Проектирование электрического привода производственного механизма с двигателем постоянного тока

Цель работы: спроектировать электрический привод производственного механизма с двигателем постоянного тока, рассчитать его параметры и построить характеристики.

...

1 Расчет моментов нагрузки и моментов инерции производственного механизма
1.1 Выбор типа электропривода
1.2 Предварительный выбор двигателя по мощности
2 Определение параметров двигателя постоянного тока независимого возбуждения
3 Расчет естественных механических и электромеханических характеристик электродвигателей
4 Расчет пусковых и регулировочных реостатов
5 Расчёт тормозного режима
6 Расчет переходных процессов и нагрузочных диаграмм электропривода
7 Проверка двигателя по нагреву и перегрузке
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Курсовой проект содержит 35 страниц, 8 таблиц.
Графическая часть проекта содержит 1 лист формата А1.
ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ, РЕОСТАТ, РЕЖИМ РАБОТЫ, НАГРУЗКА.
Объектом проектирования является электрический привод с двигателем постоянного тока.
Цель работы: спроектировать электрический привод производственного механизма с двигателем постоянного тока, рассчитать его параметры и построить характеристики.
Метод расчёта – аналитический.
В результате проектирования изучена методика расчета параметров двигателя постоянного тока.
Степень внедрения – не внедрена.
Область применения – промышленность.

Для расчета пусковых и регулировочных реостатов необходимо определить скорость вращения производственного механизма по ступеням:ωui=ωмi∙iст.р, (21)ωu1=68∙2=136,ωu2=51,3∙2=102,6. По заданным координатам рабочих точек ωиi, Мсi и известным параметрам двигателя находится Rдi:R∂i=Uн∙c-ωui∙c2Mci-R∂в.гор, (22)R∂1=220∙1,38-136∙1,382136-0,005=0,323,R∂2=220∙1,38-102,6∙1,382102,6-0,005=1,05. Для реактивной нагрузки в первом квадранте (двигательный режим работы) момент ступени определяется по формуле:Mci'=Mмахiст.р+ɳпер, (23)Mc1'=9202∙0,96=479,17. Момент трения на валу электродвигателя:Mci=Mci'+Mтр.∂в,(24)Mc1=479,17+(-17,7)=461,47,Mc2'=920∙0,962=441,6,Mc2=Mc2'+Mтр.∂в=441,6+(-17,7)=423,9. Для двигателя обычного исполнения максимальные пусковой ток определяется по выражению:Iпуск=1,5÷2∙Iн, (25)Iпуск=2∙500=1000, Максимальный пусковой момент для двигателя обычного исполнения можно найти из выражения:Mпуск=c∙Iпуск, (26)Мпуск=1,38∙1000=1380. Ток и момент переключения можно найти по соотношениям:Iпер=1,1÷1,2∙Iн, (27)Iпер=1,2∙500=600,Mпер=c∙Iпер, 28Мпер=1,38∙600=828. Рассмотрим в качестве примера пуск и регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения в две ступени (две ступени пусковых и две ступени рабочих). ω=Uнc-Iпуск∙Rя.пуск.c, (29)ω=2201,38-500∙0,0051,38=85,14. Пусковая характеристика первая ступень. В момент пуска ω=0, следовательно:Rя.пуск.1=UнIпуск, (30)Rя.пуск1=2201000=0,22. Требуемое добавочное сопротивление якорной цепи для первой ступени пусковой характеристики равно:Rдоб.пуск.1=Rя.пуск.1-R∂в.гор, (31)Rдоп.пуск.10,22-0,005=0,215. Пусковая характеристика вторая ступень. Сопротивление второй ступени пусковой характеристики выбирается из соображения получения симметричной пусковой диаграммы и выражается из соотношенияωпер.2=Uнc-Mпер∙Rя.пуск.2c2, (32)ωпер.2=2201,38-828∙0,131,382=102,9.где ωпер – угловая скорость двигателя на 1-ой пусковой ступени характеристики, соответствующая Mпер.ωпер.1=Uнc-Mпер∙Rя.пуск.1c2, (33)ωпер.1=2201,38-828∙0,221,382=63,8,Rя.пуск.2=Uн∙с-ωпер.∙c2Mпуск, (34)Rя.пуск2=220∙1,38-63,8∙1,3821380=0,13. Требуемое добавочное сопротивление якорной цепи для второй ступени пусковой характеристики определяется по формуле:Rдоб.пуск.2=Rя.пуск.2-R∂в.гор, (35)Rдоп.пуск2=0,13-0,005=0,125. Добавочное сопротивление первой рабочей ступени выражается из формулы :Rя.ст.1=Uн∙с-ωu1∙с2Mc1, (36)Rст.я1=220∙1,38-136∙1,382461,47=0,097. Требуемое добавочное сопротивление якорной цепи для первой ступени рабочей характеристики определяется по формуле:Rст1=Rст.я1-R∂в.гор, (37)Rст1=0,097-0,005=0,092. Добавочное сопротивление второй рабочей ступени выражается из формулы:Rя.ст.2=Uн∙с-ωu2∙с2Mc2, (38)Rст.я2=220∙1,38-102,6∙1,382423,9=0,255. Добавочное сопротивление второй рабочей ступени выражается из формулыRст2=Rя.ст.2-R∂в.гор, (39)Rст2=Rст.я2-R∂в.гор=0,255-0,005=0,25. Таблица 2 – Расчётные значения для построения механической характеристики по ступеням Пусковая характеристика первая ступеньM, Н∙м0Мпер=828Mпуск=1380ω, рад/сω0=159,4ωпер=63,80Пусковая характеристика вторая ступеньM, Н∙м0Мпер=828Mпуск=1380ω, рад/сω0=159,4ωпер=102,9ωпер.=63,8 Рабочая характеристика первая ступеньM, Н∙м0Mc1=461,47Mпуск=1380ω, рад/сω0=159,4ωu1= 135,9 ω=136Рабочая характеристика вторая ступеньM, Н∙м0Mc2=423,9ω, рад/сω0=159,4ωu2=102,6 Определяем токи по ступеням по формуле:Iсi=Mciс, (40)Iс1=461,471,38=334,4,Iс2=Mc2с=423,91,38=307,2. Необходимо учитывать, что сопротивления ступеней работают не постоянно. Если к примеру система электропривода работает в две ступени тогда, сопротивление первой рабочей ступени (Rст1) работает постоянно, а сопротивление второй рабочей ступени (Rст2) работает только на второй ступени. Сопротивления включены последовательно тогда:Rст2'=Rст2-Rст1, (41)Rст2'=0,25-0,092=0,158. Продолжительность включения по ступеням определяется по формуле:ПВрасч.ст1=tp1+tp2tp1+tp2+tn∙100%, 42ПВрасч.ст1=25+3025+30+140=28,2%,ПВрасч.ст2=3025+30+140=15,4%. Определяем расчетные токи, средние за время работы по выражению:Iрасч.ст1=Iс12∙tp1+Iс22∙tp2tp1+tp2, (44)Iрасч.ст1=334,42∙25+307,22∙3055=319,85.Iрасч.ст2=Iс22∙tp2tp2 , (45)Iрасч.ст2=307,22∙3030=307,2. Каталожный ток для каждой ступени определяется по формуле:Iкатi=Iрасч.стi∙ПВраас.стiПВкаm, (46)Iкат1=319,85∙28,225=339,7.Ящики сопротивлений, выбранные по наибольшему току: ИРАК 434332 и ЯС-100. Рисунок 1 - Схема соединений элементов ящика 5 Расчет тормозного режима Сопротивление цепиRдв.гор+RДТ=Uн∙с-ωu2∙с2Mпуск, (47)Rдв.гор+RПВ=220∙1,38-102,66∙1,3821380=0,078.ω=Uнс-Мн∙(R∂в.гор+RПВ)с2, (48)ω=2201,38-707,7∙0,0781,382=130,4, Таблица 3 - Расчетные значения для построения механической характеристики при торможении противовключениемM=707,7, Н∙м0Mпуск=1380ω=130,4, рад/с0ωu2=102,66 6 Расчет переходных процессов и нагрузочных диаграмм электропривода Переходные процессы электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения при линейных статических характеристиках двигателя и производственного механизма рассчитываются по формулам:M=Mуст+Mнач-Mуст∙e-tTM, (49)I=Iуст+Iнач-Iуст∙e-tTM, (50)ω=ωуст+ωнач-ωуст∙e-tTM. (51) Расчет электромеханических постоянных времени ТMi для каждой из реостатных характеристик осуществляется в соответствии с формулойТMi=J∑∙Rдic2, (52)J∑-суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателя , к∙м2J∑=k∙JДВ+JМ∙1iст.р2, (53)J∑=1,3∙2+40∙122=12,6. Рассчитаем выражение ТM1=12,6∙0,351,382=2,315,ТM2=12,6∙0,3521,382=2,33. Время tппi работы двигателя на -й характеристике, при изменении момента в пределах от Mнач до Mкон определяется по формуле:tппi=TMi∙lnMнач-MустMкон-Mуст, (54)tпп1=2,315∙ln1380-461,47828-461,47= 2,13,tпп2=2,33∙ln1380-461,47828-461,47=2,14. При расчете переходного процесса М=f(t) для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения момента берется величина Мкон.фикт.,а расчет ведется до момента Мпер. Расчет электромеханических постоянных времени ТМ.пуск1 производится при Rя.пуск.1. Начальная угловая частота вращения ωнач=0, а конечная скорость рассчитывается по формуле:ωкон.фикт=Uнc-Mc1∙Rя.пуск.1c2, (55)ωкон.фикт=2201,38-461,47∙0,221,382=106,11. При расчете переходного процесса ω=f(t) для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения скорости берется величина ωкон.фикт., а расчет ведется до значения скорости равной:ωПП1=Uнc-Mпер.∙Rя.пуск.1c2, (56)ωПП1=2201,38-828∙0,221,382=63,77. Таблица 4 – Расчётные значения для построения графиков переходных процессов для режима пуска (первая ступень)t, с00,771,542,315M, Н∙мMнач=Mпуск=13801120650,7Mпер.