ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ И ПРОВЕРКА ЕГО ПО ПЕРЕГРУЗКЕ, УСЛОВИЯМ ПУСКА И НАГРЕВУ

В настоящее время широко распространены автоматизированные электроприводы (АЭП), операции управления в которых выполняются в соответствии с требованиями технологических процессов. Данные операции выполняются системой управления, а на оператора возлагаются функции включения и выключения АЭП.
АЭП является более эффективным и экономически целесообразным, т.к. освобождает человека от утомительного и однообразного труда, повышает производительность труда и качество технологического процесса.
Схемы АЭП строятся, как правило, по замкнутому принципу, что позволяет полностью или частично устранить влияние внешнего воздействия на регулируемую координату, например скорость.
Регулирование в замкнутых системах АЭП может вестись по принципу отклонения. Информация о регулируемой координате подается на вход привода в виде сигнала обратной связи ОС, который сравнивается с задающим сигналом, а полученный результирующий сигнал (сигнал ошибки) является управляющим сигналом для АЭП.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 4
2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ И МОМЕНТА НА ВАЛУ ДВИГАТЕЛЯ 6
3. ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ И ПРОВЕРКА ЕГО ПО ПЕРЕГРУЗКЕ, УСЛОВИЯМ ПУСКА И НАГРЕВУ 8
4. ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА 10
5. ВЫБОР ТИРИСТОРОВ 14
6. ВЫБОР СГЛАЖИВАЮЩЕГО ДРОССЕЛЯ 15
7. РАСЧЕТ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА 17
8. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ ЛЕБЕДКИ 20
8.1. Разомкнутая система управления приводом 20
8.2. Замкнутая система управления приводом 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 28

1. постановка задачи на проектирование и исходные данные

Целью курсовой работы является исследование силового канала электропривода грузоподъемной лебедки на базе двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
На рис.1.1 приведена кинематическая схема механической части лебедки с двигателем. Лебедка обеспечивает подъем груза на определенную высоту и его отпускание.

Рисунок 1.1 – Кинематическая схема механической части лебедки с двигателем

Механизм лебедки включает в себя:
- две соединительные муфты 3 и 7, причем первая из них служит также шкивом для механического тормоза 2;
- редуктор 4 с шестернями 5 и 6 и барабаном 8, преобразующие вращательное движение вала двигателя в поступательное перемещение (с помощью троса 9 и крюка 10) груза 11, и обеспечивая тем самым передачу крутящего момента от вала двигателя 1 до исполнительного органа (ИО) привода, которым является крюк.
На рис.1.
...

1) на основе исходных данных производится расчет и построение диаграммы изменения скорости и момента на валу двигателя (глава 2);
2) производятся выбор двигателя и проверка его по перегрузке, условиям пуска и нагреву (глава 3);
3) выполняются расчет и выбор электрической силовой части привода (трансформатора, тиристоров преобразователя и сглаживающего дросселя) (главы 4-6);
4) производятся построение регулировочных характеристик электропривода и расчет его динамических параметров;
5) определяются передаточные функции отдельных звеньев системы, а также передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем в целом;
6) в заключении делаются выводы о достигнутых в ходе выполнения работы результатах.
2. расчет и построение диаграммы изменения скорости и момента на валу двигателя

Построим диаграмму изменения скорости и момента на валу двигателя за время подъема груза. Расчет и построение выполняем по выражениям и зависимостям, приведенным в [1, с.35-39].
...

3. Выбор двигателя и проверка его по перегрузке, условиям пуска и нагреву

Расчет мощности выполняем по [2, с.312-313]. Ориентировочно расчетный момент двигателя определяется по формуле
(3.1)
где kз – коэффициент запаса, учитывающий динамические режимы двигателя, когда он работает с повышенными токами и моментами (примем kз = 1,2); Mсэ – эквивалентный момент нагрузки.
В нашем случае момент нагрузки на валу двигателя при подъеме груза изменяется ступенчато согласно диаграмме (см. рис.2.1). Диаграмма имеет три участка, следовательно, Мсэ определяется как среднеквадратичная величина:
(3.2)
где – полное время цикла.
Подставим вычисленные ранее значения в (3.2) и рассчитаем эквивалентный момент нагрузки:
(3.3)
Тогда в соответствии с (3.1) ориентировочный расчетный момент двигателя будет равен:
. (3.4)
Расчетную мощность двигателя определим следующим образом:
(3.5)
Выбираем по каталогу электрических машин [3, с.
...

4. Выбор силового трансформатора

В электроприводе используется силовой трехфазный трансформатор, предназначенный для согласования напряжения сети с напряжением двигателя.
Определяем фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора по формуле:
(4.1)
где – коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения в обмотке трансформатора и на тиристорах; – коэффициент отношения напряжения на фазной обмотке к выходному напряжению преобразователя; – коэффициент запаса по напряжению; – коэффициент, учитывающий неполное отпирание тиристоров; – максимальная величина постоянного напряжения на выходе тиристорного преобразователя. Подставим известные величины в (4.1) и определим U2ф:
(4.2)
Определим действительное значение тока во вторичной обмотке трансформатора по формуле:
(4.3)
где – коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от идеальной; – коэффициент схемы выпрямителя; – максимальное значение выпрямленного тока.
...

5. выбор тиристоров

Для выбора тиристора нужно вычислить среднее значение выпрямленного тока, протекающего через вентиль при пуске двигателя:
(5.1)
где ku = 2,25 – коэффициент запаса по току; kох = 0,8 – коэффициент, учитывающий способ интенсивного воздушного охлаждения; m = 3 – число фаз.
Расчет по формуле (5.1) дает следующий результат:
(5.2)
Также для выбора тиристора необходимо знать величину обратного напряжения:
(5.3)
где N = 2 – число последовательно соединенных тиристоров в схеме; kдн = 0,8 – коэффициент размерности деления напряжения по последовательно соединенным тиристорам; kн – коэффициент нагрузки, предварительно выбирается из диапазона (0,5...0,6).
Расчет по формуле (5.3) дает следующий результат:
(5.4)
Из каталога [6, с.109-115] выбираем тиристор Т2-160-6. Параметры тиристора приведены в табл.5.1.

Таблица 5.
...

6. Выбор сглаживающего дросселя

Сглаживающий дроссель включается последовательно с якорем двигателя, и его индуктивность выбирается из следующих условий:
а) обеспечение непрерывного выпрямленного тока при минимальной нагрузке на валу двигателя;
б) сглаживание пульсаций выпрямленного тока до требуемой величины, обеспечивающей удовлетворительную коммутацию двигателя;
в) ограничения тока через вентили при коротком замыкании.
Для выполнения условия обеспечения непрерывного выпрямленного тока при минимальной нагрузке на валу двигателя индуктивность в цепи выпрямленного тока определяется следующим образом:
(6.1)
где – минимальный ток. Подставим значение минимального тока в (6.1) и рассчитаем:
(6.2)
Требование непрерывности тока двигателя означает, что амплитуда переменной составляющей тока якоря должна быть меньше минимальной величины среднего значения тока нагрузки.
...

7. расчет регулировочных характеристик электропривода

Определим значение коэффициента противо ЭДС выбранного двигателя следующим образом:
(7.1)
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя равна:
(7.2)
Важным параметром ДПТ, определяющим его динамические свойства, является электромеханическая постоянная времени двигателя:
(7.3)
Электромеханическая характеристика привода определяется выражением:
(7.4)
а механическая характеристика привода –
(7.5)
Будем предполагать, что характеристики (7.4) и (7.5) линейны, поэтому их можно построить по двум точкам. Сначала определим значения скорости холостого хода (при и ) для различных значений угла отпирания тиристоров α (например, ):
(7.6)
Координаты вторых точек характеристик определим при номинальной нагрузке на валу двигателя () также для различных значений угла отпирания тиристоров α (например, ):
(7.
...

8.1. Разомкнутая система управления приводом
Функциональная схема разомкнутой системы управления приводом грузоподъемной лебедки изображена на рис.8.1.
Привод обеспечивает подъем груза на заданную высоту и его опускание. Механизм лебедки включает в себя:
- две соединительные муфты 3 и 7, причем первая из них служит также шкивом для механического тормоза 2;
- редуктор 4 с шестернями 5 и 6 и барабаном 8, преобразующие вращательное движение вала двигателя М1 в поступательное перемещение (с помощью троса 9 и крюка 10) груза 11.
Элементы механизма лебедки обеспечивают передачу крутящего момента от вала двигателя М1 до исполнительного органа привода, которым является крюк. Расчет механической передачи привода выполнен в главе 2 настоящей работы.
Используется привод на базе двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Выбор двигателя и проверка его по перегрузке, условиям пуска и нагреву выполнены в главе 3 настоящей работы.
...

8.2. Замкнутая система управления приводом
Замкнутые системы управления применяют в том случае, если жесткость механических характеристик является недостаточной. В таких системах применяют обратные связи (ОС) по выходной координате двигателя (в данном случае по скорости ω). Сигнал с датчика ОС Uос, пропорциональный скорости ω, подается обратно на вход системы (задатчик скорости П1), где сравнивается с сигналом задания скорости Uз. Разность этих двух сигналов подается дальше на вход тиристорного преобразователя. В данном случае обратная связь будет отрицательной.
Функциональная схема замкнутой системы управления приводом грузоподъемной лебедки изображена на рис.8.3.

Рисунок 8.3 – Функциональная схема замкнутой системы управления приводом грузоподъемной лебедки

В качестве датчика ОС применен тахогенератор ТГ постоянного тока, выходной сигнал которого Uос (пропорциональный скорости вращения ω) подается на задатчик скорости П1.
...

заключение

Рассмотрим результаты выполненной работы, посмотрим, достигнуты ли поставленные цели.
В ходе выполнения курсовой работы построена диаграмма изменения скорости и момента на валу двигателя за время подъема груза (см. рис.2.1). Определены статический и динамические моменты на валу двигателя (см. 2.11-2.13), а также номинальная частота вращения привода (см. 2.6). Был выбран двигатель постоянного тока типа 2ПН200LУХЛ4, произведена его проверка по перегрузке, условиям пуска и нагреву (глава 3). Был сделан вывод, что двигатель удовлетворяет предъявленным требованиям.
Произведен расчет статических и динамических характеристик двигателя, построены его регулировочные характеристики (глава 7). Был сделан вывод, что регулировочные характеристики в зоне непрерывных токов линейны. В зоне прерывистых токов (при малых значениях момента на валу) характеристики будут нелинейны и будут отклоняться вверх от прямой тем больше, чем меньше ток.
...

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Онищенко Г.Б. Электрический привод: Учебник для вузов. – М.: РАСХН, 2003. – 320 с.
2. Москаленко В.В. Электрический привод: Учебник для студ. высш. учебн. заведений / В.В.Москаленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 368 с.
3. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учеб. пособие для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М.М. Кацман. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 480 с.
4. Трансформаторы масляные [Электронный ресурс] / Каталог трансформаторов / Минский электротехнический завод им. В.И. Козлова. – Режим доступа: http://metz.by/products/catalog/20.html.
5. Григорьев В.Ф. Трехфазный трансформатор: Метод. указания к выполнению расчетно-графической работы / В. Ф. Григорьев, А. В. Бунзя, А. В. Бондаренко. – Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2013. – 28 с.
6. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов. – М.: Радио и связь, 1987. – 576 с.