Проектирование электропивода

Примем наибольшую высоту подъема H = 10 (м), кратность полиспаста a = 1.

Тогда из (2.15) имеем

      

Минимальное число разгружающих витков z_д = 1,5 (по нормам Госгортехнадзора).

Число витков под зажимным устройством  z_з = 1,5.

Длина части барабана под зажимным устройством крепления каната

     (2.16).

Длина нарезной части  барабана

        (2.16).

Длину участка барабана под ребордой L₂ примем равной L₂ = 0,023 (м).

Полная длина барабана при одинарном  полиспасте равна

      (2.17).

Имеем

      

Принимаем L_б = 0,290 (м).

 

 

 

Для определения толщины  стенки барабана δ воспользуемся эмпирической зависимостью

            (2.18).

Имеем

Подставляя значения δ и L_б в (2.11), находим массу барабана

Подставляя m_б и δ в (2.10), определяем момент инерции барабана

  

Подставляя (2.8) в (2.7) и  все найденные величины, определим  средний приведенный момент инерции

Можно считать с погрешностью около 0,05%, что кинетическая энергия ни барабана, ни груза в данном загрузочном устройстве не влияют на значение приведенного момента инерции.

 

3. Проверка двигателя по условиям нагрева и перегрузочной способности

Процесс электромеханического преобразования энергии всегда сопровождается одновременной потерей части энергии в самой машине. Возникающие в машине потери выделяются в виде теплоты и передаются охлаждающей среде через поверхность отдельных частей непосредственно или через другие граничащие с ними части машины.

Тепловая энергия, выделяемая при работе, может вызвать недопустимое повышение температуры активных и конструктивных элементов машины. Небольшое превышение допустимой температуры, вообще говоря, не означает, что двигатель "сгорит", однако при этом происходят интенсивное старение изоляции обмоток и резкое сокращение срока эксплуатации машины из-за потери диэлектрической прочности изоляции.

Согласно ГОСТ 183-74, для применяемой  в двигателе 2ПН132LУХЛ4 изоляции класса В предел температуры обмоток равен 130°С и допускаемое превышение составляет 100°С. Основными компонентами изоляции являются слюда, асбест, стекловолокно, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами.

Согласно ГОСТ 20459-87, двигатель 2ПН132LУХЛ4 по способу охлаждения относится к группе ICО1.

Тепловые потери, а  значит и нагрев двигателя, определяются режимом работы электропривода и  нагрузками механизма на различных  этапах его работы.

Режим работы двигателя 2ПН132LУХЛ4 – S1, по согласованию с предприятием изготовителем двигатель может использоваться для работы в режимах S2-S8.

По данным графика  статической нагрузки на валу двигателя (рис. 3) определим фактическую продолжительность включения для загрузочного устройства

      (3.1),

где t_рi – время работы на i-ом интервале, с; t_0j – время паузы на j-ом интервале, с.

Имеем

Проверку двигателя 2ПН132L по нагреву произведем методом эквивалентного момента.

 

3.1. Проверка двигателя на нагрев при паспортной ПВ

Проверку двигателя  на перегрев будем производить при следующих допущениях:

• двигатель является однородным телом с одинаковой температурой во всех своих точках.
• теплоотдача двигателя пропорциональна первой степени разности темпера-

 

 

 

тур двигателя и окружающей среды.

• температура окружающей среды не изменяется при нагреве двигателя.

• теплоемкость и теплоотдача двигателя не зависят от его температуры.

Условием нормального  отвода тепловой энергии и отсутствия перегрева двигателя является

    (3.2),

где M_i – момент на i-ом участке нагрузочной диаграммы M(t), ;                     t_i – величина i-го интервала, с (рис. 2); M_экв – эквивалентный по условиям нагрева момент двигателя, .

Имеем

        Так как  , то двигатель 2ПН132L не перегревается при паспортной продолжительности включения ПВ-100%.

 

3.2. Проверка двигателя  на нагрев при фактической (расчетной) ПВ

Для продолжительности  включения ПВ_факт = 88% эквивалентный момент нужно пересчитать по формуле

    (3.3)

где

 – коэффициент потерь;

V_ном – переменные потери энергии в двигателе при номинальном токе;

К – условно постоянные потери энергии в ДПТ.

Определяем переменные и  постоянные потери энергии в двигателе при номинальном токе

                            (3.4)

Постоянные  потери найдем как разность общих  потерь к переменным потерям

                                     

                               (3.5)

    

 

 

 

 

Отсюда коэффициент  потерь

 

и условие (3.2) запишется  в виде

      (3.6)

Имеем

Так как  , то двигатель 2ПН132L не перегревается выше допустимой температуры. Также двигатель в среднем нагружен на  .

3.3. Проверка двигателя  по перегрузочной способности

Проверка двигателя  по перегрузочной способности основывается на выражении

         (3.7),

где k_M – кратность наибольшего допустимого и номинального моментов, приводимая в паспортных данных (см. табл. 1). Значение правой части неравенства (3.6) также выбирается из табл. 1.

Имеем , а значит, двигатель подходит по перегрузке.

 

4. Расчет и построение механической характеристики двигателя

Для расчета характеристик  ДПТ и исследования различных  режимов его работы воспользуемся электрической схемой замещения, изображенной на рис. 6.

Рис. 6. Схема замещения ДПТ

Математическое  описание ДПТ сводится к дифференциальным уравнениям, которые описывают двигатель в динамике

                                                                          (4.1)

где

k – конструктивный коэффициент;

L_В – индуктивность обмотки возбуждения;

L_Я.сум – суммарная индуктивность цепи якоря;

R_Я.сум – суммарное сопротивление цепи якоря.

Но в данном случае можно обойтись линейными  уравнениями в статике, т.е. все  производные равны нулю, и тогда получаем

 

                                              (4.2)

где

 – сопротивление якоря,  Ом;

 – сопротивление дополнительных полюсов, Ом;

 – магнитный поток ДПТ,  Вб;

 – угловая скорость ротора ДПТ, ;

 –конструктивный коэффициент ДПТ.

 

 

 

 

 

Статическая механическая характеристика будет описываться  следующим уравнением:

                                                   

                            (4.3)

где

  – скорость идеального холостого хода двигателя;

– перепад скорости по сравнению  с w₀.

 

Таким образом, механическая характеристика будет  линейна и ее можно построить по 2 точкам.

 

Наиболее характерными точками механической характеристики являются:

- точка идеального  холостого хода (М=0, w=w₀ )

- точка короткого  замыкания (М=М_к.з., w=0 )

- точка номинальной  нагрузки (М=М_ном., w=w_ном).

 

Теперь рассчитаем эти точки:

,

Величина произведения

Скорость идеального холостого хода

Строим механическую характеристики  по точкам .

На рис. 7 приведена механическая характеристика двигателя 2ПН132L

Рис. 7. Механическая характеристика ДПТ

 

 

 

 

5. Построение диаграммы реостатного пуска двигателя в две ступени и расчет значения пускового реостата. Определение значения резистора для динамического торможения

5.1. Реостатный пуск  двигателя в две ступени

Рассчитаем  в соответствии с пунктом задания  необходимые величины для построения пусковой диаграммы ДПТ при использовании двух ступеней пускового резистора.

При реостатном пуске  двигателя в цепь якоря вводится активное внешнее дополнительное сопротивление r_вн. Тогда полное сопротивление цепи якоря равно

      (5.1)

Рассчитываем максимально  допустимый при пуске ток  . Примем

                                          

                         (5.2)

Определяем ток переключения подбором с таким расчетом, чтобы число искусственных характеристик равнялось двум.

                                                           

               (5.3)

Пусковая диаграмма  примет вид

Рис. 8. Пусковая диаграмма в 2 ступени ДПТ

 

Определим номинальное сопротивление  ДПТ

         (5.4)

С помощью метода отрезков определяем сопротивление ступеней пускового резистора

      (5.5)

                       

 

5.2. Расчет цепи динамического торможения двигателя

Часто для электрического торможения двигателей, работающих в автоматизированных установках, используются режимы динамического торможения и противовключения.

Динамическое  торможение двигателей может быть осуществлено по схемам, работающим в функции времени или в функции угловой скорости. В нашем случае динамическое торможение в функции времени.

Электрическая схема динамического торможения [4, стр. 52]

Рис. 9. Динамическое торможение

Полное сопротивление  якорной цепи определяем из уравнения  механической характеристики двигателя при динамическом торможении

                                                            

                             (5.6)

 

 

 

Сопротивление динамического  торможения

    (5.7)

 

 

График, иллюстрирующий динамическое торможение ДПТ

Рис. 10. График динамического торможения

 

6. Расчет и построение графика переходного процесса пуска двигателя

Переходные процессы имеют место при изменении  нагрузки на валу, напряжения, частоты сети, направления вращения при включении и отключении двигателя от сети.

 Строим графики переходных процессов пуска двигателя в две ступени при значении .

Зависимость на каждой пусковой ступени имеет следующий вид

                             

                      (6.1)

Также для каждого  переходного процесса определяем свою механическую постоянную времени

       

       (6.2)

         

Определим время переходного  процесса для каждой ступени

                   

            (6.3)

Запишем значение угловой  скорости для каждого переходного процесса

                          

               

    (6.4)

  

где – установившееся значение скорости, соответствующее моменту сопротивления ;

  – скорость при переключении реостата с первой пусковой ступени на вторую;

 – скорость при переключении реостата со второй пусковой ступени на естественную.

Зависимость на каждой пусковой ступени имеет следующий вид

                             

                      (6.5)

Запишем значение момента  от времени для каждого переходного  процесса

                         (6.6)

          

                      

 

График переходного  процесса для угловой скорости на каждой ступени показан на рис. 11

Рис. 11. График угловой скорости 

График переходного процесса для  момента на каждой ступени показан на рис. 12

Рис. 12. График момента

 

Время переходного процесса при разгоне по первой механической характеристике составляет t_пп1 = 0,171 (с), по второй t_пп2 = 0,089 (с), по третьей t_пп3 = 0,043 (с), общее время разгона до установившейся скорости

 t_пп = 0,303 (с).

7. Разработка схемы управления двигателем,

выбор аппаратуры

7.1. Описание схемы управления

Схема управления обеспечивает пуск, динамическое торможение, реверс, защиту от коротких замыканий, обрыва поля ДПТ, от самозапуска после исчезновения и появления напряжения. Пуск осуществляется в две ступени по принципу тока, а торможение – по принципу – времени.