Электропривод механизма захвата манипулятора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В результате анализа работы рабочего органа механизма спроектирован Электропривод механизма захвата манипулятора, определены требования, предъявляемые к электроприводу, включающие в себя диапазон регулирования скорости, точность поддержания скорости, момента, ускорения при пуске и торможении.

Работоспособность рабочей машины обеспечивает система преобразователь частоты-асинхронный двигатель, которая при заданной мощности, потребляемой в данном производстве, выполняет высокие технологические требования и обладает достаточной экономичностью.

При разработке требований к электроприводу учтены условия электроснабжения рабочей машины (возможные колебания напряжения от +10% до -15% от номинального напряжения в сети).



Введение

В данном курсовом проекте на основании заданных технологических требований проектируется тиристорный электропривод постоянного тока механизма захвата манипулятора.

Расчет электропривода производится следующим образом: по технологическому заданию определяются статические моменты сопротивлений и предварительно выбирается двигатель, исходя из полученной расчетной мощности. Для данного двигателя выбираются редуктор и преобразователь. Уточняются значения статических сопротивлений. Далее производится проверка двигателя по производительности, двигателя и преобразователя по нагреву и перегрузочной способности. Для этого рассчитываются и строятся нагрузочные диаграммы и точные переходные процессы.

Если электропривод отвечает всем перечисленным требованиям и заданный технологический процесс, то производится расчёт его энергетических показателей.

Содержание

Введение

1. Описание рабочей машины и её технологического процесса

2. Расчет моментов статических сопротивлений и предварительный расчет мощности электродвигателя

3. Обоснование выбора рода тока и типа электропривода

4. Выбор электродвигателя определение передаточного числа и выбор редуктора

5. Приведение статических моментов к валу двигателя

6. Приведение моментов инерции и коэффициентов жесткости к валу двигателя

7. Предварительная проверка двигателя по производительности и нагреву

8. Выбор преобразователя

9. Расчет статических характеристик электропривода

10. Расчет параметров схем включения двигателя, обеспечивающих работу в заданных точках

11. Пуск и торможение в системе преобразователь - двигатель

12. Структурная схема механической части электропривода

13. Структурная схема электромеханического преобразователя энергии

14. Структурная схема электрического преобразователя энергии

15. Полная структурная схема электропривода

16. Расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм

17. Расчёт энергетических показателей электропривода

18. Проверка электропривода на заданную производительность по нагреву и перегрузочной способности двигателя и преобразователя

Заключение

Литература



1. Описание рабочей машины и её технологического процесса

Рисунок 1 - Кинематическая схема механизма захвата: 1 - захват; 2 - винтовая передача; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель; 5 - захват 6 - труба

Механизм захвата манипулятора служит для подхвата труб, которые транспортируются в пределах участка цеха.

При подхвате включается двигатель и с помощью редуктора и винтовой передачи захваты подводятся к трубе с установившейся скоростью Vс. Пройдя расстояние, равное половине длины выдвижения винта L, захваты приподнимают и зажимают трубу. После перемещения трубы (специальным механизмом) на нужную позицию происходит реверсирование механизма, захваты разводятся, и при половине длины выдвижения винта L отпускают трубу. Скорость поступательного движения винта при разведении захватов Vр > Vс.

В расчетах принять массу захватов равной 0,1*m - приведенной массы, а противодействующую силу, создаваемую захватами, равной 0,1*Q - приведенной силы. В таблице 1 приведены значения m и Q с учетом захватов.

электродвигатель вал преобразователь



Таблица 1 - Расчетные данные

m

dв

Ь

ц

Cл

L

Vр

Vс

a

Z

tр

Q

КГ

М

град

град

Мн/м

М

м/с

м/с

м/с2

-

с

Н

150000

0.090

5.5

5.8

75

0.14

0.08

0.05

0.08

65

11

15000

2. Предварительный расчет

Выбор двигателя для проектируемого электропривода включает в себя несколько составляющих:

- выбор конструкции (исполнения) двигателя;

- выбор двигателя по скорости;

- выбор двигателя по мощности.

При выборе двигателя по конструктивному исполнению необходимо выбрать такой двигатель, который будет подходить по следующим конструктивным особенностям:

- способ защиты от окружающей среды (закрытый, защищенный и т.д.);

- способ вентиляции (с само вентиляцией, с независимой вентиляцией и т.д.);

- наличие или отсутствие встроенного тахогенератора и другие конструктивные особенности.

Необходимо так же учитывать режим работы электропривода и условия эксплуатации оборудования, воздействие климатических факторов и т.д.

Выбор двигателя по скорости заключается в том , что выбранный двигатель должен обеспечивать необходимую скорость технологического процесса. При этом не мало важен и способ регулирования скорости двигателя.

Основной скоростью движения электропривода будем считать скорость на естественной характеристике при номинальных напряжении, частоте, потоке двигателя.

Выбор двигателя по мощности производится по критерию нагрева (как правило) с последующей проверкой по перегрузочной способности. Для использования критерия нагрева необходимо знать нагрузки двигателя, которые зависят и от параметров двигателя. Поэтому приходится производить сначала предварительный выбор двигателя, рассчитывать для него нагрузки при заданных условиях работы электропривода, а затем проверять предварительно выбранный двигатель по критериям нагрева, перегрузочной способности.

Предварительный расчет мощности двигателя производится приближенно, поскольку на данном этапе проектирования неизвестна полная нагрузка двигателя. На основе исходных данных могут быть достаточно близко рассчитаны лишь статические нагрузки. Динамические же нагрузки, которые в значительной степени зависят от параметров двигателя, пока еще неизвестны.

Наиболее простой метод предварительного расчета мощности основан на учете лишь статических нагрузок. При этом для эквивалентирования нагрузки участков нагрузочного графика (различающихся как значениями сил сопротивления, так и скоростями движения рабочей машины) используется метод среднеквадратичного момента. Но этот расчет не может дать точного результата и подлежит в дальнейшем проверке.

При задании допустимого ускорения исполнительного органа рабочей машины представляется возможным рассчитать не только статические, но и часть динамических нагрузок, обусловленных изменениями скорости движущихся масс машины. Динамические массы двигателя и редуктора на этом этапе расчета неизвестны.

На базе исходных данных рабочей машины рассчитывают и строят зависимости скорости рабочей машины от времени v(t). Участки различаются значениями статических нагрузок и моментов инерции. На основе заданных путей перемещения , установившейся скорости vу и допустимого ускорения б рассчитывают:

- сведение зажимов:

- время пуска tпс до установившейся скорости с допустимым ускорением, торможения tтс от установившейся скорости до остановки,

с; (1)

- путь, проходимый за время пуска (торможения) рабочей машиной,

м; (2)

- время установившегося режима движения со скоростью vу,

с. (3)

2) развод зажимов

время пуска

с; (4)

- путь, проходимый за время пуска

м; (5)

-время установившегося режима

с; (6)

Статические сопротивления движению создаются силами трения скольжения в подшипниках, в винтовой передаче при поступательном движении тела по горизонтальной плоскости.

Момент инерции рабочей машины рассчитывается по формуле:

; (7)

. (8)

Для определения динамических моментов рабочей машины при сведении зажимов воспользуемся формулой:

Н*м, (9)

где а - допустимое ускорение, м/с2;

При разведении зажимов:

Н*м (10)

Статический момент при сведении зажимов захвата:

Н*м (11)

где dв -средний диаметр нарезки винта, м;

- угол подъема нарезки винта, рад:

- угол трения в нарезке винта, рад.

Статический момент при разводе зажимов захвата:

Н*м (12)

Полный момент рабочей машины:

(13)

Знаки полного момента и его составляющих зависят от направления движения и режима работы (пуск, торможение).

При пуске:

При установившемся режиме:

По результатам расчетов с учетом времени пуска, торможения, установившегося движения построена нагрузочная диаграмма моментов рабочей машины для каждого режима работы на рисунке 1.



Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма моментов

На основе построенной нагрузочной диаграммы момента рабочей машины можно рассчитать среднеквадратичное значение момента,

в котором учтены не только статические нагрузки, но и часть динамических нагрузок.

Здесь Мк - момент на k-том участке: k = 1, 2, …, m, где под участком понимается промежуток времени, в течение которого происходит разгон, торможение, работа с постоянной скоростью;

tк - длительность k-того участка.

Среднеквадратичное значение момента по формуле (14):

=187.169 Н*м

Фактическое значение относительной продолжительности включения ПВФ рассчитывается по длительности времени работы tк на всех m участках движения по заданному времени цикла:

(15)

(16)

При этом мощность двигателя может быть определена по соотношению:

где k1 - коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, обусловленные вращающимися элементами электропривода (двигатель, редуктор), а также потерями в редукторе. Примем k1 = 1.4;

ПВФ - фактическое значение относительной продолжительности включения проектируемого электропривода;

ПВК - ближайшее к ПВФ каталожное значение относительной продолжительности включения для электродвигателей выбранной серии.

3. Обоснование выбора рода тока и типа электропривода

Определяющими критериями при выборе рода тока и типа двигателя являются технические требования, предъявляемые к точности, быстродействию и качеству процессов, а также условия эксплуатации электропривода (размещение, воздействие окружающей среды, возможность проведения технического обслуживания, режим эксплуатации и т.д.)

Система преобразователь частоты (в дальнейшем ПЧ-АД), рассчитываемая в данной работе, обладает следующими преимуществами:

- однократное преобразования энергии;

-высоким КПД, качеством переходных процессов и быстродействием;

-независимое регулирование напряжения и частоты;

-свободный обмен энергии активной и реактивной между сетью и двигателем, следовательно, возможно отдача энергии в сеть;

- отсутствие коммутирующих конденсаторов, возможна использование коммутирующих вентилей под действием напряжения сети;

К недостаткам выбранной системы можно отнести:

-ограничение выходной частоты, верхний предел частот ограничен из-за естественной коммутации вентилей;

-большое число вентилей, сложная схема управления;

-маленький коэффициент мощности;

-несинусоидальное напряжение - высокий состав гармоник

Таким образом, систему ПЧ-АД выбирают тогда, когда приоритетными показателями являются: быстродействие относительно небольшие капитальные и эксплуатационные затраты.

4. Выбор электродвигателя; определение передаточного числа и выбор редуктора

Выбранный двигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором МТКF, краново- металлургической серии которые рассчитаны для повторно-кратковременного режима работы с частыми пусками, они имеют повышенный пусковой момент и сравнительно небольшой ток, за счёт увеличения сопротивления стержней ротора. Управление электроприводом осуществляется преобразователем частоты с задатчиком интенсивности. Такой выбор обусловлен широким диапазоном выпускаемых промышленностью двигателей, что позволяет выбрать двигатель наиболее близкий к расчётным данным, а также простотой обслуживания и относительной дешевизной короткозамкнутых асинхронных двигателей. Система управления позволяет осуществить плавный пуск двигателя с допустимым ускорением, а также система ПЧ-АД обладает важным свойством: регулирование скорости АД не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери на скольжение оказываются небольшими

Двигатель выбирается из условия P`ДВ РДВ, где P`ДВ - мощность двигателя при ПВК; РДВ - расчетная мощность двигателя. Ниже приведены основные каталожные данные двигателя серии MTKF112-6:

Таблица 2 - Технические данные двигателя при ПВ-15%

Pн	n	1	cos	Мп	Mкр	0	J	r1	r2	x1	x2	kе
кВт	об/мин	А	-	Нм	Нм	А	кгм2	Ом	----		-----
6,5	845	17,2	0,83	172	172	5,3	0,26	1.280	0.500	1.74	0.905

Таблица 3 - Технические данные двигателя при ПВ-40%

Pн	n	1	cos	Мп	Mкр	0	J	r1	r2	x1	x2	kе
кВт	об/мин	А	-	Нм	Нм	А	кгм2	Ом	----		-----
5,0	895	13,8	0,74	172	172	5,3	0,26	1.280	0.50	1.74	0.905

4. Выбор электродвигателя определение передаточного числа и выбор редуктора

Передаточное число редуктора определяется по номинальной скорости вращения выбранного двигателя Wн и основной скорости движения исполнительного органа Vо,

где Dр - диаметр колеса, находящегося на выходном валу редуктора и преобразующего вращение вала в поступательное движение исполнительного органа рабочей машины.

Редуктор выбирают по справочнику (11), исходя из требуемого передаточного числа, номинальной мощности и скорости выбранного двигателя с учетом характера нагрузки (режима работы) машины, для которой проектируется электропривод.

Выбранный редуктор должен иметь по возможности передаточное число, равное или несколько меньшее расчетного значения. Режим работы редуктора для рассматриваемых в данном пособии рабочих машин следует принимать «тяжелый». По справочнику выбираем редуктор типа РЦО-100, с передаточным числом равным 4.78. КПД данного редуктора составляет 0.98%.

5. Приведение статических моментов к валу двигателя

Статические моменты рабочей машины, приведенные к валу двигателя, рассчитываются по формуле:

(19)

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

Статический момент на валу в двигательном режиме:



(20)

где - КПД редуктора.

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

(21)

Mхх=(Uн*Iн-Pнкат)/2*Wн

При уточненных расчетах установившихся и переходных режимов работы электропривода необходимо также учитывать момент потерь холостого хода (момент постоянных потерь) двигателя, который в двигательном режиме работы покрывается за счет электромагнитного момента двигателя, в тормозном режиме - за счет рабочей машины.

Таким образом, приведенные статические моменты системы электропривод - рабочая машина рассчитывают для каждого участка с учетом режима работы электропривода по формуле:

(22)

При этом в статическом моменте учитываются не только силы сопротивления движению в рабочей машине, но также потери в редукторе и двигателе.

6. Приведение моментов инерции и коэффициентов жесткости к валу двигателя

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

(23)

где - момент инерции ротора двигателя ;

- коэффициент, учитывающий момент инерции остальных элементов электропривода, в проекте допускается рассчитывать момент инерции приближенно, принимая =1.3

- приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции движущихся исполнительных органов рабочей машины и связанных с ними движущихся масс.

(24)

Суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции системы:

Для возможности учета влияния упругостей в механизме указана линейная жесткость Сл механизма, отнесенная к поступательно движущемся исполнительному органу.

Приведенную к валу двигателя жесткость упругой механической связи Спр определяют через значение линейной жесткости по формуле:

(25)

Установившаяся скорость двигателя:



(26)

(27)

Пусковые и тормозные моменты двигателя, при которых обеспечивается возможность разгона и торможения электропривода с заданным допустимым ускорением:

(28)

(29)

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

При пуске

При торможении

7. Предварительная проверка двигателя по производительности и нагреву

Целями предварительной проверки являются:

- изучение приближенных способов оценки времени переходных процессов;

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

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

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

- времена переходных процессов:

(30)

-угол поворота вала двигателя за время переходного процесса:

(31)

- время работы с установившейся скоростью

(32)

где - угол поворота вала двигателя, соответствующий величине перемещения в данном режиме;

(33)

с

с

п, т - угол поворота вала за время пуска и торможения соответственно.

На предварительном этапе расчета принимают, что момент двигателя за время переходного процесса от начального до конечного значения скорости остается постоянным.

Проверка двигателя по производительности заключается в сравнении суммарного фактического времени работы электропривода в цикле tф с заданным значением времени работы tр в исходных данных для проектирования. Задание по производительности должно быть безусловно выполнено, tф tр .

tф=tустс+tустр+tпс+tторс+tпр+tторр=6.022c

Предварительная проверка двигателя по нагреву осуществляется по величине среднеквадратичного момента

(34)

=85.308Нм

(35)

Н*м



(36)

где Мкат - момент двигателя при ПВкат , ближайшем к ПВф .

Среднеквадратический момент меньше допустимого, значит, двигатель проходит по условиям нагрева.

Результаты всех расчетов для наглядности представлены в виде таблицы.

Таблица 4

Участок движения	Свод	Развод
	пуск	уст. режим	Торможение	пуск	уст. режим	Торможение
t, с	0.625	2.175	0.625	1	0.750	1
, м	0.04		0.04	0.016		0.016
, м/c	-	0.05	-	-	0.08	-
Мрост, кНм	134.878	134.878	134.878	69.883	69.883	69.883
Jрост , кгм2	11.262
Мродин, кНм	207.984	0	-207.984	207.984	0	-207.984
Мро, кНм	342,863	134,878		277,868	69,883
Мвс, Нм	28,793	14,918
Мс, Нм	28,793	14,918
c, рад/с	-	55.158	-	-	88.253	-
Jпр, кгм2	0,493	0,493
Мдин, Нм	73,341	73,341
Мдоп.уск, Нм	86,28
Мср, Нм
t, с	0,625	2.175	0.625	1	0.75	1

8. Выбор преобразователя

Комплектный тиристорный электропривод включает в себя:

- электродвигатель;

- силовой трансформатор (т.к. двигатель на 220 В);

- силовой тиристорный преобразователь для питания двигателя, состоящий из силовых тиристоров с системой охлаждения, защитных предохранителей, разрядных, фильтрующих и защитных R, L, С - цепей;

- тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения

- систему импульсно-фазового управления, устройства выделения аварийного режима, контроля предохранителей и защиты от перенапряжений;

- коммутационную и защитную аппаратуру

- систему управления электроприводом;

- комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода;

- узлы питания обмотки возбуждения тахогенератора и электромеханического тормоза.

Выбираем силовой тиристорный преобразователь для питания двигателя, силовой трансформатор для питания преобразователя.

Питание двигателей постоянного тока предусматривается от преобразователей по трехфазной мостовой схеме выпрямления.

Выбираем преобразователь по справочнику по номинальным данным предварительно выбранного двигателя.

Таблица 5 - Данные преобразователя.

Обозначение	Наименование показателя	Размерность	Значение
IНТП	Номинальный ток	А	16
UНТП	Номинальное напряжение	В	220
-	Номер ТУ	-	ЭПА3-02-100621Х УХЛ4, О4

По выпрямленному току тиристорные преобразователи допускают перегрузку в циклическом режиме не более 75 % в течение 1 мин.и не более 110 % в течение 15 с. При этом среднеквадратичный ток не должен превышать номинальный при времени усреднения 10 мин.

Таблица 6 - Данные преобразователя частоты

Наименование параметра	Размерность	Значение
Номинальное напряжение питающей сети	В	3380
Частота питающей сети	Гц	502%
Допустимое отклонение напряжения питающей сети	%	От -15 до +10
Диапазон изменения выходного напряжения	В	(0 - 380)2%
Диапазон изменения выходной частоты	Гц	(150)1%
сos на выходе ПЧ, не менее	-	0,95
КПД в номинальном режиме, не менее	-	0,97
Средняя наработка на отказ, не менее	час	6000
Средний срок службы, не менее	лет	15
Среднее время восстановления, не более	час	1

9. Расчет статических характеристик электропривода

С помощью естественной характеристики оценивают возможности двигателя при его работе в механической системе:

- выдерживать предельные значения тока (момента), которые двигатель может развивать кратковременно;

- обеспечивать перевод двигателя в генераторный режим и др.

Расчет естественной характеристики выполняем аналитическим методом.

Каталожными данными двигателя независимого возбуждения являются номинальные данные занесенные в таблицу 2 также характеристики намагничивания двигателей Ф=f(F) и рабочие характеристики - каталожные зависимости от тока якоря I частоты вращения n=f(I), момента на валу Мв=f(I), мощности на валу Рв=f(I) и коэффициента полезного действия = f(I).

Для дальнейших расчетов каталожные данные частоты вращения n и момента М нужно пересчитать в единицах измерения системы СИ

;

;

Механические характеристики асинхронного двигателя представляются фор мулой:



Рисунок 3 - Механическая характеристика

10. Расчет параметров схем включения двигателя, обеспечивающих работу в заданных точках

Задачей расчета является определение напряжения, при котором выполняются требования к электроприводу по обеспечению заданных скоростей движения рабочего органа.

Исходными данными для расчета являются заданная скорость движения механизма зад = с, приведенная к валу двигателя, и заданный момент сопротивления движению Мс, приведенный к валу двигателя.

При питании асинхронного двигателя от преобразователя частоты в процессе преобразования напряжения промышленной частоты в напряжение регулируемой амплитуды и регулируемой частоты возникают потери напряжения и мощности в преобразователе. Обычно такие преобразователи имеют внутренние обратные связи, и при изменении нагрузки двигателя выходное напряжение и частота практически не изменяются.

Поэтому в дальнейшем напряжение и частоту на статоре двигателя буем считать независящими от нагрузки.

Для устойчивой работы двигателя необходимо при изменении частоты поддерживать перегрузочную способность двигателя, что обеспечивается регулированием напряжения на статоре по различным законам в зависимости от частоты и характера изменения статического момента.

Наиболее распространен закон изменения амплитуды напряжения пропорционально частоте U/f=const. Это позволяет для приближенных расчётов использовать приём параллельного переноса естественной механической характеристики, при этом естественная характеристика перемещается воль оси w и устанавливается в точке Wзад, Mзад. В этом случае синхронная скорость, соответствующая заданной точке

Wозад = Wзад + ?We,

где ?We отклонение скорости от синхронной при заданном моменте Mзад.

Wозад1 = Wзад1 + ?We=55,158+3,48=58,638рад/с

Wозад2 = Wзад2 + ?We=88,253+1,87=90,123рад/с

Частота напряжения в заданной точке

f1зад = (Wозад/Wон) * f1н,

где f1н=50 Гц - номинальная частота напряжения на статоре;

f1зад = (Wозад1/Wон) * f1н = (58,638/104, 7)*50=28,00Гц,

f2зад = (Wозад2/Wон) * f1н=(90,123/104,7)*50=43,04Гц.

Напряжение на статоре можно определить по формуле

Uзад=U1н/f1н*fзад

U1зад=(U1н/f1н)*fзад1=(220/50)*28,00=123,2В

U2зад=(U1н/f1н)*fзад2=(220/50)*43,04=189,376В

Критический момент на статоре можно определить по формуле

Для расчета характеристик используем программу harad.

11. Пуск и торможение в системе преобразователь - двигатель

При питании двигателя от индивидуального преобразователя появляется возможность плавного регулирования напряжения, поэтому переходные процессы пуска и торможения обеспечиваются формированием напряжения управления преобразователем. В разомкнутой системе преобразователь - двигатель чаще применяют линейное нарастание напряжения управления, что определяет линейное нарастание напряжения 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 d0 / dt.

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

а величина установившегося значения динамического момента двигателя равна 1

.

Для формирования линейного закона изменения напряжения управления на вход преобразователя подключают интегральный И задатчик интенсивности ЗИ, выходное напряжение которого при подаче на его вход скачка задающего напряжения Uзад изменяется по линейному закону. При достижении величины Uзад нарастание напряжения на выходе ЗИ прекращается. Выходное напряжение ЗИ таким образом является управляющим напряжением преобразователя, а величина Uзад определяет установившуюся величину скорости 0 двигателя. Темп нарастания скорости определяется величиной базовой постоянной времени ЗИ ТЗИ, численно равной времени достижения выходного напряжения преобразователя от нуля до базового значения Uн (от нуля до базового значения скорости идеального холостого хода он). Таким образом, базовая постоянная задатчика интенсивности определяется по формуле:

с

c

где Tд - механическая постоянная времени, с;

Мдин - относительное значение динамического момента двигателя.

Динамические моменты, ограничивающие ускорение допустимыми значениями, рассчитаны ранее и приведены в таблице *, а значения механической постоянной времени двигателя Tд рассчитываются по формуле.

Значение TЗИ рассчитываем по любому сочетанию J и Мдин (грузовой режим или режим холостого хода) и проверяем величину момента двигателя

М=Мс +Мдин Ммакс.дин.

12. Структурная схема механической части электропривода

Механическая часть электропривода включает в себя движущиеся массы двигателя, передачи и рабочей машины. Структурная схема механической части должна учитывать упругие связи и распределение моментов инерции между двигателем и рабочей машиной, поэтому многомассовую упругую систему сворачиваем в двухмассовую систему с присоединением малых маховых масс к звеньям механической части, обладающих большими маховыми массами, т.е. к ротору двигателя и рабочей машине [1].

Дифференциальные уравнения, описывающие поведение двухмассовой упругой системы, без учёта диссипативных сил и зазоров в передаче, имеют вид [1]:

Продифференцировав во времени последнее уравнение, перепишем систему дифференциальных уравнений. Оставим в левой части члены уравнений, содержащие производные. Положим также, что

;

;

;

;

;

; .

Принимаем в качестве базовых величин номинальные данные двигателя:

.

Получим систему дифференциальных уравнений в о.е.

Коэффициенты при производных представляют собой постоянные времени: двигателя



с

упругого звена

с

рабочего органа

с

Структурная схема двухмассовой упругой системы представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структурная схема двухмассовой упругой системы

13. Структурная схема электромеханического преобразователя энергии

Электромеханические преобразователи энергии обеспечивают преобразование электрической энергии на зажимах двигателя (U, I) в механическую (M, ) на якоре двигателя.

Дифференциальные и алгебраические уравнения, асинхронного двигателя при наличии шести обмоток на статоре и роторе с учетом их взаимного расположения, множества связей между ними, блоков произведения и нелинейности достаточно сложно. В практике электропривода находят применение методы, в которых математическое описание упрощается за счет различных допущений. Представление двигателя в виде эквивалентной двухфазной машины позволяет несколько упростить математическое описание и структурную схему на основании записи уравнения момента двигателя M(s) в частных производных по напряжению и частоте питания, скорости оставляет нелинейные коэффициенты усиления.

Для рассмотрения переходных процессов на рабочем участке механической характеристики возможно применение более простых соотношений между моментом и скоростью двигателя - формулы Пинчука И. С.

,

- электромагнитная постоянная времени;

- критическое скольжение.

Значение для линеаризированной характеристики, проходящей через номинальную точку () определяется по формуле

Передаточная функция электромеханического преобразователя энергии в асинхронном двигателе

После преобразования структурная схема асинхронного двигателя для рабочего участка механической характеристики полностью повторяет структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Для асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Структурная схема электромеханического преобразования энергии в асинхронном двигателе

14. Структурная схема электрического преобразователя энергии

Тиристорный преобразователь электрической энергии является безынерционным звеном с коэффициентом усиления Ктп (в о.е. Ктп = 1).

Выходное напряжение преобразователя формируется на его входе с помощью задатчика интенсивности ЗИ, применим интегральный ЗИ, обеспечивающий плавное линейное нарастание управляющего напряжения. Структурная схема ЗИ для участка линейного изменения напряжения представлена на рисуноке. 7. Определение параметров ЗИ приведено выше



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7 - Структурная схема ЗИ для участка линейного изменения напряжения

15. Полная структурная схема электропривода

Полная структурная схема электропривода включает в себя структурные схемы составных частей: механической части, электромеханического преобразователя энергии, электрического преобразователя и задающего устройства.

Так как режим ослабления поля отсутствует, то в схеме отсутствует контур возбуждения, поток Ф = Фн и исчезают блоки произведения, в результате

На входе структурной схемы

Структурная схема электропривода показана на рисунке 7.1

16. Расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм

Переходные процессы электропривода возникают при изменении управляющих и возмущающих воздействий.

рассчитываются переходные процессы:

с учётом электромагнитной инерции (электромеханический процесс);

с учётом электромагнитной инерции и упругости передачи.

Анализ переходных процессов пуска представлен в таблице 7.

Рисунок 8 - Переходный процесс пуска при сведении тс?0, тя?0

Рисунок 8 - Переходный процесс пуска при разведении тс?0, тя?0



Рисунок 10 - Переходный процесс пуска при сведении тс=0, тя?0

Таблица 7 - Влияние Тя и Тс на показатели пуска

Показатели	Единица измерения	Тс = 0 Тя 0	Тс 0 Тя 0
А	Вт*с	1274.739	1285.929
Р	Вт*с	3775.739	3374.836
Q	Вар*с	24141.652	23534.541
L	Рад (м)	9.231	9.511
I1кв*t	АІ*с	561.712	536.661
tпп	с	0.679	0.679
	-	0.337	0.38
cos	-	0.155	0.142
уст	1/с	47.7	42.7271
Муст	Н*м	152.905	171.4162
I1уст	А	31.931	37.5779



Рисунок 11 - Переходный процесс установившийся при сведении тс?0, тя?0

Рисунок 12 - Переходный процесс установившийся при разведении тс?0, тя?0



Рисунок 13 - Переходный процесс торможения при сведении тс?0, тя?0

Рисунок 14 - Переходный процесс торможения при разведении тс?0, тя?0

Таблица 8 - Показатели переходных и установившихся режимов

Показатели	Единица измерения	Пуск	Устан. режим	Торможение	Пуск	Устан. Режим	Торможение
А	Вт*с	1285.929	5678.188	4856.77	3818.863	5311.888	2625.35	23576.99
Р	Вт*с	3674.84	8339.753	8335.55	4994.281	6559.784	5800.964	37703.424
Q	Вар*с	23534.54	40641	42264.66	25831.9	28986.18	32818.56	195269.5
L	Рад (м)	9.511	133.696	154.259	35.913	106.145	154.003	-
I1кв*t	АІ*с	536.661	948.810	1077.751	482.302	628.175	876.595	4549.396
tпп	с	0.679	2.84	3.514	1.008	1.792	2.814	12.647
	-	0.35	0.68	0.58	0.76	0.81	0.45
cos	-	0.154	0.201	0.193	0.19	0.221	0.174
уст	1/с	42.7271	57.5913	3.818	85.8905	89.5846	4.9623	-
Муст	Н*м	171.416	29.3804	-13.4465	91.8592	15.2061	-23.31	-
I1уст	А	37.5779	12.810	4.976	16.5102	13.4214	5.8986	-

17. Расчёт энергетических показателей электропривода

Энергетические показатели электропривода характеризуют экономичность преобразования энергии системой электропривода (коэффициент полезного действия) и экономичность потребления энергии от сети (коэффициент мощности).

Для расчета энергетических показателей в проекте использованы результаты расчета переходных процессов на ЭВМ, вычисляются значения механической А, активной Р и реактивной Q энергий.

Энергия за время цикла складывается из суммы энергий за время переходных процессов (2 пуска и 2 торможения) и за время работы в установившихся режимах. Механическая энергия за цикл

Активная энергия из сети за цикл

Реактивная энергия за цикл

Цикловые значения КПД и cos определяются по формулам

Результаты расчетов занесены в таблицу8.

18. Проверка электропривода на заданную производительность по нагреву и перегрузочной способности двигателя и преобразователя

Проверка на заданную производительность состоит в сравнении рассчитанного времени работы электропривода с заданным временем.

Проверку выбранного двигателя по нагреву выполняем методом эквивалентного тока

где Ii - среднеквадратичное значение тока на i-ом участке;

ti - длительность i-го участка работы;

i - коэффициент ухудшения теплоотдачи двигателя

Iдоп - допустимый по нагреву ток.

Коэффициент ухудшения теплоотдачи двигателя в зависимости от скорости вращения принимает значения:

Для выбранного двигателя в закрытом обдуваемом исполнении со степенью защиты IP44 примем коэффициент 0=0,5

.

При проверке двигателя по нагреву эквивалентный ток Iэ сравниваем с допустимым током Iдоп при тех же условиях работы (при той же относительной продолжительности включения). Допустимый ток рассчитываем через представленное в каталоге значение допускаемого тока Iкат для каталожной ПВк, ближайшей к фактической ПВф, полученной по результатам расчета нагрузочных диаграмм

, А



Заключение

В результате проектирования электропривода был рассмотрен механизм с повторно - кратковременным режимом работы - механизма захвата манипулятора. Для обеспечения работы механизма были рассмотрены варианты регулирования скорости, ограничения предельных значений момента, ограничения ускорения рабочего органа. При этом нагрузка изменяется в течение цикла и включает в себя разгон до рабочей скорости, выполнение работы на этой скорости и торможение.

В соответствии с кинематической схемы были учтены участки выделения потерь энергии, и была рассчитана эквивалентная нагрузка по току, которая находится в допустимых пределах.

Расчет нагрузочных диаграмм для всего цикла работы производился на ЭВМ с применением программы ZIAD - 04..

В соответствии с некоторыми данными были рассчитаны: полезная работа, активная мощность, потребляемая из сети, реактивная мощность из сети интегральные показатели работы.

Литература

1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с., ил.

2. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1994 - 496 с., ил.

3. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 416 с., ил.

4. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. - М.: Энергия, 1977. - 432 с., ил.

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

6. Гельман М.В. Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного тока: Учебное пособие - Челябинск: ЧГТУ, 1996. - 91 с.

7. Справочник по электрическим машинам. Под ред И.П. Копылова и В.В. Клокова - М.: Энергоатомиздат, 1988. Т1. - 456 с.

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

9. Комплектные тиристорные электроприводы: справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.

10. Электроприводы серии ЭКТЗ. Отраслевой каталог 08.35.03 - 96. Информэлектро, 1996.

11. Гельман М.В. Расчет вентильных преобразователей для частотно-регулируемых электроприводов: Учебное пособие. - Челябинск: изд. ЧГТУ, 1997. - 37 с.

Размещено на Allbest.ru

...