122490 (Автоматизированный электропривод)

Автоматизированный электропривод

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Автоматизированный электропривод»

Тема: Разработать электропривод механизма передвижения мостового крана.

Выполнил студент: Барулин Ю.В.

Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева.

Новомосковский институт

Кафедра «Электротехники»

Новомосковск 2004 г.

Задание

Разработать электропривод механизма передвижения мостового крана.

Механизм включает двигатель постоянного тока, торможение включением сопротивления в цепь якоря. Вращение ротора двигателя передаётся через редуктор ходовым колесом, имеющем диаметр D=0.4м и цапф Dц=0,008м.Тележка перемещает кран с грузом mг=28 т на расстоянии перемещения L=18 м, скорость передвижения v=19 м/мин, а вес самой тележки mт=6 т, К.П.Д. передач механизма n=0,65.

Кроме того, при расчёте электропривода задаются продолжительностью включения ПВ=34% и приведённым к валу двигателя моментом энерции механизма I1=25% от момента инерции ротора электродвигателя.

Цикл работы тележки включает перемещение груза на расстояние и возвращение назад без груза. Разработать схему управления, которая должна обеспечивать ступенчатый пуск, электрическое торможение, снижение скорости перед остановкой до (20-30)% от номинальной, фиксацию механизма электромеханическим тормозом при отключении двигателя от сети.

Срок сдачи проекта

Дата выдачи задания

Введение

Эффективность средств производства, которыми располагает человеческое общество, в значительной степени определяется совершенством способов получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах. Производственные механизмы, без которых нельзя в настоящее время представить себе ни одно производство прошли длительный путь своего развития, прежде чем приняли вид современного автоматизированного электропривода, приводящего в движение бесчисленное множество рабочих машин и механизмов в промышленности, транспорте, в сельском хозяйстве и в бытовой технике и автоматически управляющего их технологическими процессами.

Пределы использования по мощности современного электропривода весьма велики - от десятков тысяч киловатт в единичном двигателе до долей ватта.

Современный автоматизированный электропривод представляет собой сложную электромеханическую систему, предназначенную для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из трёх частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Диапазон изменения номинальных частот вращения электропривода имеет весьма широкие пределы. Использование средств дискретной техники в системах управления приводами постоянно тока расширяет диапазон регулирования скорости до (1000-1500:1 и выше. Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую является электрический двигатель, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств с целью формирования статистических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственных механизмов.

Речь идёт об обеспечении с помощью автоматизированного электропривода оптимального режима работы машин, при котором достигается наибольшая производительность при высокой точности.

Многообразие производственных процессов обуславливает различные виды и характеры движения рабочих органов машины, а следовательно, и электроприводов. По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движение. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций.

Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов. Развитие автоматизированного электропривода ведёт к совершенствованию конструкций машин, к коренным изменениям технологических процессов, к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства, поэтому теория электропривода- техническая наука, изучающая общие свойства электромеханических систем, законы управления их движением и способы синтеза таких систем по заданным показателям имеет важнейшее практическое значение.

Системы автоматического управления электроприводами постоянного и переменного тока, в которых используются все достижения полупроводниковой техники, а так же возможности электронной вычислительной техники, позволяют существенно упростить конструкции производственных механизмов, повысить их точность и поднять производительность, т.е. способствовать техническому прогрессу. Широкая автоматизация механизмов на базе следящих систем электроприводов, систем с цифровым программным управлением и средств комплексной автоматизации – обширная и весьма важная развивающаяся область автоматизированного электропривода.

1.Расчёт статистических нагрузок и мощности ДТП

1.1Статистическая нагрузка при движении тележки с грузом

Рс1=кg(mт+mг) (мDц/2+f)v/nD/2

где к-коэффициент, учитывающий трение

(к=1,2 1,3). Принимаем к=1,25

g-ускорение свободного падения, Н*м2;

mт-масса тележки, кг;

mг-масса груза, кг;

f-коэффициент трения качения. Принимаем в зависимости от диаметра колеса. принимаем f=0.0005

м-коэффициэнт трения;

Dц-диаметр цапфа;

V-скорость передвижной тележки, м/с;

D-диаметр колёс, м;

n-номинальный КПД передачи механизма.

Рс1=1,25*9,81(6000+28000)(0,25*0,08/2+0,0005)*0,32/0,65*0,4/2=10776Вт=10,78кВт

Мощность двигателя при движении тележки без груза определяется аналогично, с учётом что mг=0

Рс2=кgmт(мDц/2+f)V/n*D/2

Рс2=1,25*9,81*6000(0,25*0,08/2+0,0005)*0,32/0,65*0,4/2=1902Вт=1,9кВт

Время работы с грузом и без груза

tp1=tp2=L/V,

где L-расстояние перемещения, м

tp1=tp2=18/0.32=56.8c

Время цикла при заданной продолжительности включения

tц=(tp1+tp2)*100% / ПВ%?

где ПВ% заданная продолжительность включения

tц=(56,8+56,8)*100% / 34%=334 c

Время пауз

tп1=tп2=(tц-(tp1+tp2))/2

tп1=tп2=(334-(56,8+56,8))/2=110,2с

Так как время цикла меньше 10 минут, то режим работы повторно-кратковременный

Эквивалентная среднеквадратичная мощность за время работы

Рэ= (Р2с1*tp1+P2c2*tp2)/(tp1+tp2)

Рэ= (10,782*56,8+1,92*56,8)/(56,8+56,8) =7,74кВт

Эквивалентная мощность , приведённая к стандартной ПВ%

Pэк=Кз*Рэ* ПВ/ПВст ,

где Кз-коффициэнт запаса (Кз=1,1 1,3). Принимаем Кз=1,2;

ПВст-стандартная продолжительность включения, ПВст=40%

Рэк=1,2*7,74 34/40 =8,56 кВт

Выбор двигателя постоянного тока (ДПТ)

Согласно [4] номинальная мощность выбираемого двигателя должна быть эквивалентной мощности,

Рэк >Рэн. Выбираем D32

Рном=12кВт; nном=800 мин-1; Uном=220В; Кa =0.28 Ом;

Iном=57А; Iв=1,85А; Р при ПВ=40%=9,5кВт; Iдв=0,425кг*м2

Номинальная угловая скорость

wн=2пn/60,

где n-номинальная частота вращения,

wн=2*3.14*800/60=83.37

Передаточное отношение редуктора

ip=(wн*D/2)/V*60

ip=(83.37*0.4/2)/0.32*60=0.87

2.Расчёт и построение эл./механических характеристик

2.1 Построение соответственных электромеханических характеристик.

Механические характеристики для ДТП с параллельным возбуждением представляют собой прямые линии, поэтому для их построения достаточно определить координаты 2-х точек: номинального режима и холостого хода

Номинальный момент

Мн=Рн/wн,

где Рн-номинальная мощность двигателя, кВт

Мн=12000/83,73=133,46 Н*м

Для холостого хода момент принимается равным нулю, М0=0.

Скорость находится из выражения

w0=Uн/КФ,

где КФ=(Uн-Iн*Ra )/wн,

где Uн-номинальное напряжение при ПВ%ст,В;

Iн-номинальный ток, А;

Ra -суммарное сопротивление якоря, Ом.

КФ=(220-57*0,28)/83,73=2,44

w0=220/2.44=90.16

Эти характеристики представлены на рисунке 4.

2.2 Статистические моменты сопротивления двигателя при движении тележки с грузом и без груза

Мс1=Рс1/wн

Мс1=10,78/83,37=128,7 Н*м

Мс2=Рс2/wн

Мс2=1,9/83,73=22,71 Н*м

Строим их как вертикальные линии в 1 и 3 квадранте.

2.3 Для построения пусковых реостатных характеристик задаемся моментами переключения

М1=(2 3)Мн

М1=(2 3)*133,6=226,92 340,38 Н*м

М2>(1.1 1.2)Мн

М2>(1,1 1,2)*133,46>124,81 156,12 Н*м

П =М1/Мн

П=(226,92 34,38)/133,46=2 3

Rном=Uном/Iном

Rном=220/57=3.86 Ом

Ra=Ra /Rном=0,28/3,86=0,0725

Принимаем П =3. Задаёмся числом ступеней z=2

М2= Пz Ra*П

М2=32 0,0725*3 =1,39

М2=М2*Мн

М2=1,39*133,46=158,74

Выбранные значения П и z соответствуют выполнению условия М2>(1,1 1,2)Мн

2.4 Построение тормозной характеристики для ДТП

При типе торможения В строим тормозные характеристики, проводя прямые через точку w0 и пересечение линии Мс и точкой 0,2wн

2.5 Расчёт пусковых и тормозных резисторов

R1=Rном*bc/af=3.86*8/92=0.34

R2=Rном*cd/af=3.86*16/92=0.67

Rт1=Rном*de/af=3.86*32/92=1.34

Rт2=Rном*de/af=3.8*275/92=11.54

3.Расчет переходных процессов при пуске и торможении электропривода

3.1 Расчёт переходных процессов при движении тележки с грузом

Тм=Iw0/Mкз=I w/ M

Iг=Iдв+(I1/100%)Iдв+mг(V/wдв)2

где Iдв-момент инерции двигателя, кг*м2

I1-момент инерции механизмов, приведённой к валу, %

mг-масса тележки с грузом, кг

V-скорость движения тележки, м/с

wдв-частота вращения двигателя, об/мин

Iг=0,425+(25/100)*0,425+34000(0,32/800)2=0,54

Рассматриваем переходный процесс при движении тележки с грузом по участкам

участок 1-2

w=(wнас-wуст)e-t/Tм+wуст

М=(Мнас-Муст)е-t/Тм+Муст

Для определения переходного процесса, необходимо знать:

Тм1=Iг*w2/(V1-V2)

wнач=0 ; wуст=w7=54

Мнач=320; Муст=128,7

Тм1=0,54*47/(320-158,7)=0,16

w=(0-54)e-t/0.16+54

M=(320-128.7)e-t/0.16+128.7

Результаты вычислений сводим в таблицу

1 этап разгона

участок 3-4

wнач=w2=47; wуст=w8=73

Mнач=320=M1; Mуст=Mc1=128.7

Tм2=I(w4-w2)/(M1-M2)

Tм2=0.54(70-47)/(320-158.7)=0.08

w=(w2-w8)e-t/Tм2++w8

w=(47-73)e-t/0.08+73

М=(М1-Мс1)е-t/0,08+Мс1

М=(320-128,7)е-t/0.08+128.7

Результаты расчёта сводим в таблицу

11 этап разгона

участок 5-6

wнач=w4=70; wуст=w6=83

Mнач=M1=320; Mуст=Mc1=128.7

Tм3=Iг(w6-w4)/(M1-Mc1)

Tм3=0.54(83-70)/(320-128.7)=0.04

w=(w4-w6)e-t/Tм3+w6

w=(70-83)e-t/0.04+83

M=(M1-Mc1)e-t/Tм3+Mc1

M=(320-128.7)e-t/0.04+128.7

Результаты расчета сводим в таблицу

участок 3`-4`

wнач=w2=-47; wуст=w8`=-88

Mнач=-M1=-320; Mуст=-Mc2=-22,7

Tм2`=I/(w4`-w2`)/(-M1+M2)

Tм2`=0.53(-47)/(-320+158,7)=0.15

w=(wнач-w7)e-t/Tм1+w7