Электропривод подъемного механизма на базе двигателя постоянного тока
Расчет параметров и характеристик двигателя электропривода подъемного механизма. Определение номинальных параметров, времени пуска двигателя. Расчет составляющих потерь. Основные характеристики электропривода. Нагрев двигателя при изменении нагрузки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.04.2018 |
| Размер файла | 64,0 K |
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.
23
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Вятский Государственный Технический Университет
Факультет автоматики и вычислительной техники
Кафедра “Автоматики и телемеханики”
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине
"Элементы и устройства систем управления"
для студентов 3 курса дневного обучения
специальности 2101 "Управление и информатика в технических системах"
КИРОВ 1999
Содержание
- Задание на курсовую работу
- Введение
- 1. Расчет параметров и характеристик двигателя
- 1.1 Определение номинальных параметров
- 1.2 Построение механической характеристики
- 1.3 Расчет составляющих потерь
- 1.4 Построение зависимостей P=f (M), =f (M), I=f (M)
- 1.5 Построение зависимостей =f (n), P=f (n)
- 1.6. Определение времени пуска двигателя
- 2. Расчет характеристик электропривода
- 2.1 Определение момента нагрузки
- 2.2 Расчет скорости перемещения груза
- 2.3 Определение суммарного момента инерции
- 2.4 Расчет времени ускорения и торможения груза
- 2.5 Определение электромеханической постоянной времени
- 2.6 Построение кривой скорости
- 3. Расчет нагрева двигателя
- 3.1 Определение масштабных потерь
- 3.2 Расчет нагрева двигателя при пуске
- 3.3 Расчет нагрева двигателя при изменении нагрузки
- 3.4 Расчет охлаждения двигателя при включении
- Заключение
- Список литературы
Задание на курсовую работу
Задан электропривод подъемного механизма на базе двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Двигатель имеет следующие параметры: Pн=22,0 кВт; nн=1450 об/мин; Uн=310 В; =96%; J=0.287 Вт*c3; max=130; Tв=29 мин; с=22; n=9%; mб=11 Кг; Dб=310 мм; Dвн=170 мм, где Pн - номинальная мощность двигателя; nн - номинальная частота вращения; Uн-номинальное напряжение; -КПД двигателя; J-момент инерции ротора двигателя; max-установившееся превышение температуры при номинальной нагрузке; Tв-постоянная времени нагрева двигателя при вращении; Tс=1,8*Tв-постоянная времени нагрева двигателя в неподвижном состоянии; с - температура окружающей среды;
- уменьшение частоты вращения при номинальном моменте.
Двигатель через трехступенчатый редуктор вращает канатный барабан. Канатный барабан представляет собой пустотелый вал массой mб, с наружным диаметром Dб и внутренним Dвн. Результирующее передаточное число редуктора i=20. КПД ступеней привода 1,2,3. Схема подъемного механизма изображена на рис.1.
двигатель электропривод подъемный механизм
Рисунок 1. Схема подъемного механизма
Необходимо:
Рассчитать параметры и характеристики самого двигателя
Рассчитать подъемный механизм с ранее заданным двигателем
Определить характеристики нагрева и охлаждения двигателя в различных режимах работы
Введение
Несмотря на бурный рост электронных элементов автоматики, стремящихся к минимизации размеров и энергопотребления, остается огромный спектр приборов, которые заменить пока не представляется возможным. Наиболее широко используемые из них - электродвигатели. В данной курсовой работе рассматривается один из видов ЭД - двигатель постоянного тока (ДПТ). Он получил широкое применение благодаря возможности плавного и экономичного управления частотой вращения при помощи полупроводниковых приборов, а также за счет большого вращающего момента и значительной перегрузочной способности.
Существует несколько основных схем включения ДПТ:
Схема с независимым возбуждением
Схема с параллельным возбуждением
Схема с последовательным возбуждением Схема со смешанным возбуждением
Рассмотрим способы регулирования параметров ДПТ на примере ДПТ НВ.
1. Регулирование угловой скорости изменением напряжения на якоре. (U1>U2>U3)
2. Регулирование угловой скорости изменением сопротивления якорной цепи. (R3>R2>R1)
3. Регулирование угловой скорости изменением магнитного потока (Ф1>Ф2>Ф3)
Изменение параметров для остальных схем включения производится сходным образом, и при этом получаются похожие преобразования характеристик.
Данная курсовая работа состоит из 3-х частей:
Расчет параметров и характеристик самого двигателя
Расчет подъемного механизма с заданным двигателем
Определение характеристик нагрева и охлаждения двигателя
В заключение приведена таблица с основными из рассчитанных данных.
1. Расчет параметров и характеристик двигателя
1.1 Определение номинальных параметров
Используя исходные данные, определим номинальную частоту вращения вала ДПТ
wном = = 152 рад/с
Найдем частоту вращения вала в режиме холостого хода nx = = 1593,41 об/мин и угловую частоту вращения вала двигателя в режиме холостого хода
wХ = = 166,86 рад/с.
Определим номинальный потребляемый ток IН = = 70,96 А.
Учитывая, что ЭДС ДПТ НВ пропорциональна частоте вращения Eном = (1-n) UН = 282,1В. Найдем сопротивление якоря при номинальной нагрузке RЯ = = 0,393 Ом.
1.2 Построение механической характеристики
Учитывая, что механическая характеристика ДПТ НВ практически линейна, рассчитываем угловую скорость двигателя при 1/4, 2/4, 3/4, 4/4, 5/4 - кратных значениях номинального момента.
,
где k = , Mном - номинальный момент.
|
k |
W (k), рад/с |
|
|
0.25 |
163,1 |
|
|
0.5 |
159,4 |
|
|
0.75 |
155,6 |
|
|
1 |
151,8 |
|
|
1.25 |
148,1 |
Механическая характеристика представлена на рис 2.
Рисунок 2. Механическая характеристика ДПТ НВ
1.3 Расчет составляющих потерь
Считая распределение потерь при номинальной нагрузке как отношение
Pоб. ном: Pст: Pтр=2: 1.2: 0.5
где Pоб. ном - потери в обмотке при номинальной нагрузке;
Pст - потери в стали магнитопровода;
Pтр - потери на трения, находим составляющие потерь:
P = = 916,6 Вт, Роб. ном = P = 495,5 Вт
Рст = P = 297,3 Вт, Ртр = P = 123,9 Вт
1.4 Построение зависимостей P=f (M), =f (M), I=f (M)
Определим мощность на валу двигателя, КПД и потребляемый ток при 1/4, 2/4, 3/4, 4/4, 5/4 - кратных значениях номинального момента. При расчете КПД будем считать, что потери в стали не зависят от нагрузки, потери в основной токовой цепи пропорциональны квадрату тока якоря относительно мощности
Другими потерями (на трение, в щеточных контактах и т.д.) можно пренебречь.
Найдем зависимость для мощности на валу двигателя:
Выражение для потребляемой двигателем мощности имеет следующий вид
, где Мном = = 144,89 Н*м.
Определим формулу расчета КПД двигателя
, где .
Запишем зависимость тока якоря от момента на валу двигателя
, где CтФ = = 2,042 Н*м/А.
Рассчитанные значения при различных k занесем в таблицу:
|
k |
Pв (k), Вт |
(k), % |
I (k), А |
|
|
0.25 |
5907,97 |
94,66 |
17,7 |
|
|
0.5 |
11543,96 |
96,37 |
35,48 |
|
|
0.75 |
16907,97 |
96,63 |
53,2 |
|
|
1 |
22000 |
96,52 |
70,97 |
|
|
1.25 |
26820,1 |
96,23 |
88,7 |
Графики функций Pв (k), (k), I (k) представлены на рис.3,4,5.
Рисунок 3. График зависимости мощности на валу двигателя P (k) от относительного момента
Рисунок 4. График зависимости КПД двигателя h (k) от относительного момента
Рисунок 5. График зависимости тока двигателя I (k) от относительного момента
1.5 Построение зависимостей =f (n), P=f (n)
Считая магнитный поток постоянным при всех скоростях и равным номинальному, определим формулу расчета мощности на валу двигателя при изменении частоты вращения
,
где k= - относительная частота вращения.
Запишем формулу для расчета КПД двигателя при изменении относительной частоты вращения двигателя (пренебрегаем изменением потерь и считаем независящими от частоты вращения)
Рассчитаем частоту вращения двигателя на холостом ходу в зависимости от относительной частоты вращения двигателя
Для значений 1/4, 2/4, 3/4, 4/4, 5/4 - кратных значениям номинального момента рассчитаем P (k), (k), nх (k) и сведем в таблицу:
|
k |
P (k), кВт |
(k), % |
nх (k), об/мин |
|
|
0.25 |
5,5 |
87,4 |
398,35 |
|
|
0.5 |
11 |
93,28 |
796,7 |
|
|
0.75 |
16,5 |
95,42 |
1195,1 |
|
|
1 |
22 |
96,52 |
1593,4 |
|
|
1.25 |
27,5 |
97,21 |
1991,76 |
Графики функций P (k), (k) приведены на рис.6,7.
Рисунок 6. График зависимости мощности на валу двигателя P (k) от относительной частоты вращения двигателя
Рисунок 7. График зависимости КПД двигателя h (k) от относительной частоты вращения двигателя
1.6. Определение времени пуска двигателя
Определим время пуска двигателя из неподвижного состояния до номинальной частоты вращения nном
Тпуск. ном = =0,3 с,
и время пуска до частоты вращения в режиме холостого хода
Тпуск. хх = =0,03 с, где .
2. Расчет характеристик электропривода
2.1 Определение момента нагрузки
Рассчитаем момент нагрузки подъемного механизма, считая, что двигатель работает в номинальном режиме
МН = Мном i общ = 2256,42 Н*м.
Общее КПД передаточного механизма:
общ = 123 = 78 %.
Приведенный момент в режиме двигателя:
Мприв = = 144,89 Н*м,
а в режиме торможения:
Мприв = = 87,85 Н*м.
2.2 Расчет скорости перемещения груза
Найдем угловую частоту вращения барабана рад/с и частоту вращения барабана об/мин.
Отсюда определим линейную скорость перемещения груза м/с
2.3 Определение суммарного момента инерции
Определим наибольшую окружную силу, действующую на барабан
Н.
Найдем массу поднимаемого груза
Кг.
Рассчитаем момент инерции груза
Вт*с3.
и момент инерции барабана
Вт*с3.
Исходя из этого, вычисляем приведенный к валу двигателя момент нагрузки
Вт*с3.
Пренебрегая вращающимися массами передаточного устройства, рассчитаем суммарный момент инерции привода
Вт*с3
2.4 Расчет времени ускорения и торможения груза
Принимая момент ускорения двигателя равным Mmax=1,6Mном, Рассчитываем время разгона груза до номинальной скорости
с
Найдем время торможения при следующих условиях:
Вес груза составляет 0,7 от максимальной окружной силы (P=0,7Fмах);
Груз опускается с постоянной скоростью v=20 м/мин
Привод работает при торможении в режиме генератора
Момент торможения равен Mторм=1,2 Mном
Определим угловую частоту вращения барабана рад/с и приведем ее к валу двигателя рад/c Пересчитаем приведенный к валу момент инерции нагрузки Вт*с3 и общий момент инерции привода Вт*с3 Найдем момент нагрузки Н*м
Рассчитаем приведенный момент нагрузки при торможении
Н*м.
Теперь принимая тормозящий момент равным 1,2Mном, находим время торможения
c
2.5 Определение электромеханической постоянной времени
Принимая пусковой момент равным 1,2Mном, найдем электромеханическую постоянную времени
c
2.6 Построение кривой скорости
Определим угловую скорость от начала пуска через отрезки времени 0.5Tмех, Tмех, 2Tмех, 3Tмех, 4Tмех, 5Tмех , и занесем полученные данные в таблицу:
|
t, c |
w (t), рад/с |
|
|
1,055 |
59,75 |
|
|
2,11 |
95,98 |
|
|
4,22 |
131,29 |
|
|
6,33 |
144,28 |
|
|
8,44 |
149,06 |
|
|
10,55 |
150,82 |
График зависимости w (t) приведен на рис.8
Рисунок 8. График зависимости угловой скорости вращения двигателя от времени припуске из неподвижного состояния
3. Расчет нагрева двигателя
3.1 Определение масштабных потерь
Принимая коэффициенты k1=0,6 и k2=0, рассчитаем масштабные потери при нагрузке 1/4, 2/4, 3/4, 4/4, 5/4 значениях номинальной.
Полученные данные сведены в таблицу:
|
k |
Pm (k), Вт |
|
|
0.25 |
214,11 |
|
|
0.5 |
314,81 |
|
|
0.75 |
471,05 |
|
|
1 |
673,87 |
|
|
1.25 |
914,78 |
Определим суммарное термическое сопротивление двигателя
/Вт
3.2 Расчет нагрева двигателя при пуске
Рассчитаем температуру двигателя через 10, 20, 30, 40, 50, 100 минут после запуска из “холодного” состояния при номинальной нагрузке где Полученные данные приведены в табл.1.
График зависимости T (t) изображен на рис.9.
Рисунок 9. График зависимости температуры двигателя от времени при пуске из “холодного” состояния при номинальной нагрузке
3.3 Расчет нагрева двигателя при изменении нагрузки
Определим температуру двигателя через 10, 20, 30, 40, 50, 100 минут после нагрузки до 0.5 номинальной где
;
Рассчитаем температуру в установившемся состоянии Полученные значения приведены в табл.1.
График приведен на рис.10.
Рисунок 10. График зависимости температуры двигателя от времени при уменьшении нагрузки до 0.5 номинальной
3.4 Расчет охлаждения двигателя при включении
Найдем формулу расчета температуры двигателя при его отключении от сети где Найденные значения сведем в табл.1.
Таблица 1
|
t, мин |
T1 (t), |
T4 (t), |
T3 (t), |
|
|
10 |
59,92 |
131,8 |
72,14 |
|
|
20 |
86,77 |
117,49 |
63,4 |
|
|
30 |
105,8 |
107,35 |
56,18 |
|
|
40 |
119,27 |
100,17 |
50,22 |
|
|
50 |
128,82 |
95,08 |
45,3 |
|
|
100 |
147,87 |
84,93 |
30,94 |
График T (t) приведен на рис.11.
Рисунок 11. График зависимости температуры двигателя от времени при его отключении от сети в режиме нагрузки 0.5 номинальной
Заключение
В результате курсовой работы были определены параметры и характеристики ДПТ НВ, и рассчитаны подъемный механизм с данным двигателем и режимы его нагрева и охлаждения. Основные из полученных данных сведены в табл.2.
Таблица 2
|
Параметр |
Значение |
Ед. изм. |
|
|
Двигатель: |
|||
|
1. Частота вращения в режиме х. х. |
1593 |
Об/мин |
|
|
166,9 |
Рад/с |
||
|
2. Номинальный потребляемый ток |
70,96 |
А |
|
|
3. Время пуска двигателя до: wном |
0,3 |
С |
|
|
wх |
0,03 |
С |
|
|
4. Сопротивление якоря при номинальной нагрузке |
0,393 |
Ом |
|
|
5. Потери: в обмотке |
495,5 |
Вт |
|
|
в стали |
297,3 |
Вт |
|
|
на трение |
123,9 |
Вт |
|
|
общие |
916,6 |
Вт |
|
|
6. Температура двигателя в установившемся состоянии при нагрузке 0.5 номинальной |
82,73 |
С |
|
|
Подъемный механизм: |
|||
|
1. Момент нагрузки |
2256,42 |
Н*м |
|
|
2. Наибольшая окружная сила, действующая на канатный барабан |
14557,53 |
Н |
|
|
3. Скорость подъема груза |
1,18 |
м/с |
|
|
4. Частота вращения барабана |
73 |
об/мин |
|
|
5. Приведенный радиус |
0,08 |
м |
|
|
6. Момент инерции барабана |
0,17 |
Вт*с3 |
|
|
7. Суммарный момент инерции |
0.4 |
Вт*с3 |
|
|
8. Время ускорения груза |
0,7 |
с |
|
|
9. Время до остановки груза |
1,17 |
с |
Список литературы
1. Расчет параметров электропривода постоянного тока с независимым возбуждением. Методические указания. Бармин И.Н. Киров 1995.
2. Вольдек А.И. Электрические машины. - М.: Энергия, 1963.
3. Курс лекций по дисциплине “Электромеханические системы" 1998.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет и построение естественных и искусственных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Характеристики при пуске и торможении. Определение времени разгона привода. Графоаналитическое решение уравнения движения электропривода.
курсовая работа [313,4 K], добавлен 02.05.2011Расчёт параметров и характеристик разомкнутой системы тиристорного электропривода постоянного тока. Номинальная ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора и активное сопротивление якоря двигателя. Электромеханическая постоянная времени электропривода.
практическая работа [244,7 K], добавлен 20.12.2011Отображение двигателя в режиме динамического торможения. Расчет пускового реостата и построение пусковых характеристик для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Запись уравнения скоростной характеристики с учетом требуемых параметров.
контрольная работа [1002,6 K], добавлен 31.01.2011Приведение переменных и параметров рабочего механизма к валу исполнительного двигателя. Основные характеристики и параметры электропривода. Силовые полупроводниковые преобразователи, принцип их действия и структура. Схемы двигателей постоянного тока.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 30.04.2011Проект электропривода грузового лифта заданной производительности. Определение передаточного числа и выбор редуктора приводного двигателя с короткозамкнутым ротором, расчет перегрузочной способности. Параметры схем включения пуска и торможения двигателя.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.10.2012Определение понятия "электропривод". Режимы его работы и классификация. Уравнения движения электропривода при поступательном и вращательном движении. Влияние различных параметров на вид скоростных (механических) характеристик двигателя постоянного тока.
контрольная работа [472,2 K], добавлен 09.04.2009Данные двигателя постоянного тока независимого возбуждения со стабилизирующей обмоткой быстроходного исполнения. Расчет параметров электропривода. Коэффициент усиление тиристорного преобразователя. Структурная схема системы подчиненного управления.
контрольная работа [188,9 K], добавлен 09.04.2009Особенности расчета двигателя постоянного тока с позиции объекта управления. Расчет тиристорного преобразователя, датчиков электропривода и датчика тока. Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Моделирование внешнего контура.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.06.2011Определение дополнительных параметров двигателя и параметров схемы замещения. Расчет естественной механической и электромеханической статических характеристик. Анализ регулируемого электропривода с помощью имитационного моделирования в программе MatLab.
курсовая работа [425,8 K], добавлен 06.06.2015Расчет 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 16.12.2012Предварительный 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 19.09.2012Переходные процессы электропривода постоянного тока при пуске в три ступени. Номинальное напряжение якоря. Расчет ступеней двигателя постоянного тока. Расчетное время работы на ступенях. Моделирование ситуаций при изменении расчетного времени работы.
контрольная работа [156,3 K], добавлен 04.03.2012Предварительный выбор мощности асинхронного двигателя. Приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя. Построение механических характеристик электродвигателя. Расчет сопротивлений и переходных процессов двигателя постоянного тока.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.12.2011Начальные данные проектируемого двигателя постоянного тока. Выбор главных размеров, расчёт геометрии зубцовой зоны, выбор материала и расчет параметров двигателя. Вычисление характеристик намагничивания машины. Коммутационные параметры, расчет обмоток.
курсовая работа [687,9 K], добавлен 07.09.2009Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя; мощности, потребляемой из сети. Построение механической и энергомеханической характеристик при номинальных напряжении и частоте. Графики переходных процессов при пуске асинхронного двигателя.
курсовая работа [997,1 K], добавлен 08.01.2014Выбор 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 10.02.2014Определение эквивалентной мощности и подбор асинхронного двигателя с фазным ротором. Проверка заданного двигателя на нагрев по методу средних потерь, перегрузочную способность при снижении напряжения в сети. Расчет теплового режима выбранного двигателя.
курсовая работа [455,0 K], добавлен 12.05.2015Основные параметры двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Среднее давление механических потерь. Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя. Удельная поршневая мощность. Эффективные показатели работы двигателя.
практическая работа [59,3 K], добавлен 15.12.2012Аналитический расчет коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов. Определение размеров двигателя. Подбор обмотки якоря. Расчет параметров коллекторов и щетки. Потери и коэффициент полезного действия.
курсовая работа [241,5 K], добавлен 31.05.2010Основные 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 11.06.2011
