Проектирование электропривода

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО Юго-Западный государственный университет

 

 

Кафедра «Электроснабжение»

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

По дисциплине «Электропривод»

 

На тему: «Проектирование электропривода»

 

 

Специальность 140211 «Электроснабжение»

 

Автор проекта:   Косилов А.И.                           _______________

                                                                                      (подпись, дата)

 

Руководитель проекта:   Терещенко Е.М.                _______________

                       (подпись, дата)

 

Курсовой проект защищен__________________

                (дата)

 

Оценка_____________

 

 

 

Курск 2011

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО Юго-Западный государственный университет

 

Кафедра «Электроснабжение»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Студентка    Косилов А.И.  шифр     327009      группа ЭС – 71

1. Тема:    Проектирование электропривода                                   

2. Срок предоставления  проекта к защите  «          »                  2011г.

3. Исходные  данные для проектирования:

• Задание 1:

Мощность нагрузки на третьем участке нагрузочной диаграммы: Рсэ, кВт – 10

Синхронная скорость двигателя: ω0, рад/с – 78,6

Момент инерции механизма: , – 0,5

Кратность пускового момента, – 1,25

• Задание 2:

Тип двигателя: ПБСТ 42

Номинальная мощность Рн, кВт –2,9

Номинальная скорость вращения: ωН, рад/с – 230

Номинальное напряжение: Uн, В – 220

Номинальный ток якоря: Iн, А – 15

Номинальный момент: Мн , Н*м – 12,6

Номинальный КПД: η – 88,0

Коэффициент двигателя: С, В*с –0,9

Коэффициент усиления системы, Кс = Кус*Кув – 600

Скорость вращения идеального холостого хода: ω0, рад/с – 90

Сопротивление якорной обмотки нагретого двигателя: RЯ, Ом – 1,1

4. Расчетная  часть;

5. Список  литературы

Руководитель проекта                                                  Е.М.Терещенко                                                         

Задание №1

Для привода производственного механизма, работающего в повторно-кратковременном режиме, применен трехфазный асинхронный электродвигатель серии [], предназначенный для работы в указанном режиме.

Технологический процесс, осуществляемый электроприводом, протекает при работе на естественной механической характеристике, в соответствии с нагрузочной диаграммой, приведенной на рис. 1.

Рисунок 1. Нагрузочная диаграмма двигателя.

На рисунке 2 приведена схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором, в цепь которого введен пусковой резистор. Управление двигателем осуществляется с помощью электромагнитных реле времени, включенных через вентили V1-V4.

Для защиты цепей двигателя от коротких замыканий служит максимальное реле времени Л, от перегрузки – тепловое реле РТ, нагревательные элементы которых включены через автоматический выключатель, имеющий максимальную токовую защиту.

 

Рисунок 2. Схема автоматического управления пуском асинхронного двигателя в функции времени.

Подготовка схемы к пуску двигателя осуществляется подачей напряжения переменного тока: включаются выключатели 1А и 2А. При этом после включения 2А получит питание реле 1РУ и размыкающий контакт 1РУ разомкнется и выключит цепь катушек контактов ускорения 1У, 2У и 3У.

Если нажать кнопку пуск, то включается контактор Л, и будет подано напряжение на обмотку статора двигателя АД; в обмотку ротора при этом включены все пусковые резисторы – начинается пуск привода на первой реостатной характеристике. При включении контактора Л один из его замыкающих вспомогательных контактов шунтирует кнопку пуск, и отпадает необходимость длительно удерживать ее в нажатом состоянии. Размыкающий вспомогательный контакт Л отключит цепь реле 1РУ; так как оно отпускает якорь с выдержкой времени при отключении ее катушки, то РУ2 сразу не включится и его размыкающий контакт РУ2 будет открыт. Следует отметить, что размыкающий контакт РУ1 остается еще открытым; по истечении выдержки времени реле РУ1 его замыкающий контакт откроется, а размыкающий – закроется. В результате этих переключений в схеме управления включается контактор КУ1, и будет шунтирована первая пусковая ступень резистора – двигатель с первой (реостатной) характеристики перейдет на вторую, разгоняясь до большей угловой скорости. Кроме того, выключится реле времени РУ2, и его размыкающий контакт с выдержкой времени замкнет цепь катушки контактора КУ2 – шунтируется вторая пусковая ступень резистора – двигатель переходит на третью реостатную характеристику. Наконец, после размыкания с выдержкой времени замыкающего контакта РУ2 выключится реле РУ3 – с выдержкой времени, на которое настроено реле РУ3 (соответственно времени пуска двигателя на последней реостатной характеристике), замкнется его контакт РУ3, и включится контактор КУ3, обмотка ротора М окажется замкнутой накоротко, и двигатель начнет разгоняться в соответствии с его естественной характеристикой. Этим заканчивается ступенчатый пуск асинхронного двигателя, контролируемый в функции времени электромагнитными реле времени РУ1, РУ2, РУ3.

Остановка двигателя производится нажатием кнопки Стоп. Рассмотренная схема может быть использована для привода механизмов, не требующих изменения направления вращения, длительность торможения которых после отключения двигателя не имеет существенного значения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

Мощность нагрузки на третьем участке нагрузочной диаграммы: Рсэ, кВт	10
Синхронная скорость двигателя: ω0 рад/с	78,6
Момент инерции механизма: Jмех, кг*м2	0,5
Кратность пускового момента: М1/Мн	1,25

 

1. На основании заданной нагрузочной диаграммы определим продолжительность включения двигателя ПВ:

где - время работы двигателя, с,

- время  цикла, с,

  - время паузы, с.

2. Вычислим эквивалентную мощность Рэк на рабочем участке нагрузочной диаграммы:

   кВт

где , , - время работы двигателя с мощностями нагрузки на валу соответственно , .

3. Пользуясь техническими данными крановых электродвигателей серии МТF с фазным ротором 50 Гц. 220/380 и 500 В, выбираем двигатель таким образом, чтобы его мощность навалу при рассчитанной в пункте 1 продолжительности включения была больше или равна Рэк, а его скорость вращения в об/мин соответствовала скорости  (синхронная скорость поля выбираемого двигателя в об/мин), которая равна:

 об/мин

Так как асинхронный двигатель вращается всегда немного медленнее своего магнитного поля, выбираем такой двигатель, скорость которого чуть меньше 

Тип электродвигателя	Мощность на валу, кВт, при ПВ=25%	Скорость вращения об/мин	Ток статора при 380 В, А	cos φ	К.п.д., %	Ток ротора, А	Напряжение между кольцами	Максимальный момент, кгс*м	Маховой момент ротора, кгс*м^2	Масса двигателя, кг	Максимальная скорость вращения, об/мин
MTF-311-8	9	680	25,6	0,74	72	26	245	27	1,1	170	1900

4. Рассчитаем и построим естественную механическую характеристику  двигателя, пользуясь упрощенным уравнением механической характеристики:

где Мк – критический или максимальный момент в Н*м, (1 кгс*м = 9,8 Н*м);

Sк – критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту;

S – текущее скольжение, изменяющееся в двигательном режиме от 1 до 0;

М – текущий момент двигателя соответствующий скольжению S.

Н*м

 рад/с

Н*м,

Подставляя в уравнение механической характеристики значения S в диапазоне от 1 до 0, рассчитываем соответствующие значения М, сводим расчеты в таблицу и строим механическую характеристику S=f(M).

Вертикальную ось разбиваем также в значениях n по уравнению .

Вертикальную ось разбиваем также в значениях n по уравнению .

 

S	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
M, Hм	171,9	186,33	201,21	218,67	236,25	254,4	264,6	260,6	222,3	133,9	-

 

S	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
n, об/мин	0	75,1	150,2	225,3	300,4	375,5	450,6	525,7	600,8	675,8	751

 

 

 

 

5. Принимая механические характеристики прямолинейными рассчитываем аналитически величину момента переключения М2:

 Н  м

 Н  м

Принимаем α = 2,04

Графическое построение пусковых сопротивлений АД представлено на рисунке 3. По построенным характеристикам определяем сопротивление секции пускового реостата:

ас = 80 мм, се = 35 мм, еg = 20 мм, gh = 20 мм

 
где - масштаб сопротивлений:

где - активное сопротивление одной фазы обмотки ротора, которое можно определить по формуле:

здесь - напряжение между кольцами двигателя при неподвижном роторе,

- ток  ротора при выбранном значении  ПВ.

6. Выполним приведение момента инерции механизма к валу двигателя по формуле:

где - момент инерции двигателя ( );

- момент  инерции механизма (табл. 1);

= 42 рад/с  – номинальная частота вращения  механизма;

где - скорость вращения двигателя.

7. Определяем приближенно время пуска двигателя из неподвижного состояния до рабочей скорости ( ), считая, что двигатель разгоняется под действием среднеарифметического момента:

,

Момент статического сопротивления:

Время пуска двигателя равно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №2

Для привода станка применен тиристорный электропривод с управляемым выпрямителем и электродвигателем типа ПБСТ. Для обеспечения требуемого диапазона регулирования скорости и жесткости механических характеристик использована отрицательная обратная связь по скорости.

 

 

Рисунок 4. Схема силовой части системы УВ – Д.

ТГ, выходное напряжение которого UТГ, пропорциональное скорости ДПТ ω, является сигналом обратной связи. Коэффициент пропорциональности  носит название коэффициента обратной связи по скорости и определяется данными тахогенератора.

Сигнал обратной связи UТГ = UОС, сравнивается с задающим сигналом скорости Uзс и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) UВХ полается на вход дополнительного усилителя У, который с коэффициентом kу усиливает сигнал рассогласования UВХ и подает его в виде сигнала управления UУ на вход преобразователя П.