкой перемещается на требуемое расстояние и останавливается. Груз с помощью механизма подъема, находящегося на тележке, опускается и отцепляется. Затем поднимается пустой крюк и мост с тележкой, но уже без груза, перемещается в исходное положение и там затормаживается.

Опускается пустой крюк, зацепляется груз и осуществляется его подъем. На этом цикл работы механизма передвижения тележки заканчивается. При дальнейшей работе тележки этот цикл повторяется. Следует иметь в виду, что паузой для электропривода механизма передвижения тележки является время работы механизмов подъема крана и перемещение моста.



1. Описание рабочей машины и её технологического процесса; исходные данные для проектирования электропривода

Тележка мостового крана выполняет операцию перемещения поднятого груза с площадки загрузки на площадку выгрузки. На площадки загрузки груз зацепляется, механизмом подъема (строп) обеспечивает подъем груза. Включается двигатель тележки, осуществляется перемещения тележки с грузом с установившейся рабочей скоростью V_P по прибытии к площадке выгрузки двигатель затормаживается, тележка останавливается в заданном месте, переместившись на длину L. Затем происходит опускание груза, его отцепляют, пустой крюк поднимается. Включается двигатель для движения в обратную сторону с установившейся скоростью V_B , ntktцrf возражаеться на площадку загрузки, расстояние L. Таким образом, тележка совершает возвратно-поступательное движение на длину L от одного положения до другого. В цикл работы тележка входит время пауз, когда тележка стоит, производятся зацепления груза, его подъем, опускание, расцепление, подъем и опускание пустого крюка.

Кинематическая схема механизма передвижной тележки представлена на рисунки 1. Исходные данные в таблице 1.

Рисунок 1 - Кинематическая схема механизма передвижной тележки (1- Ходовые колеса; 2 - электродвигатель; 3- тормозной шкив; 4- редуктор)



Таблица 1 - Исходные данные

Обозначениея	Наименование показателя	Размерность
m	Масса тележки	т	3
mг	Масса груза	т	10
D	Диаметр колеса	м	0,25
dc	Диаметр ступицы	мм	60
µ	Коэффициент трения скольжения	-	0,025
f	Коэффициент трения качения	м	0,0005
Ck	Крутильная жесткость		5
L	Длина перемещения тележки	м	5
VP	Скорость движения с грузом	м\с	0,45
VB	Скорость движения без груза	м\с	0,6
a	Предельное ускорение	м\с2	0,5
z	Число циклов в час	-	70
tP	Суммарное время работы, не более	с	25

2. Расчёт моментов статических сопротивлений и предварительный расчёт мощности электродвигателя

На базе исходных данных рабочей машины рассчитывают и строят зависимость скорости рабочей машины от времени V(t). Участки различаться значениями статических нагрузок и моментов инерции. На основе заданных путей перемещения L, установившейся скорости V_у и допустимого ускорения a рассчитывают:

Время пуска t_п до установившейся скорости с допустимым ускорением, торможения t_т от установившейся скорости до остановки. С грузом:



Путь, проходимый за время пуска (торможения) рабочей машины.

С грузом:

Без груза:

_.

Время установившегося режима движения со скоростью V_у. С грузом:

.

Без груза:

.

Полученные зависимости V(t) представлены на рисунки 2. При построении зависимостей V(t) учитываем направление движения рабочей машины. При движениие с грузом принимаем V > 0. При движений без груза в возвратном режиме соответственно V< 0.

Расчет статических моментов рабочей машины.

Момент сил трения в подшипниках. С грузом:



Без груза:

Момент сил трения качения:

С грузом:

Без груза:

где f- коэффициент трения качения

Момент сил трения, учитывающий трения реборд колес о рельсы

С грузом:

Без груза:

Для определения динамических моментов рабочей машины рассчитываются моменты инерции рабочей машины (рабочего органа):



Без груза:

Полный момент рабочей машины. С грузом:

Без груза:

Среднеквадротичное значение момента

1622 Нм

Мощность двигателя может быть определена по соотношению

где коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, обусловленные вращающимися элементами электропривода ( двигателя, редуктора) , а также потери мощности в редукторе. коэффициент может быть взять от 1,3 до 1,5;

- основная скорость движения м/с;

D - диаметр шестерни выходного вала редуктора, м;

ПВ_ф - фактическое значение относительной продолжительности включения проектируемого электродвигателя;

ПВ_кат - ближайшее к ПВ_ф каталожное значение относительной продолжительности включения для электродвигателей выбранной серии.

Мощность двигателя

Произведем выбор электродвигателя.

Таблица 2 - Данные выбранного электродвигателя

Тип	Pн, кВт	nн, об/мин	I1н, А	cosц,	I2н, А	E20, В	Cosцo	X1, Ом	X2, Ом	Кг	Jдв, Кг*м2
4MTF(H)132LB6	7,5	935	18,2	0,77	20,7	242	0,11	0,98	1,44	2,22	0,11

3. Определение передаточного числа и выбор редуктора

Придаточное число редуктора определяется по номинальной скорой вращения двигателя и основной скорой движения исполнительного органа.

Выбираем редуктор цилиндрический двухступенчатый горизонтальный редуктор Ц2У-200 с передаточными числом равны.



4. Приведение статических моментов к валу двигателя

После выбора двигателя и редуктора, когда известны передаточное число, коэффициент полезного действия редуктора, статический момент рабочей машины, приведенные к валу двигателя, рассчитываются по формуле:

С грузом:

Без груза:

С учетом потерь в редукторе статические моменты на валу рассчитывают в зависимости от режима работы электропривода.

Статический момент на валу в двигательном режиме

С грузом:

Без груза:



При работе электропривода в тормозных режимах потери в редукторе вызывают уменьшение нагрузки двигателя, при этом моменты на валу определяют по формуле. С грузом:

Без груза:

Найдем момент холостого хода

=42,7-71,6=28,9

где Мн= 42,7 Нм, кФн=2,35

Статический момент на валу в двигательном режиме.

С грузом:

Без груза:



Без груза:

5. Приведение моментов инерции и коэффициентов жесткости к валу двигателя

Суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции системы может быть рассчитан по соотношению

где - момент инерции двигателя;

- коэффициент, учитывающий момент инерции остальных элементов электропривода: муфт, тормозного шкива, редуктора и др. =1,3…1,5;

- приведенный к валу двигателя суммарный момент инерций движущихся исполнительных органов рабочей машины.

С грузом

,

Без груза:

Приведенную к валу двигателя жесткость упругой механической связи.



В таблицу 3 для каждого участка работы электропривода записать значения установившейся скорости двигателя

С грузом:

Без груза:

В таблицу, в строку необходимо включить также требуемые пусковые М_п и тормозные М_т моменты двигателя, при которых обеспечивается возможность разгона и торможения электропривода с заданным допустимым ускорением.

С грузом:



Без груза:

Статический момент на валу в двигательном режиме

При работе электропривода в тормозных режимах

Для приближенного расчет переходного процесса оценивать средний момент двигателя М_ср

При питании от преобразователя с задатчиком интенсивности средний момент двигателя можно принять равным моменту, допустимому по ускорению:

1. при пуске: Мср=Мп

2. при торможении: Мср=Мт

6. Предварительная проверка двигателя по производительности и нагреву

Целями предварительной проверки является:

- изучение приближенных способов оценки времени переходных процессов;

- уточнение нагрузочных диаграмм момента и скорости двигателя с учетом момента инерции предварительно выбранного двигателя;

- снижение затрат времени на выполнение курсового проекта для случая, когда предварительно выбранный двигатель не подходит по нагреву.

Используя выбранные выше значения пусковых и тормозных моментов, скоростей установившихся режимов и возможности выбранной схеме управления двигателем, рассчитывают:

Время переходных процессов

С грузом:

Без груза:

Угол поворота вала двигателя за время переходного процесса

С грузом:

Без груза:



Таблица 3. Сравнение участков движения

Участок движения	Движение с грузом	Движение без груза
	пуск	уст. режим	торможение	пуск	уст. режим	торможение
V, м/с	0-0,45	0,45	0,45-0	0-0,6	0,6	0,6-0
Мрост, кНм	0-87,4	87,4	87,4-0	0-20,1	20,1	20,1-0
Мродин, Нм	0-812,5	812,5	812,5-0	0-187,5	187,5	187,5-0
Мро, кНм	0-88	88	88-0	0-20	20	20-0
Мрс, Нм	0-84,3	84,3	84,3-0	0-12,4	12,4	12,4-0
Мвс, Нм	0-85,9	85,9	82,6	0-12,7	12,7	12,2
Мс, Нм	0-114,8	114,8	111,5	0-41,6	41,6	41,1
щс, рад/с	0-90	90	90-0	0-120	120	120-0
Jпр, кгм2	0-0,31	0,31	0,31-0	0-0,07	0,07	0,07-0
J, кгм2	0-0,46	0,46	0,46-0	0-0,22	0,22	0,22-0
Мдин, Нм	0-46	46	46-0	0-22	22	22-0

7. Выбор типа (системы) электропривода и основных элементов

На основании требований, предъявляемых к электроприводу, и анализа результатов предварительной проверки двигателя по производительности, нагреву и обеспечению технологических осуществляется выбор системы электропривода.

Выбираем систему, при которой электродвигатель получает питание от Силового тиристорного преобразователя.

Основным критерием в выборе было то, что данная система более надежность и простота.

Выбор преобразователя (комплектного электропривода).

Питание двигателя переменного тока можно выполнять от тиристорных и транзисторных преобразователей частоты как с непосредственной связью НПЧ, состоящих из нескольких управляемых выпрямителей, подключенных к сети переменного тока, так и двух преобразователей частоты с автономными инверторами ПЧИ, осуществляющими преобразование напряжения питающей сети последовательно в напряжение постоянного тока, а затем в трехфазное напряжение регулируемой частоты.

Выбор типа преобразователя зависит от частоты питающей сети, требуемого диапазона изменения частоты на выходе преобразователя, определяемого диапазон изменения скорости вращения двигателя, от мощности двигателя, диапазона изменения нагрузки на валу двигателя, наличия или отсудив реверса, режимов работы двигателя:

1. U_НТП>=U_Н

2. I_НТП>=I_Н

3. Выбираем преобразователь AT-007.

4. Питающая сеть: 3х220 В (+10%, -15% ); (50Гц 2%)

5. Выходное напряжение: 3х(0…220В2%)

6. Выходная частота: 0…400 Гц0,05%

7. Ток перегрузки: 1,5Iнв течение 60 с

8. КПД (без двигателя) 0,95

9. Коэффициент мощности (сети) 0,95

Электропривод АТО5 обеспечен защитой от аварийных и нештатных режимов:

- от токов недопустимой перегрузки и короткого замыкания, в том числе от замыкания на «землю»;

- от недопустимых перенапряжений на силовых элементах;

- от недопустимых отклонений и исчезновения напряжения питающей сети;

- от не полнофазного режима работы сети и электродвигателя;

- от недопустимых отклонений технологического параметра;

- от неисправности в узлах и блоках электропривода и др.

Выбор фильтров, автоматических выключателей, тормозного резистора.

Выполняется по рекомендациям изготовителя, который поставляет необходимые комплектующие (за отдельную плату).

Коммутационная и защитная аппаратура, дроссели и фильтры предназначены для устранения нежелательного влияния преобразователя частоты на двигатель и питающую сеть, защиты преобразователя и питающих кабелей, аварийного отключения преобразователя и двигателя от силового питания.

Выбор аппаратов защиты для преобразователей частоты определяется их номинальным входным током, указанным в каталоге.

Подключение преобразователя к сети осуществляется автоматическим выключателем QF, выбор которого определяется максимально возможной перегрузкой преобразователя (1,5* IН в течение 60 с).

8. Расчет статических характеристик электропривода

Задачей расчета является обеспечение технологических задач, заложенных в требования к электроприводу: рабочие скорости рабочего и обратного хода должны быть обеспечены заданной степенью точности; ускорение электропривода не должно превышать допустимых значений.

Формирование ускорения при пуске осуществляется правильной пусковой диаграммой, а замедление при торможении чаще всего ограничивается одной ступенью тормозного резистора.

Исходными данными для расчета статических характеристик являются каталожные данные электродвигателя и другого оборудования, установленного в его силовой цепи.

Расчет естественных характеристик асинхронного двигателя.

Произведем и построим естественные характеристики с помощью приложения на ПК haradfr.



Рисунок 2 - Естественная характеристика асинхронного электродвигателя

Рисунок 3 - Структурная схема ПЧ-АД

9. Расчет переходных процессов электропривода

В зависимости от требований, предъявляемых к электроприводу, различают режимы пуска:

1. форсированный, при котором время пуска минимально, а максимальный момент двигателя при пуске принимают равным максимально допустимому М_{макс,доп}

2. нормальный, при котором время пуска не ограничивается, а величина момента двигателя на всех этапах пуска не должна быть ниже момента сопротивления движения - М₂ ?1,2М_с.

3. обеспечивающий заданное допустимое ускорение a_доп при пуске, при кото ограничивается динамический момент двигателя.

Из рассмотренных режимов будем использовать режим пуска с ограничением ускорения электропривода, так как два других режима являются граничными.

При питании двигателя от цеховой сети обычно применяют реостатный пуск с постепенным выводом ступеней сопротивлений из работы. В системах электропривода с питанием двигателя от преобразователя (ТП-Д, ПЧ-АД и др.) пусковые режимы обеспечиваются системой управления путем формирования выходного напряжения (тока) преобразователя.

10. Расчет параметров схем включения, обеспечивающих пуск и торможение двигателя

При питании двигателя от индивидуального преобразователя появляется Возможность плавного регулирования напряжения (частоты), поэтому переходные процессы пуска и торможения обеспечиваются формированием напряжения управления преобразователем. В разомкнутой системе преобразователь - двигатель чаще всего применяют линейное нарастание напряжения управления, что определяет линейное нарастание напряжения (частоты) питания двигателя. В этом случае, величина динамического момента двигателя определяется темпом нарастания напряжения, и, в конечном итоге, производной скорости идеального холостого хода двигателя во времени dщ₀/dt.

В установившемся режиме нарастания скорости двигателя, когда затухают свободные составляющие переходного процесса.

а величина установившегося значения динамического момента двигателя

Для формирования линейною закона изменения напряжения управления на вход преобразователя подключают интегральный задаток интенсивности ЗИ, входное напряжение которого при подаче на его вход скачка задающего напряжение U_зад изменяется по линейному закону.

При достижении величины U_зад нарастание напряжения на выходе ЗИ прекращается. Выходное напряжение ЗИ, таким образом, является управляющим напряжением преобразователя, а величина U_зад определяет установившуюся величину скорости щ₀ двигателя. Темп каратная скорости определяется величиной базовой постоянной времени ЗИ Т_ЗИ, численно равной времени достижения выходного напряжения преобразователя от нуля до базового значения U_н (от нуля до базового значения скорости идеального холостого хода щ_он). Таким образом, базовая постоянная задатчика интенсивности определяется по формуле:



где - механическая постоянная времени, с;

- относительное значение динамического значение двигателя.

Из полученных соотношений видно, что при различных моментах инерции J величина Т_зи =const, а динамические моменты изменяются. Поэтому значение Т_зи рассчитывают по любому сочетанию J и М_дин (грузовой режим или режим холостого хода), но обязательно проверяют величину момента двигателя

М=М_с +М_дин ?м_{макс.дин}

С целью снижения времени пуска и торможения возможно применение пропорционально интегрального (ПИ) датчика интенсивности. ПИ датчик подаче скачка U_зад обеспечивает за счет пропорционального канала скачок напряжения на выходе преобразователя (скачок ), затем выполняет линейное нарастание напряжения с помощью интегрального канала с темпом, определяемым T_ЗИ, до величины, превышающей заданное значение .

Рисунок 3 - К расчету параметров датчика интенсивности



По достижению значения пропорционального канала снижает скачком входное значение напряжения (скорости ) до величины соответствующей напряжению задания U_зад.

Использование ПИ датчика позволяет обеспечить начальный бросок момента двигателя (при не учете электромагнитной инерции силовой цепи). соответствующий допустимому по условиям ускорения. Для прямолинейной механической характеристики величина скачка определяется по формуле:

Жесткость механической характеристики системы преобразователь - двигатель.

ПИ датчик интенсивности определяет начальную пусковую механическую характеристику, проходящую через точки .

На рисунке 4 Изобразим нагрузочные диаграммы с интегральными показателями пуска с имитированные в программа haradfr



Рисунок 4 - Нагрузочные диаграммы с интегральными показателями пуска



Список литературы

1. Драчев Г.И. Теория электропривода: Учебное пособие к курсовому проектированию. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 1998. - 160 с.

2. Яуре А.Г. , Певзнер Е.М. Крановый электропривод: справочник - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 344с., ил.

3. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М.; Энергия, 1977.

Размещено на Allbest.ru

...