Разработка автоматизированного электропривода барабана закалочной машины

 

Рассчитывается  момент  инерции (эквивалентный)  системы   приведенный к валу двигателя  по формуле 

 

,          (16)

где момент инерции деталей на промежуточном валу, =495кгм;

          передаточное    число   зубчатой   пары   грузового     вала,   4,35;

         масса  каната, 760 кг;

        диаметр барабана, 1,5 м;

      суммарный   момент    системы     контргруз – конус с   ших- той, ;

        радиус основания большого конуса, 

               момент инерции шкива,

        диаметр шкива,

         момент инерции барабана,

момент инерции двигателя,

момент инерции муфты,

момент инерции тормозного диска,

момент инерции червяка,  

 

Результирующее усилие на барабане (кН) определяем  по  формуле

 

                                                                           (17)

 

По   данным    таблице   3   строятся   графики  ,  ,  .

По   графику  результирующих  усилий определяем эквивалентное усилие, кН,

 

                                                                             (18)

 

         

+

Эквивалентная    мощность    двигателя   определяется    по   формуле

 

                                                                           (19)

 

Эквивалентная     мощность   двигателя   за  весь  период   подачи  определяется  по  формуле

 

,                                                                        (20)

 

где t-время опускания конусов;

      сумма пауз;

       0,5 - коэффициент,    учитывающий    ухудшение    охлаждения двигателя   во  время  пауз.

Сумма   пауз   складывается   из   времени  работы  малого  конуса при двухскиповой подаче, времени подъема и  разгрузки  скипа,   времени  необходимого для уравнивания давления в межконусном   пространстве и равно 

По полученной эквивалентной  мощности   выбираем  двигатель серии ДП  42/36-4К с параметрами:

-номинальная мощность 

-номинальное напряжение 

-номинальный ток 

-номинальная частота вращения 

Выбранный   двигатель  должен  обеспечить  бесперебойную     работу  даже  в  том  случае, если  скип выгрузит на конус больше шихты  по весу  чем   это   предусмотрено   технологическим  процессом.  Чтобы  это   обеспечить выбираем  двигатель  в  2,5 – 3   раза  больше   его номинальной  мощности.

Проверка  двигателя:

Сопротивление  обмоток  двигателя  в  горячем  состоянии (75 ) определяется  по  формуле

 

                                                              (21)

 

где 0,004 – температурный коэффициент меди;

      превышение   температуры   обмоток   над    температурой окружающей  среды.

Постоянная  ЭДС  и  момента  данного двигателя определяется по формуле 

 

                                                                       (22)

 

где номинальная  угловая  скорость  вращения вала двигателя определяется  по  формуле

                                                                                            

 

                                                                 (23)

  

Тогда

 

Произведем проверку выбранного двигателя на обеспечение  максимального  момента  на  валу.

Согласно  таблице  3  максимальное  усилие возникает  в   точке 2 и равно  . Максимальный  момент  на   барабане,  возникающий под действием этого усилия  определяется  по  формуле

 

                                                                          (24)

 

Максимальный  момент  на  валу двигателя определяется  по формуле

 

                                                                           (25)

 

Максимальный требуемый  ток  двигателя определяется по формуле

 

                                                                            (26)     

 

                                                                       

 

Максимальный ток двигателя  с учетом коэффициента , определяется  по  формуле

 

                                                                            (27)

  

Таким     образом,    расчет    показал,   что   обеспечивается   условие  ,  а значит,  будут обеспечиваться необходимые  показатели  переходных  процессов.

Максимальная   требуемая   скорость   двигателя  определяется по формуле

 

                                                                              (28)

 

Выбранный   двигатель   удовлетворяет  всем  требованиям  и прошел  все  необходимые  проверки.

 

2.3 Расчет и выбор  силовых элементов электропривода

 

           Расчет и выбор силовых элементов электропривода производим согласно методике, представленной в литературе [2].

 

2.3.1 Выбор тиристорного  преобразователя

 

Выбор преобразователя  осуществляется по току и напряжению двигателей с учетом их схемы включения.

Определяем номинальное  значение тока тиристорного преобразователя I_п, А по формуле

 

I_п ≥ ,                                                                                      (29)

 

где I_н.дв – номинальный ток двигателей, А;

       λ_дв – перегрузочная способность двигателя, λ_дв = 2,5;

       λ_п – перегрузочная способность преобразователя, λ_п = 1,8

При последовательном включении  двигателей номинальный ток соответствует току одного двигателя.

I_п ≥ = 1250 А

Определяем напряжение на выходе тиристорного преобразователя U_п, В по формуле

 

U_п ≥ 1,04 U_н                                                                                        (30)

 

где U_н – номинальное напряжение двигателя,В.

Окончательно по [3] выбираем комплектный тиристорный электропривод унифицированный серии КТЭУ-1600/230.

 

 

2.3.2 Выбор трансформатора

 

Выбор трансформатора для  питания тиристорного преобразователя производим по расчетным значениям фазных токов во вторичной I_2ф и первичной I_1ф обмотках, вторичной ЭДС Е_2ф и типовой мощности.

Расчетное значение ЭДС  Е_2ф трансформатора, работающего в режиме непрерывного тока, находиться по требуемому выпрямленному напряжению U_п.н с учетом необходимого запаса на падение напряжения  в преобразователе.

 

Е_2ф = К_U ∙ К_С ∙ К_α ∙ К_R ∙ U_н.п, В,                                                             (31)

 

где К_U – коэффициент, характеризующий отношение и зависящий от схемы выпрямления, по [2] определяем К_U = = 0,427;

       К_С – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения пи тающей сети, К_С = 1,05 ÷ 1,1, принимаем К_С = 1,1;

       К_α – коэффициент, учитывающий неполное открывание тиристоров при максимальном управляющем сигнале, К_α = 1 ÷ 1,15, принимаем К_α = 1,1;

       К_R – коэффициент, учитывающий падение напряжения в преобразователе, К_R = 1,05.

 Е_2ф = 0,427 ∙ 1,1 ∙ 1,1 ∙ 1,05 ∙ 230 = 125 В

Расчетное действующее значение фазного тока вторичной обмотки определяется по выпрямленному току I_н.п с учетом схемы выпрямления

 

I_2ф = К_i ∙ К_I2 ∙ I_н.п , А                                                                             (32)

 

где К_i – коэффициент трансформации тока, К_i = 1;

       К_I2 – коэффициент, характеризующий отношение токов и зависящий от схемы выпрямления, по [2] К_I2 = 0,815.

I_2ф = 1 ∙ 0,815 ∙ 1600 = 1304 А

Определяем необходимый  коэффициент трансформации

 

К_тр = ,                                                                                  (33)

 

где U_1ф – номинальное фазное напряжение сети

 U_1ф = U_с.ф

К_тр = = 1,67

Расчетное действующее  значение фазного тока первичной  обмотки трансформатора определяется по току I_н.п с учетом К_тр

 

I_1ф = , А,                                                                            (34)

 

где  К_I1 – коэффициент, характеризующий отношение токов и зависящий от схемы выпрямления, по [2] К_I1 = 0,815

I_1ф = = 780,8 А

Рассчитываем значение мощности трансформатора

 

S_тр =К_U ∙ К_С ∙ К_α ∙ К_R ∙ К_i ∙ К_S ∙ U_н.п ∙ I_н.п∙3, кВА,                                     (35)

 

где K_S – коэффициент схемы, K_S = 1,045.

 

S_тр =  0,427 ∙ 1,1 ∙ 1,1 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 1,045 ∙ 230 ∙ 1600 ∙ 3 =

= 625875,36 ВА ≈ 626 кВА

По [2] выбираем трансформатор  типовой мощности, при этом должны выполняться следующие условия

U_{1ф н} = U_с.ф

I_{2ф н} ≥ I_2ф

Выбираем трансформатор  ТСЗП – 630/0,7УХЛ4,исполнение 4

Напряжение короткого  замыкания  u_к = 5,9 %

Потери короткого замыкания  ΔР_кз = 6450 Вт

Сетевая обмотка:                               

S_тр = 580 кВА                                       

U_ном = 380 В                                          

Вентильная обмотка:

U₂ = 205 В

I₂ = 1632 А

Преобразователь:

U_пр = 230 В

I_пр = 2000 А

Проверяем выбранный  трансформатор по условиям

U_2ф > 0,95 Е_2ф

205 В > 0,95 · 125 = 119 В

I_{2ф н} > I_2ф

1632 А > 1304 А

U_{1ф н} = U_{с ф}

0,22 кВ = 0,22 кВ

Определяем индуктивное  сопротивление обмотки фазы трансформатора

 

X_тр.ф = , Ом                                                                 (36)

 

X_тр.ф = = 0,006 Ом

Определяем активное сопротивление обмотки фазы трансформатора

 

R_тр.ф = , Ом                                                                      (37)

 

R_тр.ф =   = 0,0013Ом                                                       

 

 

2.3.3 Выбор сглаживающего  реактора

 

Индуктивность сглаживающего реактора выбирается из условия

 

L_ср = L_{d необх} – L_я – L_тр ,                                                                       (38)

 

где  L_{d необх} - необходимая суммарная индуктивность цепи выпрямленного тока;

       L_я – индуктивность якоря двигателя;

       L_тр – расчетная индуктивность трансформатора.

 

L_{d необх} = ,                                                                            (39)

 

где U_п – действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения, которое зависит от схемы выпрямления, угла регулирования α.

 

I_min = (2 ÷ 15)% от I_ном ,                                                                       (40)

 

где I_ном – номинальный ток электродвигателя.

Принимаем  I_min = 5 % от I_ном

 

U_п =                                                                                          (41)

 

По графику К = 0,45 при  α = 30⁰

 

Е_do = sin · U₂                                                                          (42)

 

Е_do = sin · 125 = 146,3 В

U_п = = 46,5 В

L_{d необх} = = 0,00155 Гн = 1,55 мГн

 

L_я = ,                                                                                         (43)

 

где k = 0,5 для некомпенсированных машин;

       р  – число пар полюсов, р = 4;

       ω_н – номинальная частота вращения двигателя,

ω_н = 0,105 · n_н = 0,105 · 1000= 105 с^-1;

L_я = = 0,0003 Гн = 0,3 мГн

 

L_тр=                                                                                           (44)

 

а = 2 для мостовых схем

L_тр= = 0,00004 Гн = 0,04 мГн

L_ср = 1,55 – 0,3 – 0,04 = 1,21 мГн

Выбираем  сглаживающий реактора ФРОС 1000/0,5 УЗ

I_ном = 1000 А

L_ном  = 1,6 мГн

 

 

 

2.3.4 Выбор автоматического  выключателя

 

Ток уставки выключателя  для защиты преобразователя от коротких замыканий  рассчитывается в соответствии с выражением