Вибір та розрахунок параметрів електродвигуна

1. Короткий опис технологічного обладнання Кінематична схема:

До циклу роботи входять наступні операції:

1) навантаження візка;

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

3) розвантаження візка;

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

2. Вибір двигуна

2.1 Розрахунок статичних потужностей механізму в сталих режимах Силу тертя знайдемо за формулою:

де — складова сили ваги, що перпендикулярна траєкторії руху;

— радіус колеса візка;

— радіус цапфи 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

2.2 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

2.3 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:

м

— 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

2.4 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:

г) гальмування при підйомі:

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

3.1 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:

Обираємо реактор марки ФРОС — 250/0.5УЗ з параметрами:

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:

8. Застосування асинхронного двигуна з фазним ротором 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:

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

2. 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.

3. 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.

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