Привод электростеклоподъемника

 

Характеристики мотор-редуктора ЭПС:

напряжение питания постоянного  тока — 12 В,

нагрузочный момент — 3 Н*м,

пусковой момент — 14 Н*м,

потребляемый ток не более 8 А,

потребляемый ток при  заблокированном выходном вале не более 28 А,

частота вращения не менее 65об/ мин-1,

мощность, Вт — 8

габариты — 195х130х50 мм,

масса — 1 кг,

режим работы — повторно-кратковременный.

Время подъема/опускания  стекла — от 2 до 6 секунд.

4. Расчет и построение механической характеристики рабочей машины. Проверка  выбранного электродвигателя по перегрузочной способности

 

Номинальная частота вращения определяется по формуле

 

 

Номинальный, пусковой (кратность пускового момента принимаем 2), минимальный и максимальный моменты электродвигателя определяются по формулам

 

 

 

 

 

 

 

 

Момент статического сопротивления  на валу электродвигателя М_с, Нм равен:

 

где М_с – момент сопротивления механизма при угловой скорости ω_м Нм;

М_о – момент сопротивления механизма, не зависящий от угловой скорости (момент трогания), Нм; 

М_сг – момент сопротивления при номинальной угловой скорости, Нм; 

ω_д – текущее значение угловой скорости вала рабочей машины, с^–1; 

ω_мн – номинальная угловая скорость вала рабочей машины, с^–1; 

х – показатель степени характеризующий изменение статического момента от угловой скорости, для электропривода перемещения моста принимаем равным нулю. Тогда из уравнения следует:

 

 

Момент М_сн возьмем из пункта 2, М_сн= 3.5

Минимальный избыточный момент, необходимый для пуска электродвигателя, принимается равным 0,2М_сн, тогда

 

 

 

Возможность пуска электродвигателя при снижении питающего напряжения на 20% проверяется по условию

 

 

 

 

 

Вывод:

Так как 9.03>4.2 следовательно электродвигатель, выбранный в пункте 3 запуститься даже при снижении питающего напряжения на 20%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение времени пуска и торможения привода.

 

Время пуска и торможения двигателя определяется по формулам:

где   GD² – маховый момент системы электропривода (GD² = 12.84 );

n_дв – частота вращения двигателя (n_дв = 130 );

М_j– динамический момент электропривода

Знак плюс у момента  Мg берётся в том случае, когда двигатель работает в двигательном режиме, а знак минус – при тормозном режиме.

Знак плюс у момента  сопротивления выбирается в том  случае, когда рабочая машина помогает движению системы (при опускании  груза), а знак минус, если рабочая  машина мешает движению системы.

Величина момента двигателя  находится из уравнения:

Мg = bМ_н

где   b - коэффициент, зависящий от типа двигателя и условия пуска.

Для двигателя постоянного  тока и асинхронных двигателей с  фазным ротором коэффициент  b = 1.4 ¸ 1.6.

Дляданногодвигателяb = 1.6.

 

 

где     М_н – номинальный момент двигателя

          Р_н – номинальная мощность двигателя (Р_н = 96 Вт);

n_дв – частота вращения двигателя (n_дв = 130 )

 

b

b7.05 = 11.28 Н∙м

 

 

 

 

 

Время пуска двигателя

 

 

 

Время торможения

 

 

 

 

Путь, пройденный рабочим  органом за время пускаи торможения, вычисляется по формулам:

 

где   t_n – время пуска привода (t_n= 0.5 с);

t_m– время торможения привода (t_m = 0.3 с);

V – скорость поступательно движущегося элемента (V = 13.75см/сек).

 

 

 

 

 

 

Вывод:

Мощность двигателя  96 Вт, отсюда следует, что время пуска  и торможения будет минимальным.Путь, пройденный рабочим органом за время пускаи торможения, 

 

 

6. Рассчитать механическую характеристику электродвигателя. Определить фактическое и допустимое число пусков    привода в час

 

Критическое скольжение, соответствующее  максимальному вращающему моменту  электродвигателя определяем по формуле

 

 

где m₁ – коэффициент, равный отношению кратности максимального и кратности пускового моментов:

 

 

Частота вращения вала

 

 

 

 

 

 

 

Номинальноескольжениеэлектродвигателя

 

 

Параметр q может быть определен по соотношению

 

 

Механическая характеристика электродвигателя М_д (ω) рассчитывается по формуле Клосса:

 

где s – текущее скольжение;

Время разбега и торможения системы под нагрузкой и на холостом ходу может быть определено на основе уравнения движения электропривода

 

где М_изб – избыточный момент системы, Нм.

Время полного разбега  и время торможения возьмем из пункта 2

При повторно–кратковременном режиме электродвигатель сильно нагревается  из-за повышенных потерь в период пуска. Чтобыэтопредотвратить, необходимовыполнитьусловие

 

где h – число включений электродвигателя в час;

h_доп – допустимое число включений электродвигателя в час.

Число включений электродвигателя в час, h определяется по формуле

 

 

где t_p и t₀ – соответственно продолжительность работы и паузы, мин.

Допустимое число включений  электродвигателя в час, исходя из условий  допустимого нагревания, рассчитывается по формуле

 

 

где ΔР_н – номинальные электрические потери мощности электродвигателя, Вт;

А_н – потери энергии при пуске электродвигателя, Дж.

β_о - коэффициент ухудшения теплоотдачи, принимаем д 0.5;

Номинальныеэлектрическиепотеримощностиэлектродвигателя

 

 

где α – коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности электродвигателя к переменным (α = 0,5 – 0,6);

η_н - КПД двигателя при номинальной нагрузке, примем 0.83.

Потери энергии при  пуске электродвигателяΔА_п

 

 

где i_п – кратность пускового тока электродвигателя принимаем равным 2.

 

 

Вывод:

Допустимое число включений  электродвигателя в час, исходя из условий  допустимого нагревания 70раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Определение мощности двигателя из условий нагрева

 

Электрические машины не должны нагреваться свыше допустимых пределов. При перегреве машины изоляция обмоточных проводов быстро стареет, теряет изоляционные свойства, становится хрупкой и при  дальнейшей работе может обуглиться, что может привести к короткому  замыканию и выходу машины из строя.

По нагрузочной диаграмме  определяем эквивалентный по нагреву  момент двигателя за время его  работы без учёта времени пауз

где   М_n и М_m – моменты, развиваемые двигателем при пуске и торможении.

Эквивалентнаямощность

После этого производится пересчёт эквивалентной мощности на ближайшую, стандартную продолжительность  включения

где   ПВ_д – действительная продолжительность включения двигателя

        ПВ_к – ближайшая по величине стандартная продолжительность включения по отношению к действительной ПВ.

Если полученная в результате расчёта мощность Р_к< Р_н двигатель, который был предварительно выбран, по условиям нагрева проходит.

Если же Р_к> Р_н, то необходимо задаваться следующим габаритом двигателя и расчёт производить вновь.

Определяемэквивалентныймомент:

где   k – поправочный коэффициент (k = 1.5);

Q = 5кг – вес груза

D_б = 0.04м – диаметр барабана;

i = 25.22 – передаточное отношение;

h =0.84 - кпд привода.

Эквивалентнаямощность:

Р_к = 21.6 Вт < Р_н = 96 Вт

 

 

Вывод:

Поскольку Р_к = 21.6 Вт < Р_н = 96 Вт то двигатель по условию нагрева проходит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Определение активной и реактивной мощности, потребляемые из сети двигателем, и cosφ

 

Активная, реактивная и полная мощности, потребляемые электродвигателем  из сети, определяются по известным  формулам с учетом коэффициента загрузки. Для определения КПД  и электродвигателя по каталожным данным строятся графики и . Здесь k_з – коэффициент загрузки двигателя:

k_з= 24.2/96 = 0.25

Максимальная активная мощность, , Вт,

 

Pmax=96*0.25/0.84 =28.6 Вт

Максимальная полная мощность, , ВА

 

Smax = 28.6/0.6=47.6 ВА

Максимальная реактивная мощность, , ВАр

 

Qmax = \/2265.76-817.96=\/1447.8=38.04 Вар

Если в каталоге в технических  данных электродвигателей не приводятся значения и Cos при равных коэффициентах загрузки, то они определяются аналитически.

Коэффициент полезного действия η_з рассчитывается по формуле

 

 

где f_a – коэффициент формы кривой КПД.

 

 

 

Коэффициент мощности рассчитывается по формуле

 

 

где – коэффициент формы кривой .

 

 

 

Вывод:

Были рассчитаны: максимальная активная мощностьPmax =28.6 Вт:;

максимальная полная мощностьSmax47.6 ВА; максимальная реактивная мощностьQmax = 38.04 Вар.

 

 

 

 

 

 

9. Составление принципиальной и монтажной электрических схем управления электроприводами. Описание работы принципиальной схемы

 

Рисунок 7. Схема включения ЭСП-Р-01

1 - монтажный блок; 2 - реле  зажигания; 3 - замок зажигания; 4 - моторедуктор электростеклоподъемника правой двери; 5 - моторедуктор электростеклоподъемника левой двери; 6 - переключатель электростеклоподъемника правой двери; 7 - переключатель электростеклоподъемника левой двери; К7 - реле питания электростеклоподъемников; А - к выводу «30» генератора; Б - к колодке жгута проводов, подключаемой к табло подсветки рычагов отопителя; В - к табло подсветки рычагов отопителя; Г - условная нумерация штекеров в колодке моторедуктора

На Рис .5 изображенапринципиальная схема ЭСП. При постановке автомобиля на охрану, от схемы управления закрытием замков дверей на обмотку реле К 3 поступает напряжение, реле срабатывает и контактами К3.1 подключает конденсатор С3 к напяжению +12В через резистор R5, конденсатор заряжается. После окончания импульса управления заряженный конденсатор подключается к обмотке реле К 2, оно

срабатывает и своими контактами К 2.2 подает напряжение на таймер, собранный на микросхеме DA1. На выводе 7 микросхемы устанавливается напряжение близкое к 0 и через резистор R3 на базу транзистора VT2 подается открывающее напряжение. Через открывшийся транзистор VT2 и замкнувшиеся контакты репе К 2.1 на обмотку реле К2 подается удерживающее напряжение. Транзистор VT1 термостабилизирует рабочую точку транзистора VT 2. Замкнувшиеся контакты реле К2.2 подают напряжение на обмотту репе К1. Через резистор R4, контакты репе Р1 и далее через кнопку управления стеклоподьемником напряжение подается на двигатель, стекло закрывается. Когда стекло полностью закроется, двигатель начинает тормозиться, ток увеличивается, увеличивается и падение напряжения на резисторе R4, что приводит к закрыванию транзистора VT2. Обмотка реле К2 обесточивается, его контакты размыкаются, обесточивая всю схему. Ток срабатывания защиты устанавливается резистром R2. Время срабатывания таймера выбрано на 2-3 секунды больше, чем время необходимое для полного закрытия стекла. В нормальном режиме он срабатывать не успевает, сработает он только тогда, когда по какой-либо причине исчезнет нагрузка и не будет условий для зактытия транзистора VT2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8. Принципиальная схема ЭСП.

 

Вывод:

Принципиальная и монтажная  электрические схемы управления ЭП приведенные в пункте 9 являются общими и наиболее распространенными  для современных электростеклоподъемников автомобилей.