Назначения и область применения двигателя постоянного тока

Содержание

 

 

Введение

Современное машиностроение развивается  в условиях жесткой конкуренции  и развитие его идет в направлениях: существенное повышение качества продукции; сокращение времени обработки на новых станках за счет технических усовершенствований; повышение интеллектуальной оснащенности машиностроительной отрасли

Современная стратегия  развития машиностроительного производства в мире предлагает создание принципиально новых материалов, существенное повышение уровня автоматизации производственного процесса и управления с целью обеспечения выпуска продукции требуемого качества в заданный срок при минимальных затратах.

Для достижений целей социально-экономического развития производственных систем необходим комплекс мероприятий в каждом из направлений: совершенствование принципов организации и методов планирования производства; внедрение новых и совершенствование существующих технологических процессов; повышение уровня автоматизации проектирования и изготовления.

При разработке современных  технологических, производственных, информационных и других систем возникают проблемы, меньше связанные с рассмотрением свойств и законов функционирования элементов, а больше — с выбором наилучшей структуры, оптимальной организации взаимодействия элементов системы, определения оптимальных режимов функционирования, учетом влияния внешней среды и т.д. Речь идет о том, что успешное осуществление программы автоматизации предъявляет новые требования к исследованию проблем развития производственных систем: повышение уровня системного мышления; повышение уровня строгости описания; использование новых методов исследования

Главный тезис — утверждение первостепенной важности проблемы выработки целостной концепции производственной системы нового типа, охватывающей все основные аспекты: организацию, технологию, проектирование и изготовление. Только на базе подобной концепции можно корректно ставить и решать задачу комплексной автоматизации производственного процесса.

Развитие хозяйства во многом определяется техническим прогрессом в машиностроении. Разработка и внедрение в производство новейших конструкций машин, механизмов и приспособлений, соответствующих современному уровню развития науки и техники, возможны при наличии высокопроизводительного станочного оборудования. Повышение эффективности производства обеспечивает автоматизация. Автоматизация производства неизменно связана с созданием различных систем управления, которые выполняют функции контроля и регулирования производственных процессов, заменяя человека.

Главное направление автоматизации  мелко- и среднесерийного производства — развитие и применение станков с ЧПУ, промышленных роботов (ПР), гибких производственных систем (ГПС).

В применении к любому производственному процессу степень  автоматизации характеризуется частичным или полным освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам. Автоматическими называют устройства, которые управляют различными процессами и контролируют их без непосредственного вмешательства человека. При этом не только высвобождается труд человека, но и повышается скорость и точность выполнения операций, значительно возрастает производительность и улучшаются условия труда, а также возможна сравнительно быстрая окупаемость первоначальных затрат за счет снижения эксплуатационных расходов и повышения объема и качества выпускаемой продукции.

Развитием автоматизации  явилось создание гибких производственных модулей — независимых обрабатывающих комплексов, управляемых с помощью. ЭВМ без участия человека;

соединение гибкой производственной ячейки с другими производственны подразделениями, которые подают заготовки, инструмент и другие необходимые материалы и информацию. Это привело к созданию систем машин, управляемых от ЭВМ. Окончательным шагом автоматизации является интеграция с помощью ЭВМ всей производственной деятельности, начиная от конструирования изделий и до его изготовления.

Реализация комплексной  автоматизации привела к необходимости создания высокоэффективных систем управления на основе средств вычислительной техники для всего производственного процесса. Такая система управления, обладающая развитым алгоритмическим, программным, информационным и техническим обеспечением, способна осуществить как необходимый уровень автоматизации всех этапов производственного процесса, так и его эффективную перестройку (гибкость) за счет предварительного программирования необходимых или желаемых структур.

Сегодня автоматизация  процессов производства лежит в  основе развития всех отраслей техники. С каждым годом автоматизация охватывает все новые звенья производственного процесса и становится комплексной, вызывая кардинальные изменения в технологии и организации производства.

 

1. Общая  часть

1.1Назначения и область применения двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока предназначен для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию- кутящий момент.

Применяется главным образом в  технической случаях, когда требуется  плавная регулировка скорости вращения.

Свойства ДПТ существенно зависит  от характера измения магнитного потока при изменении нагрузки. На характер изменения магнитного потока влияют качество и способ подключения обмоток возбуждения. В зависимости от способа возбуждения различают двигателя: параллельного возбуждения, последовательного возбуждения, смешанного и независимого возбуждения.

Электротехническая промышленность выпускает двигатели постоянного  тока основной промышленной серии 2П в диапазоне мощностей  от 0,13 до  200 кВт с различными конструкциями исполнения и способами вентиляции.

Для рабочих машин и механизмов выпускается специализированные серии ДПТ. Для металлорежущие станков помимо серий 2П и ЧП применяются серия ПБСТ и ПГТС с гладким якорем, а также высоко моментные двигатели серии ПБВДК1.и ДК2с возбуждением от постоянных магнитов. Для крановых механизмов выпускается серия Д, исполнение которой максимально учитывает условия их работ и  предъявленные к ним требования.

1. 2 Принципы работы двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

 

Рассмотрим работу двигателя независимого возбуждения, используя рисунок 1.

Пусть момент сопротивления не зависит от скорости вращения, т. е. М_с = const. Тогда точки 1 и 2 пересечения механических характеристик с моментом сопротивления будут являться точками равновесия моментов (М - aМ_с = 0) и соответствовать установившемуся режиму работы двигателя.

Теперь предположим, что  момент сопротивления М_с скачком увеличился на ∆М_с , и рассмотрим работу двигателя сначала в точке 1. Скорость двигателя скачком измениться не может, и тогда для точки 1 справедливо неравенство dω/dt<0. Иными словами, при увеличении момента сопротивления скорость двигателя будет уменьшаться, т.е. ее значение будет перемещаться на механической характеристике в сторону точки 1'.

Предположим, что при  достижении точки характеристики момент сопротивления восстанавливает свое первоначальное значение М_с.

Так как скорость не может  измениться скачком, для этой точки будет справедливо неравенство dω/dt>0, т.е. скорость двигателя начнет увеличиваться и ее значение на механической характеристике будет перемещаться в сторону точки 1. В этой точке М=М_с, и дальнейшего изменения скорости происходить не будет. Таким образом, после исчезновения возмущения двигатель возвращается в исходную точку работы. Следовательно, падающая механическая характеристика является статически устойчивой.

Условие устойчивой работы двигателя  можно записать следующим образом:

Теперь рассмотрим работу двигателя в точке 2. Как и в предыдущем случае, скорость двигателя скачком измениться не может, и тогда для точки 2 справедливо неравенство dω/dt<0. Иными словами, при увеличении момента сопротивления скорость двигателя будет уменьшаться, т.е. ее значение на механической характеристике будет перемещаться в сторону точки 2'.

Предположим, что при  достижении точки 2' характеристики момент сопротивления восстанавливает свое первоначальное значение М_с. В отличие от предыдущего случая в точке 2' момент сопротивления по-прежнему остается больше электромагнитного момента, а dω/dt<0, что приводит к дальнейшему уменьшению скорости вращения двигателя (в направлении ω₀). Следовательно, восходящая механическая характеристика является статически неустойчивой.

В современных высокоиспользуемых двигателях сильно проявляется размагничивающее действие реакции якоря и получить падающую механическую характеристику не удается. В этом случае для получения статически устойчивой характеристики на главных полюсах размещают дополнительно последовательную обмотку возбуждения, имеющую всего несколько витков и предназначенную только для компенсации размагничивающего действия реакции якоря. Эта обмотка называется стабилизирующей. При наличии такой обмотки магнитный поток двигателя практически не будет меняться (∆Ф ≈0) при изменении тока якоря, т.е. он будет стабилизирован, а механическая характеристика двигателя в этом случае будет падающей. Несмотря на то что такой двигатель имеет смешанное возбуждение, его называют двигателем параллельного (независимого) возбуждения со стабилизирующей обмоткой.

Регулирование угловой  скорости двигателя этого типа производится путём изменения тока возбуждения или напряжения якоря. Наиболее просто осуществляется регулирование изменением тока возбуждения: ток возбуждения уменьшается с помощью реостата. При этом уменьшается магнитный поток Ф = f (Ip) и пропорциональная ему ЭДС, что приводит при V= const к увеличению угловой скорости.

Двигатель проектируется  таким образом, чтобы его работа была устойчивой при всех угловых  скоростях.

Регулирование скорости производится от номинальной. Пределы регулирования ограничиваются условиями коммутации. Для  регулирования скорости вниз от номинальной применяется уменьшение напряжения якоря.

Скорость может регулироваться от номинальной до нуля.

Экономичность регулирования понижением напряжения зависит от того, каким способом оно понижается. Если это делается с помощью регулировочного реостата, включенного в цепь якоря, то КПД снижается пропорционально напряжению якоря и угловой скорости.

Если напряжение получается от регулируемого источника постоянного тока, то потери определяются как сумма потерь в двигателе и преобразователем и КПД хотя и подает при уменьшении угловой скорости, но при всех угловых скоростях оказывается значительно более высоким, чем при использовании регулировочного реостата в цепи якоря.

 

1. 3 Способы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

Частоту вращения двигателя можно регулировать тремя способами:

Изменением напряжения якоря. При рассмотрении этого способа регулирования частоты вращения двигателя полагают неизменными сопротивление цепи якоря и ток возбуждения. В этом случае частота вращения двигателя постоянного тока примерно пропорциональна приложенному напряжению.

Изменением сопротивления  цепи якоря. При рассмотрении этого способа регулирования полагают неизменными ток возбуждения двигателя и напряжение сети.

Изменением потока возбуждения. При рассмотрении этого способа регулирования полагают неизменными сопротивление и напряжение цепи якоря. Регулирование магнитного потока при этом осуществляется изменением тока возбуждения двигателя.

1. 4 выбор электродвигателя для привода станка.

Мощность электродвигателя главного привода станка может быть определена аналитически и экспериментально.

Для определения мощности электродвигателя аналитическим способом должно быть известно качество обработки материала, материал и свойства резца, глубина резания подачи. Необходимо также знать и скорость резания.

Мощность электродвигателя привода  определяется по формуле:

где – мощность резания, кВт

  – коэффициент полезного действия станка

Для резания на заданных станках  необходимо, чтобы мощность электродвигателя станка была на 25% больше расчетной мощности, т.е.

По полученным данным выбираем электродвигатель. ПФВ160М

Данные выбранного электродвигателя приведены в таблице

Таблица 1 - исходные данные для курсового  проекта

Исходные данные	Обозначение	Единицы измерения	Значение
Двигатель постоянного тока
Марка электродвигателя	ПФВ160М
Номинальная мощность	Pном	кВт	3
Номинальное напряжение	Uном	В	70
Номинальная частота вращения	nном	об/мин	600
КПД		%	86
Сопротивление якорной цепи	Rя	Ом	0,0707
Индуктивность якорной цепи	L	мГн	0,554
Момент инерции		кг/м2	0,238
Тиристорный преобразователь
Коэффициент усиления	Ктn		20
Постоянная времени	Ттп	с	0,02
Тахогенератор
Коэффициент усиления	Ктг		1,1
Режимы  работы САУ
Время переходного процесса	tпп	с	Не более  2
Величина перерегулирования		%	Не более 20
Колебательность переходного процесса	N		Не более 2