Вибір та розрахунок параметрів електродвигуна

Вибір та розрахунок параметрів електродвигуна

1. Короткий опис технологічного обладнання

Кінематична схема:

До циклу роботи входять наступні операції:

) навантаження візка;

) рух на підйом, що складається з розгону, усталеного руху та гальмування;

) розвантаження візка;

) зворотній хід без вантажу, що складається з розгону, усталеного руху та гальмування.

2. Вибір двигуна

.1 Розрахунок статичних потужностей механізму в сталих режимах

Силу тертя знайдемо за формулою:

де  - складова сили ваги, що перпендикулярна траєкторії руху;

- радіус колеса візка;

 - коефіцієнт тертя ковзання в цапфі,  = 0,01;

 - тертя кочення, м.;

 - коефіцієнт що враховує тертя реборт коліс по рейкам,

Визначаємо складову сили ваги, що перпендикулярна траєкторії руху:

при підйомі вантажу:

кН

при зворотному ході:

кН

Тепер визначаємо силу тертя:

при підйомі вантажу:

 кН

при зворотному ході:

кН

Знаходимо силу, що необхідна для руху візка в усталеному режимі:

при підйомі вантажу:

 кН

при зворотному ході:

 кН

Розраховуємо потужності механізму в сталих режимах:

при підйомі вантажу:

 кВт

при зворотному ході:

 кВт

.2 Розрахунок параметрів механічної передачі та потужності двигуна

Приймаємо двигун з номінальною частотою обертання ротора:

Так як швидкість спуску візка вища, розрахунок механічної передачі будемо вести за спуском. Тоді кутова швидкість барабану:

Знаходимо передаточне число редуктора:

Так як передаточне число редуктора більше 25, приймаємо триступеневий редуктор (m = 3).

Визначаємо ККД елементів системи:

а) при підйомі:

ККД зубчатої передачі приймаємо . ККД редуктора становитиме:

ККД барабану приймаємо

Загальний ККД механічної системи становитиме:

б) при спуску:

ККД механічної системи при спуску визначимо за формулою:

де - коефіцієнт постійних втрат;

- коефіцієнт змінних втрат;

 - коефіцієнт завантаження;

Коефіцієнт завантаження визначаємо за формулою:

Коефіцієнт змінних втрат визначаємо за формулою:

Коефіцієнт постійних втрат:

Тоді, ККД механізму становитиме:

Знаходимо потужність двигуна:

При підйомі:

 кВт

При спуску:

 кВт

.3 Розрахунок та побудова діаграми швидкості механізму

Знаходимо час:

розгону при підйомі:

 с

гальмування при підйомі:

 с

розгону при спуску:

 с

-         гальмування при спуску:

с

Для розрахунку часу усталеного руху візка на підйом та на спуск знайдемо шлях, який проходить візок з постійною швидкістю:

на підйом:

на спуск:

 м

Тепер знаходимо час руху візка з постійною швидкістю:

на підйом:

с

на спуск:

с

Знаходимо час роботи та відпочинку механізму:

с

с

Знаходимо ПВ:

Знаходимо еквівалентну потужність:

а) для двигуна з режимом роботи S1:

Тоді:

кВт

б) для двигуна з режимом роботи S3:

Тоді:

кВт

За отриманими значеннями обираємо двигуни:

Для режиму S1 (двигун постійного струму з незалежним збудження):

Марка двигуна - 2ПФ180МУХЛ4

Для режиму S3 (асинхронний двигун з фазним ротором):

Марка двигуна - 4МТН280S10

.4 Розрахунок статичних та динамічних моментів

Розрахунок будемо вести для двигуна постійного струму. Так як двигун має номінальну швидкість 3150 , то: , необхідно змінити передаточне число редуктора. Приймаємо:

Так як передаточне число редуктора залишилось в межах від 25 до 180 то число ступенів редуктора залишається попереднім (3). Тоді і ККД системи не зміниться.

Знаходимо статичний момент

при спуску:

при підйомі:

Знаходимо момент інерції системи:

Знаходимо кутове прискорення двигуна:

а) розгон при підйомі:

б) гальмування при підйомі:

в) розгон при спуску:

г) гальмування при підйомі:

Знаходимо динамічні моменти:

а) розгон при підйомі:

б) гальмування при підйомі:

в) розгон при спуску:

Знаходимо еквівалентний момент:

Знаходимо номінальний момент двигуна:

Як бачимо, номінальний момент двигуна є меншим за еквівалентний, що свідчить про те, що двигун не підходить. Тому обираємо двигун марки 2ПФ180LУХЛ4 з параметрами:

Так як редуктор залишається триступінчатим (), то ККД системи при підйомі та спуску залишиться незмінним, отже і потужності при підйомі та спуску залишаться також незмінними.

3. Розрахунок і вибір тиристорного перетворювача

.1 Момент втрат двигуна в номінальному режимі

Обираємо тиристорний перетворювач реверсивного виконання з номінальним струмом 200 А, номінальною напругою 230 В, з напругою мережі 380 В 50 Гц, що призначений для приводу подач, однозонний, зі зворотнім зв’язком за швидкістю. Діапазон регулювання до 1000.

Типопозначення перетворювача ЭПУ1-1-4327М УХЛ4(04)

4. Вибір трансформатора

Обираємо трансформатор марки ТСП 63/0,7-УХЛ4 з параметрами:

5. Вибір згладжуючого реактора

Відносна величина діючого значення струму першої гармоніки:

де  - відносна величина діючого значення ЕРС першої гармоніки

 В

 А

ротор трансформатор асинхронний двигун

Знаходимо :

Знаходимо індуктивність трансформатора:

Повний опір фази трансформатора приведений до вторинної обмотки:

Активний опір:

Ом

Індуктивний опір:

Індуктивність трансформатора:

 мГн

Знаходимо :

Знаходимо індуктивність реактора:

Тоді фактичне значення індуктивності кола ротора двигуна становитиме:

Знаходимо індуктивність кола ротора, яка потрібна для того, щоб лінійний струм навантаження знаходився в режимі безперервного струмоперетворення:

Знаходимо граничну силу струму:

Тоді:

Так як виконується умова , то уточнення індуктивності реактора непотрібне.

6. Побудова механічних характеристик

Уточнюємо моменти та швидкості усталених режимів роботи:

спуск візка:

підйом візка:

підйом візка:

Знаходимо опір кола ротора:

Знаходимо :

спуск візка:

підйом візка:

підйом візка з мінімальною швидкістю:

Знаходимо кут керування тиристорами:

- спуск візка:

підйом візка:

підйом візка з мінімальною швидкістю:

Знаходимо граничне значення сили струму:

спуск візка:

підйом візка:

підйом візка з мінімальною швидкістю:

Знаходимо граничне значення моменту:

спуск візка:

підйом візка:

підйом візка з мінімальною швидкістю:

Знаходимо граничне значення швидкості:

спуск візка:

підйом візка:

підйом візка з мінімальною швидкістю:

Для побудови механічної характеристики при спуску візка знайдемо значення моменту та швидкості при довільному значенні сили струму. Візьмемо А. Тоді:

Будуємо механічні характеристики:

7. Моделювання роботи двигуна

Для моделювання системи складаємо схему моделювання:

та отримуємо графіки:

Так як двигун має номінальну швидкість , то необхідно провести уточнення передатного числа редуктора:

При використанні асинхронного двигуна з фазним ротором застосуємо регулювання швидкості за допомогою додаткових резисторів в колі ротора двигуна. Їх розрахунок будемо вести графічним методом.

Знаходимо номінальне ковзання двигуна:

Знаходимо номінальний момент двигуна:

Задавши  знайдемо . Приймаємо  та знаходимо :

де m = 2 - кількість ступеней дотаткових резисторів.

Знаходимо :

За розрахованими даними будуємо графік:

З механічних характеристик характеристик отримуємо:

аб = 2,17

бв = 3,04

вг = 8,26

Знаходимо опір додаткових резисторів за формулами:

Визначаємо номінальний опір:

Та знаходимо значення опорів резисторів:

Перевірку можна здійснити за умовою виконання рівності:

Знаходимо опір ротора:

Та перевіряємо умову:

Використання такого двигуна для електроприводу передбачає менші капітальні витрати, але при цьому вноситься похибка в значення швидкостей та прискорень візка, зростають витрати електроенергії. Тому більш доцільним є використання системи «Тиристорний перетворювач - двигун», що розрахована вище.

Висновок

В результаті виконаної роботи ми спроектували дві системи електроприводу:

. Система «Тиристорний перетворювач - двигун», що має добрі експлуатаційні показники (висока точність відповідності швидкостей та прискорень візка, високий ККД системи) однак має велику вартість.

. Асинхронний двигун з фазним ротором та регулювання швидкості за допомогою додаткових резисторів у колі ротора. Такий варіант є значно дешевшим, однак має неточне регулювання швидкості візка, не має взагалі можливості регулювання прискорень візка та працює з нижчим ККД.

Список літератури

1.       Теорiя електропривода. Пiдручник /М.Г. Попович, М.Г. Борисюк, В.А. Гаврилюк та iн.; За ред. М.Г. Поповича. -К.: Вища школа, 1993.-494 с.

2.       Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник /И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; Под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.

.         Справочник по электрическим машинам: В 2 т. /Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат. Т. 1. - 1988. - 456 с., Т.2. - 1989. - 688 с.

.         Яуре А.Г. Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 344 с.