ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕХАНИЗМА

Министерство образования РФ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электротехнический институт
Направление 551300 - Электротехника, электромеханика и электротехнологии
Кафедра электропривода и электрооборудования
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕХАНИЗМА
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
«Электрический привод»
ФЮРА .000000.000.ПЗ
Студент гр. 7А05
______________ А. В. Барсуков
подпись
______________
дата
Руководитель
______________ Р. Ф. Бекишев
подпись
______________
дата
Томск – 2003
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ
1.1 Построение диаграмм скорости и нагрузки производственного
механизма
1.2 Определение продолжительности включения двигателя
1.3 Определение среднеквадратичного значения мощности за время
работы на основании тахограммы и нагрузочной диаграммы
1.4 Выбор двигателя
1.5 Определение передаточного отношения редуктора
2 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
2.1 Расчёт и построение естественной механической характеристики
s=f(M)
2.2 Расчет электромеханических характеристик s=f(IР́) и s=f(IC)
3 ВЫБОР СПОСОБОВ ПУСКА, РЕГУЛИРОВАНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ
В ПРЕДЕЛАХ ЦИКЛА
3.1 Определение добавочного сопротивления для пусковой
характеристики
3.2 Определение добавочных сопротивлений для регулировочных
характеристик
3.3 Расчет механических и электромеханических пусковых и
регулировочных характеристик
3.4 Определение продолжительностей включения
3.5 Выбор ящика сопротивлений
4 РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ В РЕЖИМЕ
ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ
4.1 Определение эквивалентного тока статора
4.2 Определение величины сопротивления намагничивания x0 для
различных значений тока намагничивания i0
4.3 Определение значения скольжения s, соответствующие значению
тока намагничивания i0
4.4 Определение приведённого тока ротора IР́, соответствующего
найденным значениям скольжения
4.5 Расчет механической характеристики двигателя s=f(M) в режиме
динамического торможения для соответствующих значений s и IṔ
5 РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ n=f(t), M=f(t) ЗА ЦИКЛ
РАБОТЫ
6 ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
с.
4
5
5
6
6
7
8
9
9
10
12
12
13
13
17
17
20
20
21
21
22
22
24
29
31
32
3
ВВЕДЕНИЕ
Электрическим приводом называется электромеханическое устройство,
предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и
управления их технологическими процессами, состоящее из передаточного,
электродвигательного, преобразовательного и управляющего устройств.
Электропривод является преобразователем электрической энергии в
механическую. Кроме функции преобразования энергии, на электропривод
возлагается важная функция управления технологическим процессом
приводимого в движение механизма. Электропривод органически сливается с
приводимым в движение исполнительным механизмом в единую
электромеханическую систему, от физических свойств которой зависят
производительность,
динамические
нагрузки,
точность
выполнения
технологических операций и ряд других очень важных факторов. Открываются
широкие возможности для формирования путем воздействия на систему
управления электроприводом заданных законов движения рабочих органов
машин,
осуществления
связанного
автоматического
управления
взаимодействующими в технологическом процессе механизмами, оптимизации
их работы по тем или иным критериям.
В
данном
курсовом
проекте
спроектирован
электропривод
производственного механизма, предположительно грузоподъемного, на базе
асинхронного двигателя с фазным ротором, удовлетворяющий заданным
параметрам и режимам работы. В качестве передаточного устройства
используется редуктор, а в качестве управляющего используется
командоаппарат.
4
1 ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ
1.1 Построение диаграмм скорости и нагрузки производственного механизма
Данные для построения:
n1=-40 об/мин – частота вращения на 1 рабочей ступени;
t1=30с – время работы на 1 ступени;
n2=220 об/мин – частота вращения на 2 ступени;
t2=40с – время работы на 2 ступени;
t0=100с – время паузы;
Нагрузка имеет реактивный характер, т. е. меняет свой знак при изменении
направления вращения машины;
Ммех.=1500 Нм – момент нагрузки (механизма) на валу двигателя;
ηперед.=0,97 – коэффициент полезного действия передачи;
Јмех.=60 кгм2 – момент инерции механизма.
Рисунок 1– Диаграмма скорости производственного механизма
5
Рисунок 2– Нагрузочная диаграмма производственного механизма
1.2 Определение продолжительности включения двигателя
ПВ расч 
tР
70
 100% 
 100%  41,2% ,
tЦ
170
где tР- время работы, tЦ- время цикла;
Выбираем стандартное значение продолжительности включения
ПВКАТ=60%
1.3 Определение среднеквадратичного значения мощности за время работы на
основании тахограммы и нагрузочной диаграммы
m
РЭ 
(
i 1
Pi ω Н 2
)  t Pi
ω Рi
m
β
i 1
i
 t Pi
,
где m- число рабочих участков в цикле, tРi- продолжительность i-того участка
работы, ωН- номинальная угловая скорость, βi- коэффициент ухудшения
теплоотдачи, ωРi- угловая скорость на i-том участке работы.
Определим значения угловых скоростей по ступеням
1 
2    n1 2  3,14  (40)

 4,19 рад/с,
60
60
2 
2    n2 2  3,14  220

 23,04 рад/с;
60
60
Определяем мощности на каждой ступени
Р1  М МЕХ  1  10 3  1500  4,19  10 3  6,285 кВт,
Р 2  М МЕХ   2  10 3  1500  23,04  10 3  34,56 кВт;
6
Определяем коэффициенты ухудшения теплоотдачи по ступеням по формуле
 i   0  (1   0 ) 
 Pi
,
H
где β0- коэффициент ухудшения теплоотдачи при подвижном роторе,
принимаемый для двигателей закрытого исполнения без принудительного
охлаждения β0=(0,95-0,98)
Принимаем β0=0,96
4,19
 0,95 ,
23,04
23,04
 2  0,96  (1  0,96) 
 1;
23,04
 1  0,96  (1  0,96) 
Среднеквадратичное значение мощности
(
РЭ 
6,285  23,04 2
34,56  23,04 2
)  30  (
)  40
4,19
23,04
 34,91 кВт;
0,95  30  1  40
Делаем перерасчёт среднеквадратичной
продолжительность включения
мощности
на
стандартную
ПВ РАСЧ
41,2

РЭ  РЭ 
 34,91 
 28,92 кВт;
ПВ КАТ
60
Определяем расчётную мощность двигателя
 К
Р РАСЧ  Р Э  З ,
МЕХ
где КЗ=(1,1-1,2)- коэффициент запаса
Принимаем КЗ=1,15
Р РАСЧ  28,92 
1,15
 34,29 кВт;
0,97
1.4 Выбор двигателя
По полученной расчётной мощности с учётом номинальной скорости выбираем
электродвигатель металлургический асинхронный с фазным ротором типа МТМ,
380 В, 50 Гц, ПВ=60% , параметры двигателя представлены в таблице 1
Таблица 1
Тип
МТМ112-6
РН, кВт
38
nН, об/мин
577
ММ/МН
3,0
cosφН
0,75
cosφХХ
0,07
rС, Ом
0,119
xС, Ом
0,222
ЕРН, В
172
IРН,А
138
Продолжение табл. 1
IСН,А
90
IСХ,А
57
7
Окончание табл. 1
rР, Ом
xР, Ом
Коэффициент
трансформации напряжения
ke (kr= ke2)
Момент
инерции
ротора J, кгм2
Масса
двигателя
Q, кг
0,0255
0,0463
2,085
4,25
860
1.5 Определение передаточного отношения редуктора
iР 
 НДВ
,
 max
2    n НОМ 2  3,14  577

 60,42 рад/с,
60
60
60,42
iР 
 2,62 ;
23,04
 НДВ 
Принимаем значение передаточного числа из стандартного ряда
iР=2,5
8
2 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
2.1 Расчёт и построение естественной механической характеристики s=f(M)
Определим скорости вращения двигателя по ступеням
n СТ1  n 1  i Р  40  2,5  100 об/мин,
n СТ2  n 2  i Р  220  2,5  550 об/мин,
Определение момента нагрузки на валу двигателя в двигательном и
генераторном режимах
М СТ1 
М МЕХ
1500

 618,56 Нм- в двигательном режиме
i Р  η МЕХ 2,5  0,97
М СТ1  М СТ2  618,56 Нм- в генераторном режиме
Определяем приведённые сопротивления

2
R Р  R Р  k Е  0,0255  2,085 2  0,111 Ом,

2
x Р  x Р  k Е  0,0463  2,085 2  0,201 Ом,

x К  x С  x Р  0,222  0,201  0,423 Ом;
Определяем синхронную скорость
60  f C 60  50

 600 об/мин,
p
5
n
600
ω0  0 
 62,827 рад/с;
9,55 9,55
n0 
Определяем критический момент двигателя в двигательном режиме
М КР 
3  U 1Ф
3  220 2
2
2   0  (R C  R C  x К )
2
2

2  62,827  (0,119  0,119 2  0,423 2 )
 2068,33 Нм;
Определяем номинальный момент двигателя
М КР
М
2068
 3  М Н  КР 
 689,44 Нм;
МН
3
3
Определяем наибольший пусковой момент двигателя
М1  0,85  М КР  0,85  2068  1758 Нм;
Определяем момент переключения
М 2  1,2  М Н  1,2  689,44  827,3 Нм;
Определяем критическое скольжение в двигательном режиме
s КР 
RP

RC  xК
2
2

0,111
0,119 2  0,423 2
 0,2521 ;
Определяем номинальное скольжение
9
n 0  n ДВН
sН 
n0

600  577
 0,0383 ;
600
Определяем скольжения по ступеням
600  100
 0,83
600
600  582

 0,03
600
s CТТ 
s CТТ
Рассчитываем естественную механическую характеристику s=f(M)
2q
,
М  М КР 
s КР
s

q
s КР
s
где q=
RC
0,119
 2  s КР 
 2  0,2521  0,54

0
,
111
RP
Задаёмся скольжением от 0 до 1 и строим естественную характеристику s=f(M),
результаты сведены в таблице 2
Таблица 2
М, 0
Нм
s
0
1520
2025
2044
1906
1735
1573
1429
1304
1197
1104
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Рисунок 3– Естественная механическая характеристика двигателя s=f(M)
2.2 Расчет электромеханических характеристик s=f(IР́) и s=f(IC)

IР 
U1Ф
, I C  I СХХ  (I P )  (1  2   ) ,
2
2


R  RP   x 2
K
 C
s 


где α=(0,11  0,13), принимаем α=0,12
2
10
Результаты сведены в таблице 3
Таблица 3
s
IṔ, А
IC, А
0
0
57
0,1
169
197
0,2
277
313
0,3
340
383
0,4
379
426
0,5
405
454
0,6
422
474
0,7
435
487
0,8
444
498
0,9
451
506
1
457
512
Рисунок 4– Естественная электромеханическая характеристика s=f(IР́)
Рисунок 5– Естественная электромеханическая характеристика s=f(IC)
11
3 ВЫБОР СПОСОБОВ ПУСКА, РЕГУЛИРОВАНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В
ПРЕДЕЛАХ ЦИКЛА
Наличие контактных колец у двигателей с фазным ротором позволяет
подключить к обмотке ротора пусковой реостат. При этом активное
сопротивление цепи ротора увеличивается, и возрастает пусковой момент,
пусковой ток уменьшается.
Регулирование скорости двигателя также будем осуществлять изменением
активного сопротивления в цепи ротора. Наряду с плавностью регулирования в
широких пределах этот способ обеспечивает двигателю улучшение пусковых
свойств. Для остановки двигателя используем динамическое торможение.
3.1 Определение добавочного сопротивления для пусковой характеристики
М1 
М КР  (2  q)
М КР  (2  q)
М  s  s  (2  q)
,
 2
 2 КР 2 КР
2
s КР
s
s

s

q

s

s
s

s

q

s

s
КР
КР
КР
КР

q
s КР
s
s  s КР
2
М1  (s 2  s КР  q  s  s КР )  M КР  s  s КР  (2  q) ,
М  s  s КР  (2  q)
2
s 2  s КР  q  s  s КР  КР
M1
Так как скольжение при пуске равно 1, получаем
М  s  (2  q)
2
,
1  s КР  q  s КР  КР КР
M1

М  (2  q) 
2
  1  0
s КР  s КР   q  КР
M1


В результате решения квадратного уравнения получаем два корня
s КР1  1,93;
s КР2  0,52
Принимаем s КР1  1,93 (наибольшее значение из двух корней)
Определяем добавочное сопротивление для пусковой характеристики
s КР1 
R P  R Р.П.ДОБ
RC  xК
2
2

2
2
R P.П.П.Д  s КР1  R C  x К  R Р  1,93  0,119 2  0,423 2  0,111  0,738 Ом,
R Р.П.ДОБ
0,737
R Р.П.ДОБ 

 0,17 Ом.
2
k e
2,085 2
12
3.2 Определение добавочных сопротивлений для регулировочных характеристик

М  (2  q) 
2
  sСТi 2  0
s КР  s КР  sСТi   q  КР
M CТТ


На первой ступени
2068  (2  0,54) 

2
s КР  s КР  0,83   0,54 
  0,83 2  0
618,56


s КР1  6,52; s КР2  0,11
Принимаем s КР1  6,52
Определяем добавочное сопротивление на первой ступени
R СТ1  s КР1  R C  x К  R Р  6,52  0,119 2  0,423 2  0,111  2,76 Ом,
2
R СТ1 
2
R СТ1
2,76

 0,63 Ом.
2
k e
2,085 2
На второй ступени
2068  (2  0,54) 

2
s КР  s КР  0,08   0,54 
  0,08 2  0
618,56


s КР1  0,652;
s КР2  0,011
Принимаем s КР1  0,652
Определяем добавочное сопротивление на второй ступени
R СТ2  s КР1  R C  x К  R Р  0,652  0,12 2  0,42 2  0,11  0,18 Ом,
2
R СТ2 
2
R СТ2
0,18

 0,0405 Ом.
2
k e
2,085 2
3.3 Расчет механических и электромеханических пусковых и регулировочных
характеристик
2q
2  0,54
,
 2068 
s КР
s
1,93
s

 0,54

q
1,96
s
s КР
s
RC
0,12
 2  s КР 
 2  1,93  0,54 ;
где q=
R P  R P.П.П.Д
0,11  0,74
2q
2  0,54
,
М CT1  М КР 
 2068 
s КР1
s
6,52
s

 0,54

q
6,52
s
s КР1
s
RC
0,12
где q=
 2  s КР1 
 2  6,52  0,54 ;
R P  R CT1
0,11  2,76
М ПУСК,  М КР 
13
2q
2  0,54
,
 266,48 
s КР2
s
0,65
s

 0,54

q
0,65
s
s КР2
s
RC
0,12
где q=
 2  s КР1 
 2  0,65  0,54 ;
R P  R CT1
0,11  0,18
М CT2  М КР 
Построим механические пусковые и регулировочные характеристики по данным
таблиц 4 (Рис. 6)
Таблица 4
s
0
Мст1, -1279
Нм
Мст2, 0
Нм
0,1
-1232
0,2
-1183
0,3
-1133
0,4
-1081
0,5
-1027
728
1279
1655
1887
2012
0,6
-971
2063
0,7
-913
2064
0,8
-853
2035
0,9
-792
1987
1
-728
1928
Окончание табл. 4
s
Мст1,
Нм
Мст2,
Нм
1,2
-596
1,4
-457
1,6
-311
1,8
-158
2
0
1797
1667
1545
1435
1336
Рисунок 6– Механические характеристики s=f(M)
При S=1
М ПУСК,  М КР 
2q
2  0,54
 2068 
 1758 Нм;
s КР
1
2,068
s

 0,54

q
2,068
1
s КР
s
Так как пусковой момент на первой рабочей характеристике меньше момента
пускового на пусковой характеристике, но больше момента нагрузки на валу
двигателя то, можно сделать вывод, что пусковая характеристика не нужна, т. е.
двигатель сразу же начнёт работать на первой регулировочной характеристике.
Рассчитываем электромеханические регулировочные характеристики
14

I РСТ1 
U 1Ф



 R  R P  R СТ1   x 2
K
 C

s


2

I РСТ2 
U1Ф



 R  R P  R СТ2   x 2
K
 C

s


2
220

0,111  2,758 

2
 0,119 
  0,423
s


2
,
2
I CCT2  I СХХ  (I PCT2 )  (1  2   )
2
Таблица 5
s
ÍРСТ1,
А
ÍРСТ2,
А
0
0
0,1
7,64
0,2
15,21
0,3
22,7
0,4
30,13
0,5
37,47
0,6
44,73
0,7
51,91
0,8
59
0,9
66
1
72,91
0
72,91 136,66 190,4 234,76 271,01 300,59 324,81 344,75 361,31 375,17
Окончание табл. 5
s
ÍРСТ1,
А
ÍРСТ2,
А
1,2
86,45
1,4
99,6
1,6
1,8
2
112,36 124,71 136,66
396,83 412,77 424,86 434,27 441,75
По данным табл.5 строим электромеханические характеристики S=f(Iр),(Рис.7)
Рисунок 7– Электромеханические характеристики s=f(IР́)
2
2
I С.СТ1  I СХХ  (I РСТ1 )  (1  2   )  57 2  (IPCT1 ) 2  (1  2  0,12) ;
2
I CCT2  I СХХ  (I PCT2 )  (1  2   )  57 2  (IPCT2 ) 2  (1  2  0,12) ;
2
15
Таблица 6
s
IССТ1,
А
IССТ2,
А
0
57
0,1
58
0,2
59
0,3
62
0,4
66
0,5
71
0,6
76
0,7
81
0,8
87
0,9
93
1
99
57
99
163
220
268
307
340
366
388
406
422
Окончание табл. 6
s
IССТ1,
А
IССТ2,
А
1,2
112
1,4
125
1,6
137
1,8
150
2
163
446
463
477
487
495
По данным табл.6 строим электромеханические характеристики S=f(Iс),(Рис.8)
Рисунок 8– Электромеханические характеристики s=f(IС)
Определяем токи ротора на соответствующей ступени по выражению
U1Ф
IРСТi 
,
2

R   R РСТi 
2
 R C  P
  x K
s CTi


I РСТ1 
I РСТ2 
220
2
 61,35А,
0,111  2,758 

 0,119 
  0,423 2
0,833


220
2
 61,35 А,
0,111  0,176 

 0,119 
  0,423 2
0,083


Действительные токи по ступеням
I РСТ1  IРСТ1  k e  61,35  2,085  127,91 А,
I РСТ2  IРСТ2  k e  61,35  2,085  127,91 А.
16
3.4 Определение продолжительностей включения
ПВ i 
ti
100%
tЦ
Сопротивление R СТ2 работает постоянно, а сопротивление R СТ1 только на первой
ступени. Сопротивления включены последовательно, следовательно
R СТ1  RСТ1-RСТ2=0,63-0,04=0,59 Ом,
Определяем продолжительности включения для ступеней
ПВ1 
t Р1  t р 2
 100% 
70
 100%  61,18%,
170
t Р1  t Р2  t П
t Р2
40
ПВ 2 
 100% 
 100%  25,53%.
t Р1  t Р2  t П
170
Определяем расчётные токи, средние за время работы
I расч ст2 
I расч ст1 
I 2 ст 2  t р2
t р2

127,912  40
 127,91 А;
40
I 2 СТ1  t Р1  I 2 СТ2  t Р2
127,912  30  127,912  40

 127,91 А.
t Р1  t Р2
70
Определяем каталожный ток для каждой ступени
I КАТ1  I РАСЧ.СТ1
ПВ РАСЧ.СТ1
41,2
 127,91 
 105,96 А;
ПВ КАТ
60
I КАТ2  I РАСЧ.СТ2
ПВ РАСЧ.СТ2
41,2
 127,91 
 80,1 А.
ПВ КАТ
60
3.5 Выбор ящика сопротивлений
Выбираем ящик сопротивлений для каждой ступени по наибольшему току,
удовлетворяющему условию Iдоп>Iкат.расч. и зная требуемые значения R СТ1 и RСТ2
определяем реальные значения требуемых сопротивлений
R СТi  n  R ЭЛ.ЯЩИКА , Ом ,
где n– число элементарных элементов ящика
Выбираем ящик сопротивлений с параметрами, приведёнными в таблице 7
Таблица 7
№ ящика
14
Продолжительный ток
(превышение
температуры
2700С), А
128
Сопротивление элемента,
Ом
Число
элементов
в ящике
Сопротивление ящика
Постоянная
времени
нагрева Т,
с
0,014
20
0,28
555
17
Окончание табл. 7
Тип ящика
ЯС-100
Форма элемента
НС-400
Масса элемента, кг
28,6
Ящик резисторов с чугунными элементами
На первой ступени: RCТ1=0,6335 Ом
На второй ступени: RCТ2=0,042 Ом
Делаем пересчёт механических и электромеханических s=f(IР́)
характеристик двигателя для полученных значений сопротивлений
s=f(IС)
Таблица 8
Мст1,
Нм
Мст2,
Нм
s
-1280
-1233
-1185
-1134
-1082
-1028
-972
-914
-854
-792
-729
0
714
1258
1635
1871
2002
2059
2066
2042
1998
1942
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Окончание табл. 8
-597
1815
1,2
-457
1687
1,4
-311
1566
1,6
-159
1456
1,8
0
1358
2
Рисунок 9– Механические характеристики s=f(M)
18
Таблица 9
ÍРСТ1,
А
ÍРСТ2,
А
s
0
7,65
30,16
37,52
44,79
59,07
66,08
73
0
71,37 134,01 187,08 231,12
267,3
269,94 321,31 341,44
358,2
372,26
0,9
1
93,08
99,28
0
0,1
15,23
0,2
22,73
0,3
0,4
0,5
0,6
51,97
0,7
0,8
Рисунок 10– Электромеханические характеристики s=f(IР́)
Таблица 10
IССТ1,
А
IССТ2,
А
s
57
57,63
59,47
62,37
66,16
70,67
75,74
81,23
87,04
57
97,8
159,74 215,98
263,6
303,06 335,54
362,3
384,46 402,92 418,43
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Рисунок 11– Электромеханические характеристики s=f(IС)
19
4
РАСЧЕТ
МЕХАНИЧЕСКОЙ
ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
В
РЕЖИМЕ
После выполнения двух рабочих циклов двигатель необходимо затормозить до
нулевой скорости. Принимаем вид торможения – динамическое. Выполним
точный (с учётом кривой намагничивания) расчёт характеристики
динамического торможения.
Универсальная кривая намагничивания для асинхронных двигателей с фазным
ротором типа МТ и с короткозамкнутым ротором типа МТК представлена в
таблице 11
Таблица 11
i0 =
I С.ХХ
eC 
I СН
EC
ECH
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
0,132 0,27 0,4 0,52 0,64 0,75 0,83 0,895 0,96
1
1,03 1,07 1,1 1,12
Окончание табл. 11
i0 =
I С.ХХ
eC 
I СН
EC
ECH
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
1,14
1,16
1,19
1,2
1,21
1,22
e0 1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
5
10
15
20
25
i0
Рисунок 12– Кривая намагничивания e0=f(i0)
4.1 Определение эквивалентного тока статора
I C  0,816  I П , А ,
где IП– постоянный ток статора при динамическом торможении, величина
которого выбирается из условия IП=(2–3)IС.ХХ;
20
0,186– коэффициент эквивалентности по м.д.с. постоянного тока возбуждения
линейному трёхфазному току статора
Принимаем I П  2  I С.ХХ  2,5  57  114 А
I C  0,816  114  93,02 А ;
4.2 Определение величины сопротивления намагничивания x0 для различных
значений тока намагничивания i0
E PH
E C  E P 
3
 ke 
172
3
 2,085  207,05 В ;
E
e E
EP
 C  0 C
I C.Х.
I C.Х. i 0  I С.ХХ
Полученные значения запишем в табл. 12
x0 
Таблица 12
i0
x0, Ом
0,1
4,79
0,2
4,36
0,3
4,84
0,4
4,72
0,5
4,65
0,6
4,54
0,7
4,31
0,8
4,06
0,9
3,87
1,0
3,63
1,3
3,07
1,4
2,91
1,5
2,76
1,6
2,63
1,7
2,54
1,8
2,42
1,9
2,31
2,0
2,22
Окончание табл. 12
i0
x0, Ом
1,1
3,4
1,2
3,24
Величина RДТ определяется из соотношения
R ДТ  (0,2  0,5)  R Н ,
где
RН 
Е РН
3  I РН

172
3  138
 0,72 Ом,
R ДТ  0,33  0,72  0,24 Ом,
R ДТ  R ДТ  k e  0,24  2,085 2  1,03 Ом;
2
4.3 Определение значения скольжения s, соответствующие значению тока
намагничивания i0
2
 IC 

 1
i 0  I C.XX 

s  R ДТ 
2
 IC 
2
  (x p ) 2
(x p  x 0 )  
 i 0  I C.XX 
Значения s, полученные при отрицательном значении подкоренного выражения,
отбрасываются и в дальнейших расчётах не участвуют.
Полученные значения заносим в табл. 13
21
Таблица 13
i0ICXX,
А
s
5,7
11,4
17,1
22,8
28,5
34,2
39,9
45,6
51,3
57
5,24
2,13
1,22
0,92
0,73
0,61
0,53
0,48
0,43,
039
Окончание табл. 13
i0ICXX, А
s
62,7
0,36
68,4
0,31
74,1
0,27
79,8
0,23
85,5
0,17
91,2
0,09
96,9
0
4.4 Определение приведённого тока ротора IР́, соответствующего найденным
значениям скольжения
IC  x 0
IР 
,А
2

R
 ДТ 

  (x Р  x 0 ) 2
 s 
Полученные значения заносим в табл. 14
Таблица 14
s
IṔ, А
5,24
89,21
2,19
88,45
1,22
88,09
0,92
86,98
0,73
85,59
0,61
83,84
0,53
81,66
0,48
79,07
0,43
76,07
0,39
72,52
Окончание табл. 14
s
IṔ, А
0,36
68,35
0,31
63,37
0,27
57,26
0,23
49,45
0,17
38,64
0,09
19,78
0
0
4.5 Расчет механической характеристики двигателя s=f(M) в режиме
динамического торможения для соответствующих значений s и IṔ
М
3  (IP ) 2  R ДТ
, Нм
ω0  s
Полученные значения заносим в табл. 15
Таблица 15
s
М, Нм
-4,24
-74,9
-1,19
-176,17
-0,22
-312,6
0,08
-406
0,27
-495
0,39
-571
0,47
-616,6
0,52
-644,9
0,57
-667,6
0,61
-665
Окончание табл. 14
s
М, Нм
0,64
-649
0,69
-629
0,73
-590
0,77
-525
0,83
-424
0,91
-225
1
0
По данным табл. 15 строим механическую характеристику двигателя М=f(s) для
режима динамического торможения (Рис. 13)
22
Рисунок 13– Механическая характеристика динамического торможения
23
5 РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ n=f(t), M=f(t) ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ
Характер механических переходных процессов определяется решением
дифференциального уравнения движения электропривода
dω
dω
.
М  МС  JΣ 
или М ДИН  J Σ
dt
dt
Суммарный момент инерции J∑ определяется по выражению
1
J Σ  δ  J ДВ  J МЕХ  2 ,
iP
где   (1,1  1,3) – коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора;
JДВ– момент инерции двигателя, кгм2;
JМЕХ– момент инерции механизма, кгм2;
iР– передаточное число редуктора.
Принимаем   1,2
J Σ  1,2  4,25  60 
1
 14,7 кг  м 2 ;
2
2,5
Строим механические характеристики электродвигателя
производственного механизма МС=f(ω) (Рис. 14)
МДВ=f(ω)
и
Рис. 14 Механические характеристики двигателя
Графически находим разность МДВ(ω)–МС(ω)=МДИН(ω).
Механическую характеристику заменяем ступенчатой с участками
М
 М ДИН.МИН.i
М ДИН.СР.i  ДИН.МАКС.i
, где МДИН.МАКС.i и МДИН.МИН.i соответственно
2
максимальное и минимальное значение динамического момента на i участке.
24
Определяем время переходного процесса, которое требуется для достижения
скорости ni=nнач.i+Δni на каждом участке
Δn i
Δt i  J Σ 
;
9,55  М ДИН.СР.i
Полученные на отдельных участках значения времени суммируем для
определения полного времени переходного процесса
n
t   Δt i ,
i 1
где n– число участков;
По графику электромеханической характеристики IC=f(ω) определяем значение
тока IC, соответствующее значению скорости каждого участка.
Результаты представляем в виде таблиц 16–19
Таблица 16– Участок А–Б
Δn, об/мин
n, об/мин
МДВ, Нм
МДИН.СР,Нм
Δt, с
Δt снакоп., с
t, с
s
IṔ, А
IC, А
25
25
-703,11
-97,49
0,39
25
50
-676,94
-71,47
0,54
0,93
25
75
-650
-54,16
0,85
1,78
25
100
-618,56
-15,96
2,53
4,31
0,92
67,47
94,31
0,88
64,69
91,86
0,83
61,19
88,83
25
75
1892,43
1261,15
0,03
0,06
25
50
1917,4
1286,36
0,03
0,09
25
25
1941,67
1310,98
0,03
0,12
1,08
377,25
423,94
1,04
372,26
418,43
4,31
0,96
70,24
96,79
Таблица 17– Участок В–Г
Δn, об/мин
n, об/мин
МДВ, Нм
МДИН.СР,Нм
Δt, с
Δt снакоп., с
t, с
s
IṔ, А
IC, А
25
100
1866,98
1232,31
0,03
0,12
1,17
386,31
433,93
1,12
381,92
429,1
Таблица 18– Участок Г–Д
Δn, об/мин
n, об/мин
МДВ, Нм
МДИН.СР,Нм
Δt, с
Δt снакоп., с
t, с
s
IṔ, А
IC, А
27,5
27,5
1968
1336
0,032
27,5
55
1993
1362
0,031
0,063
27,5
82,5
2016
1386
0,031
0,094
27,5
110
2036
1407
0,03
0,124
0,954
366
412
0,908
359
404
0,862
352
396
0,816
344
388
27,5
27,5
137,5
165
2052
2063
1425
1439
0,03
0,029
0,154 0,183
1,131
0,77
0,724
336
326
378
368
27,5
192,5
2068
1447
0,029
0,212
27,5
220
2066
1448
0,029
0,241
27,5
247,5
2055
1442
0,029
0,27
27,5
275
2032
1425
0,03
0,3
0,678
316
357
0,632
305
345
0,586
293
331
0,54
280
317
25
Таблица 18– Участок Г–Д (продолжение)
Δn, об/мин
n, об/мин
МДВ, Нм
МДИН.СР,Нм
Δt, с
Δt снакоп., с
t, с
s
IṔ, А
IC, А
27,5
302,5
1997
1396
0,03
0,33
27,5
330
1945
1352
0,031
0,361
27,5
357,5
1875
1291
0,033
0,394
27,5
385
1782
1210
0,035
0,429
0,494
265
301
0,448
249
283
0,402
232
264
0,356
213
244
Таблица 19– Участок Е–Ж
Δn, об/мин
45,8
45,8
n, об/мин
550
504
МДВ, Нм
-405
-442
МДИН.СР,Нм
-1011
-1042
Δt, с
0,07
0,068
Δt снакоп., с
0,138
t, с
s
27,5
27,5
412,5
440
1664
1517
1105
972
0,038 0,044
0,467 0,511
1,131
0,31
0,264
192
169
221
197
45,8
458
-477
-1078
0,065
0,203
27,5
469,5
1338
809
0,052
0,563
27,5
495
1123
612
0,069
0,632
27,5
522,5
872
379
0,112
0,744
27,5
550
584
109
0,387
1,131
0,218
144
170
0,172
117
143
0,126
89
114
0,08
58
86
45,8
413
-519
-1117
0,063
0,266
45,8
367
-566
-1161
0,061
0,327
45,8
321
-614
-1209
0,058
0,385
0,31
0,387
0,463
0,852
0,08
0,157
0,233
Таблица 19– Участок Е–Ж (продолжение)
Δn, об/мин
45,8
45,8
45,8
45,8
n, об/мин
275
229
183
138
МДВ, Нм
-653
-663
-621
-525
МДИН.СР,Нм
-1252
-1277
-1261
-1192
Δt, с
0,056
0,055
0,056
0,059
Δt снакоп., с
0,441
0,496
0,552
0,611
t, с
0,852
s
0,54
0,617
0,693
0,77
45,8
92
-380
-1071
0,066
0,677
45,8
46
-205
-911
0,077
0,754
45,8
0
0
-721
0,098
0,852
0,847
0,923
1
По данным таблиц 16–19 строим графики переходных процессов М=f(t) и n=f(t)
(Рис. 15, 16)
26
Рисунок 15– График переходного процесса М=f(t) заданного цикла работы: I–
пуск двигателя; II– работа на первой ступени; III– переход на вторую ступень
работы; IV– работа на второй ступени; V– динамическое торможение до нулевой
скорости .
27
Рисунок 16– График переходного процесса n=f(t) заданного цикла работы: I–
пуск двигателя; II– работа на первой ступени; III– переход на вторую ступень
работы; IV– работа на второй ступени; V– динамическое торможение до нулевой
скорости .
28
6 ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ
Для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного тока,
согласно которому правильность выбора двигателя определяется условием
ПВ РАСЧ
I Н  I ЭКВ 
;
ПВ КАТ
41,18
 0,83  I ЭКВ ;
60
I Н  I ЭКВ 
Эквивалентный ток находим по выражению
t Р  t ПП
2
 I dt
I ЭКВ 
где
0
t P  t ПП
t Р  t ПП

,
– определяем через площадь графика I2=f(t),
0
tP=70 с– время работы;
tПП=76,315 с– время переходного процесса.
Рисунок 17– График I=f(t): I– пуск двигателя; II– работа на первой ступени; III–
переход на вторую ступень работы; IV– работа на второй ступени; V–
динамическое торможение до нулевой скорости .
Расчёт
t Р  t ПП
2
 I dt
будем проводить методом трапеций, так как он имеет более
0
высокую точность по сравнению с другими методами
29
t Р  t ПП

I 2 dt  4,31
0
100 2  88,83 2
434 2  114 2
114 2  86 2
 30  88,83 2  (35,2  34,31) 
 (35,56  35,2) 

2
2
2
 40  86 2  0,852  93,02 2  671762
I ЭКВ 
611762
 89,79А
70  76,315
0,83 I ЭКВ  0,83  89,79  74,53 А ;
IН=90 А ≥ 74,53 А
Условие выполнено, следовательно, двигатель был выбран верно.
30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе был спроектирован электрический привод
производственного механизма с параметрическим регулированием скорости
двигателя.
Был выбран асинхронный двигатель с фазным ротором типа МТМ112-6,
рассчитаны и построены естественные и регулировочные механические и
электромеханические характеристики двигателя, выбран реостатный способ
пуска, регулирования скорости и торможения в пределах цикла, рассчитаны и
выбраны по каталогу регулировочные и тормозные резисторы, рассчитаны и
построены переходные характеристики n=f(t) и М=f(t) за цикл работы,
произведена проверка выбранного двигателя на нагрев.
Так как пусковой момент на первой рабочей характеристике меньше
пускового момента на пусковой характеристике, но больше момента нагрузки на
валу двигателя, то пусковая характеристика не нужна, и двигатель сразу начнёт
работать на первой рабочей характеристике.
31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Изд. 6-е,
исправленное. М., «Энергия», 1977.
2. Кацман М.М. Электрические машины: Учебник для сред. спец. учеб.
заведений.– М.: Высш. школа, 1983.–432 с., ил.
32