Проектирование системы стабилизации скорости электрического привода
Расчет требуемой мощности и выбор двигателя. Выбор элементов силового преобразователя и расчет параметров двигателя. Определение статики системы электропривода. Расчет узла задержанной отрицательной обратной связи по току. Схема электрического привода.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.05.2016 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Курсовая работа
«Проектирование системы стабилизации скорости электрического привода»
Выполнил:
студент III-ЭТ-5
Мингалеев Р. И.
Проверил:
Лисин С.Л.
Самара 2015 г.
Оглавление
Введение
1. Исходные данные
2. Расчет требуемой мощности и выбор двигателя.
3. Расчет времени разгона двигателя до щ верх
4. Выбор элементов силового преобразователя и расчет параметров двигателя
5. Расчет статики системы электропривода
5.1 Расчет статики систем разомкнутого ЭП
5.2 Расчет статики системы с промежуточным усилителем и отрицательной обратной связи по скорости
6. Расчет узла задержанной отрицательной обратной связи по току
7. Схема ЭП подачи. Описание работы
Список литературы
Введение
1. Задачей курсового проекта является углубление и закрепление знаний по курсу «Теория ЭП». При проектировании системы стабилизации скорости ЭП.
2. Проектируется электро-механическая система стабилизации частоты вращения. Основное содержание работы - синтез и расчеты регулировки ЭП в статическом режиме.
3. В курсовом проекте необходимо спроектировать ЭП производственного механизма, требующего регулировку скорости при постоянной наибольшем допустимом моменте в заданном диапазоне со статической ошибкой, не превышающей Ддоп. Требуемая скорость двигателя на верхнем пределе диапазона регулирования равна щверх.
Механизм работает в длительном режиме с переменной нагрузкой.
К механизмам, предъявляющим подобные требования к ЭП, относятся механизмы подачи различных металлорежущих станков, промышленных роботов и т.д.
В качестве примера на рисунке 1 дана упрощенная кинематическая схема механизма подачи, характерная для металлорежущих станков токарной группы.
Рисунок 1. Кинематическая схема ЭП
На схеме электродвигатель подачи М через понижающий редуктор (1), имеющий передаточное отношение iп и КПД зр соединен с ходовым винтом (2). Преобразование вращательного движения ходового винта в поступательное перемещение суппорта (3) по направляющим (4) осуществляется с помощью ходовой пары «винт-гайка» (2, 5). На суппорте станка (3) в резце держателя закреплен резец. В процессе продольного точения заготовки (7), закрепленной в патроне (8), приводится во вращение ЭП главного движения, имеющего частоту вращения n.
С помощью ЭП подачи осуществляется перемещение режущего инструмента (резца) относительно заготовки. При этом, в зависимости от режима обработки, требуется устанавливать различные значения скорости подачи в заданном диапазоне.
При движении суппорта на холостом ходу момент на ходовом винте Мхв0 обусловлен, в основном, силами трения перемещаемых частей по направляющим (4).
В процессе точения заготовки возникают дополнительные усилия , увеличивающие момент ходового винта Мхв в результате нагрузочная диаграмма ЭП, при наличии двух технологических операций - участков резания, будет иметь вид, показанный на рисунке 2.
Рисунок 2. Нагрузочные диаграммы.
1. Исходные данные
(нет нагрузки)
(1 нагрузка)
(2 нагрузки)
Расчет производится при 75 ? С
2. Расчет требуемой мощности и выбор двигателя
Для выбора соответствующего двигателя необходимо определить эквивалентный момент на ходовом винте.
Время движения ходового винта на холостом ходу, согласно данным нагрузочной диаграммы, находится по формуле:
Эквивалентный момент на ходовом винте, согласно данных нагрузочной диаграммы, находится по формуле:
Приведенный к валу двигателя эквивалентный момент ходового винта:
Расчет требуемой мощности двигателя:
Определим двигатель с помощью неравенств:
Выбираем двигатель в соответствии с требуемой мощностью из таблицы.
Двигатель, удовлетворяющий требуемой мощности ПБСТ32
Данные двигателя
3. Расчет времени разгона двигателя до щ верх
Уравнение Деломбера, где
угловое ускорение.
Следовательно:
Момент инерции суппорта:
Суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя:
Суппорт
Угловое ускорение
4. Выбор элементов силового преобразователя и расчет параметров двигателя
Тип двигателя: ПБСТ32
Номинальная мощность: 1.2 кВт
nн=1500 об/мин
Номинальное напряжение: 220 В
Номинальный ток: 6.5 А
Номинальный момент: 7.8 Н·м
Маховый момент: 0.1 кгс·м2
Кратность пускового тока: л=2
Число пар полюсов: 2р=4
Активное сопротивление обмотки якоря при t=15 ?C: 1.2 Ом
Число параллельных ветвей: 2а=2
Активное сопротивление обмотки добавочных полюсов: 0.81 Ом
ТС-1 (Тахогенератора)
Напряжение тахогенератора: UBR=100 B
Помеха тахогенератора: ?BR=2
Допустимая статическая ошибка: ?доп=10%
Силовая схема тиристорного ЭП собрана по реверсивной трехпульсной противо-параллельный схеме выпрямителя с двумя уравнительными реакторами.
Значение коэффициентов силовой схемы:
1. Коэффициент схемы по напряжению: КН=0.922
2. Коэффициент запаса по напряжению: КU=1.1
3. Коэффициент запаса: Кб=1.1
4. Коэффициент запаса, учитывающий падения напряжения в вентилях и обмотках трансформатора: КR=1.05
5. Коэффициент схемы по току вторичной обмотки двигателя: Кт2=0.578
6. Коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной: Кi=1.1
7. Коэффициент схемы по току в первичной обмотке двигателя: Кт1=0.47
8. Коэффициент схемы по мощности: КМ=1.45
9. Коэффициент схемы по среднему току вентиля: Ктв=0.333
10. Коэффициент схемы по максимальному напряжению вентиля: КНВ=2.25
Дополнительные данные
Частота сети: f=50 Гц
Коэффициент, учитывающий индуктивность обмотки якоря для некомпенсированных машин: КL=10
Относительное значение индуктивной составляющей напряжения К.З. трансформатора (для трансформаторов серии ТТ): UL=0.1
Относительное значение активной составляющей напряжения К.З. трансформатора: UR=0.03
Расчет основных параметров схемы тиристорного преобразователя - двигателя
Схема тиристорного преобразователя - двигателя предусматривает использование трансформатора с соединением обмоток в звезда/звезда и первичным напряжением 380 В.
Теоретическое значение ЭДС вторичной обмотки
Напряжение вторичной обмотки
Ток вторичной обмотки
Ток первичной обмотки
двигатель электрический привод расчет
Расчет мощности трансформатора
По мощности трансформатора Pm выбирается типовой трансформатор из серии ТТ.
Среднее значение тока вентиля:
Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю:
Тип тиристора определяется по среднему значению тока вентиля и максимальной величине обратного напряжения, прикладываемого к вентилю.
Индуктивность обмотки якоря определяется по формуле:
Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенного к цепи выпрямленного тока:
Индуктивность трансформатора, приведенная к контуру двигателя:
Индуктивность одного реактора, при двух ограничивающих реакторах с ограничением уравнительного тока на 30% от номинального:
Индуктивность якорной цепи рассчитывается:
Активное сопротивление трансформатора приведенного к цепи выпрямленного тока:
Сопротивление вносимое за счет перекрытия анодных токов:
Сопротивление щеточного контакта:
Сопротивление реактора:
Суммарное сопротивление якорной цепи:
Суммарное сопротивление якорной цепи эквивалентной по падению напряжения:
Суммарный момент инерции приведенной к валу двигателя:
Механическая характеристика ДПТ
Механической характеристикой ДПТ называется зависимость угловой скорости от момента двигателя М;
Эквивалентная схема якорной цепи двигателя имеет вид:
Уравнение якорной цепи по II закону Кирхгофа:
Уравнение механической характеристики:
Если считать что в этой формуле щ - функция Iя - аргумент
Момент двигателя
Проанализируем уравнение механической характеристики ДПТ и построим её график:
Uя=const
Rя=const
Ф=const
Скорость идеального холостого хода
Для количественной оценки близости графика механической характеристики к горизонтали когда
щ=щ0
вводят параметр, который называется жесткость механической характеристики
Жесткость механической характеристики постоянного тока определяется
Механическая характеристика, полученная при Uном в номинальном магнитном потоке и отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря называется естественной механической характеристикой.
Если одна из величин (напряжение, сопротивление, поток) имеет другое значение или меняется в процессе работы двигателя то характеристики, полученные при такой работе, называются искусственными.
Электро-механическая постоянная времени двигателя:
Момент короткого замыкания естественной характеристики:
Жесткость механической характеристики:
Регулировка скорости двигателя постоянного тока путем изменения напряжения на якоре. Этот способ подразумевает наличие регулируемого источника. Электрическая схема представлена
Рассмотрим данный способ регулирования скорости с помощью механических характеристик.
щ
0<
Этим способом регулируется скорость двигателя
в диапазоне ниже естественной характеристике.
Допустим, что в исходной установке двигатель работал в точке А. При скачкообразном снижении напряжения якоря с Uя до Uя1 рабочая точка перейдет на характеристику 1. Приведет из точки А в точку Б1 и скорость двигателя за счет запасенной кинетической энергии не успеет измениться. При этом будет перемещаться из точки Б в точку В. С уменьшением скорости момент двигателя будет расти и в точке В наступит новый установившийся режим работы двигателя .
5. Расчет статики системы электропривода
5.1 Расчет статики систем разомкнутого ЭП
Угловая скорость при максимальном моменте разомкнутой системе ЭП:
Статическая ошибка на верхнем пределе регулирования (ВПДР)
Относительная ошибка на верхнем пределе диапазона регулирования не должна превышать 10%.
Поскольку 32.8%>10%, значит нас данная ошибка не устраивает.
Соответственно, мы должны будем рассматривать вариант уменьшения этой ошибки.
Упрощенная схема разомкнутой системы ЭП
Ошибка тахогенератора ПТ-1:
5.2 Расчет статики системы с промежуточным усилителем и отрицательной обратной связи по скорости
При построении промежуточного усилителя входной сигнал и сигнал обратной связи по скорости подаются на Д. Другой вход, не инвертированный простой и обычно заземлен. Если пренебречь входным током от усилителя, то входной ток i1 и ток обратной связи i2 в указанном усилителе должны быть равны.
Коэффициент очень вели, соответственно:
Т.о. усиление усилителя, охваченного обратной связью, зависит только от соотношения сопротивлений внешних цепей и не зависит от сопротивления внутренних операционных усилий. Поэтому сопротивление такого усилителя достаточно стабильно.
Куо -коэффициент усилителя ошибки
Кусп - коэффициент передачи управления силовому преобразователю
Кду - коэффициент передачи двигателя
Кп - коэффициент приведения
Коос - коэффициент отрицания обратной связи
hтг - ошибка тахогенератора
Влияние помехи задатчика можно считать равной нулю. Питание задатчика осуществляется от стабилизирующего источника.
Для выбора величины сопротивления R2 запишем выражение для коэффициента приведения цепи в следующем виде:
Принимаем
R1=2000 Ом
Расчет требуемого коэффициента передачи разомкнутой системы:
Статическая ошибка для замкнутой системы:
Расчет ведется на нижнем пределе диапазона регулирования.
Коэффициент передачи двигателя по управляющему воздействию:
Коэффициент передачи управляемого силового преобразователя:
Для обеспечения полученного коэффициента Кус.тр необходимо, чтобы сопротивление обратной связи ошибки равнялось:
6. Расчет узла задержанной отрицательной обратной связи по току
Экскаваторная механическая характеристика
1-идеальная механическая характеристика
2-реальная механическая характеристика
На I участке: работает система стабилизации скорости
На II участке: работает система стабилизации тока
Угловая скорость на нижнем диапазоне регулирования:
Система стабилизации скорости с задержанной отрицательной связью по току выполняет 2 задачи:
1. Ограничение токов в переходных режимах, поэтому расчет таких связей должен происходить в соответствии и динамическими режимами.
2. Проектируется из необходимости получить в статическом режиме экскаваторную механическую характеристику.
При этом электрическая схема ЭП представляет из себя как бы 2 схемы.
Система стабилизации тока при
Из графика: 1-идеальная механическая характеристика
2-реальная механическая характеристика
На Iучастке: работает система стабилизации скорости
На II участке: работает система стабилизации тока
В контуре задерживания связи по току используется стабилитрон.
В контуре связи по току используется два стабилитрона для того что бы можно было осуществить реверсивную работу системы. В качестве датчика тока будет использоваться шунт, включенный в якорную цепь двигателя.
Структурная схема ЭП с задержанной отрицательной обратной связью по току
Коэффициент передачи шунта:
Коэффициент усиления сигнала шунта:
Сопротивление R5 примем равным 2 Ком
Ток отсечки:
Ток упора:
Напряжение на выходе усилителя сигнала шунта под действием Iуп:
Напряжение на выходе усилителя сигнала под действием тока отсечки:
Разностное напряжение:
Выбор стабилитрона.
Ток стабилизации:
Выбираем стабилитрон типа Д814А со следующими параметрами:
Напряжение стабилизации: 7 В
Максимальный ток стабилизации: 40 мА
Минимальный ток стабилизации: 3 мА
7. Схема ЭП подачи. Описание работы
Допустим, что на валу увеличенный момент нагрузки Мс, тогда, в соответствии с основным уравнением ЭП
,
появляется отрицательное ускорение
Уменьшение скорости вращения двигателя приводит к уменьшению скорости вращения тахогенератора, что приводит к уменьшению напряжения в цепи отрицательной обратной связи по скорости. Уменьшение напряжения обратной связи по скорости приводит к увеличению сигнала ошибки
UД=Uзд-U.
Увеличение сигнала UД на входе усилителя ошибки приводит к тому, что увеличивается сигнал на входе в СИФУ и уменьшается б, что приводит к увеличению напряжения. Это увеличение восстанавливает скорость вращения двигателя с некоторой статической ошибкой. Таким образом, происходит стабилизация скорости вращения двигателя.
При большом увеличении момента на валу ток якоря двигателя достигает тока отсечки. При выполнении этого равенства начинает работать задержка отрицательной обратной связи по току. Т. е. при
Iя=Iотсеч.
сигнал на выходе усилителя сигнала шунта станет равен напряжению, необходимому для стабилитрона. Это приводит к тому, что сигнал ошибки
UД=Uзд-Uост,
что приводит к падению скорости вращения двигателя. При
Iя=Iуопра
сигнал обратной связи и сигнал задания станут равными, а следовательно сигнал ошибки будет равен нулю.
Список литературы
1. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 224 с. - ISBN 5-7046-0874-4.
2. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: РАСХН. 2003 - 320 с.-ISBN 5-85941-045-X,
3. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.
4. Зимин Е.Н., Кацевич В.Л., Козырев С.К. Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоиздат, 1981. 192 с.
5. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.
6. Абакумов А.М. Электрический привод. Электроприводы постоянного тока, Учебн. пособ. Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2004, 94 с. -ISBN 5-7964-0471-7.
7. Рапопорт Э.Я. Системы подчиненного регулирования электроприводов постоянного тока. Конспект лекций. - Куйбышев. КПтИ, 1985. - 56 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет системы автоматизированного электропривода рабочей машины. Определение мощности асинхронного двигателя привода. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь. Расчет механической характеристики рабочей машины.
курсовая работа [334,3 K], добавлен 24.03.2015Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик. Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя. Определение индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов. Определение параметров привода и построение.
контрольная работа [4,3 M], добавлен 06.02.2016Основные этапы проектирования электрического двигателя: расчет параметров якоря и магнитной системы машины постоянного тока, щеточно-коллекторного узла и обмотки добавочного полюса. Определение потери мощности, вентиляционных и тепловых характеристик.
курсовая работа [411,3 K], добавлен 11.06.2011Предварительный выбор двигателя турникета. Расчет требуемой мощности и редуктора. Необходимые геометрические размеры. Проверочный расчет требуемой мощности двигателя. Кинематическая погрешность редуктора. Обоснование выбора применяемых материалов.
контрольная работа [58,9 K], добавлен 11.01.2014Выбор вентилятора, расчет мощности и выбор электродвигателя. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Выбор преобразователя частот. Компьютерное моделирование энергетических характеристик частотно-управляемых электроприводов в среде Matlab.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 26.05.2012Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода. Расчет продолжительности пуска электродвигателя с нагрузкой. Электрическая схема автоматического управления электродвигателем.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.05.2019Предварительный выбор двигателя по мощности. Выбор редуктора и муфты. Приведение моментов инерции к валу двигателя. Определение допустимого момента двигателя. Выбор генератора и определение его мощности. Расчет механических характеристик двигателя.
курсовая работа [81,3 K], добавлен 19.09.2012Расчет мощности двигателя электропривода грузоподъемной машины. Выбор элементов силовой части электропривода. Расчет доводочной скорости. Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы работы двигателя. Проверка двигателя по пусковым условиям и теплу.
курсовая работа [251,3 K], добавлен 16.12.2012Выбор главных размеров и расчет параметров якоря. Магнитная система машин постоянного тока. Определение размагничивающего действия поперечной реакции якоря. Расчет системы возбуждения и определение потерь мощности. Тепловой и вентиляционный расчет.
курсовая работа [538,3 K], добавлен 30.04.2012Особенности двухзонной системы регулирования скорости и ЭДС, управляющей возбуждением двигателя. Расчет СУЭП, проектирование функциональной и принципиальной схем привода. Выбор силовых полупроводниковых приборов, коммутационной и защитной аппаратуры.
дипломная работа [220,2 K], добавлен 18.06.2015Назначение и техническая характеристика крана. Расчет мощности и выбор двигателя привода. Определение электрических параметров и выбор тиристорного преобразователя и его элементов и устройств. Выбор основных электрических аппаратов управления и защиты.
курсовая работа [6,7 M], добавлен 09.01.2013Расчет напряжений питания, потребляемой мощности, мощности на коллекторах оконечных транзисторов. Расчет площади теплоотводов. Расчет и выбор элементов усилителя мощности. Расчёт элементов цепи отрицательной обратной связи. Проектирование блока питания.
курсовая работа [516,1 K], добавлен 09.12.2012Техническая характеристика, устройство и режим работы электропривода мостового электрического крана. Выбор системы электропривода, метода регулирования скорости и торможения. Расчет мощности, выбор типа электродвигателя и его техническая проверка.
курсовая работа [117,9 K], добавлен 25.11.2014Разработка системы стабилизации скорости электропривода на основе двигателя постоянного тока. Расчёт силового согласующего трансформатора, полупроводниковых приборов, фильтров, регуляторов скорости и тока. Рассмотрена методика наладки электрооборудования.
курсовая работа [614,7 K], добавлен 27.02.2012Анализ кинематической схемы привода. Определение мощности, частоты вращения двигателя. Выбор материала зубчатых колес, твердости, термообработки и материала колес. Расчет закрытой цилиндрической зубчатой передачи. Силовая схема нагружения валов редуктора.
курсовая работа [298,1 K], добавлен 03.03.2016Кинематический расчет привода. Определение передаточного числа привода и его ступеней. Силовой расчет частоты вращения валов привода, угловой скорости вращения валов привода, мощности на валах привода, диаметра валов. Силовой расчет тихоходной передачи.
курсовая работа [262,3 K], добавлен 07.12.2015Расчет номинальной мощности, выбор двигателя, редуктора. Определение оптимального передаточного числа редуктора. Проверочные соотношения момента инерции системы, приведенного к валу двигателя. Описание функциональной схемы электропривода переменного тока.
контрольная работа [176,8 K], добавлен 25.08.2014Расчёт номинальных данных двигателя. Построение естественной и искусственной характеристики. Расчёт контура тока и скорости. Выбор основных элементов тиристорного преобразователя. Электрические параметры силового трансформатора, выбор тиристоров.
курсовая работа [991,3 K], добавлен 07.01.2014Определение сил и моментов, действующих в системе электропривода, приведение их к валу двигателя. Предварительный выбор двигателя. Расчет динамических параметров привода и переходных процессов при пуске и торможении. Анализ современных электроприводов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.10.2013Выбор тахогенератора, трансформатора, вентилей. Расчет индуктивности, активного сопротивления якорной цепи; параметров передаточных функций двигателя, силового преобразователя. Построение переходного процесса контура тока. Описание электропривода "Кемек".
курсовая работа [311,2 K], добавлен 10.02.2014
