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.Хомяков

                                                                          ___._______.2012г.

Руководитель

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

                                                                 оценка ________________

Серпухов 2011 год

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 Разработать и рассчитать разомкнутую систему электропривода механизма, имеющего заданную нагрузочную диаграмму P(t).При разработке необходимо предусмотреть возможность запуска двигателя в несколько ступеней и остановку электрическим торможением. Вид двигателя, число ступеней т пуска, вид торможения задаются преподавателем в задании на курсовую работу. Запуск двигателя производится под нагрузкой Р₁, затем следует работа на естественной характеристике под нагрузкой в соответствии с графиком P(t). Торможение двигателя осуществляется на холостом ходу, причем двигатель переключается на тормозной режим сразу после окончания последней ступени нагрузки. Момент инерции механизма J, приведенный к валу двигателя, принимается равным 2Jдв.

Задания на курсовую работу выдаются преподавателем. Варианты нагрузочной диаграммы приведены в приложении 1.

Курсовая работа должна включать в себя:

1) построение нагрузочной диаграммы по исходным данным;

расчет мощности и выбор двигателя по каталогу;

2) расчет и построение естественных электромеханической w=f(I) и

механической (для асинхронных двигателей только механической) w=f(M) характеристик;

3) расчет статических значений моментов сопротивления, скорости и

тока;

4) расчет сопротивлений пусковых резисторов и резисторов торможения;

5) расчет и построение статических электромеханических и механических (для асинхронного двигателя только механических) характеристик во всех режимах работы электропривода;

6) расчет и построение кривых тока, момента, скорости в функции времени в переходных режимах за весь цикл работы электропривода;

7) проверку двигателя по нагреву методом эквивалентного тока или эквивалентного момента;

8) расчет расхода и потерь электроэнергии за цикл работы электропривода;

9) разработку принципиальной схемы управления электроприводом и описание её работы;

10) заключение.

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные                                                                                             6

1. Построение нагрузочной диаграммы. Расчет мощности и

выбор электродвигателя.                                                                                 6

2. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения                        9

2.1. Расчет и построение естественных электромеханической 

w=f(I) и механической w=f(M) характеристик                                    9

2.2. Определение значений статических моментов

сопротивления М_ci на валу двигателя                                                  11

2.3. Расчет сопротивлений пусковых резисторов                               15

    2.3.1. Графический метод                                                            15

    2.3.2. Аналитический метод                                                        16

2.4. Расчет сопротивлений резисторов торможения                               17

    2.4.1. Динамическое торможение.                                              17

2.4.2. Торможение противовключением                                    19

2.5. Расчет искусственных электромеханических и механических

характеристик ДПТ НВ                                                                         20

Приложение 1                                                                                             

Приложение 2                                                                                            

Заключение.                                                                                                      24

Библиографический список                                                                            25

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Исходной информацией для расчета и выбора мощности двигателя является нагрузочная диаграмма механизма P(t) (приложение 1), 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.

Поскольку ПВ_расч¹ ПВ_СТ, то при выборе мощности двигателя по каталогу необходимо учесть его стандартную продолжительность включения ПВ_ст и пересчитать значение эквивалентной мощности по формуле

                            (1.3)

Затем выбирается двигатель из условия, что .

Двигатели постоянного тока независимого возбуждения типа ДП, U_Н=220 В, ПВ=25%

Быстроходное исполнение

Табл. 1

Тип	кВт	об/мин	А	Ом	IВН, А	RB, Ом	, кгм²
ДП-21	5,5	1460	29,8	0,531	1,24	128	0,125

В табл. 1 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

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 (приложение 2), 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.

Точка пересечения i-ой вспомогательной кривой с естественной механической характеристикой дает значения M_ci  и угловой скорости w_ci в установившихся режимах работы. В приложении 2 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.

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 приведены в табличной форме.

Табл. 2

i
1	22,9	159,53	17,6
2	42,54	151,21	32,7
3	32,72	155,33	25,2

Расчет сопротивлений пусковых резисторов

2.3.1. Графический метод. Схема реостатного пуска ДПТ НВ в две ступени приведена на рис. 1. На схеме  – сопротивления ступеней пускового реостата, а ,  – полные сопротивления якорной цепи на каждой ступени пуска. Значения всех сопротивлений можно определить графическим или аналитическим методами.

Значения наибольшего и наименьшего моментов выбираются в соответствии с условиями

,     .

Рис. 1 Схема включения ДПТ НВ при реостатном пуске в две

ступени

Отрезки на линии  (приложение 2) 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, fj

, ,           (2.8)

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

             , с.                                (2.9)

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.

Сопротивления ступеней пускового реостата на каждой ступени пуска (рис 3, а) рассчитываются по формулам

                        (2.11)

а полные сопротивления якорной цепи – по формулам

                                 (2.12)

Найдём сопротивления ступеней пускового реостата на каждой ступени пуска:

Найдём полные сопротивления якорной цепи:

2.4. Расчет сопротивлений резисторов торможения

 2.4.1. Динамическое торможение. Механическая характеристика и схема включения ДПТ НВ в режиме динамического торможения показаны в приложении 2 и на рис. 3 Сопротивление резистора торможения рассчитывается по формуле

,                                       (2.13)

где – максимальное значение ЭДС двигателя в момент его переключения на схему динамического торможения (рис. 3);

– допустимое значение тока якоря, = (2…2,5) , при котором . Обычно принимают .

Максимальное значение ЭДС определяется по формуле

                       ,                                         (2.14)

где w_max - максимально возможное значение скорости вращения, определяемое из условия двигательного режима, предшествующего торможению, по последнему значению статического момента, w_max=w_сn.

Рис. 2. Схема включения ДПТ НВ в режиме динамического торможения

2.4.2. Торможение противовключением. Механическая характеристика и схема включения ДПТ НВ в режиме противовключения показаны в приложении 2 и на рис. 3.

Сопротивление резистора торможения рассчитывается по формуле

,                (2.15)

где - максимальное значение ЭДС, определяемое по (2.14);

- допустимое значение тока якоря (см.п.2.4.1);

- полное сопротивление пускового реостата

                 .                                            (2.16)

Рис. 3. Схема включения ДПТ НВ в режиме

торможения противовключением