Електроустаткування підприємств та цивільних споруд

Реферат Пояснювальна записка до курсового проекту з предмету «Електроустаткування підприємств та цивільних споруд» містить: 41 сторінку, 12 рисунків, 2 таблиці, 10 джерел.

Об'єкт проектування — електрообладнання механізму циклічної дії працюючого в повторно-короткочасному режимі.

Мета роботи — розрахунок i вибір електродвигуна для приводу механізму, вибір регулюючого приладу, вибір релейної контакторної схеми керування.

Метод виконання — виконання розрахунків iз застосуванням комп’ютерної техніки, використання таблиць, графіків i даних технічної літератури, довідників електротехнічного профілю.

Результати виконаної роботи можуть бути використані при дипломному проектуванні, а також при виконанні реальних проектних poбіт при практичній діяльності на підприємствах.

ДВИГУН, ПЕРЕТВОРЮВАЧ, СТРУМ, НАПРУГА, ПОТУЖНІСТЬ, ХАРАКТЕРИСТИКА.

Вступ Електроприводи механізмів циклічної дії працюють у повторно — короткочасному режимі, характерною особливістю якого є часті пуски та зупинки двигуна.

Втрати енергії у перехідних процесах безпосередньо залежать від моменту інерції електропривода, основну долю якого, не враховуючи інерційні механізми, складають момент інерції двигуна .

За умовами нагріву припустиме навантаження двигуна при повторно-короткочасному режимі вище, ніж при тривалому режимі. При пуску з підвищеним статичним навантаженням двигун повинен розвивати також підвищений пусковий момент, який перевищує значення статичного моменту на величину динамічного моменту. Тому у повторно-короткочасному режимі роботи необхідна більш висока перевантажувальна здатність двигуна, ніж при тривалому режимі. Необхідність високої перевантажувальної здатності обґрунтовується також і необхідністю подолання короткочасних механічних перевантажень.

Нарешті, умови нагріву та охолодження двигунів у повторнокороткочасному режимі відрізняються від аналогічних умов при тривалому режимі. Особливо сильно ця відмінність проявляється у двигунів з самовентиляцією, так як кількість охолоджуючого повітря, що надходить у двигун, залежить від частоти обертання його валу. Під час перехідних процесів і пауз тепловіддача двигуна погіршується, що робить істотний вплив на допустиме навантаження двигуна. Всі ці умови визначають необхідність використання в електроприводах механізмів циклічної дії спеціальних двигунів, номінальним режимом яких є повторно-короткочасний режим, що характеризується певною номінальною тривалістю включення.

1. Загальна частина

1.1 Класифікація електроприводу промислових механізмів циклічної дії

Ціллю рішення питання є визначення механізму циклічної дії та класифікація його згідно з діючими нормативами. Поставлені завдання — визначення електроприводу, класифікація електроприводів та класифікація виробничих механізмів.

Електроприводом називається машинний пристрій, який виконує перетворення електричної енергії у механічну та, який забезпечує електричне керування перетвореною механічною енергією.

З урахуванням історичного розвитку різноманітні електроприводи можна розділити на три основні типи: груповий, одиночний та багатодвигунний.

Груповим електроприводом називається такий привід, в якому від одного електродвигуна за допомогою однієї чи декількох трансмісій рух передається групі робочих машин.

Одиночним електроприводом називається привід, який за допомогою одного електродвигуна приводить у рух окрему машину. Прикладами використання такого приводу є одношпиндельний свердлильний станок, різноманітні інструменти, та інші металооброблювальні станки.

Багатодвигунним електроприводом називається привід, зібраний з декількох одиночних електроприводів, кожний з яких призначений для приведення в дію окремих робочих елементів виробничого агрегату.

Такі приводи використовуються, наприклад, у складних металооброблювальних станках, в металургійних прокатних станах та інших машинах.

По призначенню загально промислові установки діляться на:

1) підйомо-транспортні машини;

2) землерийні машини;

3) машини для транспортування рідкої середи та газів, а також для стискання газів.

Кожна з цих груп має машини, різні по конструкційному виконанню. До підйомо-транспортних машин відносяться мостові, козлові та поворотні крани, перезавантажувальні мости, стаціонарні вентилятори та нахиляючі підйомні установки дискретної дії, горизонтальні конвеєри, вертикальні ковшові транспортери. Машини для транспортування рідини та газів включають у себе центр обіжні та поршневі насоси, компресори та центр обіжні вентилятори.

В області використання розрізняють машинобудівні, металургійні, горні, будівні, суднобудівні та інші установки механізми яких можуть бути віднесені до загально промислових.

По характеру технологічного процесу загально промислові механізми розділяються на дві великі групи: механізми циклічної дії, робочий процес яких складається з повторюваних однотипних циклів, і механізми безперервної дії, технологічний процес, котрих має безперервний характер. Типовими прикладами перших можуть бути крани, підйомні машини, ліфти, а других — ескалатори, землесоси, конвеєри.

Підйомні крани об'єднують велику групу підйомно-транспортних установок циклічної дії. Основні механізми таких установок, як правило, мають реверсивний електропривод, розрахований для роботи в інтенсивному повторно-короткочасному режимі. В кожному робочому циклі мають місце невстановлені режими роботи електроприводу: пуски, реверси, гальмування, оказуючи вагомий вплив на продуктивність механізму, на динамічні навантаження приводу та механізму, на ККД установи та ряд інших факторів.

До кількості загально промислових установок безперервної дії відноситься велика група машин та механізмів, що включає в себе різноманітні конвеєри, ескалатори, відцентрові насоси, вентилятори, компресори та інші.

Конвеєрами є найбільш розповсюджені механізми безперервного транспорту сипучих та штучних матеріалів. В залежності від типу тягового елемента конвеєри поділяються на три групи: стрічкові, ланцюгові та канатні.

Важливе місце серед установок безперервної дії займає група механізмів відцентрового та поршневого типу. До цих механізмів відносяться насоси вентилятори та компресори. Під загальним терміном насоси об'єднується численна група різних механізмів, призначена для транспортування рідин. Сюди ж відносяться, наприклад, насоси в системі водопостачання та каналізації, землесоси, спеціальні насоси для хімічних середовищ. Термін вентилятори об'єднує велику групу механізмів, які здійснюють транспортування газів (шахтні та промислові вентилятори, димососи, газодувки та т.п.). Нарешті, під компресорами розуміються механізми, призначені для отримання та транспортування стиснутого повітря з метою використання його енергії для створення сильного дуття, для приводу пневматичних гальм, робочих машин (молотів, пресів), інструмента (відбійних молотків) та т.п.

Таким чином, перші дві групи механізмів — насоси та вентилятори мають одну спільну функцію — транспортувати рідини та гази при безперервному характері роботи. Компресори виконують і іншу функцію, виконуючи акумулювання енергії у вигляді енергії стиснутого повітря. Виходячи з призначення та характеру роботи, насоси та вентилятори можна було б віднести до механізмів безперервного транспорту. Проте по принципу роботи та конструкції вони значно відрізняються від розглянутих раніше транспортних механізмів, тому виділені разом із компресорами в окрему групу механізмів безперервної дії.

По принципу дії насоси, вентилятори та компресори діляться на дві основні категорії, а конкретно на механізми відцентрового та поршневого типів. Механізми відцентрових типів володіють високою подачею, прості по конструкції та надійні в експлуатації тому й знайшли широке використання.

Механізми поршневого типу більш складні по конструкції та умовам експлуатації, проте мають високий ККД та здатні здійснювати стискання газів до значно високого тиску (до 105 кПа).

По потужності діляться на двигуни малої потужності (до 35 кВт); двигуни середньої потужності (35−100 кВт); двигуни великої потужності (вище 100 кВт).

Висновок: згідно з визначенням електроприводу, він являє собою комплекс, що складається з перетворювача, системи керування та робочого органа.

Механізм циклічної дії являє собою пристрій, який працює в повторно-короткочасному режимі. Прикладом такого пристрою є підйомно-транспортні механізми, зокрема, головні приводи механізмів підйому, опускання вантажів.

1.2 Основні положення по розрахунку та вибору потужності електродвигунів Потужність електродвигуна вибирається, виходячи з необхідності забезпечити виконання даної роботи електроприводу, при дотриманні нормального теплового режиму та припустимого механічного пере навантаження двигуна.

Вибір потужності електродвигуна вимагає також розрахунку навантаження приводу не тільки при встановленій роботі, але й у періоди перехідних режимів. З цією метою, звичайно, будуються так званні навантажувальні діаграми, під якими розуміють залежність обертаючого моменту, потужності та струму двигуна та часу, тобто

;; (1.1)

В кожному окремому випадку двигун, вибраний в відповідності з заданою діаграмою, повинен бути повністю завантажений та при цьому працювати, не перегріваючись вище допустимих норм. Таким чином він повинен забезпечувати нормальну роботу при можливих тимчасових перевантаженнях та мати достатній пусковий момент для забезпечення необхідної тривалості пуску робочого механізму.

В більшості випадків вибір потужності двигуна виконується по нагріву, а потім перевіряється по перевантажувальній здатності, як показано нижче.

Нагрів двигуна виникає за рахунок втрат, виникаючих в ньому при перетворенні електричної енергії в механічну.

Втрати енергії в сталі, міді та втрати на тертя викликають нагрів різних частин машини; при цьому виникає також взаємний нагрів окремих частин машини. Ці втрати можуть бути записані в загальному виді одним з наступних рівнянь

(1.2)

де Р1 та Р2 — відповідно потужність, прикладена до двигуна, та потужність на його валу;

— К. П. Д. двигуна;

k — так звані постійні втрати (в сталі, підшипниках та вентиляційні), практично незалежні від навантаження, н — змінні втрати (втрати в міді) при номінальному навантаженні;

— коефіцієнт постійних втрат;

x= Р2 /Рн; Рн — номінальна потужність двигуна.

Внаслідок виділення тепла при навантаженні температура двигуна поступово підвищується, та якщо б двигун не віддавав тепло навколишнє середовище, вона могла б досягти безкінечно великого значення. Однак розсіяння тепла поверхнею двигуна (тепловіддача) в навколишню середу зростаюче зі зростанням температури двигуна, обмежує нагрів, і підвищення температури по закінченню деякого часу завершується. Це виникає тоді, коли кількість тепла, віддаваємого двигуном в навколишню середу за одиницю часу, дорівнює кількості тепла, виділеного двигуном за той же час.

В відповідності до цього, при виборі потужності двигуна по умовам нагріву розрізняють три основних режими роботи:

Тривалий режим роботи. В цьому режимі робочий період настільки великий, що температура двигуна досягає свого встановленого значення. В якості прикладів тут можуть працювати двигуни вентиляторів, насосів, перетворювальних установок та таке інше, де періоди роботи вимірюються годинами та навіть днями. Спрощений графік роботи для цього Рисунок 1.1 — Тривалий режим роботи Короткочасний режим роботи. Цей режим роботи характерний тим, що в робочий період температура двигуна не встигає досягти встановленого рівня, а пауза настільки велика, що температура двигуна знижується до температури навколишньої середи. Такий режим роботи зустрічається, наприклад, в приводах поворотного залізничного круга, розвідних мостів, де пауза в роботі значно перевищує тривалість робочого періоду.

Рисунок 1.2 — Короткочасний режим робити Повторно-короткочасний режим роботи. При цьому режимі в жодному з періодів температура двигуна не досягає встановленого значення, а під час паузи двигун не встигає охолонути до температури навколишнього середовища. Прикладом такого режиму роботи є крани, ліфти та інші пристрої.

Рисунок 1.3 — Повторно-короткочасний режим роботи Методики вибору потужності двигунів для кожного з трьох вказаних режимів роботи декілька відрізняються, оскільки умови нагрівання для них різні.

Допустиме нагрівання двигунів визначається нагрівостійкістю використовуваних ізоляційних матеріалів.

Всі ізоляційні матеріали, використовувані в електричних машинах, діляться по нагрівостійкістійкості на наступні класи:

Клас А. До нього належать бавовняні тканини, бум ага та волокнисті матеріали з целюлози та шовку. Гранично допустима температура 105° С.

Клас Е. Деякі синтетичні органічні плівки та інші. Гранично допустима температура 120° С.

Клас В. До нього входять матеріали із слюди, азбесту та скловолокна. Гранично допустима температура 130° С.

Клас F. Ті ж, що й в класі В, використовувані в комбінації з синтетичними зв’язуючими составами. Гранично допустима температура 155° С.

Клас Н. Ті ж, що й в В, в комбінації з кремнеорганічними зв’язуючими составами.

Клас С. Слюда, керамічні матеріали, скло, кварц, використовувані без зв’язуючих составів. Гранично допустима температура 180° С.

Перевищення вказаних температур неприпустимо, так як це призведе до руйнування ізоляції та скороченню строку служби двигунів.

Використання для роботи в короткочасному режимі двигунів нормальних серій, призначених для тривалої праці, є небажаним.

Перш за все оказується, що нормальні двигуни можуть бути використані з повним навантаженням по нагріву лише в деяких випадках відносно великих значень tр/Тн, так як майже завжди границі використання обмежуються перевантажувальною здатністю двигуна. Крім того не всі частини двигуна мають однакові постійні часу нагріву.

Всі ці обставини приводять до того, що електричні двигуни для короткочасної роботи розраховуються заводами-виробниками інакше, як двигуни для тривалого режиму роботи.

Тривалість їх роботи нормується стандартними значеннями 15, 30, та 60 хвилин; вони повинні вибиратися по спеціальним каталогам серії двигунів, призначених для короткочасного режиму роботи.

Для двигунів повторно-короткочасного режиму роботи в каталогах вказується потужність, яку двигун може розвивати при кожному з нормованих значеннях ПВ% (15, 25, 40 ти 60%), чи відповідно в відносних величинах? (0,15; 0,25; 0,4 та 0,6).

Висновок: правильний вибір потужності двигунів має велике народногосподарське значення, в більшості визначаються початкові затрати та вартість експлуатаційних затрат в електроприводі. Використання двигунів недостатньої потужності може привести до порушення нормальної роботи механізму, до зниження його продуктивності, виникненню аварій та передчасному виходу з ладу. В свою чергу використання двигунів завищеної потужності знижує економічні показники установки, веде до подорожчання та великим затратам енергії. В цьому випадку не тільки підвищується початкова вартість електроприводу, але й підвищується втрати енергії за рахунок зниження к. п. д. двигуна, а в установках змінного струму, крім цього, погіршується коефіцієнт потужності, величина якого безпосередньо впливає на непродуктивне завантаження розподільчих мереж та генераторів електричних станцій, що виробляють електричну енергію.

Завдання на курсову роботу приведене в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 — Завдання на курсовий проект

Перелік вихідних даних до курсового проекту приведений у таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 — Перелік вихідних даних до курсового проекту

Рисунок 1.4 — Кінематична схема електроприводу

2. Спеціальна частина

2.1 Види електродвигунів для електроприводу промислових механізмів Розглянемо класифікацію електричних машин по принципу дії, згідно з яким усі електричні машини поділяються на без колекторні та колекторні. Без колекторні машини — це машини змінного струму. Вони поділяються на асинхронні та синхронні. Асинхронні двигуни використовуються переважно в якості двигунів, а синхронні - як в якості двигунів, так і в якості генераторів. Колекторні машини використовуються головним чином для роботи на постійному струмі в якості генераторів чи двигунів. Лише колекторні машини невеликої потужності робляться універсальними двигунами, здатними працювати як від змінного струму, так і від постійного струму.

Електричні машини одного принципу дії можуть відрізнятися за схемами підключення чи іншими ознаками, що впливають на експлуатаційні властивості цих машин. Наприклад, асинхронні та синхронні машини можуть бути трьохфазними, конденсаторними чи однофазними. Асинхронні двигуни в залежності від конструкції обмотки ротора поділяються на двигуни з коротко замкнутим (КЗ) та фазним ротором. Синхронні та колекторні машини в залежності від способу створення в них магнітного поля збудження поділяються на машини з обмоткою збудження та машини з постійними магнітами.

Область використання АД — привода промислових механізмів; системи передачі кута, привода синхронного обертання; в системах керування, регулювання та контролю; привода заслінок, стрічкових конвеєрів, підйомо-транспортних механізмів та в інших механізмах.

Синхронні машини — це безконтактні машини змінного струму. По своєму устрою вони відрізняються від АД лише конструкцією ротора, який може бути явно полюсним чи неявно полюсним. Головною особливістю синхронної машини є синхронна частота обертання ротора при будь-якому навантаженні, а також можливість регулювання коефіцієнту потужності. Його можна встановити таким, щоб робота машини була максимально економічною.

Синхронні генератори (СГ) становлять основу електротехнічного обладнання електростанцій, тобто майже вся електроенергія виробляється СГ.

Синхронні двигуни (СД) використовуються головним чином для приводу пристроїв великої потужності. В великих електроенергетичних установках синхронні машини використовуються в якості компенсаторів — генераторів реактивної потужності, дозволяючи підвищити коефіцієнт потужності всієї установки.

Характерною ознакою машини постійного струму (МПС) є наявність в ній колектора — механічного перетворювача змінного струму в постійний.

Основні переваги двигунів постійного струму над без колекторними двигунами змінного струму — кращі пускові та регулювальні властивості, можливість отримання частоти обертання більше 3000 об/хв., а недоліки — відносно велика вартість, складність в виготовленні та знижена надійність.

Вони широко використовуються в електричній тязі (робочі електродвигуни на електровозах, приміських електропоїздах, міському електротранспорті, метрополітенах та ін.), де потребуються м’які механічні характеристики та широкі межі регулювання частоти обертання. Так звані кранові ДЕС. Часто застосовуються у приводі різноманітних підйомних механізмів де потребуються такі ж властивості. За допомогою потужних двигунів постійного струму (до 12 000кВт) приводять у дію прокатні стани.

Висновок: для електропривода механізмів циклічної дії необхідно вибрати ДПС краново-металургійної серії, який працює в повторно — короткочасному режимі.

2.2 Попередній розрахунок потужності електродвигуна Потужність двигуна визначається на підставі навантажувальної діаграми механізму. Для побудови навантажувальної системи механізму необхідно розрахувати час зупинок механізму. Приймаємо для розрахунку час зупинки t1 і t2 рівні між собою.

Розраховуємо час циклу.

(2.1)

Звідси

с (2.2)

Розраховуємо час пауз у роботі механізму

(2.3)

Звідси

с (2.4)

Оскільки прийнято, що tп1 = tп2 тоді

с (2.5)

Будуємо діаграму навантажень механізму (див. рис 2.1.)

Рисунок 2.1 — Навантажувальна діаграма Визначаємо статичний еквівалентний момент на валу механізма

(2.1)

де Мс1 — більший статичний момент навантаження згідно з завданням на проектування, Н•м;

tр1 — час роботи двигуна з більшим навантаженням, с;

Мс2 — менше навантаження двигуна на протязі циклу, Н•м;

tр2 — час роботи двигуна в циклі з меншим навантаженням, с.

Еквівалентна потужність на валу виконавчого механізму визначається

(2.2)

де щр — робоча швидкість ел. двигуна згідно з завданням, рад/с.

Визначаємо еквівалентну потужність на валу двигуна

(2.3)

де п — КПД передаточного пристрою згідно з завданням.

Визначаємо розрахункову потужність на валу ел. двигуна

(2.4)

де Кз=1.1…1.3 — коефіцієнт запасу, який враховує вплив динамічних моментів та інших неврахованих факторів.

Приведення розрахованої потужності до стандартного значення тривалості включення вказані в каталогах на двигуни та визначається по формулі

(2.5)

де ПВм=ПВдвиг — тривалість вмикання двигуна в циклі. Береться згідно справ очних даних на двигуни постійного струму.

ПВст. — стандартне значення ПВ, вказане в каталозі.

По каталогу вибираємо ДПС Д41 з шунтовою обмоткою збудження, який має данні: Р=16кВт; nн=700 об/хв.,

Висновок: попередні вибір двигуна по потужності показує, що для приводу механізму циклічної дії може бути використаний двигун марки 808.

2.3 Приведення статичних моментів та моментів інерції до вала ел. двигуна Ціль: перевірити вибраний двигун на перевантажувальну здатність.

Задачі вирішені даним питанням:

— приведення статичних моментів навантаження до валу двигуна;

— приведення моментів інерції обертових мас електроприводу до валу двигуна;

— визначення часу пуску електродвигуна при дії кожного статичного моменту;

— визначення часу гальмування двигуна до повної зупинки по закінченню дії кожного статичного моменту;

Визначається передаточне число редуктора:

с-1 (2.6)

(2.7)

ККД передаточного пристрою при дії моменту Мс1 приймається рівним згідно завдання на К.П. див. табл.1.1.

(2.8)

ККД передаточного пристрою н2 при дії моменту Мс2 визначається по кривим залежності ККД від функції Кз.

де; .

Визначаємо приведене значення першого статичного моменту навантаження

(2.9)

Визначаємо приведене значення другого статичного моменту навантаження

(2.10)

Визначаємо приведене значення моменту інерції першої системи вала

(2.11)

де Jдв — момент інерції обертових мас двигуна згідно з довідником

Jcм1 — момент інерції першої з'єднувальної муфти

(2.12)

Jр1 — момент інерції згідно з завданням (див. табл.1.1).

Jсм2 — момент інерції обертових мас другої з'єднувальної муфти:

(2.13)

Визначаємо приведений момент інерції другої муфти вала виробничого механізму

(2.14)

Час пуску двигуна при дії статичного моменту Мс1

(2.16)

де щ0 — швидкість розгону Визначається час пуску двигуна при статичному моменті Мс2

(2.17)

Визначаємо час гальмування двигуна при дії Мс1

(2.18)

Визначаємо час гальмування двигуна при дії Мс2

(2.19)

2.4 Перевірка двигуна по перевантажувальній здатності

Для цього визначаємо найбільший приведений до вала двигуна момент з наступних міркувань

(2.21)

(2.22)

(2.23)

(2.24)

Двигун проходить по перевантажувальній здатності якщо взятий найбільший момент із вище приведеного ряду вдовольняє умові:

;

Висновок: обраний двигун Д41 проходить по перевантажувальній здатності за умовою оскільки максимальний момент більше за найбільшій приведеній до вала двигуна момент.

2.5 Розрахунок та побудова механічної характеристики електродвигуна в різних режимах роботи Задачі:

— аналітично розрахувати механічну характеристику двигуна;

— побудувати механічну характеристику двигуна графічним та аналітичним методами;

— провести аналіз стійкості роботи системи електроприводу на підставі аналізу механічної характеристики двигуна та механізму.

Одним з найважливіших умов роботи електроприводу є визначення стійкості роботи ел. приводу при порушенні нормального режиму роботи.

Механічною характеристикою називається залежність швидкості обертання від величини статичного моменту на валу.

У електродвигунів розрізняють наступні види механічних характеристик.

Рисунок 2.2 — Види механічних характеристик електродвигунів, а — абсолютно жорстка мех. характеристика;

б, в — жорсткі мех. характеристики;

г — м’яка мех. характеристика.

Абсолютно жорстку характеристику мають СД, в яких будь-яка зміна навантаження М не призводить до змін швидкості.

Жорстку характеристику (б, в) АД та ДПС змішаного чи незалежного збудження. Для цих двигунів характерним є незначне зменшення швидкості зі збільшенням навантаження (двигун працює тільки на прямолінійній ділянці характеристики).

М’яка механічна характеристика (г) властива ДПС із послідовним збудженням. При будь-якій зміні навантаження швидкість обертання двигуна змінюється достатньо сильно. Таку характеристику бажано мати для транспортних та підйомних механізмів.

Механічна характеристика механізму головного підйому має вигляд (дивись рис. 2.2).

Рисунок 2.3 — Механічна характеристика грузопідйомного механізму Для аналізу стійкості порівняємо мех. характеристику ДПС незалежного збудження та характеристику приводу підйомного крана.

Рисунок 2.4 — Аналіз стійкості системи З характеристики видно, що привод працює стійко в точці (б), так як в цій точці дотримується рівновага моментів — статичного моменту опору Мс та обертового електромагнітного моменту М.

Припустимо, що по якимсь причинам швидкість обертання двигуна підвищилася до значення 1 при цьому момент навантаження не змінився, а обертовий момент двигуна знизився до значення М1. Надлишок статичного моменту двигуна почне гальмуватись та повернеться в точку стійкості роботи (б).

При зменшенні швидкості до значення 2 двигун починає збільшувати її за рахунок надлишкового обертового моменту М2 та двигун повертається в точку стійкості роботи (б). Висновок: ДПС незалежного збудження з точки зору стійкості підходить для приводу механізму підйомного крана.

Нижче приводиться аналітичний розрахунок та побудова механічної характеристики.

Номінальний момент двигуна обчислюємо за паспортним даними.

(2.25)

де — номінальна потужність двигуна, кВт;

— номінальна частота обертання, ;

— номінальна кутова швидкість, ;

(2.26)

Швидкість ідеального холостого ходу

(2.27)

де — номінальна напруга, В;

— магнітний потік, Вб;

Задаємося максимально припустимим моментом двигуна при пуску

(2.28)

Для задане числа щаблів пускового реостата знаходимо відношення пускового моменту до моменту перемикання:

(2.29)

де Ом — опір якірного ланцюга на першому щаблі пускового реостата;

 — опір якоря, що включає опір обмотки якоря, додаткових полюсів і щіток (Ом).

Величина знаходиться зі співвідношення

Вб (2.30)

Опір якоря визначається по формулі

Ом. (2.31)

Знаходимо момент перемикання

(2.32)

При цьому повинне дотримуватися умова:

Умова виконується, значить двигун споконвічно обраний вірно.

Розрахунок пускових опорів можна зробити аналітично за вираженням:

(2.33)

Знайдемо значення пускового струму до струму перемикання:

(2.34)

де .

Знайдемо значення опорів на відповідному щаблі:

Ом, (2.35)

аналогічно

Ом, (2.36)

Ом. (2.37)

За знайденим значенням опорів, , знаходять додаткові опори для кожної секції:

Ом; (2.38)

Ом; (2.39)

Ом. (2.40)

Рисунок 2.5 — Механічні характеристики двигуна постійного струму з шунтовою обмоткою збудження

2.6 Перевірка вибраного двигуна по нагріву Двигуни вибрані розрахунковим шляхом в обов’язковому порядку повинні бути перевірені по нагріву.

Допускається не перевіряти по нагріву двигуни тривалого режиму роботи з будь-якими видами навантаження — незмінна, змінна, різко змінна.

Це пояснюється тим, що двигун тривалого режиму роботи розраховується та вибирається по максимальному робочому моменту навантаження в той час, як двигуни повторно-короткочасного режиму роботи вибираються по еквівалентним значенням потужності моменту та струму.

Існують два метода перевірки: прямий та непрямий (косвений).

Прямий метод полягає в визначенні кількості тепла, виділеного в електричній машині при роботі та відданого в навколишню середу.

Цей метод дуже складний із-за великого об'єму різних матеріалів, які входять в електродвигун та які мають різні теплові характеристики.

На практиці частіше всього користуються непрямим методом, яки базується на визначенні повного еквівалентного значення моменту, струму чи потужності, які зрівнюються з аналогічними величинами приведеними до валу електродвигуна.

При визначенні еквівалентних величин необхідно враховувати всі динамічні моменти, виникаючі як при пуску так і при гальмуванні та регулюванні швидкості. В даному проекті регулювання швидкості при роботі не передбачається. Тому необхідно враховувати тільки пуск та гальмування.

Розрахунок повного еквівалентного моменту виконується на основі уточненої навантажувальної діаграми електродвигуна (дивись рисунок 2.6).

Динамічні моменти при розгоні та гальмуванні:

(2.41)

(2.42)

(2.43)

(2.44)

Час роботи двигуна при установленій швидкості у першому робочому режимі

с (2.45)

Час роботи двигуна при установленій швидкості у другому робочому режимі

с (2.46)

Рисунок 2.6 — Навантажувальна діаграма Визначаємо еквівалентний момент двигуна на робочій ділянці характеристиці

(2.47)

При вірно вибраному двигуні за потужністю повинна виконуватись умова

(2.48)

Висновок: умова не виконується оскільки 303,87? 218,4, отже рекомендується вибрати інший двигун двигун.

2.7 Вибір способу регулювання координат електродвигуна Ціль: вибір механізму та пристрою для регулювання процесів пуску, гальмування та швидкості обертання.

Задачі, як вирішуються даним питанням:

об'єкти регулювання в системах електроприводу;

вибір необхідних об'єктів регулювання згідно з завданням на проектування;

вибір пристроїв регулювання та описання блок-схем.

Під поняттям координат в електроприводі розуміють ті фізичні вели чини, які можуть стати об'єктами регулювання. До таких величин відносяться:

швидкість обертання електроприводу;

величини пускових моментів та струмів;

величини гальмівних моментів та струмів;

регулювання положень.

Основними об'єктами регулювання електроприводів є швидкість. Регулювання швидкості характеризується наступними показниками:

Діапазон регулювання — це відношення максимально можливої швидкості обертання до мінімального значення.

Стабільність швидкості характеризується величиною зміни швидкості при змінах навантаження на валу.

Плавність регулювання швидкості характеризується зміною швидкості обертання при переході з однієї механічної характеристики на іншу.

Напрямок регулювання — це регулювання вище чи нижче номінальної швидкості обертання.

Допустиме навантаження при регулюванні характеризує зміну теплового режиму двигуна при регулюванні швидкості.

Економічність регулювання характеризує співвідношенням капітальних затрат на пристрій регулювання та експлуатаційних витрат при обслуговуванні та ремонті системи регулювання.

Регулювання струму та моменту необхідне в основному при пуску та гальмуванні електродвигуна. При цьому виникає необхідність як збільшення струму та моменту при пуску, так і зменшення пускових струмів та моментів для двигунів більшості загально промислових механізмів. При гальмуванні практично використовують тільки зменшення величини струму при дії гальмівного моменту.

Регулювання положення електроприводу характеризується точкою шляху в якій виконується гальмування чи пуску електроприводу, це є приводи в основному підйомних та транспортних механізмів.

Висновок: для механізму циклічної дії передбачаємо регулювання швидкості, обмеження пускового струму, динамічне гальмування.

2.8 Вибір та описання перетворювачів для живлення електроприводу Найефективнішим регулюванням координат електроприводу в наш час є використання для двигунів постійного струму керованих випрямлячів, які працюють по системі тиристорний перетворювач — двигун (ТП-Д) з мікропроцесорним керуванням. Така система дозволяє за допомогою РІС-контролера автоматизувати практично всі можливі режими роботи електроприводу.

Основним типом перетворювачів найбільш поширеним в наш час є напівпровідникові статичні перетворювачі та в першу чергу тиристорні. Вони являють собою керовані чи некеровані випрямлячі, зібрані по нульовій чи мостовій однофазній чи трьохфазній схемі. Оскільки в даному проекті використовується електропривод з реверсивною схемою — є необхідністю розглянути принцип дії, структуру, особливості, недоліки та переваги даної схеми.

В таких керованих випрямлячах використовуються два основних типи керування комплектами вентилів: сумісне та роздільне.

Сумісне керування (див. рис. 2.7) передбачає подачу імпульсів от системи імпульсно-фазного керування тиристорами (СІФК) імпульсів керування Ua одночасно на вентилі обох комплектів — VS1, VS3, VS5, (катодна група) та VS2, VS4, VS6 (анодна група). При цьому за рахунок наявності кута зміщення між імпульсами керування двох комплектів, близького до, один з комплектів працює в випрямляючому режимі, а інший — в інверсному.

Роздільне керування використовується для повного виключення зрівняльних струмів між комплектами реверсивного ТП. Сутність його складається в тому, що імпульси керування подаються тільки на один з комплектів, котрий повинен проводити струм в даний момент. На другий комплект імпульси не подаються і він не працює, «зачинений» .

Рисунок 2.7 — Схема ТП з реверсивним керуванням з нульовим виводом Керування перетворювачем здійснюється за допомогою спеціального логічного перемикаючого пристрою (ЛПП). Цей пристрій веде контроль за струмом перетворювача, забезпечує в функції вхідного сигналу Uy вмикання в роботу та вимикання комплектів з невеликою затримкою в 10−15 мс. Як наслідок цього при переході ДПС з одного енергетичного режиму в інший поблизу осі швидкості має місце режим перервних струмів, що відображається в не лінійності характеристик ДПС.

До переваг розглянутої схеми відносяться: плавність та значний діапазон регулювання швидкості; висока жорсткість отриманих штучних характеристик; високий КПД електроприводу; безшумність в роботі; простота обслуговування та експлуатації.

Недоліки: перетворювач має односторонню провідність; для отримання характеристик у всіх чотирьох квадратах необхідно використовувати реверсивний двокомплектний перетворювач; напруга на якорі та струм мають пульсуючий характер, що погіршує умови роботи двигуна; для зниження пульсацій в більшості випадків використовують спеціальні реактори; з ростом діапазону регулювання швидкості знижується коефіцієнт потужності електроприводу; вентильний електропривод вносить спотворення в форму струму та напруги мережі живлення, що негативно впливає на роботу інших приймачів електроенергії; ТП мають низьку стійкість до перешкод та мають низьку перевантажувальну здатність Пол струму та напрузі.

Висновок: кінцево вибираємо для регулювання координат електроприводу керований випрямляч типу DCREG2.100 з мікропроцесорним керуванням з функціями автоматизованого пуску з обмеженням струму, регулюванням швидкості нижче основної та динамічним гальмуванням в функції часу, який має такі параметри:

2.9 Вибір та описання резервної РКС керування електроприводом електропривод двигун потужність релейний Ціль: вибір РКС керування ДПС з шунтовою обмоткою збудження.

Задачі:

— призначення РКС, основна їх апаратура;

— вибір існуючої РКС керування ДПС, яка вдовольняє умовам завдання.

Релейно-контактна апаратура, як правило реалізує розімкнену схему керування двигуном. В цих схемах не будуються зворотні зв’язки по координатам чи технічним параметрам, які приводяться в рух робочої машини чи виробничого механізму. Ці схеми відрізняються простотою своєї реалізації та широко використовуються в електроприводах, де не вимагається висока якість керування електроприводом в вчасності для виконання таких функцій, як пуск, реверс та гальмування.

Ці функції закладені в завданні.

Релейно-контактні схеми виконуються на базисі електричних апаратів ручного та дистанційного керування. До апаратів ручного керування належать кнопки та ключі керування, командоконтролери, рубильники, пакетні вимикачі та контролери. До апаратів дистанційного керування відносять контактори, магнітні пускачі, електромагнітні реле.

Для виконання РКС керування вибирається типова схема пуску двигуна в два ступені в функції ЕРС та динамічного гальмування.

Для пуску двигуна в «прямому» напрямку натискаємо кнопку SB1, котушка КМ1 замкне свої контакти КМ1.2 та КМ1.3 і підключить двигун до мережі живлення через пускові резистори Rпуск1 та Rпуск2. Двигун починає розгін по штучній механічній характеристиці. При досягненні двигуном визначеної швидкості, що супроводжується зменшенням падіння напруги, котушка КМ3 отримає достатній рівень напруги та замкне свій контакт КМ3.1, що відімкне резистор Rпуск1 та виведе двигун на іншу штучну механічну характеристику. При досягненні двигуном номінальної швидкості спрацює котушка КМ4 та відімкне резистор Rпуск2 та виведе двигун на натуральну механічну характеристику. Таким чином пуск двигуна завершиться. Крім того котушка КМ1 розімкне нормально замкнений контакт КМ1.6 для захисту від самопуску.

Для гальмування двигуна необхідно натиснути кнопку SB3 котушка КМ1 втратить живлення та відімкне двигун від мережі. Також вона розімкне свій контакт КМ1.5 в ланцюзі реле затримки КТ1, почнеться відлік часу, після чого реле часу замкне свій контакт КТ1.1 та підключить котушку КМ5 до мережі живлення. В свою чергу котушка КМ5 замкне свій контакт КМ5.1 та зашунтує двигун на резистор Rдин. Відбудеться динамічне гальмування.

Для реверсу слід натиснути кнопку SB2, котушка КМ2 замкне свої контакти КМ2.2 та КМ2.3 і підключить двигун до мережі живлення, але вже з іншою полярністю. Для гальмування необхідно знову натиснути кнопку SB3.

Схема представлена на рис. 2.8 — Схема пуску ДПС з реверсом та динамічним гальмуванням.

Рисунок 2.8 — Схема пуску ДПС з реверсом та динамічним гальмуванням