Объект проектирования: электропривод с двигателем постоянного тока.
1.1 Статическая нагрузочная диаграмма электропривода
Для построения статической нагрузочной диаграммы необходимо найти статические моменты на двигателе, мощности и время на переходах.
Определим время подъема и опускания груза (крюковой подвески):
Все необходимые промежутки времени определяются с помощью пакета Mathcad 8
Определим продолжительность цикла:
Продолжительность включения механизма в статике:
Определим статические моменты на валу электродвигателя при подъеме и опускании грузов (крюковой подвески):
Таким образом, статическая диаграмма будет состоять из следующих участков: подъем груза (tр1), остановка механизма на время (to1), опускание груза (tр2), остановка на время разгрузки (to2), подъем крюковой подвески (tр3), остановка механизма подъема на время перемещения крюковой подвески к месту загрузки (to3), опускание крюковой подвески (tр4), остановка механизма на время загрузки (to4).
Диаграмма представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 — Статическая нагрузочная диаграмма
1.2 Предварительный выбор электродвигателя по мощности и скорости
Мощность электродвигателя с ближайшей стандартной продолжительностью включения ПВст выбираем из условия подъема номинального груза по расчетной мощности:
Т.к. tц>10 мин, то выбирается двигатель со стандартной продолжительностью включения ПВ=100% по условию Рн*100%>=Ррасч
Номинальную частоту вращения двигателя определим из формулы:
Исходя из условий nн> nр и Рн*100%>=Ррасч выберем электродвигатель постоянного тока 4ПФ160S. Он обладает следующими параметрами:
-мощность 15 кВт;
-ток якоря 79.6 А;
-номинальная частота вращения 850 об/мин;
-максимальная частота 4000 об/мин;
-напряжение якоря 220 В;
-кпд 80.7%.
1.3 Динамическая нагрузочная диаграмма электропривода
Усовершенствование технологического процесса сборки задней подвески
... в процессе сборки задней подвески. Разбивка изделия на сборочные единицы - это основная работа при проектировании технологического процесса сборки. Базой задней подвески является мост. Относительно его ... В зависимости от конструкции направляющих элементов различают два типа подвески - независимая и зависимая. Зависимая подвеска объединяет колеса жесткой балкой, и образует так называемый мост ...
Определим динамический пусковой момент по формуле:
Где М1 и М2 — максимальный и минимальный пусковые моменты соответственно
Где ш — кратность пусковых моментов
Определим время подъема и опускания груза , для этого:
Момент инерции якоря
Момент инерции муфты с тормозным шкивом
Суммарный , приведенный момент инерции
Угловая скорость вращения вала двигателя
Время пуска привода для каждой операции
Для определения времени электрического торможения механизма подъема найдем суммарный приведенный момент инерции при торможении
Тормозные моменты
Где Kт — коэффициент запаса торможения.
Время торможения
Уточненное значение продолжительности включения
Число циклов в час
1.4 Проверочный расчет электродвигателя по нагреву
Определим эквивалентный момент по данным динамической нагрузочной диаграммы
Коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения двигателя при пусках и торможениях
Эквивалентная мощность, соответствующая моменту эквивалентному
Должно выполняться условие
Т.е. оно выполняется
1.5 Проверочный расчет электродвигателя по условиям пуска
1.6 Проверочный расчет электродвигателя по условиям допустимой перегрузки
2 Механические характеристики электропривода в рабочих режимах
2.1 Расчет и построение естественной и рабочей механических характеристик электропривода в двигательном режиме работы, определение величины сопротивления рабочей секции, статизма электропривода
Естественную характеристику электропривода построим по точкам с координатами и .
Номинальный момент
Необходимые для построения значения скоростей найдем как:
Скорость холостого хода
где
- Активное сопротивление обмотки якоря
Рабочую характеристику при рабочей скорости щр<щн строится по координатам щ=щ0, М=0; щ=щр, М=Мс1. Естественная и рабочая характеристики показаны на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 — Механические характеристики привода
Статизм определим из следующего соотношения:
дщ=(щ0-щн)*100%/щ0 дщ=7,172%
2.2 Определение максимально возможного диапазона регулирования скорости привода при реостатном способе регулирования и регулирования скорости изменением напряжения
При реостатном способе регулирования скорости, скорость меняется при изменении сопротивления якоря. Точность регулирования при этом очень низкая — Достаточно велики потери электрической энергии на сопротивлении. Диапазон изменения скорости при реостатном регулировании (графически): щ=щреост.min…щн=70.1…89
Скорость света и методы ее определения
... методы измерения скорости света земных источников. Первые попытки таких экспериментов были предприняты в начале XIX века. 1.3 Метод прерываний (метод Физо) Первый экспериментальный метод определения скорости света земных ... до момента "соединения" (точка Е 3 ), то промежуток времени между первым и последним затмениями будет на 1320 с больше вычисленного теоретически. Теоретический расчет периода ...
При регулировании скорости изменением напряжения получим следующий диапазон изменения скорости.
Минимально возможная скорость при регулировании напряжением:
тогда по построению
Напряжение, соответствующее минимальной скорости:
Максимально возможная скорость при регулировании напряжением:
Напряжение, соответствующее максимальной скорости:
Диапазон регулирования скорости: щ=щmin…щmax=0.042…96.25 при изменении напряжения U=Umin…Umax=15.865…220(B)
2.3 Определение необходимого статизма при увеличении диапазона регулирования до указанного в техническом задании с обоснованием способа снижения статизма и приведением необходимой структуры электропривода
Оптимальный статизм найдем как
2.4 Расчет и построение статической пусковой диаграммы электропривода
2.4.1 Определение количества пусковых ступеней и секций, величин их сопротивлений
Построим статическую пусковую диаграмму выхода на естественную характеристику, исходя из следующих соображений: aдоп=0.1(м/сІ), Vр=0.1(м/с)
Для подсчета ускорения воспользуемся формулой: где
Время разгона двигателя:
где
Количество пусковых ступеней найдем как
Так как выходим на естественную характеристику, то
больше
Получены следующие расчетные значения: количество пусковых ступеней — 1, суммарное время разгона сопротивление первой пусковой ступени
Сопротивление первой пусковой секции
Рисунок 2.2 — Статическая пусковая диаграмма
2.4.2 Определение плавности регулирования скорости при использовании пусковых сопротивлений в качестве регулировочных
2.4.3 Разработка силовой электрической схемы электропривода с учетом технологических условий работы механизма
Рисунок 2.5 — Силовая схема электропривода
Силовая схема содержит высокомоментный двигатель постоянного тока, рубильники (S1), реверсивный мост и пусковые ступени с реостатом для регулирования скорости (Rд).
2.5 Расчет и построение механических характеристик электропривода в тормозных режимах
2.5.1 Расчет и построение механической характеристики привода при силовом спуске пустой крюковой подвески в режиме рекуперативного торможения, определение величины сопротивления секции противовключения
Для рекуперативного торможения найдем тормозной момент:
ЕДС, генерируемая приводом:
Ток противовключения :
Сопротивление противовключения:
Рисунок2.4-Рекуперативное торможение
2.5.2 Расчет и построение механической характеристики при реверсе по току якоря, определение величины сопротивления секции противовключения
Сопротивление секции противовключения найдем как
Точки для построения характеристики: и Точки для построения реверсивной характеристики: и
Рисунок 2.6 — Тормозные характеристики
2.6 Выводы
При рассмотрении работы электродвигателя, приводящего в действие производственный механизм, необходимо, прежде всего, выявить соответствие механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма. Поэтому для правильного проектирования и экономичной эксплуатации электропривода необходимо изучать эти характеристики.
Асинхронные двигатели в системах электропривода
... Асинхронные двигатели в системах электропривода 1.1 Параметры задания и выбор варианта задания Вариант задания выбирается по ... переходных процессах и т. д. , находят широкое применение асинхронные двигатели с фазным ротором. Характерной особенностью этих двигателей ... график нагрузки, характеризующий длительный переменный режим работы электропривода (рисунок 1), можно привести к равномерному, ...
3 Электромеханические переходные процессы в электроприводе
3.1 Расчет и построение графиков переходных процессов
Так как процесс разгона двигателя происходит ступенчато (одна ступень), то имеем два переходных процесса. Для построения графиков переходных процессов найдем постоянные времени переходных процессов:
Тогда время переходных процессов найдем как:
График переходного процесса по скорости будет комбинацией графиков переходных процессов, происходящих при разгоне до скорости, на которой шунтируется пусковая секция и при разгоне до необходимой скорости:
Рисунок 3.1 — Переходный процесс
График переходного процесса по току будет комбинацией графиков переходных процессов, происходящих при разгоне до скорости, на которой шунтируется пусковая секция и при разгоне до необходимой скорости:
Рисунок 3.2 — Переходный процесс
3.2 Расчет и построение графиков переходных процессов и при переводе привода из положения «Вперед» в положение «Назад» для получения максимальной скорости возврата каретки
Перевод привода из положения «Вперед» в положение «Назад» осуществим поэтапно. Сначала затормозим двигатель противовключением, после чего осуществим его разгон в противоположную сторону до скорости , а затем — до скорости Разгон до каждой из скоростей будем осуществлять ступенчато, как показано в п.2.4, так как конечные скорости пропорциональны.
Переходный процесс при торможении противовключением.
Постоянная времени переходного процесса:
Время переходного процесса:
Переходный процесс по скорости будет описываться уравнением
Переходный процесс по току будет описываться уравнением
Переходные процессы при разгоне до скорости .
По скорости:
По току:
Переходные процессы при разгоне до скорости .
По скорости:
По току:
График переходного процесса по скорости получим комбинацией графиков переходных процессов на каждом участке.
Рисунок 3.3 — Переходный процесс
Рисунок 3.4 — Переходный процесс
3.3 Расчет и построение графиков переходных процессов
Постоянную времени переходных процессов определим как
Время переходного процесса определим
Переходные процессы по скорости:
Переходные процессы по току:
Рисунок 3.5 — Переходный процесс
Рисунок 3.6 — Переходный процесс
Путь при переходном процессе найдем из следующих соотношений:
где — число оборотов рабочего органа.
где — число оборотов двигателя.
Электромагнитные переходные процессы
... переходные процессы, соответствующие аварийным режимам. Электромагнитный переходный процесс Электромеханический переходный процесс 1.2 Короткие замыкания в электрических сетях Наиболее опасны в электроустановках режимы коротких замыканий. Замыкание ... разная коммутационная способность при трехфазных и однофазных КЗ, ... скорости в силу электромагнитной и электромеханической природы происходящих процессов. ...
где — угол поворота ротора двигателя за время переходного процесса.
Тогда
Следовательно,
3.4 Выводы
Изучение переходных режимов электропривода имеет большое практическое значение. Результаты их расчетов позволяют правильно определить мощность электродвигателей и аппаратуры, рассчитать систему управления и оценить влияние работы электропривода на производительность и качество работы производственных механизмов.
4 Разработка принципиальной электрической схемы электропривода
Согласно заданию на проектирование, разрабатываем электрическую схему электропривода с использованием бесконтактных элементов.
Силовая часть схемы включает в себя цепи пуска высокомоментного ДПТ в функции ЭДС, его реверса, торможения противовключением и динамического торможения в функции тока.
В работе электропривода можно выделить следующие логические функции и условия, согласно которым осуществляется работа привода.
Логические функции.
— если «1», то двигатель работает в режиме «вперед»;
— если «1», то двигатель работает в режиме «назад»;
— если «0», то включается первая рабочая скорость;
— если «0», то включается вторая рабочая скорость;
— если «1», то двигатель работает в режиме динамического торможения;
— если «1», то осуществлен пуск двигателя в функции ЭДС;
— если «0», то двигатель работает в режиме торможения противовключением.
Логические условия.
— если «1», то нажата кнопка SB1 («стоп»), иначе — кнопка SB1 отпущена;
— если «1», то нажата кнопка SB2 («пуск вперед»), иначе — кнопка SB2 отпущена;
— если «1», то нажата кнопка SB3 («пуск назад»), иначе — кнопка SB3 отпущена;
— если «1», то нажата кнопка SB4 («включение первой рабочей скорости»), иначе — кнопка SB4 отпущена;
— если «1», то нажата кнопка SB5 («возврат на номинальную скорость»), иначе — кнопка SB4 отпущена;
— если «1», то нажата кнопка SB6 («включение второй рабочей скорости»), иначе — кнопка SB6 отпущена;
— если «1», то нажата кнопка SB7 («возврат на первую рабочую скорость»), иначе — кнопка SB7 отпущена;
, — если «1», то в цепи якоря короткое замыкание, иначе — номинальный режим;
— если «1», то в цепи якоря перегрузка по току, иначе — номинальный режим;
— если «1», то в цепи якоря есть ток, иначе — тока нет;
— если «1», то в напряжение на якоре достигло порогового значения, при котором необходимо отключить пусковое сопротивление, иначе — напряжение меньше необходимого;
— если «1», то необходимо включить секцию противовключения для предотвращения броска тока, иначе такой необходимости нет;
Методы измерения ускорения и скорости. Физический принцип. Области ...
... устройств с функцией контроля скорости. 1.3 Датчики ускорения Как известно, перемещение объекта, его скорость и ускорение являются взаимосвязанными величинами, т.к. скорость и ускорение являются производными перемещения. С помощью простых электрических цепей преобразование ускорения в скорость и скорости в ...
— если «1», то закончилась временная выдержка, в течение которой МТЗ может считаться не сработавшей, иначе — МТЗ сработала.
Рисунок 4.1 — Функциональная схема силовой части привода
Работа схемы.
Силовая схема электропривода состоит из высокомоментного ДПТ (М), реверсивного транзисторного мостового коммутатора (VT1..VT4), бесконтактных переключателей (VT6, VT10, VT12, VT13 и VT18), бесконтактных датчиков тока (Rш1..Rш4) и напряжения (Rш1 и Rшп), а также компараторов тока и напряжения (DA4..DA9).
Исходное состояние — двигатель выключен.
Для пуска двигателя вперед, необходимо нажать кнопку SB2. При этом если не нажата кнопка «стоп» (SB1), есть напряжение на блоке питания схемы, не сработали реле короткого замыкания (Rш1 и Rш2) и не сработала максимальная токовая защита (Rш3) и временн а я задержка для того, чтобы схема не отключилась при кратковременном набросе тока, то двигатель начинает работать в режиме «вперед». Таким образом, можно записать следующее выражение:
Для пуска двигателя назад, необходимо нажать кнопку SB3. При этом если не нажата кнопка «стоп» (SB1), есть напряжение на блоке питания схемы, не сработали реле короткого замыкания (Rш1 и Rш2) и не сработала максимальная токовая защита (Rш3) и временн а я задержка для того, чтобы схема не отключилась при кратковременном набросе тока, то двигатель начинает работать в режиме «назад». Таким образом, можно записать следующее выражение:
Пуск в функции ЭДС осуществляется автоматически при включении двигателя вперед или назад и достижении напряжением якоря порогового значения, а так же при условии того, что в данный момент не производится торможение противовключением. Таким образом, можно записать следующее выражение:
Включение первой рабочей скорости (выключение переключателя VT12, поэтому для включения скорости) осуществляется, если нажата кнопка SB4 и не нажата кнопка SB5, и закончился пуск в функции ЭДС. Выражение для включения первой рабочей скорости: Для реализации этой функции прим е ним триггер RS-типа.
Включение второй рабочей скорости (выключение переключателя VT13, поэтому для включения скорости) осуществляется, если нажата кнопка SB6 и не нажата кнопка SB5, и включена первая скорость. Выражение для включения второй рабочей скорости: Для реализации этой функции прим е ним триггер RS-типа.
Динамическое торможение привода осуществляется, если нажата кнопка «стоп» (SB1), в цепи якоря протекает ток (Rш4) и не производится торможение противовключением. Выражение для включения цепи динамического торможения имеет вид:
Торможение противовключением осуществляется, если произошла смена направления движения (последовательно были нажаты кнопки «стоп» и «пуск» в одном из направлений) и сработало бесконтактное реле напряжения Rшп. Выражение для запуска торможения противовключением будет иметь вид:
Бесконтактные переключатели (VT1..VT4, VT6, VT10, VT12, VT13 и VT18) реализованы на транзисторах, работающих в ключевом режиме. Компараторы (DA4..DA9) реализованы на базе операционных усилителей, работающих в компараторном режиме, типа 140УД12.
В реализации схемы управления используется 4 элемента И (2 двух-, 1 трех- и 1 четырехвходовый), 3 элемента И-НЕ (2 двух- и 1 трехвходовый), 3 двухвходовых элемента ИЛИ , 1 элемент ИЛИ-НЕ и 4 асинхронных RS -триггера, а также, для получения сигнала (временна я задержка сигнала ), — RC -цепочка.
Порядок работы системы. Упражнение: включение системы
... температуру; скорость; давление; влажность. Последний параметр не учитывается, если в автоматизированной системе вентиляции дополнительно подключается ... и их защите от замерзания. Это осуществляется за счёт изменения температуры ... кнопкой «ПУСК»/«СТОП» или по управляющим сигналам контроллера; защита воздухонагревателей от перегрева. В данном щите управления предусмотрены регуляторы скорости ...
Для реализации логики используем микросхемы серии К155.
