Теория электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И РЕДУКТОРА МЕХАНИЗМА

1. Статическая мощность на валу двигателя в режиме подъема груза Р_СП , кВт, определяется по формуле:

(1)

где G - вес груза, Н;

G₀ - вес грузозахватного приспособления, Н;

_м - КПД передаточного механизма;

V_п - скорость подъема, м/с.

.2. Статическая мощность двигателя при подъеме пустого грузозахватного приспособления, Р_СО, кВт:

(2)

где _м0 - КПД передаточного механизма при нагрузке меньше номинальной, определяется по графику (рис.1).

3. Статическая мощность двигателя при тормозном спуске тяжелых и средних грузов, Р_СС, кВт:

(3)

гдеV_C - скорость спуска, м/с.

4. Статическая мощность двигателя при силовом спуске незагруженного грузозахватного приспособления, Р_СС0, кВт:

двигатель редуктор перегрузочный преобразователь

(4)

5. Статическая мощность на валу двигателя механизма передвижения моста крана или тележки, Р_С, кВт:

(5)

где к₁ - коэффициент трения ребер колес о рельсы (1,8 2,5);

G, G₀, G₁ - соответственно, вес груза, захватного приспособления и механизма, Н;

- коэффициент трения в опорах ходовых колес (0,015 0,02);

r - радиус шейки оси ходового колеса, м;

f - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам (512)^.10^-4 );

V_м - скорость передвижения механизма, м/с;

R - радиус ходового колеса, м;

_мп - КПД редуктора механизма передвижения (по рис. 1).

По результатам расчета и исходным данным строится в масштабе нагрузочная диаграмма механизма подъема (рис. 2) или передвижения (рис. 3) за цикл работы.

Предварительный выбор двигателя производится по статической эквивалентной мощности Р_сэ цикла работы t_ц:



где - время работы двигателя на отдельных участках, с;

l_i - длина участка перемещения груза, м;

V_i - скорость перемещения груза, м/с;

t_пi - время пауз в работе двигателя, с.

Двигатель выбирается с учетом коэффициента запаса на динамическую мощность при пуске или торможении (к_з = 1,3) и продолжительности включения ПВ:

где - расчетная продолжительность включения двигателя, с; ПВ_ст - стандартная продолжительность включения двигателя данного типа (по справочнику).

При выборе двигателя следует учитывать, что завышенный запас мощности приводит к увеличению массы, стоимости и потребления электроэнергии электроприводом.

Электродвигатель с большей номинальной частотой вращения имеет меньшую массу и габариты, но при этом возрастают массы и габариты редуктора механизма и динамические нагрузки при пуске и торможении. Так как по заданию требуется иметь две скорости перемещения груза, то целесообразно выбрать многоскоростной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и переключением обмоток статора или асинхронный двигатель с фазным ротором.

После выбора двигателя рассчитывается передаточное отношение редуктора механизма:

с^-1_,

где _ном, n_ном - номинальная скорость и частота вращения ротора двигателя;R - радиус барабана лебедки подъема или ходового колеса, м; V - заданная скорость перемещения груза, м/с.

Рис.1. Зависимость КПД механизма крана от нагрузки

Рис.2. Нагрузочная диаграмма подъема

Рис.3. Нагрузочная диаграмма перемещения.

2. ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ И ПЕРЕГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ

1. Статический момент нагрузки двигателя на i-м участке, М_Сi, Нм, определяется по формуле:

где Р_сi - статическая мощность нагрузки на i-м участке, кВт;

R - радиус барабана лебедки подъема или ходового колеса, м;

V - скорость перемещения груза, м/с;

i - передаточное отношение редуктора.

2. Суммарный момент инерции механизма при ускорении, J_?У, кгм² , приведенный к валу двигателя:



Где К_н=1,2 - коэффициент, учитывающий момент инерции шестерен редуктора и тормозных валков;

J_дв - момент инерции ротора двигателя;

m - суммарная масса движущихся элементов механизма, кг;

_ном - номинальная скорость вращения ротора двигателя, с^-1 ;

_р - КПД редуктора механизма.

Суммарный момент инерции механизма при торможении, J_?Т, кгм² :

Для определения динамических моментов нагрузки двигателя при пуске и торможении необходимо рассчитать моменты инерции механизма с грузом и без груза.

3. Максимальное ускорение при пуске или торможении механизма, приведенное к валу двигателя, е, с^-2:

Где а - допустимое ускорение груза, м/с³.

Время пуска или торможения механизма, t_п(т), с, для максимальной скорости V:

Динамические моменты нагрузки двигателя, М_дi, Нм, на каждом участке:

4. Номинальный вращающий момент двигателя, М_ном, Нм,

Пусковой момент двигателя, М_п, Н^.м,

Где к_п - коэффициент пускового момента (по справочнику).

Максимальный момент асинхронного двигателя, М_М, Нм,

Где к_м - коэффициент максимального момента.

5. Проверка перегрузочной способности двигателя производится для максимального статического момента нагрузки при допустимом снижении напряжения сети на 10%:

.

Для надежного разгона привода должно выполняться условие:

.

Если хотя бы одно из условий проверки не выполняется, то необходимо выбрать более мощный двигатель.

4.6. Проверка выбранного двигателя по нагреву производится по методу эквивалентного момента, М_ЭКВ, Нм, который вычисляется в соответствии с нагрузочной диаграммой за время цикла работы:

Где М_i = М_сi + M_дi -момент нагрузки на i-м участке, приведенный к валу двигателя;

t_рi - время работы двигателя на i-м участке;

t_ц - время цикла работы механизма.

Двигатель должен удовлетворять условию

где ПВ_р, ПВ_ном - расчетная и номинальная продолжительность включения.

Расчет мощности и проверка выбора двигателя постоянного тока для замкнутой системы управления производится по такой же методике, как и асинхронного двигателя. Но так как при пуске регулятор системы поддерживает постоянный пусковой момент, то проверка перегрузочной способности двигателя выполняется по формуле

.

После выбора двигателя определяются его потребляемая мощность, Р_потр, кВт, и номинальный ток, I_ном, А:

где Р_ном, _ном - соответственно, номинальные мощность и КПД двигателя.

3. ВЫБОР ВАРИАНТА И ОПИСАНИЕ РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Для качественного выполнения перемещения, подъема и спуска грузов система управления электропривода крановых механизмов должна удовлетворять основным требованиям:

регулирование скорости двигателя в сравнительно широких пределах (1:4);

обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода, чтобы скорость почти не зависела от веса груза;

ограничение ускорений до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов;

реверсирование электропривода и обеспечение его работы как в двигательном, так и в тормозном режиме;

защита питающих проводов и электродвигателя от токов короткого замыкания и перегрузок с помощью реле максимального тока и автоматических выключателей;

обязательное наличие конечных выключателей для автоматической остановки электропривода в крайних положениях;

предотвращение самозапуска двигателей при восстановлении напряжения после перерыва в электроснабжении.

Принципиальная электрическая схема системы управления электроприводом крановых механизмов должна включать в себя защитную аппаратуру, контроллеры, контакторы и реле, электромагнитный тормоз, конечные выключатели. Выбор элементов системы управления производится в соответствии с требуемым напряжением и токами, по справочникам и каталогам.

Описание разомкнутой системы управления электроприводом должно содержать назначение и типы всех элементов схемы и их функционирование в различных режимах.

Разомкнутая система управления электроприводом с асинхронным двигателем не обеспечивает необходимую жесткость регулировочных характеристик и устойчивую работу на пониженных скоростях, имеет место повышенный износ двигателя, электромагнитных тормозов и контактной аппаратуры управления.

Более высокие энергетические и эксплуатационные показатели имеет регулируемый электропривод с замкнутой системой.

4. ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Выбор преобразователя замкнутой системы управления производится исходя из условия, что номинальные значения его выходного напряжения и тока должны соответствовать номинальному напряжению и току двигателя с небольшим запасом.

Обозначение преобразователя реверсивного электропривода постоянного тока типа ЭПУ1-2 зависит от его параметров:

ЭПУ1-2 - ААВСП,

где: -АА - цифры, обозначающие номинальный выходной ток, А:

Iном	25	50	100	200	400
АА	34	37	40	43	46

В - цифра, определяющая номинальное выходное напряжение, В

Uном	115	230	460
В	1	2	4

С - цифра, определяющая напряжение питания сети U_с .

При U_с = 220 В, С = 4, при U_с = 380 В, С = 7.

Буква П в обозначении соответствует модификации преобразователя с однозначным регулированием скорости двигателя (по цепи якоря) с обратной связью по напряжению тахогенератора. Эта модификация преобразователя обеспечивает диапазон регулирования скорости 1:10 000 и перегрузку по моменту и току, равную 6.

Например, электропривод ЭПУ1-2-404712 обеспечивает номинальный выходной ток 100 А, выходное напряжение - до 460 В и требует напряжение питания сети 380 В.

Электропривод ЭПУ1 выполнен по структурной схеме и с подчиненным регулированием координат, которая включает в себя пропорционально-интегральные регуляторы скорости _рс (р) и тока двигателя _рт (р).

Передаточная диаграмма тиристорного преобразователя соответствует апериодическому звену с коэффициентом передачи к_п и постоянной времени Т_п, которые определяются по соотношениям:

Где U_ном - номинальное входное напряжение преобразователя;

U_вхм = 10 В - максимальный входной сигнал;

m - число пульсаций выходного напряжения (для мостовой схемы m = 6);

f = 50 Гц - частота тока в сети.

Следовательно, постоянная времени Т_п = 1,67 мс. Передаточная функция ПИ-регулятора тока имеет вид:

.

Коэффициент передачи регулятора тока к_рт определяется по формуле

где - электромагнитная постоянная времени якоря, с;

L_я ,R_я - индуктивность и активное сопротивление якоря;

R_доб - сопротивление обмоток добавочных полюсов двигателя;

к_т - коэффициент передачи датчика тока якоря (к_т = 0,1).

Постоянная времени регулятора тока выбирается равной электромагнитной постоянной якоря двигателя при стандартной настройке Т_рт = Т_я.

Передаточная функция Пи-регулятора скорости имеет следующий вид:

,

Где к_рс - коэффициент передачи регулятора скорости;

Т_рс - постоянная времени регулятора скорости.

При стандартной настройке постоянная времени регулятора скорости выбирается равной Т_рс = 8 Т_п. Для расчета коэффициента передачи регулятора к_рс необходимо вначале определить механическую постоянную времени электропривода Т_м, с:

где

J - суммарный приведенный момент инерции механизма с грузом, кг/м².

Коэффициент передачи регулятора скорости:



где - коэффициент передачи датчика скорости (тахогенератора).

Расчет сопротивлений входной цепи R₁ и цепи обратной связи R₀ ПК-регуляторов на определенных усилителях производится по формулам:

гдеС₀ = 1^.10^-5 Ф - сопротивление цепи обратной связи регулятора;

Т_р, к_р - постоянная времени и коэффициент передачи регулятора.

При оптимальной настройке регуляторов замкнутой системы управления электроприводом с подчиненным регулированием обеспечиваются следующие показатели качества управления:

а) для контура тока -

- время регулирования t_p = 4,1 Т_п;

- перерегулирование = 4,3 %.

б) для контура скорости -

- время регулирования t_p = 7 Т_п;

- перерегулирование = 6,3 %.

Для оценки влияния на качество управления массы груза мостового крана, и, следовательно, момента инерции, необходимо провести моделирование системы управления на персональном компьютере.

5. РАСЧЁТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Общие потери мощности, ДР_ном, кВт, при номинальном режиме работы двигателя определяются по формуле

Где Р_ном, _ном- соответственно номинальная мощность и КПД двигателя.

Переменные потери мощности двигателя, ДР_пер, кВт, зависят от тока якоря I_ном:

где R_я, R_доб - сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов.

Постоянные потери мощности двигателя:

.

Общие потери мощности при нагрузке, отличной от номинальной, зависят от коэффициента эквивалентного момента _экв:

.

Эквивалентные мощности на валу двигателя:

.

Средняя потребляемая мощность двигателя за цикл работы:

.

Средний коэффициент полезного действия двигателя за цикл работы:

.

Коэффициент полезного действия электродвигателя за цикл работы:

где _м,_п - КПД редуктора и преобразователя.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Ключев В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1982.

Анализ и синтез систем управления электроприводов постоянного тока: учеб. пособие по курсовому и дипломному проектированию / Под ред. В.А. Елисеева. - М.: МЭИ, 1984.

Электротехнический справочник. В 3 т. Т.2. Электротехнические устройства / Под ред. проф. МЭИ И.Н. Орлова. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

Размещено на Allbest.ru

...