Курсовой проект по «Теории электропривода»

Министерство образования РФ

Московский государственный горный университет

 

 

Кафедра ЭЭГП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

 

по дисциплине:

 

«Теория электропривода»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ГЭ-1-08

Овсянников Николай Борисович

Руководитель:

Профессор кафедры ЭЭГП

Малиновский Анатолий Кузьмич

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2011

Содержание

 

Задание……………………………………………………………………......3

Введение……………………………………………………………….……...4

Исходные  данные…………………………………………………………….6

Расчет  механических характеристик…………………..……………….......7    

Расчет и  построение механических переходных процессов……………………………………………………………………..11                                          

Расчет  механического переходного процесса при торможении двигателя постоянного  тока ведется по формуле……………………………………..16

Разработка схемы………………………………………………………….. 19

Список  литературы……………………….…….…………………………. 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

1. Использовать паспортные (каталожные) данные выбранного электродвигателя рассчитать и построить естественную и искусственные механические характеристики для двигательного и тормозного режимов. Рассчитать сопротивления пусковых и тормозных резисторов.
2. Рассчитать и построить кривые и механического переходного процесса при пуске и торможении электропривода для заданного вида статической характеристики рабочей машины.
3. Спроектировать принципиальную электрическую схему электропривода  с командоаппаратом (функции времени) и дать краткое её описание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

При пуске  и торможении электрических машин  часто требуется обеспечение  плавности изменения частоты  вращения, постоянство пускового  момента и ограничения пусковых токов. Это достигается для асинхронных  машин с фазным ротором и машин  постоянного тока включением резисторов в цепь ротора или я коря.

Усложнение  электропривода, возрастание скоростей  и ускоряй увеличение числа включений, повышение требований к точности поддержания заданных режимов работы привело в значительной степени к усложнению управления. Оператору стало невозможно вручную точно и безошибочно управлять необходимыми процессами, и на помощь ему приходит автоматическое управление.

Автоматическое  управление позволяет:

• освободить оператора от операций, связанных с управлением электродвигателем;
• повысить точность управления, а следовательно, и производительность установки.

Переключения в цепях электродвигателей должны производиться в соответствующие моменты времени, при определённых угловых скоростях, токах, ускорениях или в заданной точке пути. В соответствии с этим различают следующие основные принципы управления электроприводами:

• управление в фунхции скорости;
• управление в функции времени;
• управление в функции тока;
• управление в функции ускорения;
• управление в функции времени с корректировкой по току;
• управление в функции момента;
• управление в функции пути.

При управлении в функции скорости требуется реле, измеряющее величину угловой скорости. К таким реле, непосредственно измеряющим скорость, относятся центробежные реле и тахогенераторы. Но применяются они для управления переходными процессами сравнительно редко, что объясняется относительной сложностью устройства и монтажа. Поэтому прибегают к косвенным способам измерения угловой скорости, а именно к измерениям других параметров, однозначно связанных с угловой скоростью. Такими параметрами является ЭДС машины постоянного тока, ЭДС и частота тока во вторичных цепях асинхронных и синхронных машин.

К достоинству  управления пуском двигателя постоянного  тока в функции скорости следует  отнести простоту и дешевизну  схемы, а так же хорошую приспособленность  к условиям нагрузки. К достоинствам – влияние напряжения сети и температуры нагрева катушек контакторов ускорения на момент срабатывания, трудность настройки контакторов ускорения на различные напряжения срабатывания, возможность аварийного режима из за незавершённости пуска при увеличении нагрузки, когда М_с больше М₂.

К достоинству  схемы управления пуском двигателя  в функции времени следует  отнести простоту, надёжность, возможность  применения однотипных реле и контакторов. К недостаткам – появление  больших моментов и токов при  увеличении нагрузки на валу двигателя, что может вызвать срабатывание защиты и снижение производительности установки в целом.

Достоинством  схемы управления пуском двигателя в функции тока является возможность сохранения постоянства момента М₁ и тока I₁ при переходе двигателя с одной искусственной механической характеристики на другую. Недостатком схемы управления пуском двигателя в функции тока является то, что при увеличении нагрузки н валу двигателя до значения большего момента переключения М₂ происходит «застревание» двигателя на одной из пусковых реостатных характеристик. Это обстоятельство может привести к перегреву пусковых резисторов и выходу их из строя.

 

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

 

Тип двигателя	П111
Номинальная мощность двигателя, кВт	75
Номинальная частота вращения, мин-1	750
Номинальное напряжение якоря, В	220
Номинальный ток якоря, А	387
Момент инерции двигателя, кг.м2	20,4
Момент инерции рабочей машины, кг.м2	4,6

 

1. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

1.1. Расчет естественной механической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Расчет  естественной механической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения ведется по формуле:

,

где – номинальное напряжение на якоре двигателя; – полное сопротивление якорной цепи.

При отсутствии каталожных данных полное сопротивление  якорной цепи определяется по формуле

 Ом.

КПД определяется по формуле

.

Скорость  идеального холостого хода двигателя

 с^-1;

 В^.с;

 с^-1,

где , – соответственно номинальные угловая скорость и частота вращения двигателя (номинальная частота вращения двигателя берется из каталога).

Естественная  механическая характеристика строится по двум точкам. Первая точка с координатами соответствует скорости идеального холостого хода. Вторая точка с координатами характеризует номинальный режим работы двигателя.

Номинальный момент двигателя можно определить по формуле   

 Н^.м.

Естественная  механическая характеристика, построенная  в координатах  , приведена на рис. 1.

 

1.2. Расчет искусственных механических характеристик

Для построения искусственных механических характеристик  задаемся пусковым моментом:

 Н^.м.

Проведя прямую, соединяющую две точки  с координатами и , получаем первую искусственную механическую характеристику, соответствующую максимальной величине сопротивления пускового резистора.

Для построения новых искусственных механических характеристик

 Н^.м,

где – момент сопротивления рабочей машины

 Н^.м.

Далее на оси абсцисс откладываем момент и из этой точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с естественной характеристикой. Из точки «а», соответствующей моменту , восстанавливаем перпендикуляр до пересечения также с естественной характеристикой. Получают точку «ж». Из точки «б», являющейся точкой пересечения первой искусственной характеристики с перпендикуляром, соответствующим моменту , проводим прямую параллельную оси абсцисс до пересечения с прямой, соответствующей моменту и находят точку «в».

 

Далее точку  «в» соединяем с точкой, координаты которой  . Получаем новую механическую характеристику и т. д. Двигатель выходит на естественную характеристику.

Стрелками показано изменение момента двигателя  с увеличением его угловой  скорости при пуске с постоянным моментом сопротивления.

 Отрезки  на линии «аз» соответствуют  величинам сопротивлений пусковых  резисторов в определенном масштабе. Для определения этого масштаба  находим полное сопротивление якорной цепи:

 Ом.

Тогда масштаб сопротивлений будет равен

 Ом/мм.

Для получения первой искусственной механической характеристики в цепь якоря вводится пусковой резистор с сопротивлением

 = 0,3126 Ом.

Вторая  ступень сопротивлений

 Ом.

Третья  ступень сопротивлений

 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Расчет механических переходных процессов в двигательном режиме

Расчет  переходных процессов с линейными  механическими характеристиками двигателя  ведется по формулам:

- для  угловой скорости:

;

- для  момента:

,

где и – соответственно начальная и конечная угловые скорости двигателя; и – соответственно начальный и конечный моменты двигателя; – механическая постоянная времени электропривода.

Произведем  расчет механического переходного  процесса при пуске привода с  линейно-механической характеристикой  двигателя и постоянным моментом сопротивления рабочей машины. Работа привода на первой ступени описывается выражением, в котором принимают . Тогда

,

где – конечная угловая скорость двигателя, работающего на первой ступени пускового резистора;

    – механическая постоянная времени электропривода, соответствующая работе привода, работающего на первой ступени пускового резистора.

Механическая  постоянная времени для двигателя  постоянного тока с независимым  возбуждением, работающего на естественной механической характеристике:

 с,

где: – момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя.

Момент  инерции электропривода, приведенный  к валу двигателя, определяется по формуле

 кг^.м²,

где – момент инерции двигателя;

      – момент инерции рабочей машины, приведенный к валу двигателя.

Тогда для двигателя постоянного тока

с.

Конечная  угловая скорость на первой пусковой ступени c^-1. Работа двигателя на первой пусковой ступени длится . Задаваясь временем от до определим угловую скорость двигателя, и результаты расчетов сведем в табл. 2.1.

Таблица 2.1

t, c	0	1,26	2,52	3,78	5,04
, с-1	0	32,18	44,06	48,44	50,05
М, Н.м	2252,8	1370,3	1046,2	926,2	882

 

По данным табл. 2.1 строится кривая зависимости угловой скорости от времени (рис 2). Однако, при реализации автоматического управления пуском, двигатель разгоняется лишь до скорости , так как при этой скорости происходит переход двигателя на новую механическую характеристику. Поэтому для определения времени работы двигателя на первой ступени, на оси ординат откладываем значение скорости и из этой проводим прямую параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой .