Автоматизировоный электропривод

При виборі потужності двигуна  за умовами його нагрівання під час  роботи враховують характер навантаження двигуна. Навантаження двигуна може бути тривалим, короткочасним і повторно-короткочасним.

При тривалому навантаженні двигуна втрати в двигуні при  пуску можна не враховувати. З  тривалим навантаженням працюють, наприклад, вентилятори, насоси, деякі металорізальні верстати і т.д. При такому характері навантаження потужність двигуна вибирають за навантажувальним моментом.

Короткочасний режим  роботи двигуна характеризується тим, що під час паузи двигун встигає  охолодитись до температури навколишнього  середовища, а протягом робочого циклу двигун не нагрівається до сталої температури.

Тривалість роботи двигунів, призначених для короткочасного режиму роботи, нормується стандартними значеннями часу роботи 15, 30 і 60 хв. Ці двигуни вибираються за спеціальним каталогом серії двигунів, призначених для короткочасного режиму роботи.

Припустимий час роботи двигуна за тепловими навантаженнями:

 

 

де Т_н– постійна часу нагрівання, яка характеризує швидкість нагрівання двигуна (береться з довідкових даних на двигун);

Р_т – коефіцієнт теплового навантаження.

 

.

 

τ – перегрів двигуна за час роботи;

τ_доп – перевищення температури двигуна над температурою навколишнього середовища при тривалій роботі двигуна.

Перегрів двигуна за час його роботи:

 

 

Повторно-короткочасний  режим роботи двигуна характеризується коефіцієнтом відносної тривалості робочого періоду.

Загальний час циклу  визначається за формулою:

 

 

t_p – тривалість робочого періоду;

t₀ – період паузи.

Для характеристики повторно-короткочасного режиму двигуна прийнятий символ ТВ (тривалість ввімкнення):

 

TB = 100ε, [%].

 

Промисловістю випускаються двигуни різної потужності з маркуванням ТВ (15, 25,40 і 60%).

Якщо для двигуна ε > 0,6, то двигун вибирається для довгострокової роботи, а якщо ε < 0,6 – для короткочасної роботи.

При розрахунку двигунів із самовентиляцією необхідно вносити  поправки, що враховують вплив погіршення умов вентиляції машини.

З урахуванням поправочного коефіцієнту ß коефіцієнт відносної тривалості робочого періоду дорівнює:

 

,

 

де  – часи пуску двигуна протягом циклу;

  – часи гальмування двигуна протягом циклу;

 – часи, коли двигун знаходиться в зупиненому стані (паузи).

 

Коефіцієнт ß для двигунів з різними способами вентиляції має наступні значення:

-  для закритих двигунів без охолодження ;

-  з незалежною вентиляцією ;

-  з зовнішнім охолодженням від власного вентилятора ;

-  для захищених електродвигунів із самовентиляцією внутрішніх просторів від власного вентилятора .

 

Для двигунів, призначених  для роботи в повторно-короткочасному режимі у випадку, якщо розрахункове значення є відрізняється від  його стандартного значення ε вводиться  коефіцієнт перерахування:

 

 

де а – коефіцієнт втрат в двигуні.

При незмінному магнітному потоці залежність між моментом на валу двигуна і його струмом є  пропорційною. Тому для розрахунку потужності двигуна при повторно-короткочасному режимі роботи часто користуються методом  еквівалентного моменту. Суть методу полягає в тому, що спочатку будується графік повторно-короткочасного навантаження (рисунок 5.1), а потім із графіка визначається еквівалентний момент, який дорівнює:

 

 

Рисунок 5.1 – Графік повторно-короткочасного навантаження

 

Час паузи t₀ у розрахункову формулу не включається, тому що він враховується величиною тривалості ввімкнення.

Для правильно обраного двигуна повинна виконуватися умова:

 

.

 

Для двигунів тривалого  режиму роботи номінальний момент повинен бути перерахований з урахуванням коефіцієнту втрат в двигуні за формулою:

 

 

Приблизні значення коефіцієнтів втрат для різних електродвигунів  при номінальному навантаженні наведені в таблиці 5.1.

Метод еквівалентного моменту застосовується для двигунів постійного струму незалежного збудження і для асинхронних двигунів з фазним ротором, що працюють при навантаженнях, близьких до номінального.

 

Таблиця 5.1

Тип двигуна	Двигун з об/хв	Двигун з об/хв
Постійного струму паралельного збудження	1,0	1,5
Постійного струму послідовного збудження	0,5	0,9
Асинхронні загального призначення з короткозамкненим ротором	0,5	0,7
Асинхронні крановометалургійні  з короткозамкненим ротором типу МТК	0,4 – 0,5	–
Асинхронні крановометалургійні з фазним ротором: - типу МТ для І - VI габаритів; - типу МТ для VII габариту.	0,45 – 0,6 0,9 – 1,0	– –

 

 

5.2 Вибір двигуна за  тепловим режимом роботи

 

Для робочого механізму  обрано двигун в четвертому розділі. Для забезпечення надійної роботи двигуна необхідно виконати  перевірку за тепловим режимом роботи. Спочатку визначаємо відносну тривалість ввімкнення двигуна:

 

.

 

Тривалість ввімкнення, яка враховує погіршення умов охолодження двигуна згідно формули :

 

;

;

.

 

Будуємо навантажувальну  діаграму робочого механізму (рисунок 5.1).

 

Рисунок 5. 2 - Навантажувальна діаграма робочого механізму

 

Еквівалентне навантаження повторно-короткочасного режиму за формулою:

 

Так як розрахована відносна тривалість ввімкнення не є стандартною величиною, приймаємо найближче стандартне значення =0,15.

Визначаємо коефіцієнт перерахунку за формулою :

 

.

 

Еквівалентне тривале  навантаження повторно-короткочасного режиму, перераховане для =0,15:

 

.

 

По каталогу електродвигунів серії МП найбільш доцільним буде двигун МП-32 для якого Р_н=9 кВт, n_н=900 об/хв, λ_м=2,5.

Номінальний момент цього двигуна при ТВ=15 %

 

.

 

Номінальний момент обраного двигуна більше розрахункового значення моменту при =0,15. Отже, обраний двигун задовольняє умовам його застосування за номінальним моментом. Максимальний момент обраного двигуна М_max=λ_м∙М_н=2,5·95,5=240 Н·м.

Значення максимального моменту двигуна перевищує пусковий момент робочого механізму, який дорівнює 149 Н·м.

Двигун по тепловому  режиму роботи і навантажувальному  моменту обраний вірно.

 

6 СХЕМА УПРАВЛІННЯ ДПС ПАРАЛЕЛЬНОГО ЗБУДЖЕННЯ

 

 

Рисунок 6 -  Схема  управління  ДПС  паралельного збудження

Для підготовки до пуску двигуна, вмикаються атоматичні вимикачі QF1 і QF2  в силовому колі, і в колі управління. Після вмикання QF1 подається живлення на обмотку збудження LM і силові кола ДПС. В результаті включення QF2 подається живлення на кола реле часу КТ1, КТ2, КТ3 і кола котушок пускачів КМ1 – КМ5. Схема має два кінцевих вимикача SQ1 і SQ2, які призначені для контролю положення вантажопіднімального пристрою у його двох кінцевих положеннях – верхньому та нижньому.

Пуск  двигуна здійснюється натисненням кнопки SB2, що подає напругу живлення на котушку пускача КМ1. Спрацювавши, пускач замикає силові контакти КМ1.1, КМ1.2 кола живлення двигуна і вал двигуна починає обертатися. Одночасно пускач своїм допоміжним контактом КМ1.3 шунтує кнопку SB2, та подає живлення на реле часу КТ1.

Розгін двигуна здійснюється по штучній характеристиці на першій ступені. Струм обмежується двома  послідовно включеними пусковими резисторами, їх загальний опір дорівнює 1,63 Ом –  як наведено в розрахунку струмообмежувального резистора першої ступені пуску. Після витримки часу, реле КТ1 замикає свій контакт КТ1.1 в колі котушки пускача КМ2 і в колі живлення реле часу КТ2. Контакт КМ2.1 шунтує опір R1 в колі якоря. Двигун переходить до розгону на другій ступені пуску, струм обмежується резистором R2=0,54 Ом, продовжується розгін. Після витримки часу реле часу КТ2 замикає свій контакт КТ2.1 у колі котушки пускача КМ3 з наступним замиканням контакту КМ3.1. Зашунтувавши опір R2, пускач КМ3 переводить двигун до розгону по природній характеристиці. Далі двигун працює в усталеному режимі роботи до моменту спрацювання кінцевого вимикача SQ1.

Після спрацювання кінцевого вимикача SQ1 замикаються його контакти в колі живлення котушки пускача КМ4. Пускач КМ4 спрацьовує і замикає свої контакти КМ4.1, КМ4.2 та переводить двигун у режим гальмування противмиканням. Також Спрацьовують контакти КМ4.3 для шунтування контактів кінцевого вимикача SQ1 і двигун продовжує гальмувати, а зупинившись відразу запускається у реверсному напрямі. Струм в цьому режимі обмежується резистором R_г.п.. Механізм змінює свій напрямок руху і прямує донизу.

При підході механізму до нижнього кінцевого  вимикача SQ2, замикаеться його контакт  в колі живлення пускача КМ5 і  реле часу КТ3 реле часу замикає свій контакт КТ3.1 з витримкою часу на відключення. Пускач КМ5 розмикає свій контакт в колі живлення КМ4 і КМ4 відключається. Пускач КМ5 залишається увімкненим до моменту відключення контакту КТ3.1. На весь цей проміжок часу, до якоря двигуна, контактом КМ5.1 буде підключенй резистор для  динамічного гальмування R_д.г.. Після зупинки схема керування електродвигуном готова до здійснення наступного циклу роботи.

Для зупинки механізму в ручному  режимі, передбачена кнопка SB1. Вона дозволяє зупинити електродвигун в будь-який момент часу.

При натисканні на SB1 розмикаються контакти SB1.1 і замикаються SB1.2. Контакти SB1.1 розмикають коло живлення таких апаратів: КМ1,  КМ2, КМ3, КМ4, КТ1, КТ2, що призводить до їх знеструмлення і миттєвого відключення. Контакти SB1.2 вмикають частину схеми, яка керує процесом динамічного гальмування і електропривід зупиняється максимально швидко без зайвого інерційного вибігу.

Витримки  часу всіх реле часу слід встановити такими, які розраховані у відповідних  розрахунках, це гарантуватиме правильний режим роботи електродвигуна.

 

Висновки

 

В курсовому проекті було проведено розрахунок по розробці електропривода на двигуні паралельного збудження ,проведено розрахунок редуктора, вибрано  двигун МП-32 у якого швидкість обертання валу n_д=900 об/хв, момент інерції J_д=0,305 н·м², номінальна потужність Р_н=9 кВт, номінальна напруга живлення U_н=220 В, номінальний струм I_н=48 А, номінальний к.к.д. η_н=0,76,  побудувано природну механічну характеристику двигуна, розраховано і побудувано пускові діаграми двигуна та визначено опір секцій пускового реостату, а також проведено розрахунок режиму пуску, гальмування і реверсування двигуна. Розраховано час пуску і гальмування двигуна, побудовано діаграми перехідних процесів, зроблено розрахунок реверсивного режиму роботи двигуна і побудовано відповідні діаграми, перевірено правильність вибору двигуна по тепловому режиму, правильність вибору двигуна підтверджено тим, що значення максимального моменту двигуна 240 н·м перевищує пусковий момент робочого механізму, який дорівнює 149 н·м, а також розроблено електричну принципову схему керування двигуном.

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Попович М. Г. Теорія електропривода:[ підручник] / Попович М.  Г.– К.: – Вища школа, 1993 - 494 с.
2. Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода: учеб. [для вузов] / Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 544 с.
3. Справочник по электрическим машинам: в 2 т. [под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова].– М.: Энергоатомиздат, 1988.– 456 с.
4. Москаленко В.В. Электрический привод / Москаленко В.В. – М.: Высшая школа, 1991. – 430с.
5. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов / Михайлов О.П.– М.: Машиностроение, 1990. – 304 с.