Расчет электрического привода и определение его динамических свойств

где Mтор – требуемый тормозной момент для остановки привода за заданное время, Нм;

tтор – заданное время остановки привода, сек.

На основании полученных данных определяется пиковая тормозная мощность, обеспечивающая необходимый момент торможения:

где Pпик.тор – пиковая тормозная мощность, Вт.

Затем определяется пиковая мощность тормозного резистора из условия:

Pпик.тор.р.> Pпик.тор

где Pпик.тор.р – пиковая мощность тормозного резистора, Вт

Исходными данными для расчета самостоятельно изготавливаемого тормозного резистора могут служить следующие данные:

· уровень напряжения включения тормозного резистора для инверторов класса 400В равен 750В;

· допустимое сопротивление тормозного резистора обычно указывается в технических данных на инвертор, при отсутствии этих данных рассчитывается исходя из номинального тока инвертора:

где Rтор.р – сопротивление тормозного резистора, Ом;

Iном. – номинальный ток инвертора, А.

Пиковая мощность тормозного резистора: Pтор.р = RI2ном.

Конструкция  самодельного резистора должна обеспечивать длительное рассеивание мощности, составляющей не менее 0,1 Pпик.тор.

При этом может оказаться, что полученное значение сопротивления не обеспечивает необходимую мощность торможения Pпик.тор.р > Pпик.тор. Это означает, что мощности данного инвертора недостаточно для реализации торможения за заданное время (ограничение по току). В этом случае, необходимо или дополнительно устанавливать блоки торможения (если привод удовлетворяет требованиям по разгону и работе в установившемся режиме), или увеличивать мощность инвертора до уровня тока, который обеспечивает необходимую мощность торможения.

При использовании инверторов фирмы КЕВ тормозной резистор проще всего выбрать из типового ряда. Маркировка, как резистора, так и инвертора, содержит в себе одинаковый номер, соответствующий типоразмеру (габариту) мощности привода.

Если мощность резистора Pпик.тор.р (по расчету или в результате выбора из типового ряда) достаточна для обеспечения торможения, можно рассчитать минимально возможное время замедления привода с данным тормозным резистором:

где tтор.min – мин. время торможения при использовании тормозного резистора, сек.

Условием корректности расчета минимального времени торможения является выполнение соотношения:

При работе с тормозным резистором необходимо учитывать фактор допустимой цикличности торможения, чтобы не допустить перегрева встроенного тормозного транзистора и установленного тормозного резистора. Для стандартного комплекта привода КЕВ максимальная допустимая цикличность торможения составляет 40% при базовом времени цикла 120 сек (цикл работы привода: разгон - работа в установившемся режиме - торможение - отключение). Т.е., привод не должен находиться в режиме торможения более 40 сек в течение 120 сек. работы.

Производится динамический расчет выбранного электрического привода.

1. Расчет времени разгона привода:

Время разгона удовлетворяют заданию:

tразг<tзад=>0,7сек<3сек

2. Время торможения без тормозного резистора

          

Мн=0, т.к. двигатель отключен от сети.

3. Расчет привода для режима торможения с тормозным резистором.

 Заданное время торможения tm= 4сек, тогда тормозной момент для замедления привода за tm= 4сек

 

         3.4. Пиковая тормозная мощность, обеспечивающая необходимый тормозной момент:

Pпик.т>Pпик.т`

Пиковая тормозная мощность тормозного резистора должна быть

         Pпик.т.р.≥3920Вт

3.5 Но допустимое сопротивление  тормозного резистора:

     

3.6. Пиковая тормозная мощность резистора

   Pтор.р=Rтр·I2=1,02·592=3,55кВт

 

Раздел II

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ВЫБОР ПУСКОРЕГУЛИРОВОЧНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

1. Построение механической характеристики

На основании паспортных данных выбранного двигателя кранового механизма необходимо построить единственную механическую характеристику.

Построение единственной характеристики асинхронного двигателя производится обычно с помощью формулы механической характеристики:

Задаваясь значениями S от 0 до 1 для двигательного режима и подставляя их в формулу (2.1) вычисляют соответствующие значения М и по точкам строят механическую характеристику. При этом скольжению Sкр отвечает момент Мкр, которые находят по следующим формулам:

В данном выражении:

R1 и X1 - каталожные данные выбранного электродвигателя;

R2 и Х2 - приведенные сопротивления обмотки ротора равные:

    

где Ке=0,95ин/Е2к - коэффициент трансформации ЭДС.

Так как параметры R1, R2, X1, Х2 не всегда даются в каталогах и паспортах в практических расчетах используются другие зависимости, позволяющие рассчитать Мкр и Sкр.

Так, например, Мкр можно рассчитать, зная величину перегрузочной способности двигателя:

При этом  или

где  Рн – в кВт;

Величина λ для различных серий двигателей имеет следующие пределы:

для краново-металлургической серии λ=2,3;...3;

для двигателей общего назначения λ =1,7;.. .2,4;

Критическое скольжение можно найти также с помощью величин Х и S для двигателей малой мощности:

для двигателей средней и большей мощности:

где

 

2. Расчет пускорегулировочных сопротивлений

Существует несколько способов расчета сопротивлений, как аналитических, так и графических. Наиболее удобен графико-аналитический метод расчета.

Допустим, что известны естественная электромеханическая или механическая характеристика двигателя и его паспортные данные. Требуется рассчитать сопротивление резистора RД, при включении которого в цепь якоря желаемая искусственная характеристика пройдет через точку А с заданными координатами ( , IИ) или ( , МИ). Реостатная характеристика может быть задана как по условиям регулирования скорости, так и для ограничения тока и момента двигателя в переходных процессах.

 

2.1. Метод пропорций (аналитический метод)

Данный метод основан на использовании формулы  для определения перепада скорости.

Запишем отношение перепадов скорости при токе Iи или моменте Ми на естественной и желаемой искусственной характеристиках.

 

Теперь определяем RД как искомую величину

Для автоматического пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением определить графически число ступеней реостата и величины сопротивлений его отдельных секций, если требуется, чтобы в процессе пуска вращающий момент изменялся в пределах от Ммакс = 2Мн до Ммин = (1 ÷ 1,2) Мн. Номинальные величины   двигателя:    Рн = 30 кВт,     Uн = 380 В,    Iн = 59 А,    nн = 975 об/мин,

rя(15°) = 0,23 Ом.

Необходимо построить естественную механическую характеристику. Для этого по данным каталога определяется номинальные параметры: МН, , PН.

рад/с

Мн=0,955 Рн/ = 0,955·30000/102,9 =279,3 Н·м

Скорость вращения якоря двигателя при идеальном холостом ходе:

Определим сопротивление ступеней реостата с помощью зависимости между скоростью вращения якоря и сопротивлением якорной цепи

Rя=0,23 Ом для Рн < 25 кВт;

Rя=0,23 Ом для Рн > 25 кВт.

Искусственное падение скорости:

Отсюда следует, что перепад скорости (при М = const пропорционален полному сопротивлению цепи якоря, состоящему  из сопротивления якоря в холстом состоянии rя(15)+Rп, которое в некотором масштабе определяется отрезком ас. При заданных значениях М1=2Мн и rя

М1=2Мн = 2·279,3 = 558,5 H·м

Ом

2.2. Методика расчета графо-аналитическим методом

Построение пусковой диаграммы:

Построим искусственные механические характеристики.

Вторую и последующие пусковые характеристики строят на основе следующих соображений. После включения двигателя в сеть увеличение скорости вращения его якоря, в цепь которого введены все секции пускового реостата, и изменение вращающего момента происходят по закону, характеризуемому прямой на графике. Когда вращающий пусковой момент уменьшится до величины М2, а скорость вращения якоря достигнет определенного значения, то первая секция пускового реостата должна быть выключена. Ее выключение приведет к повторному возрастанию тока в якоре и момента. Далее последующие секции таким же образом. После выключения последней секции работа двигателя будет определяться его естественной механической характеристикой.

Если при построении семейства характеристик окажется, что последняя прямая не придет в М1, необходимо задать другой момент.

2.3. Метод отрезков

Исходные данные получим из решения метода пропорций.

,

  ,

Мн = 279 Нм,

Мкрит =2Мн=558,5 Нм.       

М2 = 1,1Мн = 1,1*279 = 307,2 Нм,

М1 = 0,9 Мкрит =0,9*558,5 = 502,65 Нм

Раздел III

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Для асинхронного двигателя с фазным ротором, необходимо разработать, схему управления, составить спецификацию и дать краткое описание работы схемы. статора

Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем обеспечивает получение двух его скоростей соединением секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду и реверсирование. Защита ЭП в этом случае осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохранителями FA.

Для обеспечения пуска АД и вращения его с малой скоростью необходимо нажать кнопку SB4, после чего сработают контактор КМ2 и блокировочное реле KV. При этом статор двигателя включится по схеме треугольника, а реле KV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМ3 и КМ4, подготовит подключение его к источнику питания. Нажатие кнопок SB1 или SB2 опрелит соответственно направление пуска вперед или назад.

Разгон двигателя до высокой скорости осуществляется при нажатии кнопки SB5, которая отключит контактор КМ2 и включит контактор КМ1, т.е. обеспечит переключение секций обмоток статора со схемы треугольника на схему двойной звезды. Остановка АД производится нажатием кнопки SB3, которая отключит все контакторы и сам двигатель от сети.

Применение в данной схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4. Это же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4 в цепи их катушек.

Типовая схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором

№ п/п	Наименование	Тип	Примечание
1	Магнитный пускатель	ПАЕ-411	IНОМ=63А, U=380В
2	Плавкий предохранитель	ПР-2-60	IНОМ=60 А, IВСТ=20;25;35 А
3	Двигатель асинхронный	МТН-312-6	Pном=17,5кВт, UНОМ=380В, IНОМ=43А
4	Реле напряжения	РН-50	UНОМ=12-400В
5	Тепловое реле	КТ
6	Кнопка с самовозвратом	КУ-1	-