Электропривод механизма подъема циклического действия

Анотація

 

Метою курсового проекту є розширення, поглиблення та закріплення знань, отриманих на лекціях та лабораторних заняттях, а також здобування навичок самостійної роботи.

До теми курсового проекту приймається електропривод механізму циклічної дії.

Для більш повного обсягу матеріалу основних розділів дисципліни в кожному проекті розглядаються два варіанта привода від двигуна постійного струму незалежного збудження та асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Механічна система може бути або абсолютно жорсткою, або з урахуванням пружності елементів.

У методичних вказівках даються практичні рекомендації до виконання завдання на проектування та формулюються вимоги до оформлення проекту. Це повинно допомогти студенту в самостійній роботі та дозволяє уніфікувати вимоги до змісту та оформлення проекту.

При виконанні курсового проекту дозволяється використовувати засоби обчислювальної техніки.

Методичні вказівки складені з урахуванням існуючої тенденції збільшення частки та удосконалення організації самостійної роботи студентів.

Студент повністю відповідає за прийняті в проекті рішення, правильність виконання розрахунків та літературний виклад пояснювальної записки.

 

Зміст

 

 

 

1. Вихідні данні         5

2. Попередній вибір  потужності двигуна    7

3. Приведення статичних моментів та моментів інерції

 до валу двигуна        9

4. Побудова механічних  характеристик 

електродвигунів та розрахунок опору    11

5 Розрахунок перехідних процесів та побудова

навантажувальної діаграми двигуна    16

5.1 Двигун постійного струму     16

5.2 Асинхронний двигун      24

6 Перевірка двигуна  за нагріванням     26

7. Вибір додаткового  опору та складання схеми з’єднання 29

Список літератури       32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Вихідні данні

 

В курсовому проекті розглядається два варіанта привода: двигун постійного струму незалежного збудження та асинхроний двигун з короткозамкненим ротором.

Розрахункова схема  електропривода показана на рис. 1.1, де Д-двигун, ПП-передавальний пристрій; РО-робочий орган; ЗМ1 і ЗМ2-з'єднувальні муфти; М і М_р - моменти на валу двигуна та робочого органу; і - кутові швидкості двигуна та робочого органу; J_Д і J_p - моменти інерції двигуна та робочого органу; J_m1 J_m2 - моменти інерції муфт; і- передавальне число передавального пристрою; - ККД передавального пристрою; с₁ і с₂- коефіцієнти жорсткості.

 

Рисунок 1.1 – Розрахункова схема електропривода

Навантажувальна діаграма механізму приведена на рисунку 1.2, де t_p1, t_p2- час роботи; t_пl, t_п2 - час паузи; Т_ц - час циклу.

Рисунок 1.2 – Навантажувальна діаграма

На рисунку 1.3 показана спрощена діаграма швидкості. Ділянка t_p1, відповідає підйому й опусканню вантажу при моменті навантаження М_р2, a t_p2- при моменті навантаження М_р2. Режим роботи - повторно-короткочасний.

Рисунок 1.3 – Спрощена діаграма швидкості

Вихідні дані:

1. Моменти навантаження на валу робочого органу:

• М_р1 = 8000 Н·м

• М_р2 = 800 Н·м

2. Час циклу Т_ц = 95 с

3. Тривалість включення механізму  ТВ_М = 30%

4. Кутова швидкість робочого  органу w_р = 3,5 рад/с

5. Момент інерції робочого  органу 

• J_р1 = 570 кг·м²
• J_р2 = 310 кг·м²

6. КПД передавального  пристрою при моменті навантаження М_р1. h_п1 = 0,80

7. Коефіцієнт пружності  пружного елементу:

• На валу двигуна с₁ = ∞ Н·м/рад*10³
• На валу робочого органу с₂ = 460 Н·м/рад*10³

 

2. Попередній вибір потужності  двигуна

 

Потужність двигуна  попередньо вибирається орієнтовно, а після розрахунків перехідних процесів та побудування навантажувальної діаграми двигуна здійснюється перевірка  за нагріванням.

Потужність двигуна визначається за навантажувальною діаграмою механізму (рис.2.2).

Еквівалентний момент на валу робочого органу:

 Н·м, де час роботи:

 с

Еквівалентна потужність на валу робочого органу:

 кВт

Еквівалентна потужність на валу двигуна:

 кВт

Розрахункова потужність на валу двигуна при заданій тривалості включення механізму:

 кВт, де к₃= 1.1-1.5 - коефіцієнт запасу, що враховує вплив динамичних навантажень та інших неврахованих при розрахунках факторів, зокрема, в погіршанні умов тепловіддачі двигуна при зниженій швидкості.

Приведення розрахункової потужності P_pоз до стандартної (каталожної) тривалості включення ТВ_Н виконується за формулою

 кВт де потужність на валу двигуна, приведена до стандартної тривалості включення ТВ_Н. Стандартне значення ТВ_Н звичайно приймають ближче до розрахункового ТВ_М.

Характеристики вибраних двигунів наведені в таблицях 2.1 і 2.2.

Таблиця 2.1 – Характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження типу МП-62 U=220B ПВ = 25 %

Рн кВт	n, об/мин	Iн А	rя rд.п Ом	rпар	Число активных провідників якоря N	число параллельних гілок якоря 2а	Число витків полюса параллельної обмотки W
46	580	231	0,033	55,5	262	2	1750

Продовження таблиці 2.1

Магнітний потік полюса Ф мВб	Номінальний струм збудження  паралельної обмотки	Момент інерції Н·м	Маса	Максимальна частота  обертання об/хв
40,6	1,39	5,5	1850	1800

 

 

Таблиця 2.2 – Характеристики асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором АД380/220В 50Гц ПВ=25% типу МТКН512-8

Характеристика	Значення
Рн кВт	45
nн об/мин	480
Мм/Мн	2,5
Iсп/Iсн	4,4
cosφ пуск.	0,5
cosφ ном.	0,81
cosφХХ.	0,08
Iсн, А	104
Iсх, А	45
rс, Ом	0,103
xс, Ом	0,172
Мп/Мм	2,4
Iри приведений, А	64,7
rфр приведений, Ом	0,237
xфр приведене, Ом	0,366
Коефіцієнт трансформації  опору	0,226·104
Момент інерції ротора, кг·м2	5,7
Маса двигуна кг	540

 

 

 

3. Приведення статичних  моментів та моментів інерції  до валу двигуна

 

Передавальне відношення:

, де с^-1- номінальна кутова швидкість двигуна, - номінальна частота обертання вибраного двигуна постійного струму незалежного збудження, об/хв (для варіанта привода від асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором передавальне відношення залишається таким, що і для варіанта привода від двигуна постійного струму).

ККД передавального пристрою при моменті навантаження М_р2 визначається за кривими рис.3.1 у залежності від коефіцієнта завантаження.

Рисунок 3.1 – Залежність ККД від коефіцієнта завантаження

 

  

Статичні моменти приведені  до валу двигуна, у випадку підйому  вантажу:

 Н·м

 Н·м

У випадку спуску вантажу:

 Н·м

 Н·м

Приведені моменти інерції системи  для обох варіантів привода визначаються для моментів навантаження М_р1 і М_р2:

де J₁ та J₂ - приведені до валу двигуна моменти інерції системи відповідно при моментах навантаження М_р1 та М_Р2 ; = 1,02... 1,05-коефіцієнт, що враховує момент інерції передавального пристрою; J_д -момент інерції відповідного (постійного току та асинхронного) двигуна; J_m1 =(0,05...0,1)J_д та =(0,05...0,l)J_p1 - моменти інерції з'єднувальних муфт; J_p1 та J_p2 - моменти інерції робочого механізму відповідно при моментах навантаження М_р) та М_р2; і - передавальне відношення механізму.

Для двигуна постійного струму:

 кг·м²

 кг·м²

Для асинхронного двигуна:

 кг·м²

 кг·м²

 

4. Побудова механічних  характеристик електродвигунів та розрахунок опору

 

4.1 Двигун постійного  струму незалежного збудження

 

Побудова природної  механічної характеристики двигуна, котра  є прямою лінією, зручно проводити  за двома точками, одна з цих відповідає номінальним значенням моменту  М_н та швидкості друга – швидкості холостого ходу .

Номінальний момент двигуна  розраховується за формулою:

 Н·м, де І_ян – номінальний струм якоря,

кФ - конструктивна постійна двигуна, U_н – номінальна напруга, - опір якірного кола, Ф – магнітний потік.

Кутова швидкість ідеального холостого ходу:

 с^-1

На рис.4.1 приведена схема вмикання опорів та позначення величин, необхідних для розрахунку. Опори R_я1, R_я2, R_я3 називаються опорами ступені; опори R_д1, R_д2, R_д3 - опорами секції. В процесі пуску двигуна момент статичного опору постійний, що має місце в більшості практичних випадках, то моменти перемикання вибираються однаковими на всіх ступенях.

Рисунок 4.1 – Схема вмикання опорів

 

Кількість ступенів: m = 5

Максимально допустимий момент при пуску:

М₁=(2 – 2,5)М_н

М₁=2·М_н=1617 Н·м

Відношення пускового моменту  до моменту перемикання:

, де Ом

 

Момент перемикання:

 Н·м

Умова виконується.

Опір якірного кола на різних ступенях пуску:

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Додаткові опори для  кожної секції:

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Механічна характеристика зображена на рис. 4.1. Відрізок 1-12 пропорційний :

Ом/мм, де m – масштаб опорів

Опір якірного кола для  характеристики противмикання:

 Ом.

 

4.2 Асинхронний двигун  з короткозамкненим ротором

 

Для розрахунку механічної характеристики використовується рівняння:

 

, де , - перенавантажувальна здатність двигуна, Н·м - номінальний момент асинхронного двигуна, Н·м, - відношення активного опору статора до активного опору ротора приведеного до обмотки статора, - Критичне ковзання:

, де - номінальне ковзання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1 Механічна  характеристика двигуна постійного струму

Таблиця 4.1 – Результати розрахунку механічної характеристики асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором