Расчёт статических и динамических режимов работы электроприводов горных машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования 
Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

По дисциплине «Основы электропривода»

Тема: «Расчёт статических и динамических

режимов работы электроприводов 

горных  машин»

 

 

Выполнил:

студент группы

С-3432

Шепетило И.Ю.

 

Проверил:

…………………

Кондрашова Л.А.

 

 

 

Владивосток 2013

 

Аннотация

Целью данного курсового проекта является самостоятельная проработка студентом теоретических вопросов расчета и исследования электродвигателей. Расчет двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. На примере роторного экскаватора ЭРШР-1600.

 

 

Содержание

1. Введение …………………………………………………………………...................4
2. Исходные данные.........................................................................................................5
3. Расчёт естественной механической ω= f(М) и электромеханической ω=f(Iя) характеристик..................................................................................................................6
4. Расчёт сопротивлений пусковых реостатов..............................................................9
5. Расчёт режимов торможения....................................................................................13
6. Расчёт и построение графиков переходных процессов ДПТ с независимым возбуждением..................................................................................................................14
7. Проверка двигателя по нагреву................................................................................18
8. Расчет потребления электроэнергии за цикл работы электродвигателя..............19
9. Заключение……………………………………………………………………….....21
10. Библиографический список ...................................................................................22 
    Введение

Наиболее характерными представителями выемочно-погрузочных машин, эксплуатируемых на открытых разработках, являются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы. Экскаватором называется машина, предназначенная для зачерпывания (экскавации) горной массы, перемещения её на относительно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или отвал. Подъем и опускание стрелы осуществляется за счет движения каната, приводимого в движение электродвигателем постоянного тока. Стрелы лопат могут быть в виде одной сплошной балки, двух балок, соединенных вверху и внизу траверсами, или в виде разрезной балки, имеющей посредине шарнир. В плане большинство стрел имеет уширенную к пяте форму, однобалочные же стрелы — боковые оттяжки (тяги), что повышает их поперечную устойчивость. Двигатели постоянного тока благодаря наличию механического преобразователя частоты - коллектора допускают плавное и экономичное регулирование частоты вращения. Это преимущество перед двигателями переменного тока обеспечивает применение двигателей постоянного тока в электроприводах с широким диапазоном изменения частоты вращения. Двигатели постоянного тока находят применение в приводах прокатных станов, станков на транспорте и в других системах автоматического управления. По способу возбуждения двигатели постоянного тока, так же как и генераторы, делятся на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Двигатели независимого возбуждения могут быть разделены на двигатели с электромагнитным возбуждением, когда обмотка возбуждения подключена к постороннему источнику постоянного тока, и на двигатели с магнитоэлектрическим возбуждением, когда вместо обмотки возбуждения используются постоянные магниты.

 

Исходные данные

1. Тип экскаватора – роторный  ЭРШР - 1600 ;
2. Назначение привода – подъём стрелы ;
3. Среднее время работы, за цикл при мощности (кВТ); ; γ=0,85
4. Вид торможения - рекуперативное;
5. Коэффициент пусковой мощности δ=
6. Тип электродвигателя П-71;
7. Мощность Р = 7 кВт;
8. КПД ƞ=75,5%
9. Частота вращения n = 750 об/мин;
10. Напряжение, В
11. Ток якоря, А
12. Ток возбуждения (независимая обмотка), А
13. Магнитный поток, мВб Ф=9,2 мВб
14. Сопротивление якоря, Ом
15. Сопротивление независимого возбуждения, Ом
16. Сопротивление стабилизирующей, Ом
17. Сопротивление дополнительных полюсов, Ом
18. Момент инерции якоря, Н*м²
 

Двигатели постоянного  тока с независимым возбуждением.

Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ  с НВ) широко применяются в приводе  рабочих механизмов экскаваторов, подъёмных  установок, буровых станков.

Запуск таких двигателей осуществляется с помощью пусковых резисторов, работа ведётся на естественной ( или искусственной) характеристике.

 

1. Расчёт естественной механической ω= f(М) и электромеханической ω=f(Iя)  характеристик.

Произведение конструктивного коэффициента к на номинальный поток возбуждения Ф можно определить из уравнения:

 

кФ = (дв)                                                                                        (1.1)

где номинальное напряжение питания якорной цепи двигателя; - произведение конструктивного коэффициента двигателя и номинального магнитного потока возбуждения; - номинальное значение угловой скорости, определяемое по значению скорости , об/мин:

 

 рад/с.                                                                 (1.2)

кФ=

 

Сопротивление якорной цепи двигателя, приведённое  к рабочей температуре, рассчитывается по формуле:

                   

 Ом

где - ;

, Ом.                                                                                 (1.3)

Поскольку статические характеристики ДПТ с НВ имеют вид прямых линий, естественную механическую и электромеханическую характеристику строим по 2-м точкам с координатами:

(ω = ω0; Iя = 0 ) и (ω = ωн, I = Iя н);

(ω = ω0, М = 0) и (ω = ωн , М = Мн).

ω0 = , - скорость холостого хода двигателя,                                       (1.5)

ω0 = ,рад/с.

 

Номинальный момент М_н можно определить, как

 или   .

= 1,31 Н∙м

 

 

Для устойчивой работы электродвигателя необходимо, чтобы электромагнитный момент, развиваемый электродвигателем, находился со статическим моментом нагрузки на валу двигателя в соотношении  М > М_с.

 

 

 

 

ω

 

ω0

ωн

 

 

 

 

0

Мс1

Mн

M

ω

 

ω0

ωн

 

 

 

 

Iн

I

0

 

 

2. Расчёт сопротивлений  пусковых реостатов

Полную величину пускового  реостата можно определить как ,

                                                                                                              _(2.1)

                                                                                                _(2.2)

, Ом

, Ом

         Максимальный ток переключения принимаем равным пусковому,

Imax = In = 2,5Iн = 2,5∙110= 275 А                                                               (2.3)

 

Ток переключения находим  из соотношения,

= / =196,4А.                                                                                             (2.4)

При заданном числе пусковых сопротивлений (m = 2-5) коэффициент кратности токов переключения,

μ = ,                                                                                                    (2.5)

где rдв = – относительная величина внутреннего сопротивления двигателя;

Rн = – определяется по паспорту данных двигателя                         (2.6)

Rн = Ом

rдв = Ом

λ=

μ=

 

Необходимое число пусковых ступеней при этом,

m = ,                                                                                                     (2.7)

m =

Ток  Ic1 соответствует моменту статической нагрузки при пуске двигателя под нагрузкой Р1,

 

Ic1 = А                                                                                (2.8)

 

Для определения Мс1 необходимо построить дополнительную кривую, задаваясь значениями скорости от 0,7ωн   до  1,3ωн.

М_с = ,                                                                                                         (2.9)

 Пересечение этой кривой с графиком ω=f(М), даёт нам численное значение Мс1.

Мощность Р1 находится,

 

Р1=δ Рн=0,95·7000=6650 Вт;

ω1 = 0,7∙ωn = 0,7∙78,5 = 54,95 Рад/с;

ω2 = 0,9∙ωn = 0,9∙78,5 = 70,65 Рад/с;

ω3 = 1,1∙ωn = 1,1∙78,5 = 86,35 Рад/с;

ω4 = 1,3∙ωn = 1,3∙78,5 = 102,05 Рад/с;

М1с = Н∙м;

М2с = Н∙м;

М3с = Н∙м;

М4с = Н∙м;

Рассчитываем пусковые сопротивления  графическим методом.

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим точки пересечения  идеальной естественной и искусственной  характеристик с вертикалью, соответствующей  току Iн , точками а, b, с, d, е, f.

По пусковой диаграмме  определяем пусковые сопротивления  графическим методом,

,                                                                                     (2.10)

где = - масштаб сопротивлений, Ом/мм.

= Ом/мм;

Ом.

Сопротивления пусковых ступеней,

Ом;

 Ом;

 Ом.

 Ом

Сопротивления пусковых секций реостата определяются так же с помощью  отрезков,

     

      

     

Правильность расчета  проверяем соотношением:

; 0,87≈0,86 значит, расчет выполнен верно.

 

 

 

 

 

 

3. Расчёт режимов торможения

Рекуперативное  торможение

Если якорю машины постоянного  тока, работающей в двигательном режиме, сообщить дополнительное вращение в  том же направлении от постоянного  источника со скоростью, выше скорости холостого хода, то ЭДС двигателя Е, сохраняя прежнюю полярность, превысит по абсолютной величине напряжение питания U, и будут иметь место соотношения:

;           = 102,8 +84 0,0303                                             (3.1)   

    ;                                                                                              (3.2)

;                                                         (3.3)           

  ,                                                                                              (3.4)

т.е. ток изменит свое направление  на обратное, развиваемый им момент станет тормозным, а двигатель работает в режиме генератора с отдачей  в сеть электроэнергии мощностью 

. Это режим рекуперативного торможения, ему соответствует участок электромеханической характеристики на рисунке.

4. Расчёт и построение графиков переходных процессов ДПТ с независимым возбуждением

Если пуск двигателя осуществляется под нагрузкой из неподвижного состояния, то уравнение изменения скорости в функции времени имеет вид,

                                                                                       (4.1)

где ωс- установившееся значение скорости при нагрузке М_с,.

При пуске вхолостую, когда М_с = 0,

,                                                                                      (4.2)

где  ω0 = 78,5 - скорость холостого хода.

 

При пуске ДПТ через  ступенчатый реостат время разбега  двигателя в каждой ступени определяем по формуле,

 

,                                              (4.3)

 

где i = 1, 2, 3…т; - угловая скорость на ступени i при ; - то же на ступени i+1 при ; - то же на ступени i при .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1,31*275=360,25

Ступень	, рад/с	, рад/с	, рад/с	, рад/с	, с	, c
1	0	56,2	49	47,8	0,22	0,16
2	55	70	70	66	0,105	0,07
3	66	77	81	73,5	0,062	0,033
4	76,5	80,5	85	78	0,026	0,0108

 

 

_{Электромеханическая постоянная времени  при работе под нагрузкой}

 

,                                                                    (4.4)

,      

где - скорости, соответствующие точкам пересечения i- ой характеристики с вертикалью М = М_н. - момент инерции двигателя; - приведенный к валу двигателя момент нагрузки, по условию КП  ; в дальнейшем принимаем, Н∙.