Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет Электропривода

Содержание:

Исходные данные.

Подбор асинхронного двигателя переменного тока по нагрузочной характеристике. Выбор редуктора (передаточное число).

2. Построение механической характеристики двигателя при пуске.

3. Построение механическую характеристики при торможении.

4. Расчёт переходного процесса при пуске двигателя.

5. Расчёт переходного процесса при торможении двигателя.

6. Проверка выбранного двигателя по нагреву.

7. Выбор схемы управления двигателем.

Список литературы.

Момент инерции механизма J_м=14 кг∙м²

Угловая скорость вращения вала механизма w_м=60 рад/с.

Характеристики нагрузки в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика нагрузки.

М_с Н∙м	600	350	230	50	150	750	1300
Т с	100	180	250	40	500	340	20

1. Подбор асинхронного двигателя переменного тока по нагрузочной характеристике.

Выбор редуктора (передаточное число).

Средний момент нагрузки, Н-м подсчитывается:

Момент нагрузки принимаем равным:

М_н=1,1∙М_ср=1,1∙377=414 Н∙м.

Мощность привода:

Р= М_н∙ w_м=414∙60=24,8 кВт.

По справочнику выбираем двигатель 5А200L6 со следующими характеристиками:

Номинальная мощность Р_н=55 кВт;

Номинальное сопротивление обмотки ротора г_Р= 0,0885 Ом;

Частота вращения n_H= 735 об/мин;

Перегрузочная способность λ = 2,3;

Момент инерции двигателя J_дв = 3,29 кг-м²

Номинальная угловая скорость вращения двигателя

w_д=π∙n_H/30= π∙735/30=77 рад/с.

Передаточное число редуктора:

i_р= w_д/w_м=77/60=1,28.

Из стандартного ряда выбираем одноступенчатый редуктор с передаточным числом i_р = 1,3 и коэффициентом полезного действия η =0,96.

Номинальный момент на валу двигателя;

М_н= Р_н/ w_д=55000/77=714 Н∙м.

Рисунок 1.

2. Построение механической характеристики двигателя при пуске.

Синхронная скорость вращения двигателя:

w₀=π∙n₀/30= π∙750/30=78,5 рад/с.

Номинальное скольжение:

s_н=(w₀-w_д)/w₀=(78,5-77)/78,5=0,019.

Критическое скольжение:

s_к= s_н∙(λ+√λ²-1)=0,019∙(2,3+√2,3²-1)=0,083.

Критически момент:

М_к=λ∙ М_н = 2,3∙714 = 1642 Н∙м

Естественная механическая характеристика рассчитывается по формуле:

Зависимость между скоростью и скольжением

w=w₀∙(1-s)

Данные расчетов сведены в таблицу 2

Таблица 2 Данные расчетов для естественной механической характеристики

0,05

0,07

0,09

0,1

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1452

1618

1636

1614

1391

1163

844

653

531

446

384

337

300

271

78,5

74,6

71,4

70,7

66,7

62,8

47,1

39,2

31,4

23,6

15,7

7,9

На основании полученных расчётов строим естественную механическую характеристику двигателя.

Рисунок 2

Максимальный пусковой момент асинхронного двигателя:

M₁ = 0,85∙М_к= 0,85∙1642 = 1396 Н∙м.

Момент переключения выбирается произвольно.

Из построения получаем:

ас =20

ва= 33

аd=53

ed = 53

Сопротивление секций пускового резистора:

R_p1= г_Р∙ас/ва=0,0885∙20/33=0,0536 Ом;

R_p2= г_Р∙аd/ва=0,0885∙53/33=0,1421 Ом;

R_p3= г_Р∙ ed /ва=0,0885∙53/33=0,1421 Ом.

Полное сопротивление цепи пускового реостата;

R_n = R_pl + R_p2 + R_p3= 0, 0536+0,1421+0,1421≈0,3379 Ом.

Общее сопротивление при торможении:

R_Т= г_Р∙ 2∙xy /ва=0,0885∙2∙143/33=0,767 Ом.

Сопротивление добавочной секции реостата при торможении:

r_T = R_Т - г_Р -R_n= 0,767 – 0,0885- 0,3379= 0,3406 Ом.

Переходные процессы при реостатном пуске определяются уравнениями:

где:

w_y и М_у - установившиеся значения скорости и момента, w_нач и М_нач - начальные значения скорости и момента, t - время переходного процесса Т_м - постоянная времени переходного процесса.

Установившееся и начальное значение скорости вращения вала двигателя и жесткость механической характеристики будут различными на разных ступенях пуска.

Найдём приведённый момент инерции:

J_пр= J_дв+ J_м/i²=3,29+14/1,3²=11,57 кг∙м².

Первая ступень разгона:

Жесткость механической характеристики на первом участке разгона:

β₁=ΔМ/Δw₁=(1400-1000)/32=12,5

Рисунок 3.

Постоянная времени разгона на первом участке разгона:

Т₁= J_пр/ β₁=11,57/12,5=0,93 с.

Время разгона на первом участке:

Закон изменения угловой скорости и момента на первом участке:

Результаты расчёта сведём в таблицу 3.

t с	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,81
w рад/с	0	5,6	10,6	15,2	19,2	22,9	26,1	29,1	32
М Н∙м	1400	1330	1267	1211	1160	1115	1074	1037	1000

Вторая ступень разгона:

Жесткость механической характеристики на втором участке разгона:

β₂=ΔМ/Δw₂=(1400-1000)/18=22,2

Постоянная времени разгона на втором участке разгона:

Т₂= J_пр/ β₂=11,57/22,2=0,52 с.

Время разгона на втором участке:

Закон изменения угловой скорости и момента на втором участке:

Результаты расчёта сведём в таблицу 4.

t с	0,81	0,85	0,9	0,95	1	1,05	1,1	1,15	1,2	1,26
w рад/с	32	34,9	37,5	39,9	42,1	44	45,8	47,4	48,9	50
М Н∙м	1400	1336	1278	1225	1177	1134	1095	1059	1027	1000

Третья ступень разгона:

Жесткость механической характеристики на третьем участке разгона:

β₃=ΔМ/Δw₃=(1400-1000)/11=36,36

Постоянная времени разгона на третьем участке разгона:

Т₃= J_пр/ β₃=11,57/36,36=0,32 с.

Время разгона на третьем участке:

Закон изменения угловой скорости и момента на третьем участке:

Результаты расчёта сведём в таблицу 5.

t с	1,26	1,3	1,35	1,40	1,45	1,5	1,54
w рад/с	50	52,2	54,7	56,7	58,5	60	61
М Н∙м	1400	1319	1232	1157	1093	1038	1000

Четвёртая ступень разгона:

Жесткость механической характеристики на четвёртом участке разгона:

β₄=ΔМ/Δw₄=(1400-1000)/16=25

Постоянная времени разгона на четвёртом участке разгона:

Т₄= J_пр/ β₄=11,57/25=0,46 с.

Переходной процесс, описываемый экспоненциальной зависимостью, считается законченным по истечению времени, в три четыре раза превышающем характеристическое:

Закон изменения угловой скорости и момента на третьем участке:

Результаты расчёта сведём в таблицу 6.

t с	1,54	1,9	2,3	2,7	3	3,2	3,38
w рад/с	61	69,7	73,9	75,7	76,3	76,6	76,7
М Н∙м	1400	1028	845	769	743	733	726

Общее время разгона t=3,38 с. Строим графики, по полученным данным.

Рисунок 4.

Рисунок 5.

5. Расчёт переходного процесса при торможении двигателя.

Переходной процесс при торможении двигателя противовключением описывается уравнениями:

Жесткость характеристики при торможении:

β_т=ΔМ/Δw=1400/ (78,5+76,7)=9,02

Постоянная времени торможения:

Т_т= J_пр/ β_т=11,57/9,02=1,28 с.

Время торможения двигателя:

Закон изменения скорости и момента при торможении:

Результаты расчёта сведём в таблицу 7.

t с	0	0,1	0,2	0,3	0,35	0,4	0,45	0,48
w рад/с	76	58,1	42,4	28	21,2	14,6	8,3	2,5
М Н∙м	-1400	-1241	-1094	-958	-894	-773	-773	-720

На основании полученных результатов строим графики зависимостей угловой скорости вращения вала и вращающего момента двигателя при торможении.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

6. Проверка выбранного двигателя по нагреву.

Общее время работы:

t = 100+ 180 + 250 + 40 + 500 + 340 + 20 =1430 с.

Моменты сопротивлений, приведенные к валу двигателя:

М_с1=М_наг1/i= 600/1,3=462 Н∙м;

М_с2=М_наг2/i= 350/1,3=269 Н∙м;

М_с3=М_наг3/i= 230/1,3=177 Н∙м;

М_с4=М_наг4/i= 50/1,3=38 Н∙м;

М_с5=М_наг5/i= 150/1,3=115 Н∙м;

М_с6=М_наг6/i= 750/1,3=577 Н∙м;

М_с7=М_наг7/i= 1300/1,3=1000 Н∙м.

Эквивалентный момент двигателя:

Проверка двигателя но нагреву выполняется сравнением эквивалентного момента двигателя и его номинального значения:

М_экв =357 Н∙м < М_н =714 Н∙м

Условие выполняется, следовательно, электродвигатель с данным механизмом, при заданной нагрузке, в продолжительном режиме будет работать не перегреваясь. Его установившаяся температура не будет превышать допустимого значения температуры, определяемой классом нагревостойкости изоляции. Второе условие проверки двигателя - не превышение допустимой перегрузочной способности.

М_мах/М_н =1300/ 714=1,82 <λ =2,3

где:

М_мах - максимальное значение момента двигателя, взятое с нагрузочной диаграммы привода;

λ - паспортное значение перегрузочной способности.

Оба условия проверки двигателя удовлетворяют требованиям, следовательно, двигатель выбран верно.

7. Выбор схемы управления двигателем.

Схема управления двигателем предусматривает автоматизацию пуска и торможения (Рисунок 8).

Рисунок 8 - Схема управления электроприводом с асинхронным двигателем

Пуск двигателя в одном и противоположном направлениях осуществляется в функции времени. Торможение двигателя при реверсировании осуществляется противовключением в функции ЭДС.

Подготовка двигателя к пуску заключается в подаче напряжения переменного тока в силовую цепь, включением выключателя В и включением автомата ВА в цепи управления, подключающего аппараты управления к источнику постоянного тока.

При этом в исходном (нулевом) положении командоконтроллера КК получают питание реле напряжения РН и реле ускорения РУ1 и РУ2 — дополнительно отключаются цепи контакторов ускорения /СУ/ и КУ2.

Для пуска двигателя в одном направлении необходимо поверить рукоятку командоконтроллера в одно из положений, например «Вперед». В этом случае будут включены контакторы KJI, KB и реле РБ.

В неподвижном состоянии ротора двигателя напряжение на реле РП недостаточно для его срабатывания, поэтому его размыкающий контакт замкнут и контактор КП включится. Пуск двигателя из неподвижного состояния ротора произойдет при шунтированной ступени противовключения, когда к обмотке ротора подключены только пусковые (две) ступени резистора. Двигатель разгоняется в соответствии с реостатной характеристикой, обусловленной полным пусковым сопротивлением резистора в течение времени, определяемом выдержкой времени реле РУ1, которое в момент подачи напряжения на статор отключилось размыкающим контактом КЛ.

Когда контакт реле РУ1 замкнется, включится контактор /(У/ — шунтируется первая пусковая ступень резистора, затем с выдержкой времени включится КУ2, двигатель будет работать на естественной характеристике.

Реверсирование двигателя производится путем перевода командоконтроллера из положения «Вперед» в положение «Назад». Во время прохождения командоконтроллера через нулевое положение система управления возвращается в исходное состояние.

Переход на положение «Назад» сопровождается включением контакторов KJT и КН, которые изменяют чередование фаз на статоре двигателя. При этом возникает режим противовключения, так как ротор двигателя продолжает еще вращаться по инерции в прежнем направлении.

После включения контактора КН и реле РБ контактор КП не включается, так как в начале торможения напряжение на кольцах достаточно велико — РП срабатывает, и его контакт размыкается. Поэтому при торможении в цепи ротора будут включены и пусковой резистор, и ступень противовключения.

При переводе рукоятки командоконтроллера в положение «Назад» реле противовключения РП только тогда замкнет свой размыкающий контакт и обеспечит включение контактора КП, а затем и контакторов ускорения, когда напряжение в роторе спадет до значения, соответствующего напряжению в начале пуска; это произойдет при угловой скорости двигателя, близкой к 0. Затем последовательно включаются аппараты управления, порядок работы которых был изложен выше.

Реле блокировки РБ создает некоторую выдержку времени до включения контактора КП, необходимую для того, чтобы реле РП в начале торможения успело открыть свой размыкающий контакт. При отсутствии такой выдержки времени контактор КП может включиться раньше срабатывания реле РП, что приведет к возникновению тока аварийного значения и отключению двигателя защитой.

В данной схеме предусмотрена максимальная защита двигателя (реле РМ1 — РМЗ), а также защита от чрезмерного снижения напряжения, осуществляемая реле РН (при этом предполагается, что цепи управления получают питание через выпрямитель, подсоединенный к силовой цепи двигателя после выключателя В). Цепи управления защищены автоматом с максимальной защитой.

Список литературы:

1. Ситников, Н.Б. Методические разработки к решению типовых задач по курсу «Электропривод». - М.: Высшая школа, 1976 ~ 330 с.

2. Чиликин, М.Г., Сандлер, А.С. Общий курс электропривода. - М.: Высшая школа, 1981 - 300 с.

3. Вешневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе - M: Энергия, 1977.- 280 с.

4. Дьяков, В.И, Типовые расчеты но электрооборудованию.- М: Энергия, 1991.-172 с.

5. Онищенко, Г.Б. Электрический привод. - М.: Высшая школа, 2003.-380 с.