66872

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих, информационных устройств и устройств сопряжения...

Русский

2014-08-29

997 KB

19 чел.

МПС РФ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

                                        Кафедра «ЭтЭЭм»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

КР 190205.00.00.00 РПЗ

Выполнил: Петричкан М.В.

  группы 149

Проверил:  Константинов К. В.

Содержание.

Исходные данные…………………………………………………………...  3

Введение..........................................................................................................  4

1. Выбор двигателя…………………………………………………………….  5

2. Расчет времени разгона двигателя...……………………………………….  6

3. Расчет полезной работы двигателя............................................................... 11

4. Выбор схемы управления............................................................................... 12

4.1. Расчет силовых цепей и системы защиты.................................................... 12

4.2. Особенности работы системы управления.................................................. 13

Заключение...................................................................................................... 15

Список литературы......................................................................................... 16

Исходные данные.

Синхронная частота вращения вала двигателя:

;

Моменты сопротивления и продолжительность их действия:

,

;

,

;

,

;

,

;

Частота вращения вала исполнительного механизма:

;

Момент инерции исполнительного механизма:

.

Введение.

Электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих, информационных устройств и устройств сопряжения, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

ЭП включает в себя совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом электротехнических, электромеханических и механических элементов и устройств.

Основным элементом любого ЭП служит электрический двигатель, который вырабатывает механическую энергию за счет потребляемой электрической энергии. В некоторых режимах работы ЭП электродвигатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительного органа рабочей машины.

В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод, на долю которого приходится более 60% потребляемой в стране электроэнергии.

Такое широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях - в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.

1. Выбор двигателя.

1.1. Определим эквивалентный момент нагрузки по формуле

.

Подставив известные значения в эту формулу, получим:

.

1.2. Требуемую мощность двигателя рассчитывают по формуле

.

Т.е.,

.

По найденной требуемой мощности из приложения 2 методических указаний выберем двигатель, но с условием, что

.

Выбираем двигатель с мощностью , характеристики которого запишем в таблицу 1.1.

при номинальной нагрузке

55

735

0,92

0,81

1,9

1,2

6

1,4

1.3. Проверим двигатель по перегрузочной способности, т.е. проверим, выполняется ли условие

,

где  - максимальный (критический) момент, ;

  - статический момент сопротивления, .

Максимальный момент можно определить по формуле:

,

где  - кратность максимального момента относительно номинального ().

Тогда,

.

Статический момент сопротивления будет равен максимально возможному моменту сопротивления с учетом КПД двигателя:

.

Таким образом, условие  выполняется:

.

2. Расчет времени разгона двигателя.

2.1. Построим график механической характеристики двигателя. Для этого предварительно определим следующее:

- номинальный момент

;

- максимальный момент

;

- пусковой момент

;

- скольжение при номинальной нагрузке

;

- критическое скольжение

;

- критическая частота вращения

.

Определим величины моментов, развиваемых двигателем при различных значениях скольжения. Вычисления произведем по следующим формулам.

При :

.

При :

.

Так как при

,

то коэффициент  можно определить следующим образом:

.

Т.е.,

.

Полученные значения моментов сведем для удобства в таблицу 2.1 и построим по ним график механической характеристики двигателя  (рисунок 2.1)

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,0703

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

1

750

742,5

735

727,5

720

712,5

705

697,275

675

525

375

225

75

0

0

378,57

714,63

980,22

1167,15

1282,54

1340,89

1357,79

1344,46

803,59

708,26

737,35

811,69

857,56

2.2. Время разгона привода определяется путем решение уравнения движения:

,

где  - момент, развиваемый двигателем, ;

  - момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя, ;

  - момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, ;

  - угловая скорость вала двигателя, .

Если угловую скорость выразить через частоту вращения вала

,

то уравнение движения электропривода можно получить в следующем виде:

.

Аналитический расчет переходных процессов привода на основе уравнения движения сильно затруднен, так как моменты двигателя и статического сопротивления обычно имеют сложную зависимость от скорости.

Для определения времени разгона по заданным механической характеристике двигателя и графику момента сил сопротивления обычно пользуются приближенным графоаналитическим методом.

Если предположить, что время разгона не будет составлять более , то статический момент сопротивления можно считать постоянным и равным .

Весь процесс разгона разделим на  последовательных этапов, в пределах которых момент двигателя  будем считать неизменным и равным среднему за этап значению. За время , равное продолжительности -го этапа, частота вращения получит приращение .

Продолжительность каждого участка рассчитываем по формуле, полученной преобразованием уравнения движения:

.

В этой формуле момент инерции системы будет равен:

,

где  - момент инерции двигателя ();

  - момент инерции исполнительного механизма ();

  - частота вращения вала исполнительного механизма (

  );

  - синхронная частота вращения вала двигателя ().

Т.е.,

.

Деление на этапы следует выполнять так, чтобы легче и точнее определялись средние за этап значения моментов, развиваемых двигателем,

,

где  - моменты на границах участка.

Таким образом, процесс разгона привода разобьем на следующие этапы:

1.

,

2.

,

3.

,

4.

,

5.

,

6.

,

7.

,

8.

,

9.

,

10.

.

Полученные расчетом данные сведем в таблицу 2.2.

Этап

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

200,00

200,00

100,00

100,00

97,28

12,73

10,00

10,00

10,00

10,00

802,54

729,53

727,70

739,37

1170,44

1332,69

1237,42

1033,88

698,84

248,58

0,38

0,44

0,22

0,21

0,11

0,01

0,01

0,01

0,02

0,39

1,81

Полное время разгона определим как сумму  на всех этапах:

.

2.3. Для построения характеристики  определим следующие значения:

- номинальный ток

;

- пусковое значение тока

;

- критическое значение тока

;

- значение тока при холостом ходе

.

3. Расчет работы электродвигателя.

 Расчет выполним в табличной форме.

Этап

1

2

3

4

220

650

410

730

745

735

742

734

14

20

8

31

51

95

61

106

17162,30

50026,18

31855,50

56106,81

 

240272,25

1000523,56

254843,98

1739310,99

3234950,79

27189,39

50646,90

32520,64

56511,28

 

380651,42

1012937,95

260165,12

1751849,53

3405604,02

0,63

0,99

0,98

0,99

0,95

 Тогда мощность, потребляемую двигателем за смену, определим по формуле:

,

где  - общее время работы двигателя или продолжительность смены ();

  - время цикла ().

Т.о.,

.

4. Выбор схемы управления.

Управление электроприводом будем осуществлять на основе разомкнутой схемы. В таких схемах управления ЭП не используются обратные связи по его координатам или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины.

Разомкнутые схемы отличаются простотой своей реализации, широко применяются там, где не требуется высокое качество управления движением ЭП, например, для пуска, реверса и торможения двигателей.

Разомкнутые схемы, осуществляя управление ЭП, обеспечивают и защиту самого ЭП, питающей сети и технологического оборудования при возникновении различных ненормальных режимов работы – коротких замыканий, перегрузок двигателей, исчезновения питающего напряжения или обрыва фазы питающей сети и др. Для такой защиты применяются соответствующие аппараты и устройства, находящиеся во взаимодействии с устройствами управления двигателями. В разомкнутых схемах главным образом используется релейно-контакторная аппаратура, в состав которой входят командные маломощные аппараты, силовые коммутационные аппараты с ручным и дистанционным управлением, а также реле управления и защиты.

4.1. Выбор и расчет силовых цепей и системы защиты.

Для обеспечения надежной работы ЭП и технологического оборудования в схемах управления предусматривается специальная защитная аппаратура.

4.1.1. Выбор плавкого предохранителя и автоматического выключателя.

При работе ЭП может произойти замыкание электрических цепей между собой или на землю (корпус), а также увеличение тока в силовых цепях сверх допустимого предела, вызванное стопорением движения исполнительного органа рабочей машины, обрывом одной из фаз питающего АСД напряжения. Для защиты ЭП и питающей сети от появляющихся в этих случаях недопустимо больших токов предусматривается максимальная токовая защита, которая может реализовываться различными средствами – с помощью плавких предохранителей, реле максимального тока и автоматических выключателей.

Для защиты нашего ЭП от вышеназванных случаев установим в питающую сеть плавкие предохранители и автоматические выключатели, которые выберем из справочной литературы.

Плавкие предохранители включаются в каждую линию питающей двигатель сети сразу после выключателя, а также в цепи управления.

Выбор плавкой вставки предохранителя произведем по номинальному току:

.

Учитывая, что , выберем плавкую вставку типа ПН65-80/250, номинальный ток которой . Ее характеристики указаны в таблице 4.1.

Изготовление

Тип

Номинальное напряжение,

Номинальный ток,

ПН65-80/250

380 (50, 60 )

160

Автоматический выключатель выберем аналогично (по номинальному току).

Тип

Номинальный ток,

Номинальное напряжение,

160

380

4.1.2. Проводники кабельной линии.

Выберем четырехжильный медный провод, поперечное сечение которого определим по формуле:

,

где  - допустимая плотность тока кабельной линии (для открыто проложенных медных проводов - );

Подставив известные значения, получим:

.

Проверим проводник по падению напряжения:

,

где  - сопротивление проводника.

Сопротивление проводника определим по формуле:

,

где  - длина проводника ().

Тогда,

.

Так как , увеличим сечение проводника в 3 раза:

.

Тогда,

.

4.2. Особенности работы системы управления.

4.2.1. Прямой пуск.

Пуск двигателя в направлениях «вперед» и «назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок  и , что приводит к срабатыванию контакторов  и  и подключению АСД к сети.

В начальный момент пуска статор двигателя включается по схеме треугольника. Затем после полного разгона двигателя реле времени  обеспечит переключение секций обмоток статора со схемы треугольника на схему двойной звезды. Время срабатывания реле следует устанавливать на значение большее .

4.2.2. Реверс и торможение.Противовключение.

Для обеспечения реверса или торможения двигателя сначала нажимается кнопка , что приводит к отключению включенного до тез пор контактора (), а затем – кнопка , что приводит к включению контактора  и подаче на АСД напряжения питания с другим чередованием фаз. После этого магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов - торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только затормозить двигатель при достижении им нулевой скорости следует вновь нажать кнопку , что приведет к отключению его от сети.

Применение в данной схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов  и . Этой же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов  и .

Заключение.

В данной курсовой работе был выполнен расчет электропривода на основе асинхронного двигателя. Также были выбраны элементы его защиты и схема управления, обеспечивающая включение, реверс и торможение двигателя.

При расчете потребляемой мощности АСД была обнаружена неточность определения некоторых значений (тока, момента, частоты вращения), вследствие чего КПД двигателя оказался несколько завышенным. Такая неточность является допустимой, так как расчет производился графо-аналитическим методом.

Список литературы.

1. В. В. Москаленко. «Электрический привод».

2. А. С. Касаткин. «Электротехника».


Хабаровск 200
9

Таблица 3.1. Расчет работы электродвигателя.

Рисунок 2.3. Зависимости  и .

Рисунок 2.2. Электромеханическая характеристика .

Таблица 2.2. Расчет времени разгона двигателя.

Таблица 2.1.  Полученные значения моментов.

Рисунок 2.1. Механическая характеристика двигателя.

Рисунок 0.1. Нагрузочная диаграмма.

Таблица 1.1. Технические характеристики выбранного двигателя.

Таблица 4.1. Технические характеристики плавкой вставки.

Таблица 4.2. Технические характеристики автоматического выключателя.

Рисунок 4.2. Схема управления электроприводом.

Рисунок 4.1. Силовая цепь и элементы защиты.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34795. Этика Эпикура, принцип гедонизма, отношения к суевериям, к жизни и смерти. Скептицизм. Пиррон 35 KB
  Скептицизм. Скептицизм античный древнегреческое учение впервые обоснованное Пирроном из Элиды в конце 4 в. К скепсису подобного рода он добавил моральный и логический скептицизм заявляя что никогда не может быть рационального основания для того чтобы предпочесть один порядок действия другому. Став философским учением скептицизм превратился из простого сомнения в сомнение догматическое.
34796. Гиппократ и зарождение научной медицины. Гиппократова модель врачебной этики и принцип не навреди 42.5 KB
  Наследие Имя Гиппократа сделалось собирательным и многие сочинения из семидесяти приписываемых ему принадлежат другим авторам преимущественно его сыновьям. Существует несколько сочинений Гиппократа этического направления: Клятва Закон О враче О благоприличном поведении Наставления которые в конце V и начале IV века до н. превратят научную медицину Гиппократа в медицинский гуманизм. За труды Гиппократа выдавались многие более поздние псевдогиппократовские произведения.
34797. Истоки средневековой философии. Библейские идеи философского значения 30.5 KB
  Формирование средневековой европейской философии Средневековая философия отдельный отрезок в истории европейской философии который непосредственно связан с христианской религией. Средневековая стадия философии имеет самостоятельное значение для развития философского мышления. Вовторых христианские взгляды заключают в себе оригинальные основания для дальнейшей разработки заимствованных из греческой философии понятий а равно для образования новых понятий которые оказали существенное влияние на последующую философию.
34798. Становление религиозной философии: патристика( тертулиан, Августин). Средневековая схоластика (Абеляр, росцеллин) 36.5 KB
  Центральное направление в развитии патристики этого периода борьба с ересями что связано с обретением христианством статуса государственной религии и официальной формулировкой христианского Никейского символа веры. Заложил основы традиции которая провозгласила несовместимость христианской веры с языческой мудростью. Включает философские системы ряда христианских мыслителей которые основываясь в своих посылках на религиозной догматике пытались посредством применения диалектического метода решить универсальные философские...
34799. Фома Аквинский – систематизатор средневековой схоластики. Соотношение веры и разума. Номиналистическая критика томизма: приоритет воли над разумом 29 KB
  Любая истина происходит от Бога. Дуализм Бога и мира. Только у Бога сущность совпадает с существованием у сотворенных вещей они не совпадают. Бытие Бога.
34800. Возрождение как синтез античности и средневековья. Антропоцентризм и проблема свободы личности 36 KB
  Первым литературным трудом Монтеня был предпринятый по просьбе отца перевод латинского трактата автор которого испанский теолог Раймунд Сабундский искал доказательства истинности католической веры в доводах человеческого естественного разума. Анализу воззрений испанского богослова и изложению собственных важнейших мыслей о религии посвящена Апология Раймунда Сабундского самое обширное эссе Монтеня; работа над ним началась через семь лет после публикации перевода. Самые ранние из эссе Монтеня относятся к 1572 году Варфоломеевской ночи и...
34801. Реализация и защита свободы совести и вероисповедания в РФ 432 KB
  Необходимость формирования правового механизма реализации права на свободу совести и вероисповедания связана с реальностью, когда соприкосновение со сферой религии отнюдь не исцеляет души, а ломает судьбы. И государство обязано проследить, чтобы свобода одних не оборачивалась болью для других///
34802. Пантеизм как специфическая черта натурфилософии возрождения. Диалектика ренессанса (Кузанский Бруно) социально-политическая модель Макиавелли 36.5 KB
  прямо не отрицая существования Бога она отождествляла его с природой. Теософия мудрость от Бога. Если учесть что познание от Бога а Бог непознаваем значит Бог предел познания. Бог это предел за которым нет знания но есть вера есть осознание Бога.
34803. Научная революция нового времени. Бэкон о естественной философии. Индуктивный метод. Источники заблуждений. Критика «идолов» 47 KB
  Бэкон о естественной философии. Бэкон Англия; С. В философии этого периода появляются два подхода к понятию субстанция: онтологическое понимание субстанции как предельного основания бытия основоположник Френсис Бэкон 1561 1626; гносеологическое осмысление понятия субстанция его необходимость для научного знания основоположник Джон Локк 16321704. Бэкон; рационализм Р.