Электропривод с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

1. Электропривод с двигателем  постоянного тока параллельного  возбуждения.

1.1. По заданному  варианту построить нагрузочную диаграмму двигателя. Цикл работы механизмов состоит из следующий операций: перемещение механизма с M_c1 = M_c в одном направлении и перемещение с М_c2 = 0.2 ∙ М_с – в обратном (при реактивном моменте статическом). Операции содержат режимы пуска, установившейся работы, предварительного понижения скорости и торможения. Продолжительность включения ПВ% = 65% при одинаковом времени пауз. Время установившейся работы на естественной характеристике     t_уст = 2 × t_пуск1; время работы на пониженной скорости составляет 0,5 × t_пуск1. Во всех переходных режимах момент двигателя должен быть одинаковым, равным М_доп = 2,5 × М_н. В таблице 1 приведены необходимые для расчета данные.

 

Таблица 1 –  Задание для расчета электропривода с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения

Вариант		МС
21
	0,6	4,75	100	157

 

1.2. По нагрузочной  диаграмме выбрать двигатель  постоянного тока параллельного возбуждения из серии машин длительного режима работы, имеющих рабочую угловую скорость w_р.

1.3. Построить  механические w = f(M) или электромеханические w = f(I) характеристики электродвигателя для случаев: пуск в N ступеней (N = 3), торможение противовключением, получение пониженной скорости w = 0,3 × w_р шунтированием цепи якоря и возвращение в режим w = 0 (остановка) путём торможения противовключением. Определить параметры резисторов.

1.4. Определить  пределы, в которых будет изменяться механическая характеристика в естественной схеме включения при колебаниях напряжения питания в пределах ± 20 %.

1.5. Построить  характеристику динамического торможения w = f(I), обеспечивающую замедление с ускорениями, не превышающими |e_доп|. М_с = 0,5×М_н. Определить параметры тормозного резистора.

1.6. Изобразить структурную  схему двухмассовой системы механизма  передвижения тележки. Принять J₁ = J_дв, J₂ = 3×J₁, W₁₂ = 1,2 с^–1, построить АЧХ при воздействии возмущения на вал механизма.

1.7. Рассчитать  и построить механическую характеристику разомкнутой системы УП-Д, если E_п = 220 В; внутреннее сопротивление управляемого преобразователя r_п = 2 × r_яд.

1.8. Изобразить структурную  схему и рассчитать уравнение  статической механической характеристики в системе УП-Д с замкнутой обратной связью по скорости. Определить коэффициент обратной связи по скорости К_ос и задающий сигнал U_зс, если статическая механическая характеристика проходит через точки М_н, w_н и имеет жесткость в 10 раз большую, чем в разомкнутой системе. Преобразователь считать инерционным звеном с коэффициентом  усиления    К_п = 100, постоянной времени Т_п = 0,01 с и с внутренним сопротивлением         r_п = 2 × r_яд.

2. Электропривод  с двигателем постоянного тока  последовательного возбуждения.

2.1. Согласно заданному варианту двигатель последовательного возбуждения тихоходного исполнения Д–810.

2.2. Рассчитать  и построить естественные w = f(I), w = f(M) и диаграмму пусковых характеристик, определить параметры резисторов при пуске в N ступеней (N = 3).

2.3. Рассчитать и построить реостатные w = f(I), w = f(M), если известны координаты рабочей точки: w_с = 0,6 × w_н, М_с = М_н. Определить величину добавочного резистора.

2.4. Рассчитать и построить w = f(I), w = f(M) при питании двигателя пониженным напряжением U = 0,5 × U_я.

2.5. Рассчитать и построить w = f(M) динамического торможения с самовозбуждением, позволяющего производить спуск груза (М_с = 1,5 × М_н). Расчёт производить для двух случаев: скорость спуска равна w_р1 = – 0,8 × w_н и               w_р2 = – 0,3 × w_н.

3. Электропривод с асинхронным  двигателем.

3.1. По заданному  варианту рассчитать мощность  двигателя и выбрать по каталогу  двигатель с фазовым ротором крановой или краново-металлургической серии.

3.2. Рассчитать  и построить естественные и  реостатные w = f(M) и            w = f(I₂), если механическая характеристика проходит через точку w_с = 0,5 × w_н, М_с = М_н. Определить параметры резистора. Построить пусковую диаграмму при пуске в 4 ступени. Определить параметры пусковых резисторов.

3.3. Построить  механические характеристики при частотном регулировании с постоянной мощностью в диапазоне 3:1.

3.4. Рассчитать  и построить w = f(M), также рассчитать сопротивление добавочного резистора при ЭДТ с независимым возбуждением, если характеристика должна проходить через точку w = w_н, –М = 1,2 × М_н.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью данной курсовой работы является рассмотреть особенности  электроприводы с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения, с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения, с асинхронным двигателем.

Двигатели параллельного  возбуждения применяются обычно для длительного режима работы, когда требуется широкое регулирование частоты вращения, например, для металлообрабатывающих станов, для главных приводов трубопрокатных станков. Двигатели параллельного возбуждения широко применяются в системах генератор – двигатель и повсеместно заменяющей ее системе: тиристорный преобразователь – двигатель.

Двигатели последовательного  возбуждения применяются в магистральном электротранспорте, в трамваях и в средствах внутризаводского транспорта, например, рудных и угольных самоходных вагонах. Двигатели последовательного возбуждения более надежны, чем другие двигатели постоянного тока, потому что у них обмотка возбуждения выполняется большого сечения и с ничтожно малым напряжением между витками.

Однако из всех видов двигателей асинхронные двигатели  получили наибольшее распространение в промышленности и продолжают вытеснять все больше и больше двигатели постоянного тока. Они применяются в мостовых кранах, в механизмах большинства станков, вспомогательных механизмах прокатных станов, для таких широко распространенных приводов, как транспортеры, небольшие вентиляторы, насосы. Асинхронные двигатели получили широкое распространение благодаря следующим качествам: дешевизне двигателя, простоте конструкции, надежности, высокому КПД и дешевизне преобразовательной установки в виде трансформатора по сравнению с двигатель-генераторами или тиристорными преобразователями, требуемыми для двигателей постоянного тока.

 

1 ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

 

1.1 Построение нагрузочной диаграммы двигателя

 

Определим величины моментов нагрузки и моментов инерции  в соответствии с заданием. При расчетах воспользуемся нагрузочной диаграммой          М_с = f(t) и тахограммой w = f(t) механизма, представленными на рисунке 1.1.

 

М_с1 = М_с = 4,75 Н×м;

М_с2 = М_с × 0,2 = 4,75 × 0,2 = 0,95  Н×м;

J_S^’ = 0,2 × J_S = 0,2 × 0,6 = 0,12 Н×м×с².

 

 

Рисунок 1.1 –  Нагрузочная диаграмма и тахограмма механизма

Допустимый  момент двигателя в переходных режимах:

 

М_доп = 2,5 × М_с = 2,5 × 4,75 = 11,88 Н×м.

 

При разгоне  уравнение для моментов имеет  вид:

 

М_доп – М_сi = J_S × Dw / t_пi,                                                                                 (1.1)

 

где Dw = w₂ – w₁ – изменение скорости двигателя при пуске; w₂ – конечная скорость; w₁ – начальная скорость; t_пi – время пуска.

При торможении уравнение для моментов будет  иметь вид:

 

– М_доп  – М_сi = J_S × Dw / t_тi,                                                                             (1.2)

 

где t_тi – время торможения.

Выразив из выражений (1.1) и (1.2) время пуска и торможения, получим соответственно:

t_пi = J_S × Dw / (М_доп – М_сi);                                                                     (1.3)

t_тi = – J_S × Dw / (М_доп + М_сi).                                                                      (1.4)

 

Так, например, при пуске двигателя с моментом нагрузки М_с1 время пуска находится по формуле:

 

t_п1 = J_S × Dw / (М_доп – М_с1) = J_S × (w_р – 0) / (М_доп – М_с1) ;

t_п1 = 0,6 × (157 – 0) / (11,88 – 4,75) = 13,22 с.

 

При торможении с моментом М_с1 время торможения для двух участков составляет:

 

t_т1 = – J_S × Dw / (М_доп + М_с1) = – J_S × (0,3 × w_р – w_р)  / (М_доп + М_с1);

t_т1 = 0,6 × (0,3 ∙ 157 – 157) / (11,88 + 4,75) = 3,97 с;

t_т2 = – J_S × Dw / (М_доп + М_с1) = – J_S × (0 – 0,3 × w_р)  / (М_доп + М_с1);

t_т2 = 0,6 × (0 – 0,3 ∙ 157) / (11,88 + 4,75) = 1,7 с.

 

При пуске двигателя с моментом нагрузки М_с2 время пуска:

 

t_п2 = J_S × Dw / (М_доп – М_с2) = J_S × (w_р – 0) / (М_доп – М_с2) ;

t_п2 = 0,6 × (157 – 0) / (11,88 – 0,95) = 8,63 с.

 

При торможении с моментом М_с2 время торможения составляет:

 

t_т3 = – J_S × Dw / (М_доп + М_с2) = – J_S × (0 – w_р)  / (М_доп + М_с2);

t_т3 = 0,6 × (0 – 157) / (11,88 + 0,95) = 7,35 с.

 

Время установившейся работы на естественной характеристике:

 

t_р1 = t_р3 = 2 × t_п1 = 2 × 13,22 = 26,44 с.

 

Время установившейся работы на пониженной скорости составляет:

 

t_р2 = 0,5 × t_п1 = 0,5 × 13,22 = 6,61 с.

 

Суммарное время  работы с учетом пусков и торможений составляет:

 

 t_p = t_п1 + t_п2 + t_т1  + t_т2  + t_т3 + t_р1 + t_р2 + t_р3;

  t_p = 13,22 + 8,63 + 3,97 + 1,7 + 7,35 + 26,44 + 26,44 + 6,61 = 94,36 с.

 

Учитывая, что продолжительность включения составляет 65%, полное время цикла равно:

 

t_ц = t_p × 100/65 = 94,36 × 100 / 65 = 145,15 c.

 

Полное время  пауз составляет:

 

t_оS = t_ц × 0,35 = 145,15 × 0,35 = 50,8 с.

 

Время отдельной  паузы:

 

t_о = t_оS / 2 = 50,8 / 2 = 25,4 с.

 

На рисунке 1.2 представлена нагрузочная диаграмма механизма.

 

 

Рисунок 1.2 –  Нагрузочная диаграмма механизма

 

1.2 Выбор двигателя

 

При выборе двигателя  постоянного тока из серии машин  длительного режима работы необходимо учитывать ухудшение теплоотдачи двигателя в переходных режимах и во время пауз. Для этого рассчитывают эквивалентный по нагреву момент:

 

,                         (1.5)

 

где b – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения во время пауз, b = 0,3.

Подставив значения моментов двигателя и соответствующие  им значения времени из табл. 1.1 в выражение (1.5), получим М_э = 3,32 Н×м. Соответствующая эквивалентному моменту мощность двигателя:

 

Р_э = М_э × w_р = 3,32 × 157 ∙ 10^-3 = 0,522 кВт.

 

Исходя из P_э и w_р по каталогу [1] выбираю двигатель П21. Его параметры приведены в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 –  Параметры двигателя 

Pн = 0,7 кВт	rя + rдп = 6,75 Ом	Iпар = 0,3 А
nн = 1500 об/мин	rпар = 600 Ом	Ф = 3,1 мВб
Uн = 220 В	N = 2376	пар = 4800
Iн = 4,3 А	2a = 2	J = 0,042 кг×м2

 

Номинальная скорость вращения и номинальный момент выбранного двигателя:

 c^-1; 

 Н ∙ м.

 

 

1.3 Построение  электромеханических характеристик  для различных      режимов работы