Расчет сопротивлений пусковых резисторов

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МАМИ

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

по теме:

Расчет электропривода и его статических и динамических режимов при реостатном пуске и электромагнитном торможении

                                                              Выполнил студент У21 группы

                                                              _______________ А.В.Лысенко

                                                                        ____._______.201___г.

                                                              Руководитель преподаватель     

                                                            кафедры, к.т.н., А.В. Лучин

                                                                 оценка ________________

Серпухов 2012 год

ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ. РАСЧЕТ

МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Исходной информацией для расчета и выбора мощности двигателя является нагрузочная диаграмма механизма P(t), данные для которой приведены в задании.

Расчет требуемой мощности двигателя производится по эквивалентной мощности за время работы электропривода по формуле:

                               (1.1)

где: Р_i – мощность i-й нагрузки (i=1,…, n);

   – время работы при i-й нагрузке.

Двигатель, предназначенный для повторно-кратковременного режима, характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ.

Расчетная продолжительность включения двигателя, соответствующая нагрузочной диаграмме, определяется выражением

ПВ_расч=t_p /(t_p+ t_о) 100%= t_p / t_Ц 100%,                        (1.2)

где t_p – время работы под нагрузкой, t_p=t₁+t₂+×××+t_n (n- номер последней ступени нагрузки;

  t_о – время паузы (отключения) двигателя;

  t_Ц– время рабочего цикла.

Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются специальные серии двигателей. В каталогах на них указывается номинальная мощность Р_Н при нормативной (стандартной) продолжительности включения ПВ_СТ=15, 25, 40,60 и 100%. Длительность рабочего цикла t_Ц для них не должна превышать 10 мин, в противном случае двигатель считается работающим в продолжительном режиме. Если ПВ_расч¹ ПВ_СТ при выборе мощности двигателя по каталогу необходимо учесть его стандартную продолжительность включения ПВ_ст и пересчитать значение эквивалентной мощности по формуле

                   (1.3)

Затем по приложению 2 выбирается двигатель из условия, что . В зависимости от задания выбирается двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) по табл. П2.1–П2.6 или асинхронный (АД) с фазным ротором по табл. П2.7–П2.9 и выписываются его паспортные данные с указанием наименования всех величин. В табл. П2.1–П2.6 для ДПТ НВ приведены следующие величины: ПВ – продолжительность включения двигателя в рабочем цикле; Р_Н – номинальная мощность на валу; п_Н – номинальная частота вращения ротора; I_Н – номинальный ток якорной цепи; U_Н – номинальное напряжение якорной цепи; R_Я+R_ДП – сумма сопротивлений обмоток якоря и дополнительных полюсов; R_В – сопротивление обмотки возбуждения (сопротивления всех обмоток даны при температуре 20 ⁰С); I_ВН – номинальный ток возбуждения; J_дв – момент инерции ротора двигателя. Номинальное напряжение цепи возбуждения U_НВ равно U_Н.

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Для выбранного типа двигателя следует привести каталожные данные и другие величины, указанные в задании на курсовую работу (КР), с их наименованиями.

Выбранный двигатель – ДП-31.

Данные двигателя ДП-31:

2.1. Расчет и построение естественных электромеханической w=f(I) и механической w=f(M) характеристик

Данные зависимости описываются следующими выражениями:

                                                                        (2.1)                    

                                              ,                    (2.2)

где – номинальное напряжение двигателя;

– произведение конструктивного коэффициента двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) и номинального магнитного потока;

– ток в цепи обмотки якоря;

М – электромагнитный момент, развиваемый двигателем,

                                           М=кФ_Н*I;                                       (2.3)

 – внутреннее сопротивление двигателя.

2.1.1. Произведение  определяется по паспортным данным двигателя из уравнения (2.1) при I=I_Н  и w=w_Н

                          ,                          (2.4)

где w_Н – номинальное значение угловой скорости вращения двигателя, связанное с номинальной частотой вращения соотношением

                       .                                    (2.5)

2.1.2. Внутреннее сопротивление цепи якоря ДПТ НВ, приведенное к расчетной температуре, определяется по формуле   

   ,                                  (2.6)

где – сопротивление обмотки якоря при температуре t_З;

 – сопротивление обмотки дополнительных полюсов при температуре t_З;

   – расчетная рабочая температура (в данном случае );

    – температура, при которой задаются сопротивления (  или     ); значения  обычно указаны в примечаниях к таблице с каталожными данными двигателя;

   – сопротивление щеточных контактов ( - падение напряжения на щетках, значение которого принимают равным 2 В).

2.1.3. Поскольку все статические характеристики без учета реакции якоря представляют собой прямые линии (рис.2.1), то они могут быть построены по двум точкам, одна из которых соответствует режиму идеального холостого хода ( I=0 или М=0 и w=w₀), а другая для естественной механической характеристики – номинальному режиму работы (I=I_H или M=M_H и w=w_H).

2. 1.4. Скорость в режиме идеального холостого хода

w₀=U_Н/кФ_Н.

2.1.5. Номинальное значение электромагнитного момента

М_н=кФ_н×I_н

2.2. Определение значений статических моментов сопротивления М_ci на валу двигателя

Мощность нагрузки P связана с моментом на валу двигателя соотношением P=Мw, пользуясь которым можно определить значение M_ci для каждой нагрузки. Для этого на координатной плоскости, где построена естественная механическая характеристика w=f(M),нужно построить i-ое количество вспомогательных кривых по уравнению

M=P_i /w,                                     (2.7)

где Р_i – i-ое значение мощности нагрузки (i=1,…, n);

w – скорость вращения двигателя, которая задается в пределах примерно (0,8…1,2) w_Н.

При Р=6000Вт

При Р=11500Вт

При Р=7000Вт

Точка пересечения i-ой вспомогательной кривой с естественной механической характеристикой дает значения M_ci  и угловой скорости w_ci в установившихся режимах работы. На рис. 2.1 показано, как определяются значения M_C1 и w_С1. Значения w_ci следует уточнить по формуле (2.2) при М=M_ci и проверить соблюдение равенства Р_i= M_ci w_ci.

Проверка:

Необходимо отметить, что в (2.7) входит момент на валу двигателя, а при построении механической характеристики используются значения электромагнитного момента. Но определение M_ci описанным выше способом допустимо ввиду небольшой разницы между значениями электромагнитного момента и момента на валу двигателя.

Ток  в установившихся режимах работы двигателя можно определить по формуле = M_ci/кФ_Н . Полученные значения ,  M_ci и w_ci следует привести в табличной форме.

№
1	29,6	63	94,87
2	61	130	85,97
3	34,7	74	93,37

Расчет сопротивлений пусковых резисторов

Схема реостатного пуска ДПТ НВ в две ступени приведена на рис. 2.2, а. На схеме  – сопротивления ступеней пускового реостата, а ,  – полные сопротивления якорной цепи на каждой ступени пуска. Значения всех сопротивлений можно определить графическим или аналитическим методами.

2.3.1. Графический метод. Расчет начинается с построения механических характеристик, на которых двигатель должен работать в процессе пуска, т.е. пусковой диаграммы. Первоначально строят естественную механическую характеристику (рис. 2.2, б) и на оси момента наносят точки, соответствующие моменту статической нагрузки , при котором осуществляется пуск, наибольшему моменту при пуске  (точка а) и минимальному моменту , при достижении которого производится отключение первой и последующих ступеней пускового реостата.

Значения наибольшего и наименьшего моментов выбираются в соответствии с условиями

,     .

Соединяя точки а и  (рис. 2.2,а) прямой, получим искусственную механическую характеристику двигателя при работе с полным пусковым сопротивлением . Момент М₁ двигателя при неподвижном якоре будет больше момента сопротивления М_С1  и двигатель начнет ускоряться. По мере разгона двигателя его момент, уменьшаясь, стремится достигнуть значения М_С1. Если бы это произошло, то разгон двигателя прекратился, а скорость была бы наибольшей, соответствующей точке . Во избежание этого при значении момента М₂ (точка ) пусковое сопротивление уменьшают так, чтобы ток возрос снова до значения = М₁ / кФ_Н, соответствующего моменту М₁ (точка ), и двигатель перешел на новую искусственную характеристику . На данной характеристике двигатель будет разгоняться до точки , где выключится вторая, последняя, ступень пускового сопротивления R_П2, и двигатель перейдет на естественную характеристику e. При правильно подобранных сопротивлениях пускового реостата выход на естественную характеристику будет иметь место при моменте М₁ (точка f).

Если это не получается, то нужно сделать новое графическое построение, изменив значение момента М₂ (в случае необходимости можно изменять также момент М₁) таким образом, чтобы переход с последней пусковой характеристики на естественную произошел именно при моменте М₁. В общем случае число пусковых характеристик будет не две, как в рассмотренном примере, а , в соответствии с заданием.

Отрезки на линии  соответствуют величинам пусковых и полных сопротивлений в определенном масштабе. Для определения этого масштаба находят полное сопротивление якорной цепи на первой ступени пуска , а затем определяют и сам масштаб . Пусковые сопротивления на каждой ступени определяют по величинам отрезков ac, cf

, .                           (2.8)

Полные сопротивления якорной цепи на каждой ступени пуска можно рассчитать по следующим соотношениям

             , с.              

2.3.2. Аналитический метод. Полагая режим пуска форсированным, задаемся пусковым моментом =(2,…,2,5)  и определяем отношение пускового момента М₁ к моменту переключения М₂ по формуле

                  ,                                    (2.10)

где – внутреннее сопротивление цепи якоря ДПТ НВ в относительных единицах, ;

    – пусковой момент в относительных единицах.

Момент переключения, определяемый выражением , должен удовлетворять условию М₂ ³1,1М_С1.

Рис. 2.2. Схема включения ДПТ НВ при реостатном пуске в две

ступени (а) и пусковая диаграмма (б)

Сопротивления ступеней пускового реостата на каждой ступени пуска (рис 2.2, а) рассчитываются по формулам

                        (2.11)

а полные сопротивления якорной цепи – по формулам