Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Курсовой проект по «Теории электропривода»

Министерство образования РФ

Московский государственный горный университет

Кафедра ЭЭГП

Курсовой проект

по дисциплине:

«Теория электропривода»

Выполнил: студент группы ГЭ-1-08

Овсянников Николай Борисович

Руководитель:

Профессор кафедры ЭЭГП

Малиновский Анатолий Кузьмич

Москва 2011

Содержание

Задание……………………………………………………………………......3

Введение……………………………………………………………….……...4

Исходные данные…………………………………………………………….6

Расчет механических характеристик…………………..……………….......7

Расчет и построение механических переходных процессов……………………………………………………………………..11

Расчет механического переходного процесса при торможении двигателя постоянного тока ведется по формуле……………………………………..16

Разработка схемы………………………………………………………….. 19

Список литературы……………………….…….…………………………. 24

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Использовать паспортные (каталожные) данные выбранного электродвигателя рассчитать и построить естественную и искусственные механические характеристики для двигательного и тормозного режимов. Рассчитать сопротивления пусковых и тормозных резисторов.
Рассчитать и построить кривые и механического переходного процесса при пуске и торможении электропривода для заданного вида статической характеристики рабочей машины.
Спроектировать принципиальную электрическую схему электропривода с командоаппаратом (функции времени) и дать краткое её описание.

ВВЕДЕНИЕ

При пуске и торможении электрических машин часто требуется обеспечение плавности изменения частоты вращения, постоянство пускового момента и ограничения пусковых токов. Это достигается для асинхронных машин с фазным ротором и машин постоянного тока включением резисторов в цепь ротора или я коря.

Усложнение электропривода, возрастание скоростей и ускоряй увеличение числа включений, повышение требований к точности поддержания заданных режимов работы привело в значительной степени к усложнению управления. Оператору стало невозможно вручную точно и безошибочно управлять необходимыми процессами, и на помощь ему приходит автоматическое управление.

Автоматическое управление позволяет:

освободить оператора от операций, связанных с управлением электродвигателем;
повысить точность управления, а следовательно, и производительность установки.

Переключения в цепях электродвигателей должны производиться в соответствующие моменты времени, при определённых угловых скоростях, токах, ускорениях или в заданной точке пути. В соответствии с этим различают следующие основные принципы управления электроприводами:

управление в фунхции скорости;
управление в функции времени;
управление в функции тока;
управление в функции ускорения;
управление в функции времени с корректировкой по току;
управление в функции момента;
управление в функции пути.

При управлении в функции скорости требуется реле, измеряющее величину угловой скорости. К таким реле, непосредственно измеряющим скорость, относятся центробежные реле и тахогенераторы. Но применяются они для управления переходными процессами сравнительно редко, что объясняется относительной сложностью устройства и монтажа. Поэтому прибегают к косвенным способам измерения угловой скорости, а именно к измерениям других параметров, однозначно связанных с угловой скоростью. Такими параметрами является ЭДС машины постоянного тока, ЭДС и частота тока во вторичных цепях асинхронных и синхронных машин.

К достоинству управления пуском двигателя постоянного тока в функции скорости следует отнести простоту и дешевизну схемы, а так же хорошую приспособленность к условиям нагрузки. К достоинствам – влияние напряжения сети и температуры нагрева катушек контакторов ускорения на момент срабатывания, трудность настройки контакторов ускорения на различные напряжения срабатывания, возможность аварийного режима из за незавершённости пуска при увеличении нагрузки, когда М_с больше М₂.

К достоинству схемы управления пуском двигателя в функции времени следует отнести простоту, надёжность, возможность применения однотипных реле и контакторов. К недостаткам – появление больших моментов и токов при увеличении нагрузки на валу двигателя, что может вызвать срабатывание защиты и снижение производительности установки в целом.

Достоинством схемы управления пуском двигателя в функции тока является возможность сохранения постоянства момента М₁ и тока I₁ при переходе двигателя с одной искусственной механической характеристики на другую. Недостатком схемы управления пуском двигателя в функции тока является то, что при увеличении нагрузки н валу двигателя до значения большего момента переключения М₂ происходит «застревание» двигателя на одной из пусковых реостатных характеристик. Это обстоятельство может привести к перегреву пусковых резисторов и выходу их из строя.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тип двигателя	П111
Номинальная мощность двигателя, кВт	75
Номинальная частота вращения, мин^-1	750
Номинальное напряжение якоря, В	220
Номинальный ток якоря, А	387
Момент инерции двигателя, кг^.м²	20,4
Момент инерции рабочей машины, кг^.м²	4,6

1. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

1.1. Расчет естественной механической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Расчет естественной механической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения ведется по формуле:

где – номинальное напряжение на якоре двигателя; – полное сопротивление якорной цепи.

При отсутствии каталожных данных полное сопротивление якорной цепи определяется по формуле

Ом.

КПД определяется по формуле

Скорость идеального холостого хода двигателя

с^-1;

В^.с;

с^-1,

где , – соответственно номинальные угловая скорость и частота вращения двигателя (номинальная частота вращения двигателя берется из каталога).

Естественная механическая характеристика строится по двум точкам. Первая точка с координатами соответствует скорости идеального холостого хода. Вторая точка с координатами характеризует номинальный режим работы двигателя.

Номинальный момент двигателя можно определить по формуле

Н^.м.

Естественная механическая характеристика, построенная в координатах , приведена на рис. 1.

1.2. Расчет искусственных механических характеристик

Для построения искусственных механических характеристик задаемся пусковым моментом:

Н^.м.

Проведя прямую, соединяющую две точки с координатами и , получаем первую искусственную механическую характеристику, соответствующую максимальной величине сопротивления пускового резистора.

Для построения новых искусственных механических характеристик

Н^.м,

где – момент сопротивления рабочей машины

Н^.м.

Далее на оси абсцисс откладываем момент и из этой точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с естественной характеристикой. Из точки «а», соответствующей моменту , восстанавливаем перпендикуляр до пересечения также с естественной характеристикой. Получают точку «ж». Из точки «б», являющейся точкой пересечения первой искусственной характеристики с перпендикуляром, соответствующим моменту , проводим прямую параллельную оси абсцисс до пересечения с прямой, соответствующей моменту и находят точку «в».

Далее точку «в» соединяем с точкой, координаты которой . Получаем новую механическую характеристику и т. д. Двигатель выходит на естественную характеристику.

Стрелками показано изменение момента двигателя с увеличением его угловой скорости при пуске с постоянным моментом сопротивления.

Отрезки на линии «аз» соответствуют величинам сопротивлений пусковых резисторов в определенном масштабе. Для определения этого масштаба находим полное сопротивление якорной цепи:

Ом.

Тогда масштаб сопротивлений будет равен

Ом/мм.

Для получения первой искусственной механической характеристики в цепь якоря вводится пусковой резистор с сопротивлением

= 0,3126 Ом.

Вторая ступень сопротивлений

Ом.

Третья ступень сопротивлений

Ом.

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Расчет механических переходных процессов в двигательном режиме

Расчет переходных процессов с линейными механическими характеристиками двигателя ведется по формулам:

- для угловой скорости:

;

- для момента:

где и – соответственно начальная и конечная угловые скорости двигателя; и – соответственно начальный и конечный моменты двигателя; – механическая постоянная времени электропривода.

Произведем расчет механического переходного процесса при пуске привода с линейно-механической характеристикой двигателя и постоянным моментом сопротивления рабочей машины. Работа привода на первой ступени описывается выражением, в котором принимают . Тогда

где – конечная угловая скорость двигателя, работающего на первой ступени пускового резистора;

– механическая постоянная времени электропривода, соответствующая работе привода, работающего на первой ступени пускового резистора.

Механическая постоянная времени для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, работающего на естественной механической характеристике:

с,

где: – момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя.

Момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, определяется по формуле

кг^.м²,

где – момент инерции двигателя;

– момент инерции рабочей машины, приведенный к валу двигателя.

Тогда для двигателя постоянного тока

с.

Конечная угловая скорость на первой пусковой ступени c^-1. Работа двигателя на первой пусковой ступени длится . Задаваясь временем от до определим угловую скорость двигателя, и результаты расчетов сведем в табл. 2.1.

Таблица 2.1

t, c

1,26

2,52

3,78

5,04

, с^-1

32,18

44,06

48,44

50,05

М, Н^.м

2252,8

1370,3

1046,2

926,2

882

По данным табл. 2.1 строится кривая зависимости угловой скорости от времени (рис 2). Однако, при реализации автоматического управления пуском, двигатель разгоняется лишь до скорости , так как при этой скорости происходит переход двигателя на новую механическую характеристику. Поэтому для определения времени работы двигателя на первой ступени, на оси ординат откладываем значение скорости и из этой проводим прямую параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой .

Из полученной точки «а» опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим время работы двигателя на первой ступени пускового резистора t₁. Далее расчет зависимости ведется по формуле, в которой начальными и конечными условиями будут: c^-1, c^-1. Механическая постоянная времени электропривода машины постоянного тока

с.

Аналогично предыдущему задаемся временем t и рассчитываем , а результаты расчетов сводим в табл. 2.2.

Таблица 2.2

t, c

0,56

1,12

1,68

2,24

, с^-1

59,5

64,9

66,86

М, Н^.м

2252,8

1370,3

1046,2

926,2

882

По данным табл. 2.2 построена кривая для второй ступени пускового резистора. Двигатель, работая на второй ступени пускового резистора , разгоняется только до скорости . Поэтому откладываем эту скорость на оси ординат и проводим из этой точки прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой . Точку пересечения сносим на ось абсцисс и находим время t₂ работы двигателя на второй ступени пускового резистора. Далее расчет зависимости ведется по формуле, в которой начальными и конечными условиями будут: c^-1, c^-1. Механическая постоянная времени электропривода для машины постоянного тока

с.

Аналогично предыдущему задаемся временем t и рассчитываем , а результаты расчетов сводим в табл. 2.3.

Таблица 2.3

t, c

0,26

0,52

0,78

1,04

, с^-1

71,4

74,6

М, Н^.м

2252,8

1370,3

1046,2

926,2

882

По данным табл. 2.3 построена кривая для третьей ступени пускового резистора. Двигатель, работая на третьей ступени пускового резистора , разгоняется только до скорости . Поэтому откладываем эту скорость на оси ординат и проводим из этой точки прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой . Точку пересечения сносим на ось абсцисс и находим время t₃ работы двигателя на третьей ступени пускового резистора.

Далее расчет зависимости ведется по формуле, в которой начальными и конечными условиями будут: c^-1, c^-1. Механическая постоянная времени для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, работающего на естественной механической характеристике

с.

Аналогично предыдущему задаемся временем t и рассчитываем , а результаты расчетов сводим в табл. 2.4.

Таблица 2.4

t, c

0,12

0,24

0,36

0,48

, с^-1

77,1

78,4

М, Н^.м

2252,8

1370,3

1046,2

926,2

882

По данным табл. 2.4 построена кривая , которая приведена на рис.2. Двигатель, разгоняется только до скорости . Поэтому откладываем эту скорость на оси ординат и проводим из этой точки прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой . Точку пересечения сносим на ось абсцисс и находим время t₄ работы двигателя.

Расчет зависимости ведем по формуле, в которой начальные и конечные значения , одинаковы для всех ступеней пускового резистора, а изменяется лишь величина механической постоянной времени. Для первой пусковой ступени , для второй ступени и т. д. Задаваясь временем t с теми же значениями, что и при расчете кривой , находим момент М, а результаты расчетов заносим в таблицу. По данным таблицы построена кривая , которая представлена на рис. 2.

Расчет механического переходного процесса при торможении двигателя постоянного тока ведется по формуле

где – перепад скорости при моменте нагрузки , – начальная скорость. Величины и берутся из графика, представленного на рис.3.

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.5, по данным которой строятся зависимости и , представленные на рис 4. Расчет зависимости при торможении двигателя постоянного тока в режиме динамического торможения ведется по формуле

, в которой , .

Таблица 2.5

t, c

1,01

2,02

4,22

, с^-1

27,6

8,7

-1,4

М, Н^.м

-2252,8

-831,3

-306,7

-41,8

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ РЕВЕРСИВНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЕМ С КОМАНДОАППАРАТОМ

Подготовка схемы к работе

Разработанная принципиальная электрическая схема управления машиной постоянного тока с независимым возбуждением в функции тока представлена на рис. 5.

Подготовка схемы к работе заключается следующим образом. После включения разъединителя QS1 в силовой цепи и QS2 в цепи управления, рукоятка командоаппарата необходимо перевести в положение «0». После замыкания контактов разъединителя QS1 ток проходит через обмотку возбуждения двигателя и через катушку реле наличия тока KA4, которое срабатывает при достижении током своей номинальной величины и замыкает свой контакт KA4, который подготавливает цепь катушки реле контроля напряжения KU1. Ток, протекающий через обмотку реле, создает номинальный ток возбуждения, который устанавливается с помощью резистора R4. После включения разъединителя QS2 и постановки рукоятки командоаппарата в положение «0», при котором замыкается контакт SA-0 командоаппарата, ток, проходящий через катушку реле KU1, приводит к его срабатыванию и замыканию контакта KU1, шунтирующего нулевую позицию командоаппарата SA-0. При этом подготовка схемы к работе завершается.

Рис 5

Работа схемы в автоматическом режиме

Автоматический пуск двигателя производится переводом рукоятки командоаппарата в одно из крайних положений.

Постановка командоаппарата в крайнее правое положение соответствует пуску двигателя в одном направлении. При этом размыкается контакт SA-0 и замыкаются контакты SA-1, SA-3, SA-4, SA-5. Линейный контактор КМ1 получает питание, срабатывает, и замыкает свой главный контакт КМ1.1, подключающий якорь двигателя М к сети. Одновременно с этим замыкаются блок-контакт КМ1.3, размыкается блок-контакт КМ1.2 в цепи контактора ускорения КМ2, замыкает блок-контакт КМ1.4 в цепи реле дуговой блокировки KU2, замыкается блок-контакт КМ1.5.

При замыкании блок-контакта КМ1.4 получает питание катушка реле дуговой блокировки KU2, что приводит к его срабатыванию и размыканию контакта KU2. При этом цепь питания катушки КМ 1 не нарушается, т.к. замкнут блок-контакт КМ1.3. Получив питание, двигатель М начинает вращаться, и работает согласно искусственной механической характеристике с добавочными сопротивлениями . Контакт КМ1.5 замкнувшись подготавливает катушку контактора ускорения КМ3 к работе. Одновременно с этим подключение якоря двигателя к сети сопровождается броском пускового тока, срабатывает реле тока КА1, размыкает свой контакт КА1. По мере увеличения скорости вращения двигателя ток снижается, и при токе соответствующем моменту М₂ якорь реле тока КА1 отпадает, его контакт КА1 замыкается,что приводит к срабатыванию контактора ускорения КМ3 и замыканию своего главного контакта КМ3.1, тем самым шунтируя первую ступень пускового резистора R1 и реле тока КА1. Одновременно с этим замыкается блон-контакт КМ3.2 в цепи катушки контактора ускорения КМ4, подготавливая его к работе.

Переход двигателя на новую механическую характеристику сопровождается броском тока, срабатывает реле тока КА2, которое размыкает свой контакт КА2.

По мере увеличения скорости вращения двигателя, ток снижается, и при токе, соответствующему моменту М₂ якорь, реле тока КА2 отпадает, его контакт КА2 замыкается. Срабатывает контактор ускорения КМ4 и замыкает свой главный контакт КМ4.1, тем самым шунтируя вторую ступень пускового резистора R2 и реле тока КА2. Одновременно с этим замыкается блок-контакт КМ4.2 в цепи катушки контактора ускорения КМ5, подготавливая его к работе.

Переход двигателя на новую механическую характеристику сопровождается броском тока, срабатывает реле тока КА3, которое размыкает свой контакт КА3.

Дальнейшее увеличение скорости двигателя приводит вновь к снижению тока, и при токе соответствующем моменту якорь реле тока КА3 отпадает, его контакт КА3 замыкается. Срабатывает контактор ускорения КМ5 и замыкается его главный контакт КМ5.1, тем самым шунтируется последняя ступень пускового резистора R3 и реле тока КА3. Двигатель переходит на естественную механическую характеристику.

Работа схемы в ручном режиме

При ручном пуске двигателя рукоятка командоаппарата SA устанавливается в первое (правое) положение. При этом замыкается контакт SA-1 и размыкается контакт SA-0. Ток проходит через катушку контактора КМ1, вызывает его срабатывание и замыкание линейных (силовых) контактов КМ1.1, приводящих к подаче напряжения на якорь двигателя М, который начинает вращаться согласно искусственной механической характеристике с добавочными резисторами . Одновременно с этим замыкается блок-контакт КМ1.3, размыкается блок-контакт КМ1.2 в цепи контактора ускорения КМ2, замыкается блок-контакт КМ1.4 в цепи реле дуговой блокировки KU2, замыкается блок-контакт КМ1.5 в цепи контактора ускорения КМ3.

Подключение якоря двигателя к сети сопровождается броском пускового тока до величины, срабатывает реле тока КА1 размыкает свой главный контакт КА1. По мере увеличения скорости вращения двигателя ток снижается, и при токе соответствующем моменту переключения М₂, якорь реле тока КА1 отпадает, а его контакт КА1 замыкается. Двигатель достигает скорости с־¹.

Переводим ручку командоаппарата во вторую позицию, замыкается SA-2. Переход двигателя на новую искусственную механическую характеристику сопровождается новым броском тока, приводящем к срабатыванию реле тока КА2, размыкает свой главный контакт КА2. Одновременно с этим срабатывает контактор ускорения КМ3 и замыкает свой контакт КМ3.1 и КМ3.2. Двигатель разгоняется до скорости с־¹.

Переводим ручку командоаппарата в третью позицию, замыкается SA-3. Переход двигателя на новую искусственную механическую характеристику сопровождается новым броском тока, приводящем к срабатыванию реле тока КА3, размыкает свой главный контакт КА3. Одновременно с этим срабатывает контактор ускорения КМ4 и замыкает свой блок-контакт КМ4.1 и КМ4.2. Двигатель разгоняется до скорости с־¹. Двигатель переходит на естественную механическую характеристику.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ковчин С. А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода: Учебник для вузов. С. Пб.: Энергоатомиздат, 2000. – 496с.
Мартынов М. В., Переслегин Н. Г., Автоматизированный электропривод в горной промышленности: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1977. – 375 с.
Ключев В. И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 560с.
Малиновский А. К. Электропривод: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов. – М.: 1989. – 66 с.

Курсовой проект по «Теории электропривода» 📙 Курсовая → 🆔 114576