Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Государственный технологический университет

Кафедра: ЭСиМ

Расчётно-графическая работа

по дисциплине:

"Электрические машины и электропривод"

на тему: "Расчет электропривода станка"

Содержание

Вступление

1. Исходные данные

2. Выбор типа и мощности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

3. Проверка двигателя на нагрев по методу средних потерь

4. Разработка принципиальной электрической схемы управления и защиты выбранного двигателя

Литература

Вступление

На питание электропривода используется более половины вырабатываемой энергии (1). Поэтому улучшение основных энергетических показателей имеет большое значение. К основным энергетическим показателям относят потери мощности и энергии, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности (cos ц). КПД это мера экономичности превращения энергии системного электропривода. Величина КПД зависит от кратности нагрузки двигателя. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, близкой к номинальной (1).

Для электродвигателей переменного тока важным энергетическим показателем является cos ц, который зависит от нагрузки на валу двигателя и, показывает, какая часть главной электрической мощности, которая поступает из сети питания, превращается в активную мощность. При отсутствии нагрузки cos ц имеет небольшое значение. Если нагрузка возрастает, возрастает и cos ц, который также достигает максимума при нагрузке, близкой к номинальной.

1. Исходные данные

Р 1 = 1,0 кВт; Р 2 =4,2 кВт; Р 3 =1,0 кВт; Р 4 =3,0 кВт; t1 = 10с; t2 = 15 с; t3 = 10с; t4 = 8с; t0 = 29c; n0 = 1000 мин -1; JП.М = 0,05 кг·м ².

Привод реверсивный; торможение - динамическое

Время на вспомогательные операции принять равным 1с

За наведенными данными необходимо:

1. Выбрать тип и мощность асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

2. Проверить двигатель за нагревом по методу средних потерь.

3. Разработать принципиальную электрическую схему управления, торможения и защиты выбранного двигателя.

2. Выбор типа и мощности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Приводим предварительный нагрузочный график для мощностей резания

Рисунок 1.1- Нагрузочный график

Принимаем за номинальную мощность резания Рр.н. наибольшую мощность резания при обработке заданной заготовки:

Рр.н. = Р 3 = 4,2 кВт

В соответствии с [1] стр.76 КПД цепи главного двигателя станка при номинальной нагрузке составляет около 0,8. Принимаем зс.н. = 0,8.

Тогда мощность на валу двигателя при мощности резания Рр.н. = 4,2 кВт составит:

кВт

где зс.н. - КПД главного двигателя станка при номинальной нагрузке. Эта величина является переменной, зависящей от степени загрузки станка.

При работе станка в холостую, мощность на валу двигателя равна мощности вспомогательного хода станка Рв.х. или (Рх.х.). По мере возрастания мощности резания, потери ДРс. в станке возрастают по нелинейному закону:

Рисунок 1.2 - Зависимость потерь от нагрузки

При каждой мощности резания можно определить потери в станке:

,

где ДР` - потери от нагрузки в станке при указанном допущении, они пропорциональны мощности резания.

Потери при полной нагрузке станка:

кВт;

где - Рр.н., зс.н. соответственно мощность и КПД при полной нагрузке станка. асинхронный двигатель ротор электрический

Мощность вспомогательного хода станка зависит от кинематической цепи станка, смазки, её температуры, частоты вращения. При повышении частоты вращения, Рв.х также возрастает. Рв.х обычно несколько превышает половину всех потерь мощности при полной нагрузке станка. Поэтому принимают приближенно:

кВт;

Определим КПД станка для различных нагрузок в соответствии с заданной нагрузочной диаграммой:

Данные сводим в таблицу 1:

Ррез, кВт	Р 1 = 1,0	Р 2 = 4,2	Р 3 = 1,0	Р 4 = 3,0
зс	0,49	0,8	0,49	0,74
Рдвиг, кВт	2,04	5,25	2,04	4,05
t, c	10	15	10	8

По полученным данным можно построить нагрузочный график работы станка:

Рисунок 1.3 - Нагрузочный график

где tп - время пуска

tт - время торможения

tо - время остановки

Вспомогательное время принимаем по 1-ой секунде на подвод и отвод инструмента.

Предварительно выбираем двигатель по условиям перегрузки. Допустимая перегрузочная способность л для АД с короткозамкнутым ротором находится в пределах л = 1,7 ч 2,2. Величина максимального момента двигателя Мmах прямо пропорциональна квадрату напряжения сети. Напряжение в сети не является постоянным, а изменяется в условиях производства в некоторых пределах, позволенных правилами электроснабжения. Принимаем л = 1,7. Чтобы учесть возможность такого понижения напряжения, наибольшую допустимую перегрузку определяют по формуле:

где Мкр - критический (или максимальный) момент двигателя

Мном - номинальный момент двигателя

По условию перегрузки определяем мощность двигателя:

кВт

Pmax - максимальная мощность по заданному нагрузочному графику

По справочнику [4] табл. 2.1. стр.28. выбираем двигатель 4А 112МВ 6У 3;

Р 2ном = 4,0 кВт, n = 1000 об/мин.

Проверять двигатель по условиям пуска нет необходимости, так как пуск двигателя будет всегда производится при холостом ходе станка. При этом условие пуска гарантировано выполняется.

Из каталога [4] табл. 2.1. стр.28 выпишем значения в таблицу 2:

з, %	77,0	82,5	83,0	82,0	79,5
Р 2/Р 2ном, %	25	50	75	100	125

В [6] на стр.67, табл.3.1 приведены данные по пусковым свойствам двигателей:

Sном = 5,1%; Sк = 38%;

Iд.р. = 0,021 кг·м 2;

Определяем перегрузочную способность двигателя л:

С учетом понижения напряжения в сети л для выбранного двигателя 2,125, что больше л' = 1,7 принятого предварительно. То есть имеется некоторый запас по перегрузке.

3. Проверка двигателя на нагрев по методу средних потерь

Определяем потери при мощностях соответствующих графику нагрузки.

Определяем по графику зависимости



КПД двигателя при различных нагрузках и заполняем таблицу 3

з	0,826	0,79	0,826	0,81	0,41	0,82
ДРi, кВт	0,43	1,39	0,43	0,95	0,91	0,88

Все значения з смотрим из графика (2.1)

Рисунок 2,1 - Зависимость n=f(P2/P2ном)

ДР 1 = (2,04/0,826) - 2,04 = 0,43; ДР 4 = (4,05/0,81) -4,05 = 0,95;

ДР 2= (5,25/0,79) -5,25 = 1,39; ДРв.х. = (0,63/0,41) - 0,63 = 0,91;

ДР 3 = (2,04/0,826) - 2,04 = 0,43; ДРном = (4/0,82) -4 = 0,88.

Определяем время пуска двигателя:



где Iп.м. - момент инерции механизма, приведённый к валу двигателя

Iд.р. - момент инерции ротора выбранного двигателя

щ0 - синхронная угловая скорость

Мп - момент двигателя при пуске

Мс - момент сопротивления при пуске

Примечание: щхх ? щ0

Разгон двигателя осуществляется в режиме холостого хода станка, поэтому скорость щхх будет лишь незначительно меньше синхронной скорости щ0

рад/с

Мс - момент сопротивления в режиме холостого хода

В каталоге приведено номинальное скольжение двигателя Sн = 5,1%

Определим номинальную частоту вращения двигателя:

;

об/мин.

n0 - синхронная частота вращения

Определяем момент сопротивления при пуске:

Н·м;

Определяем средний пусковой момент двигателя:

;

; рад/с;

Н·м;

Н·м;

Подставляем полученные данные и определяем tn:

с;

Определяем время самоторможения двигателя:

с;

Для ускорения торможения станка применим динамическое торможение:

с;

Н·м;

Определяем потери энергии при пуске:

J - общий момент инерции привода

кг·м ²;

Необходимо определить коэффициент в0, учитывающий ухудшение охлаждения двигателя при его остановке.

В литературе [3], стр. 72 для закрытого двигателя с обдувом и ребристой поверхностью в0 = 0,3ч0,55. В литературе [2], для двигателя с обдувом в0 = 0,45ч0,3

Используя эти рекомендации для двигателя мощностью 4,0 кВт, в0=0,45.

Эквивалентные потери цикла определяются по формуле:

Сравнивая эквивалентные потери с потерями номинальными, делаем вывод, что двигатель по нагреву проходит.

ДРэкв. < ДРном; 0,74. < 0,88 кВт;

Тогда принимаем данный двигатель.

Определим номинальный ток двигателя:

А

4. Разработка принципиальной электрической схемы управления и защиты выбранного двигателя

Для включения двигателя М в прямом направлении необходимо кратковременно нажать кнопку SВ 2 "Вперед". При этом срабатывает контактор КМ 1, замыкает главные контакты в цепи статора ЭД и ставит себя на самоблокировку. Если теперь кнопку SВ 2 отпустить, то катушка контактора будет включена через собственный вспомогательный контакт.

Схема снабжена взаимной блокировкой, исключающей одновременное срабатывание контакторов КМ 1 и КМ 2. Поэтому предварительно нужно нажать кнопку SВ 1 "Стоп", которая отключит контактор КМ 1, а уже затем кнопку SВ 3 "Назад". При этом сработает контактор КМ 2, рабочие контакты которого произведут переключение цепи статора, а вспомогательный контакт поставит катушку контактора на самоблокировку.

При динамическом торможении ЭД статор отключается от сети переменного тока и подключается на постоянное напряжение. Магнитное поле статора неподвижно, но ротор по инерции продолжает вращение. В проводниках ротора наводится ЭДС и возникает ток, который создает тормозной момент. Ротор ЭД интенсивно затормаживается.

Источником постоянного тока служит полупроводниковый выпрямитель V1, который включается в сеть через понижающий трансформатор Т. Резистор Rр служит для точной регулировки тока возбуждения. Управление торможением осуществляется в функции времени с помощью электромагнитного реле времени КТ, которое включено в цепь переменного тока через выпрямитель V2. При нажатии кнопки SВ 2 "Пуск" срабатывает контактор КМ 1 и подключает двигатель к сети переменного тока. Вспомогательные контакты контактора ставят его на самопитание, разрывают цепь контактора торможения КМ 3 включают реле времени КТ. При этом контакт КТ в цепи катушки контактора КМ 3 замыкается. Схема подготовлена к торможению. При нажатии кнопки SВ 1 "Стоп" отключается контактор КМ 1, который своими размыкающими контактами включает контактор торможения КМ 3 а замыкающими контактами отключает реле времени KТ. Контактор КМ 3. подключает цепь статора ЭД к источнику постоянного тока - начинается торможение. Одновременно с этим реле КТ отсчитывает выдержку времени, по истечении которой его контакты разрывают цепь контактора КМ 3. Контактор отключается и динамическое торможение заканчивается.

Рисунок 3.3 - Схема реверсивного АД торможения которого производится динамически



Литература

1. Теория электропривода: Учебник / М.Г. Попович, М.Г. Борисюк, В.А. Гаврилюк и др.; Под ред. М.Г. Поповича.- К.: Высшая школа., 1993.- 494 с.

2. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов: Учебник для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1990, - 304 с.

3. Харизаменов И.В. Электрооборудование и электроавтоматика металорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975. - 264 с.

4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик и др. - М: Энергоиздат, 1982.- 504 с.

5. Конспект лекцій з дисципліни " Електричні машини та електропривід".

Размещено на Allbest.ru

...