Теория элетропривода

Введение 

     Целью курсовой работы является разработка с применением  известных методов  расчета и проектирования приводов производственных механизмов, которые  бы обеспечивали высокую  производительность, имели бы минимальные  массогабаритные  показатели и энергозатраты, рациональные динамические режимы.

В курсовой работе представлен  электропривод разомкнутой  системы реверсивного производственного  механизма по системе - двигатель с приводным  двигателем постоянного  тока для общепромышленных механизмов циклического действия.

Задачей курсовой работы является выбор и расчет его силовых элементов, расчет и построение нагрузочных диаграмм и тахограмм, статических  и динамических  характеристик, кривых переходящих процессов  и проверка двигателя  по нагреву.

Содержание 

Введение          

1. Кинематическая схема механизма наклонного подъемника   5
2. Предварительный расчет мощности электродвигателя   9
3. Определение передаточного числа редуктора     11
4. Построение тахограммы и нагрузочных диаграмм    13
5. Проверка двигателя по перегрузочной способности    19
6. Расчёт и построение механических (электромеханических)

      характеристик электропривода   21

7. Расчёт и выбор пусковых резисторов приводного двигателя    25

Вывод   28

1. Кинематическая схема механизма наклонного

подъёмника

Рис. 1. 

1-тележка. 2-барабан. 3-редуктор. 4-эл. двигатель. 5-канат. 6-противовес. 
 

     На  рис. 1. приведена кинематическая схема механизма наклонного подъёма, электропривод которого надлежит разработать. 

Исходные  данные:

m_T =50 кг. м_Г=190 кг. m_пр=100кг. V_раб=0,7 м/c. V_полз=0,06 м/c. a_доп=0,8 м/c². J_б=6 кгм². D_б=0,56 м. α=42°. t_р=7с. t_з=9с. L=20м.   L^I=1,5м. L^II=18,5м. L^III=19м. D_k=0,25м. d_ц=0,05м. f=5*10^-4м. μ=0,01. К=2,2.  η_р=0,92р.  η_б=0,96б.

Решение: 

1. Определение сил и моментов.

а)                                                  б) 
 

Рис. 2. Cилы и моменты, действующие на производственный механизм при различных направлениях движения тележки: а) подъём; б) спуск. 
 

А) F_Σ>G_пр- двигательный режим

    F_Σ>G_пр- двигательный режим

Б) F_Σ>G_пр- двигательный режим

     F_Σ>G_пр- двигательный режим 

Уравнение баланса сил имеет  вид:

А)F_б-F_с-F_τ+G_пр=0  или   F_б=F_с+F_τ-G_пр

Б) F_б-F_с+F_τ-G_пр=0 или   F_б=F_с-F_τ+G_пр 

M_б=(F_ΣG_пр)*R_б=F_б*R_б

F_Σ=F_сF_τ

F_c= μ_f*F_N=μ_f*F_m*cosα

μ_f=(f+μ*r_ц)2K/D_к-коэффициент сопротивления движению, зависящий от коэффициентов трения качения по рельсу f, трения скольжения в подшипниках колёс μ и коэффициента К, учитывающего трении реборды колеса  о рельс.

r_ц-радиус цапфы колеса, м

D_к-диаметр колеса, м

F_N=Fcosα –нормальная составляющая от веса тележки(при движении верх

F_m=(m_т+m_г)g, а при движении вниз F_m=m_тg),Н

g-ускорение свободного падения, м/сек²

F_τ=F_msinα-тангенциальная составляющая от веса тележки (),Н

G_пр=m_прg-вес (сила тяжести) противовеса, Н

R_б=D_б/2- радиус барабана, м

Производим  расчёт моментов на барабане отдельно при  движении вниз (вверх):

Вверх: F_m=(m_Т+m_Г)*g=(50+190)*9,8=2352 Н

Вниз: F_m=m_Т*g=50*9,8=490 Н

Вверх: F_N=F_m*cosα=2352*0,743=1747,536 Н

Вниз: F_N=F_m*cosα=490*0,743=364,07 H

Вверх: F_τ=F_m*sinα=2352*0,669=1573,488 Н

Вниз: F_τ=F_m*sinα=490*0,669=327,81 Н

G_пр=m_пр*g=100*9,8=980 H

μ_f=(f+μr_ц)*2К/D_м=(5*10^-4+0,01*0,05/2)2*2,2/0,25=0,013

Вверх: F_с= μ_f *F_N=0,013*1747,536=23,067 Н

Вниз: F_с= μ_f *F_N =0,013*364,07=4,806 Н

Вверх: F_Σ =F_c+F_τ=23,067+1747,536=1770,603 Н

Вниз: F_Σ = F_c+F_τ=4,806+327,81=332,616 Н

Подъём: M_б.n=( F_Σ -G_пр)*R_б=(1770,603-980)*(0,56/2)=172,636 Н*м

Спуск: M_б.сп=( F_Σ +G_пр)*R_б=(332,616+980)*(0,56/2)=183,959 Н*м

M>0, значит при пуске и подъёме в нашем случае двигательный режим. 
 
 

Находим мощность на барабане: 

Р_б=М_бV/R_б=M_бω_б

Где V-скорость движения тележки

ω_б- угловая скорость барабана, ω_б=0,7/0,25=2,5 сек^-1,

Тогда P_{б подъём}=172,636*2,5=431,589 Вт

P_{б спуск}= 183,959*2,5= 459,897 Вт 
 

2. Предварительный расчёт мощности электродвигателя

     Предварительный выбор двигателя  может быть выполнен на сновании расчёта  среднего или эквивалентного значения статической  мощности  за время  работы в пределах одного цикла. 

, 

где К_з=1,1-1,3 коэффициент учитывающий отличие динамической нагрузочной диаграммы двигателя от статической. Выбираем К_з=1,1. 

- статические мощности  на валу двигателя  в двигательном (-) и генераторном (+) режимах, с учётом  КПД редуктора и барабан придвижении тележки на подъём илиспуск.

- предварительные  значения КПД барабана  и редуктора 0,96 и 0,92. 

t_п=t_сп=(L+L^l)/V_раб=(20+1,5)/0,7=31 сек

t_ц=t_п+t_р+t_сп+t_з=31+7+31+9=78 сек

Рис. 3. Упрощённая нагрузочная диаграмма двигателя. 

-для  двигательного режима

Р_с.п=431,589*0,96^-1*0,92^-1=488,665 Вт

Р_с.сп=459,897*0,96^-1*0,92^-1=520,717 Вт

P_c.cр * 555 Вт. 

     Тогда мощность электродвигателя с учётом ПВ% для  расчётной статической  мощности Р_с.: 

, 

где    
 

     Для данной мощности выбираем электродвигатель по (табл. П2-меттод.):

3. Определяем  передаточное число  редуктора

     Величина  передаточного отношения  редуктора (i_р) существенным образом влияет на те, или иные показатели (параметры, характеристики) производственного механизма. Наилучшие значения отдельных показателей может быть достигнуто при определённых соотношениях угловой скорости электродвигателя и рабочей машины, т.е. при наличии редуктора с соответствующим передаточным числом. Это значение передаточного числа является оптимальным по отношению к одному из показателей.

     Определяем  угловые скорости: 
 
 
 
 
 

     Отсюда  передаточные числа  будут равны: 
 
 
 
 
 
 

     Передаточное  число и двигатель  будут искомыми, если они взяты из рассматриваемого ряда с наименьшим произведением-

=0,042*62,8²=165,63 кг*м²

=0,09*41,9²=158 кг*м²

=0,116*31,4²=114,36 кг*м²

     Наименьшее  значение имеет третье произведение, а значит, ориентируемся на последнее передаточное число .

     Выбираем редуктор из ближайшего меньшего значения:   n=750 об/мин;  Р_р=7,3 кВт;  ПВ=100% 

     Типоразмер  редуктора РМ-500, значит выбираем электродвигатель П32 с параметрами:

Номинальная мощность - Р_н=0,7 кВт.

Номинальный ток якоря - I_я=4,2 А.

Сопротивление обмотки якоря и доп. полюсов - r_я+r_доп=4,98 Ом.

Число активных проводников  якоря N=1908.

Сопротивление независимой обмотки r_в=564 Ом.

Число витков независимой  обмотки на полюс  W_нв=4600.

Номинальный ток независимой  обмотки I_нв=0,31 А.

Номинальный магнитный поток  на полюс Ф_н=8,1 мВб.

Номинальный К.П.Д.: η_н=0,81 %

4. Построение  тахограммы и нагрузочных  диаграмм

     Тахограмма представляет собой зависимость , на интервале цикла. Для построения  тахограммы необходимо поределить нтервалы времени работы двигателя в каждом режиме. 

I интервал- время разгона двигателя и длина участка пути

t₁=t₁-0=V_раб/а_доп

t₁= 0,7/0,8 =0,875 с

S₁=(a*t₁²)/2=(V_раб*t₁)/2

S₁=(0,7*0,875)/2=0,306 м

II интервал- время работы двигателя с ω_раб, соответствующей рабочей скорости перемещения тележки V_раб и длина участка пути

t₂=t₂-t₁=(I”-S₁)/V_раб

t₂=(18,5-0,306)/0,7=25,991 с

S₂= V_раб*t₂

S₂=0,7*25,991=18,194 м

III интервал- время перехода от V_раб до V_полз и длина участка пути

t₃=(V_раб- V_полз )/а_доп

t₃=(0,7-0,06)/0,8=0,8 с

S₃=a*t₃²/2=(V_раб- V_полз )*t₃/2

S₃=(0,7-0,06)*0,8/2=0,256 м

VI интервал- время работы двигателя с ω_полз, соответствующей рабочей скорости перемещения тележки V_полз и длина участка пути

t₄=t₄- t₃=(I-I”-S₃-S₅)/V_полз

t₄=(20-1,5-0,256-0,002)/0,06=20,705 с

S₄= V_полз* t₄

S₄=0,06*20,708=1,242 м 
 

V интервал- время замедления скорости тележки до (0) и длина участка пути

t₅=t₅- t₄=V_полз/а₃

t₅=0,06/1,074=0,056 с

Где а₃ =М_сR_б/J_прi_р

а₃ =(8,165*0,28)/0,089*23,94=1,074 м/c²

S₅=a*t₅²/2= (V_полз* t₅)/2

S₅=(0,06*0,056)/2=0,002 м

М_с=М_бп/η_б= М_бп/( η_б* η_р*i_р)

М_с=172,636/(0,96*0,92*23,94)=8,165 Н*м

η_б*i_р – момент статических сил сопротивления, приведённый п валу электродвигателя.

J_пр=(1,1-1,2)J_д+J_бƩ/i_р²- момент инерции системы приведённой к валу двигателя, где J_бƩ - момент инерции производственного механизма приведённых к валу барабана

  J_бƩ=J_б+m_Ʃ*R_б²

J_бƩ=32,656 кг*м²

J_пр=1,1*0,029+32,656/23,94²=0,089 кг*м²

VI интервал – время разгрузки

t₆= t_р=7 c

S₆=0 м

ω_д/dt=(а_доп*i_p)/R_б – угловое ускорение вала двигателя

ε=(а_доп*i_p)/R_б=(0,8*23,94)/0,28=68,4 с^-1    

      Определим значение мощности и  моментов при подъеме  тележки на валах, для построения нагрузочных  диаграмм двигателя

I интервал

М_д1=М_с+J_прdω_д/dt=М_с+J_прε

М_д1=8,165+0,089*68,4=14,244 H*м

P_д1= (М_д1ω_рабt)/t₁

P_д1=0 Вт

II интервал

М_д2=М_с=8,165 Н*м

dω_д/dt=0

P_д2= М_д2ω_раб

P_д2=8,165*78,54=641,264 Вт

III интервал

М_д3=М_с-J_прdω_д/dt=М_с-J_прε

М_д3=8,165-0,089*68,4=2,086 Н*м

P_д3=М_д3

ω_полз=V_полз*i_р/R_б

ω_полз=0,06*23,94/0,28=5,13 с^-1

P_д3=2,086*= 163,795 Вт

P‘_д3=2,086*= 10,699 Вт

IV интервал

М_д4=М_с=8,165 Н*м

dω_д/dt=0

P_д4= М_д4*ω_полз

P_д4=8,165*5,13=41,886 Вт

V интервал

М_д5=0 Н*м

P_д5=0 Вт

Спуск

I интервал

t₁=V_раб/а_доп

t₁=0,7/0,8=0,875 c

S₁=a*t₁²/2= V_раб* t₁/2

S₁=0,306 м

II интервал

t₂=t₂- t₁=(I'''-S₁)/V_раб

t₂=(19-0,306)/0,7=26,705 с