Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Автоматизированный электропривод»
Тема: Разработать электропривод механизма передвижения мостового крана.
Выполнил студент: Барулин Ю.В.
Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева.
Новомосковский институт
Кафедра «Электротехники»
Новомосковск 2004 г.
Задание
Разработать электропривод механизма передвижения мостового крана.
Механизм включает двигатель постоянного тока, торможение включением сопротивления в цепь якоря. Вращение ротора двигателя передаётся через редуктор ходовым колесом, имеющем диаметр D=0.4м и цапф Dц=0,008м.Тележка перемещает кран с грузом mг=28 т на расстоянии перемещения L=18 м, скорость передвижения v=19 м/мин, а вес самой тележки mт=6 т, К.П.Д. передач механизма n=0,65.
Кроме того, при расчёте электропривода задаются продолжительностью включения ПВ=34% и приведённым к валу двигателя моментом энерции механизма I1=25% от момента инерции ротора электродвигателя.
Цикл работы тележки включает перемещение груза на расстояние и возвращение назад без груза. Разработать схему управления, которая должна обеспечивать ступенчатый пуск, электрическое торможение, снижение скорости перед остановкой до (20-30)% от номинальной, фиксацию механизма электромеханическим тормозом при отключении двигателя от сети.
Срок сдачи проекта
Дата выдачи задания
Введение
Эффективность средств производства, которыми располагает человеческое общество, в значительной степени определяется совершенством способов получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах. Производственные механизмы, без которых нельзя в настоящее время представить себе ни одно производство прошли длительный путь своего развития, прежде чем приняли вид современного автоматизированного электропривода, приводящего в движение бесчисленное множество рабочих машин и механизмов в промышленности, транспорте, в сельском хозяйстве и в бытовой технике и автоматически управляющего их технологическими процессами.
Пределы использования по мощности современного электропривода весьма велики - от десятков тысяч киловатт в единичном двигателе до долей ватта.
Современный автоматизированный электропривод представляет собой сложную электромеханическую систему, предназначенную для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из трёх частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Диапазон изменения номинальных частот вращения электропривода имеет весьма широкие пределы. Использование средств дискретной техники в системах управления приводами постоянно тока расширяет диапазон регулирования скорости до (1000-1500:1 и выше. Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую является электрический двигатель, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств с целью формирования статистических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственных механизмов.
Речь идёт об обеспечении с помощью автоматизированного электропривода оптимального режима работы машин, при котором достигается наибольшая производительность при высокой точности.
Многообразие производственных процессов обуславливает различные виды и характеры движения рабочих органов машины, а следовательно, и электроприводов. По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движение. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций.
Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов. Развитие автоматизированного электропривода ведёт к совершенствованию конструкций машин, к коренным изменениям технологических процессов, к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства, поэтому теория электропривода- техническая наука, изучающая общие свойства электромеханических систем, законы управления их движением и способы синтеза таких систем по заданным показателям имеет важнейшее практическое значение.
Системы автоматического управления электроприводами постоянного и переменного тока, в которых используются все достижения полупроводниковой техники, а так же возможности электронной вычислительной техники, позволяют существенно упростить конструкции производственных механизмов, повысить их точность и поднять производительность, т.е. способствовать техническому прогрессу. Широкая автоматизация механизмов на базе следящих систем электроприводов, систем с цифровым программным управлением и средств комплексной автоматизации – обширная и весьма важная развивающаяся область автоматизированного электропривода.
1.Расчёт статистических нагрузок и мощности ДТП
1.1Статистическая нагрузка при движении тележки с грузом
Рс1=кg(mт+mг) (мDц/2+f)v/nD/2
где к-коэффициент, учитывающий трение
(к=1,2 1,3). Принимаем к=1,25
g-ускорение свободного падения, Н*м2;
mт-масса тележки, кг;
mг-масса груза, кг;
f-коэффициент трения качения. Принимаем в зависимости от диаметра колеса. принимаем f=0.0005
м-коэффициэнт трения;
Dц-диаметр цапфа;
V-скорость передвижной тележки, м/с;
D-диаметр колёс, м;
n-номинальный КПД передачи механизма.
Рс1=1,25*9,81(6000+28000)(0,25*0,08/2+0,0005)*0,32/0,65*0,4/2=10776Вт=10,78кВт
Мощность двигателя при движении тележки без груза определяется аналогично, с учётом что mг=0
Рс2=кgmт(мDц/2+f)V/n*D/2
Рс2=1,25*9,81*6000(0,25*0,08/2+0,0005)*0,32/0,65*0,4/2=1902Вт=1,9кВт
Время работы с грузом и без груза
tp1=tp2=L/V,
где L-расстояние перемещения, м
tp1=tp2=18/0.32=56.8c
Время цикла при заданной продолжительности включения
tц=(tp1+tp2)*100% / ПВ%?
где ПВ% заданная продолжительность включения
tц=(56,8+56,8)*100% / 34%=334 c
Время пауз
tп1=tп2=(tц-(tp1+tp2))/2
tп1=tп2=(334-(56,8+56,8))/2=110,2с
Так как время цикла меньше 10 минут, то режим работы повторно-кратковременный
Эквивалентная среднеквадратичная мощность за время работы
Рэ= (Р2с1*tp1+P2c2*tp2)/(tp1+tp2)
Рэ= (10,782*56,8+1,92*56,8)/(56,8+56,8) =7,74кВт
Эквивалентная мощность , приведённая к стандартной ПВ%
Pэк=Кз*Рэ* ПВ/ПВст ,
где Кз-коффициэнт запаса (Кз=1,1 1,3). Принимаем Кз=1,2;
ПВст-стандартная продолжительность включения, ПВст=40%
Рэк=1,2*7,74 34/40 =8,56 кВт
Выбор двигателя постоянного тока (ДПТ)
Согласно [4] номинальная мощность выбираемого двигателя должна быть эквивалентной мощности,
Рэк >Рэн. Выбираем D32
Рном=12кВт; nном=800 мин-1; Uном=220В; Кa =0.28 Ом;
Iном=57А; Iв=1,85А; Р при ПВ=40%=9,5кВт; Iдв=0,425кг*м2
Номинальная угловая скорость
wн=2пn/60,
где n-номинальная частота вращения,
wн=2*3.14*800/60=83.37
Передаточное отношение редуктора
ip=(wн*D/2)/V*60
ip=(83.37*0.4/2)/0.32*60=0.87
2.Расчёт и построение эл./механических характеристик
2.1 Построение соответственных электромеханических характеристик.
Механические характеристики для ДТП с параллельным возбуждением представляют собой прямые линии, поэтому для их построения достаточно определить координаты 2-х точек: номинального режима и холостого хода
Номинальный момент
Мн=Рн/wн,
где Рн-номинальная мощность двигателя, кВт
Мн=12000/83,73=133,46 Н*м
Для холостого хода момент принимается равным нулю, М0=0.
Скорость находится из выражения
w0=Uн/КФ,
где КФ=(Uн-Iн*Ra )/wн,
где Uн-номинальное напряжение при ПВ%ст,В;
Iн-номинальный ток, А;
Ra -суммарное сопротивление якоря, Ом.
КФ=(220-57*0,28)/83,73=2,44
w0=220/2.44=90.16
Эти характеристики представлены на рисунке 4.
2.2 Статистические моменты сопротивления двигателя при движении тележки с грузом и без груза
Мс1=Рс1/wн
Мс1=10,78/83,37=128,7 Н*м
Мс2=Рс2/wн
Мс2=1,9/83,73=22,71 Н*м
Строим их как вертикальные линии в 1 и 3 квадранте.
2.3 Для построения пусковых реостатных характеристик задаемся моментами переключения
М1=(2 3)Мн
М1=(2 3)*133,6=226,92 340,38 Н*м
М2>(1.1 1.2)Мн
М2>(1,1 1,2)*133,46>124,81 156,12 Н*м
П =М1/Мн
П=(226,92 34,38)/133,46=2 3
Rном=Uном/Iном
Rном=220/57=3.86 Ом
Ra=Ra /Rном=0,28/3,86=0,0725
Принимаем П =3. Задаёмся числом ступеней z=2
М2= Пz Ra*П
М2=32 0,0725*3 =1,39
М2=М2*Мн
М2=1,39*133,46=158,74
Выбранные значения П и z соответствуют выполнению условия М2>(1,1 1,2)Мн
2.4 Построение тормозной характеристики для ДТП
При типе торможения В строим тормозные характеристики, проводя прямые через точку w0 и пересечение линии Мс и точкой 0,2wн
2.5 Расчёт пусковых и тормозных резисторов
R1=Rном*bc/af=3.86*8/92=0.34
R2=Rном*cd/af=3.86*16/92=0.67
Rт1=Rном*de/af=3.86*32/92=1.34
Rт2=Rном*de/af=3.8*275/92=11.54
3.Расчет переходных процессов при пуске и торможении электропривода
3.1 Расчёт переходных процессов при движении тележки с грузом
Тм=Iw0/Mкз=I w/ M
Iг=Iдв+(I1/100%)Iдв+mг(V/wдв)2
где Iдв-момент инерции двигателя, кг*м2
I1-момент инерции механизмов, приведённой к валу, %
mг-масса тележки с грузом, кг
V-скорость движения тележки, м/с
wдв-частота вращения двигателя, об/мин
Iг=0,425+(25/100)*0,425+34000(0,32/800)2=0,54
Рассматриваем переходный процесс при движении тележки с грузом по участкам
участок 1-2
w=(wнас-wуст)e-t/Tм+wуст