Проектирование электропивода

 

Содержание

Введение 5

1. Проведение обзора литературы по современным электроприводам заданного механизма. Определение задач и функций, решаемых электроприводом 6

2. Расчет и построение графика статической нагрузки на валу двигателя и выходном валу механизма. Определение приведенного момента инерции механизма 8

2.1. Определение статической  нагрузки на валу двигателя 8

2.2. Определение статической  нагрузки на выходном валу  механизма 9

2.3. Определение приведенного  момента инерции механизма 11

3. Проверка двигателя по условиям нагрева и перегрузочной способности 15

3.1. Проверка двигателя  на нагрев при паспортной ПВ 15

3.2. Проверка двигателя  на нагрев при фактической  (расчетной) ПВ 16

3.3. Проверка двигателя  по перегрузочной способности 17

4. Расчет и построение механической характеристики двигателя 18

5. Построение диаграммы реостатного пуска двигателя в две ступени и расчет значения пускового реостата. Определение значения резистора для динамического торможения 18

5.1. Реостатный пуск  двигателя в две ступени 18

5.2. Расчет цепи динамического  торможения двигателя 19

6. Расчет и построение графика переходного процесса пуска двигателя 20

7. Разработка схемы управления двигателем, выбор аппаратуры 23

7.1. Описание работы схемы управления 27

7.2. Перечень элементов 27

7.3. Выбор элементов  для схемы управления 29

               7.3.1. Выбор кнопок управления…………………………………………………………..29

7.3.2. Выбор автоматических выключателей 29

7.3.3. Выбор реле тока 30

7.3.4. Выбор реле напряжения 31

7.3.5. Выбор сопротивлений пусковых ступеней и динамического торможения.. ……31

7.3.6. Выбор реле времени 32

7.3.7. Выбор контакторов   32

7.3.8. Сигнализация в схеме управления электроприводом 32

Заключение 33

Список литературы 34

 

Введение

В техническом преобразовании отраслей народного хозяйства ведущая  роль принадлежит электрическим  средствам автоматизации и механизации  производственных процессов. Важнейшим средством электрификации, механизации и автоматизации, основой увеличения производительности машинного оборудования и масштабов производства является современный электропривод, на долю которого приходится до 60% общего потребления электроэнергии в стране.

Широкое распространение двигателей постоянного тока несмотря на их более  высокую стоимость и сложность  эксплуатации по сравнению с асинхронными двигателями объясняется в первую очередь простыми и надежными способами регулирования частоты вращения, большими пусковыми моментами и перегрузочной способностью, чем у двигателей переменного тока. Наибольшее распространение двигатели постоянного тока получили в приводах, требующих глубокого регулирования частоты вращения (металлургическая промышленность, транспорт и т.п.).

Объектом исследования в  данной курсовой работе является механизм перемещения тележки и двигатель постоянного тока типа 2ПН160L, являющийся электромеханическим преобразователем, предназначенным для работы в широкорегулируемых электроприводах общепромышленного назначения, а также других агрегатов.

 

1. Проведение обзора литературы по современным электроприводам заданного механизма. Определение задач и функций, решаемых электроприводом

На рис.1. изображена кинематическая схема механизма перемещения тележки, включающая двигатель постоянного тока (главная часть любого электропривода, обеспечивающая преобразование электрической энергии в механическую), редуктор (для согласования движений вала электродвигателя и исполнительного органа, т.е. изменения параметров механической энергии вала двигателя) и рабочий орган, совершаемый требуемое механическое движение. Редуктор в свою очередь состоит из зубчатых передач и барабана, вращение которого заставляет двигаться исполнительный орган. Вал двигателя, редуктор и рабочий орган образуют механическую часть электропривода.

 

 

 

Рис. 1. Кинематическая схема  механизма перемещения тележки

 

 

Данный привод используется в механизме перемещения тележки. Сам механизм может применяться для работы в различных грузоподъемных устройствах, например козловых кранах.

Механизм передвижения тележки  служит для перемещения по рельсам, положенной на балку моста, тележки, несущей на себе грузозахватное устройство. Перемещение тележки осуществляется при помощи канатного устройства, лебёдкой. Для управления приводом загрузочного устройства необходимо знать график нагрузки на валу двигателя (определяет режим работы), организовать пуск, реверс и торможение двигателя при заданных переходных параметрах, организовать защиту двигателя и аппаратуры управления от перегрузок. Кроме того, при проектировании привода нужно произвести проверку двигателя на допустимый перегрев (чтобы не было преждевременного старения изоляционных материалов).

Для управления приводом необходимо:

1) знать график нагрузки на валу двигателя для определения его режима работы;

2) организовать пуск, реверс и торможение двигателя при заданных переходных параметрах;

3) обеспечить защиту двигателя и аппаратуры управления от перегрузок.

Кроме того, при проектировании привода  нужно произвести проверку двигателя на допустимый нагрев во избежание преждевременного старения изоляционных материалов.

 

1. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

1. Построение статической характеристики на валу двигателя.

 

Таблица 1. Исходные данные

Ва-риант	Тип двигателя	РН, кВт	nН, об/мин	М1/МН	М2/МН	М3/МН	М4/МН	М5/МН	t1, c	t2, c	t3, c	t4, c	t5, c	t6, c	t7, c	t8, c
16	2ПН160L	6,3	1000	1,0	0	0,6	1,2	0,3	80	40	100	40	0	300	20	20

Продолжение табл. 1

U, В	nmax, об/мин		Rя, Ом	Rд, Ом	Rв, Ом		J,	Q, кг
220	3000	81,5	0,278	0,196	87.6/23.6	8,7	0,1	159

    В таблице приняты следующие обозначения:

P_н – номинальная мощность двигателя, кВт;

n_н – номинальная скорость вращения двигателя, об / мин;

n_max – максимальная скорость вращения, об/мин;

 – коэффициент полезного  действия, %;

U – номинальное напряжение, В;

R_я –  сопротивление обмотки якоря при ;

R_д – сопротивление обмотки добавочных якоря при ;

R_в – сопротивление обмотки возбуждения ;

 –  индуктивность цепи якоря ;

J    –  момент инерции ротора, ;

Q  –  масса двигателя, кг.

Определим угловую скорость вращения вала двигателя по формуле

            (2.1)

.

Как известно, номинальный момент на валу М_ном равен

                          (2.2)

.

Определим абсолютные значения действующих  моментов М_с1, М_с2, М_с3, М_с4, М_с5 по формуле

           (2.3)

где k_i – относительная величина i-го момента (табл. 1).

 

Имеем:

Рис. 1.1. График статической нагрузки M(t) на валу двигателя 2ПН160L

 

1.2. Построение  статической характеристики на  валу механизма. Расчёт и построение статической характеристики на выходном валу механизма осуществим через приведение момента нагрузки к валу электродвигателя. Приведение момента нагрузки осуществляется исходя из равенства механической мощности нагрузки двигателя в реальной и эквивалентной схемах.

Если исполнительный орган  совершает вращательное движение, то баланс мощностей имеет вид

,                                       (1.1)

где – угловая скорость исполнительного органа;

 – момент нагрузки исполнительного  органа;

 – приведённый к валу  двигателя момент нагрузки (при  установившемся движении электропривода  , где М – момент на валу двигателя);

 – угловая скорость ротора  двигателя.

 – КПД кинематической цепи  между валом двигателя и исполнительным  органом.

Учитывая, что

,                                               (1.2)

где i – передаточное число кинематической цепи между валом двигателя и исполнительным органом, подставляя (1.2) в (1.1) и выражая , получаем:

                                          (1.3)

Для данного механизма  перемещения тележки:

 

Тогда из (1.3) получаем:

 

Используя результаты расчёта  статической нагрузки на валу двигателя, получаем:

( )

( )

( )

( )

График статической нагрузки на выходном валу механизма изображён  на рисунке 1.2. Он соответствует повторно-кратковременному режиму.

Рисунок 1.2. Статическая нагрузка на выходном валу механизма.

2.3. Определение  приведенного момента инерции  механизма

Осуществляется исходя из равенства запаса кинетической энергии  в реальной и эквивалентной расчётной  схемах:

,                                    (1.4)

где J – приведённый к валу двигателя момент инерции;

 – момент инерции двигателя;

 – момент инерции механизма;

 – скорость вращения двигателя;

 – угловая скорость исполнительного  органа.

 

Так как по условию  , то, используя паспортные данные двигателя и преобразуя выражение (1.4), получаем:

 
2. ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ  ПО НАГРЕВУ

 

Исходя из условий работы  двигателя с точки зрения постоянства  скорости, магнитного потока, постоянных потерь мощности и наличия нагрузочной  диаграммы , для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента.

Эквивалентные величины, характеризующие  при выполнении определенных допущений  тепловую нагрузку двигателей, позволяют  заменять реальные временные зависимости величин на постоянные величины, что упрощает проверку двигателей по условиям нагрева.

Метод эквивалентного момента применяется, если:

1. постоянные потери и сопротивления главных цепей в цикле работы не изменяются;
2. известен график изменения момента двигателя во времени;
3. магнитный поток двигателя остаётся постоянным во всём цикле работы.

Согласно этому методу условие допустимого нагрева  имеет вид:

,         (2.1)

где – эквивалентный по условиям нагрева момент;

Т – длительность цикла.

В нашем случае имеем:

Так как  ( ), то условие (2.1) выполняется и при соблюдении указанных выше условий нагрев двигателя не превысит допустимого уровня.

 

 

3. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ  МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ 

Для расчета характеристик ДПТ  и исследования различных режимов  его работы воспользуемся электрической схемой замещения, изображенной на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема замещения ДПТ

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

                                                                          (3.1)

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

 

                                              (3.2)

где

 – сопротивление якоря,  Ом;

 – сопротивление дополнительных  полюсов, Ом;

 – магнитный поток ДПТ,  Вб;

 – угловая скорость ротора ДПТ, ;