Электропривод постоянного тока

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

“НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Энергетический институт

 

 

 

 

Кафедра ЭПЭО

 

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПРОИЗВОДСТВЕННОГО  МЕХАНИЗМА

 

Пояснительная записка  к курсовому проекту

 

Вариант № 2  04  4

 

 

 

 

 

Исполнитель:                                                                   

студент группы 7А94                           _____________       В.Е. Карельский

                                                                       (подпись)                                                                     

                                                              _______________

                                                                         (дата) 

                                                                                                                                                                                 

Руководитель:

Доцент, кандидат техн. наук               ____________         Н.В. Кояин

                                                                      (подпись)                                 

                                                              ______________

                                                                        (дата) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.	3
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.	4
2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ  И ВЫБОР ЕГО ПО КАТАЛОГУ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  НАИВЫГОДНЕЙШЕГО ПЕРЕДАТОЧНОГО  ОТНОШЕНИЯ РЕДУКТОРА.	5
3. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ.	7
4. РАЧЕТ И ВЫБОР ПО КАТАЛОГУ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ИЛИ ПУСКОВЫХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ РЕОСТАТОВ.	9
5. РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК  ДЛЯ ДВИГАТЕЛЬНОГО И ТОРМОЗНОГО РЕЖИМОВ.	13
6. РАСЧЁТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ω=f(t), М=f(t) ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ И ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.	16
7.ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ.	23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.	27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Электрическим приводом называется электромеханическое  устройство, предназначенное для  приведения в движение рабочих органов  машин и управления их технологическими процессами, состоящее из передаточного, электродвигательного, преобразовательного  и управляющего устройств.

    Электропривод является преобразователем  электрической энергии  в механическую. Кроме функции преобразования энергии, на электропривод возлагается важная функция управления технологическим процессом приводимого в движение механизма. Электропривод органически сливается с приводимым в движение исполнительным механизмом в единую электромеханическую систему, от физических свойств которой зависят производительность, динамические нагрузки, точность выполнения технологических операций и ряд других очень важных факторов. Открываются широкие возможности для формирования путем воздействия на систему управления электроприводом заданных законов движения рабочих органов машин, осуществления связанного автоматического управления взаимодействующими в технологическом процессе механизмами, оптимизации их работы по тем или иным критериям.

Основной целью данной работы является закрепление и систематизация знаний по автоматическому электроприводу, развитие навыков самостоятельной  работы с использованием специальной  технической литературы.

В данном курсовом проекте спроектирован  электропривод производственного  механизма, на базе двигателя переменного  тока, удовлетворяющий заданным параметрам и режимам работы. В качестве передаточного  устройства используется редуктор, а  в качестве управляющего используется командоаппарат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1.   Данные для построения:

n_м1  =-35 об/мин – частота вращения в 1 рабочей точке;

t₁ = 20 с – время работы в 1 точке;

n_м2 = 95 об/мин – частота вращения в 2 рабочей точке;

t₂ = 30 с – время работы в 2 точке;

t_п = 100 с – время паузы.

Характер  нагрузки – реативная нагрузка;

М_мех.=450 Н×м – момент нагрузки (механизма) на валу двигателя;

η_п. = 0.9 – коэффициент полезного действия передачи;

Ј_мех. = 50 кг×м² – момент инерции механизма.

 

1.2  Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы производственного       механизма.

     Рисунок 1. Тахограмма производственного механизма

 

Рисунок 2. Нагрузочная диаграмма производственного механизма для активной нагрузки

 

2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ  И ВЫБОР ЕГО ПО КАТАЛОГУ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  НАИВЫГОДНЕЙШЕГО ПЕРЕДАТОЧНОГО  ОТНОШЕНИЯ РЕДУКТОРА. 

2.1  Продолжительность включения.

%

Выбираем стандартное (15%, 25%, 40%, 60%), ближнее по величине значение продолжительности  включения.

ПВ_кат =40%

2.2  Диапазон регулирования.

2.3  Среднеквадратичное значение мощности за время работы на основании тахограммы и нагрузочной диаграмм.

= ,

где m – число рабочих участков в цикле;

- время работы на i-м участке цикла;

- коэффициент ухудшения теплоотдачи  на i-м участке цикла;

- мощность нагрузки на валу  механизма на i-м участке цикла.

 

2.3.1  Значения угловых скоростей по ступеням:

- первая ступень

рад/с,

- вторая ступень

рад/с.

 

2.3.2  Мощность на i-м участке работы:

- первая ступень

 кВт,

- вторая ступень

 кВт.

 

2.3.3  Коэффициент ухудшения теплоотдачи по ступеням.

,где

=0.95 - коэффициент ухудшения теплоотдачи  при неподвижном якоре (роторе), принимаемый для двигателей закрытого  исполнения без принудительного  охлаждения;

2.3.3.1  Для первого участка:

,

2.3.3.2  Для второго участка:

.

2.4  Пересчет среднеквадратичной мощности двигателя на выбранное стандартное значение ПВ=40%.

 

 кВт,

2.4.1  Расчетная мощность электрического двигателя.

,

где  k_З =(1.1-1.3) - коэффициент запаса;

η_мех=0.9 - КПД передачи при n_макс,

Принимаем k_З=1.3.

кВт.

2.5  Выбираем двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа Д-31, имеющий следующие паспортные данные (таблица 1).

Таблица 1 –  паспортные данные выбранного ДПТНВ

Тип	UH, В	РН, кВт	nН, об/мин	IH, A	Rдв. , Ом	Jдв. , кг×м2
Д-31	220	6,8	880	37	0,42	0,3

 

2.6  Передаточное отношение редуктора.

 

 

где - номинальная угловая скорость вращения двигателя.

 

 рад/с

 

Принимаем передаточное отношение редуктора  из стандартного ряда передаточных чисел (при условии, что  i_р.ст ≤ i_р ).

  i_р.ст = 8

 

3. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ  ЕСТЕСТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ И  ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК  ДВИГАТЕЛЯ.

3.1  Сопротивление якоря горячее.

 Ом,

где τ= 75°С–  перегрев обмоток двигателя относительно начальной температуры (15°С).

 

3.2  Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке.

.

3.3  Коэффициент ЭДС двигателя.

.

3.4  Номинальный момент на валу двигателя.

 Н·м.

3.5  Электромагнитный момент, соответствующий номинальному току.

 Н·м.

3.6  Момент трения на валу электродвигателя.

 Н·м.

3.7  Скорость идеального холостого хода.

 рад/с.

3.8  Скорость вращения по ступеням.

;

;

или

;

.

3.9  Момент статический по ступеням для реактивной нагрузки.

3.9.1  I и III квадранты работы(двигательный режим)моменты ступени определяются по выражению:

 

 

где М_мах=М_мех=450 Н∙м.

 

3.10  Расчет естественных электромеханической ω=f(I) и механической ω=f(М) характеристик двигателя (рисунок 3).

Выражения для  расчета электромеханической и  механической характеристик имеют  вид:

,   .

   Т.к. между током и моментом  у двигателя постоянного тока  независимого возбуждения имеется  линейная зависимость М=с·I, то для получения механической характеристики достаточно пересчитать по оси Х численные значения токов на значения моментов. Расчетные данные сведены в таблицу 2.

                  Таблица 2.

I, A	0	Iн =37	2· Iн=74
M, Н·м	0	80,22	160,44
ω, рад/с	101,5	92,15	82,84

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Естественные электромеханическая ω=f(I) и механическая ω=f(М) характеристики двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАЧЕТ И ВЫБОР ПО  КАТАЛОГУ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ  ИЛИ ПУСКОВЫХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ  РЕОСТАТОВ.

 

4.1  Наибольшие пусковые ток и момент определяются из условий:

I _пуск  =(1,5÷2)∙I _н =2∙ I _н =2∙37=74 А;

М _пуск  =с∙ I _пуск =2,17∙74=160,44  Н·м.

4.2  Ток и момент переключения определяются из условий:

I _пер =1.2∙ I _н =1.2∙37=44,4 А;

М_пер=с∙I_пер= 2,17·44,4=96,26 Н·м.

4.3  Необходимые сопротивления якорной цепи:

4.3.1 Определяем необходимые сопротивления якорной цепи для пусковых и рабочих ступеней характеристик(пуск в одну ступень):

 

_{Расчет  добавочных сопротивлений  производим по механической характеристики, представленной на рисунке 4.}

 

• Рассчитаем пусковое сопротивление(R_я.пуск=R₀₁)(оно же для первой рабочей ступени)

       ,  ,

                                          R _{я .ст.1}  = R _{я .пуск}  = 4,92 Ом.

Определим добавочное сопротивление для первой рабочей ступени:

 Ом.

 

 

• Рассчитаем первое промежуточное сопротивление(R _я.пр.1 =R₂₃):

,  ,

R _я.пр.1  = 3,83 Ом.

 

 

Добавочное  первое промежуточное сопротивление :

 Ом.

• Рассчитаем второе промежуточное сопротивление (R _я.пр.2=R₄₅):

Для определения второго промежуточного сопротивления необходимо рассчитать скорость в точке 4, которая равна скорости в точке 3(ω₃= ω₄)

, 

 

 

Зная  скорость в точке 4 определяем второе промежуточное сопротивление: