Построение схемы силовой цепи электродвигателя для полного цикла работы

Определим сопротивления добавочных резисторов R _доб1, R _доб2, R _доб3, R _доб4 непосредственно включаемых в якорную цепь двигателя (число добавочных резисторов соответствует числу вычисленных сопротивлений якорной цепи двигателя).

Расчет начинают с максимального номинала резистора R_дт.

 

Из приведенных соотношений определяем:

 

Таким образом, все сопротивления резисторов якорной цепи для организации полного рабочего цикла электропривода найдены.

Принципиальная схема силовых цепей электропривода для полного цикла работы представлена на рис. 3.6. рассмотрим по ней каждый режим работы электропривода.

Рис. 3.6 Схема силовой цепи для пуска электропривода постоянного тока

При пуске двигателя по первой пусковой характеристике 3, рис. 3.3, замкнуты контакты пускателей КМ и КМ1, а остальные контакты разомкнуты. Далее, при переходе на первую технологическую характеристику 1, рис. 7.6 дополнительно замыкается контакт КМ2, исключающий из цепи реостат R _доб3. После работы в течение 50 с на частоте 17,80 рад/с размыкаем КМ2 и КМ1, добавляя в цепь все реостаты. Это приведет к переходу с первой технологической характеристики на вторую. После работы 35 с на второй технологической частоте, 7,33 рад/с, необходимо осуществить динамическое торможение. Это осуществляется размыканием контактов КМ, КМ1,КМ2 и замыканием контакта КМ3.

 

Расчет переходных процессов

Переходные процессы тока и скорости электропривода постоянного тока независимого возбуждения при линейных статических характеристиках двигателя и производственного механизма можно рассчитать по формулам:

 

;                          (3.17)

;                      (3.18)

где I_нач  - начальное значение тока двигателя, А;

I_уст – установившееся значение тока двигателя при моменте нагрузки

ω _уст – установившаяся угловая скорость двигателя;

ω – начальное значение угловой скорости, рад/с;

Т _м – электромеханическая постоянная времени электропривода, с.

Учитывая, что моменты инерции двигателя J_дв=0.8кг·м² и производственного механизма J_М= 45 кг·м² за цикл работы электропривода не изменяются, найдем суммарный момент электропривода, приняв значение коэффициента k =1,1. Тогда:

 

Расчет электромеханических постоянных времени Т_мi для каждой из реостатных характеристик осуществляется в соответствии с выражением:

 

                                        (3.19)

Рассчитаем переходные процессы для всех электромеханических характеристик:

 

· Первая пусковая характеристика (характеристика 2).

Сопротивление якорной цепи:

 

Электромеханическая постоянная времени:

 

Время переходного процесса пуска двигателя на первой пусковой характеристике:

 

                              (3.20)

 

где  максимально допустимый ток якоря двигателя;

;
     ток переключения;
    ;
    – установившееся значение тока двигателя;
    =I_c = 90.57 А;

 

Уравнение для расчета переходного процесса тока якоря:

 

;                              (3.21)

 

где  максимально допустимый ток якоря двигателя,
    ;
    – установившееся значение тока двигателя,
    =I_c = 90,57 А.

 

После подстановки численных значений параметров:

 

 

Уравнение для расчета переходного процесса скорости пуска по первой пусковой характеристике (2):

 

;                      (3.22)

 

где ω_нач2 – начальное значение угловой скорости; ω_нач2 =0, рад/с;
ω_уст2 – установившаяся угловая скорость двигателя, определяется по первой пусковой характеристике при статическом токе двигателя,

 

 

После подстановки численных значений параметров:

 

;

Расчетные значения тока и скорости в переходных процессах на первой пусковой характеристике 2 сведем в табл. 3.3

Таблица  3.3

t, с	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,796
I, А	300	261	230	204,3	183,3	166,2	152,3	141	132
	0	15.2	27.6	37.74	46	52.7	58.2	62.7	66.24

· Первая технологическая характеристика (характеристика 1).

Сопротивление якорной цепи:

 

 

Электромеханическая постоянная времени:

 

 

Время переходного процесса пуска двигателя на первой технологической характеристике:

 

 

После подстановки численных значений параметров:

 

 

где 251.94 А; (Найдено графическим способом)

    =I_c = 90.57 А;

Начальное значение угловой скорости ω_нач1=ω_п1 первой технологической характеристики возьмем из ранее полученных данных в предыдущих пунктах.

 

Уравнение для расчета переходного процесса скорости по первой технологической характеристике (1):

                                       

;

 

Расчетные значения тока и скорости в переходных процессах на первой технологической характеристике 1 сведем в табл. 3.4

Таблица  3.4

t, с	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0.767
I, А	251.9	200	165	140	125	110.3	99.2	94	90.5
	66.2	77	84.2	89.4	92	93.5	96	98	99.6

 

Время работы на первой технологической характеристике t_р1 = 30 с.

 

· Вторая технологическая характеристика (характеристика 3).

Сопротивление якорной цепи:

 

 

Электромеханическая постоянная времени:

 

 

Время переходного процесса пуска двигателя на второй технологической характеристике:

 

 

После подстановки численных значений параметров:

 

 

где 21.5 А; (Найдено графическим способом)
=I_c = 90.57А;

 

Начальное значение угловой скорости ω_нач2 второй технологической характеристики возьмем из ранее полученных данных в предыдущих пунктах.

 

Уравнение для расчета переходного процесса скорости по второй технологической характеристике (3):

 

;

 

Расчетные значения тока и скорости в переходных процессах на второй технологической характеристике 3 сведем в табл. 3.5

 

Таблица  3.5

t, с	0	0.4	0.7	1.1	1.48	1.85	2.22	2.6	3.018
I, А	21.	43	57	68	75	81	84	87	90.6
	99.7	81	70	62	54	50	47	44	40.9

 

Время работы на второй технологической характеристике t_р2 = 45 с.

 

· Характеристика динамического торможения (характеристика 4).

Сопротивление якорной цепи:

 

 

Электромеханическая постоянная времени:

 

 

Время переходного процесса при торможении со второй технологической характеристики:

 

 

После подстановки численных значений параметров:

 

 

где  -300 А;
    =0 А.

 

Начальное значение угловой скорости ω_нач.т характеристики торможения возьмем из ранее полученных данных в предыдущих пунктах.

 

 

Уравнение для расчета переходного процесса скорости по характеристике торможения (4):

 

Расчетные значения тока и скорости в переходных процессах на тормозной характеристике 4 сведем в табл. 3.6

Таблица  3.6

t, с	0	0.086	0.172	0.258	0.344	0.43	0.51
I, А	-300	-180	-110	-53	-33	-20	-4
	41	23	12	8	5	2.7	1.4

 

 

Графики переходных процессов скорости ω = f (t) и тока I = f (t) для полного цикла работы электропривода приведены на рисунке 3.7.

Как следует из анализа графиков, представленных на рисунке 3.7, время включенного состояния электропривода, с учетом переходных режимов, увеличилось и составляет t_р =90.2 с.

 

 

Рис. 3.7 Графики переходных процессов для полного
цикла работы

 

Таблица 3.7

Технические данные краново-металлургических двигателей постоянного тока независимого возбуждения серии МП и ДП 220 В, исполнение закрытое с естественным охлаждением(Uн = 220 В)

Тип	, кВт	, об/мин	, А	при 15 ºС, Ом	, кг·м^2
МП-12	2.5	1300	14.2	1.33	0.05
МП-22	4.5	1100	26	0.87	0.155
МП-32	9	900	48	0.348	0.305
МП-41	12	685	64	0.243	0.775
МП-42	16	700	84	0.168	0.95
МП-51	23	600	120	0.0845	2.35
МП-52	33	650	168	0.0495	3.03
МП-62	46	580	231	0.033	5.5
МП-72	75	520	374	0.0133	14
МП-82	100	475	500	0.01045	25.3
МП-82А	130	600	640	0.00685	25.3
ДП-12	3	1200	17.5	1.43	0.05
ДП-21	4.5	1050	26	0.94	0.125
ДП-22	6	1130	33	0.566	0.155
ДП-31	8.5	870	47	0.423	0.3
ДП-32	12	790	65	0.266	0.425
ДП-41	16	710	85	0.177	0.8
ДП-42	21	660	110	0.1155	1.05
ДП-52	32	760	164	0.0545	1.87
ДП-62	46	625	233	0.0332	4.0
ДП-72	67	590	338	0.0204	8.25
ДП-82	95	500	470	0.0117	17.0
ДП-92	135	470	670	0.00745	32.5
Быстроходное исполнение
ДП-21	5.5	1470	31.5	0.072	0.125
ДП-22	8	1400	45	0.067	0.155
ДП-31	12	1310	65	0.029	0.30
ДП-32	16	1140	85	0.018	0.425
ДП-41	23	1120	120	0.0125	0.8
ДП-42	32	1000	165	0.011	1.05
ДП-52	42	970	214	0.006	1.87
ДП-82А	115	630	580	0.0025	17.0
ДП-92А	140	600	700	0.0025	17.0

Таблица 3.8

Технические данные краново-металлургических двигателей постоянного тока независимого возбуждения серии Д исполнение закрытое с естественным охлаждением

Тип	, кВт	, об/мин	, А	при 15 ºС, Ом	, кг·м^2
Тихоходные, напряжение 220 В
Д12	2.4	1230	14	1.63	0.05
Д21	3.6	1080	20.5	0.95	0.125
Д22	4.8	1150	26	0.57	0.155
Д31	6.8	880	37	0.42	0.3
Д32	9.5	800	51	0.28	0.43
Д41	13.0	720	69.5	0.17	0.8
Д806	16.0	710	84	0.1085	1
Д808	22	630	112	0.054	2
Д810	29	600	148	0.0356	3.63
Д812	38	565	192	0.023	7
Д814	55	560	280	0.0805	10.25
Д816	70	535	350	0.084	16.25
Д818	83	470	415	0.0066	27.5
Быстроходные, напряжение 220 В
Д21	4.4	1500	24.5	0.531	0.125
Д22	6.5	1570	34	0.322	0.155
Д31	9.5	1420	50.5	0.194	0.3
Д32	13.0	1240	68	0.125	0.425
Д41	17.5	1160	90.5	0.072	0.8
Д806	21.0	1060	110	0.047	1.0
Д808	26.0	825	134	0.0295	2.0
Тихоходные, напряжение 440 В
Д21	3.1	1300	9.5	3.54	0.125
Д31	5.2	910	14.5	2.08	0.3
Д41	12.5	720	34	0.695	0.8
Д808	22.0	630	56	0.210	2
Д810	29.0	600	74	0.146	3.63
Д812	36.0	570	92	0.099	7
Д816	70.0	540	175	0.0324	16.25
Д818	83.0	470	205	0.026	27.5
Быстроходные, напряжение 440 В
Д22	5.6	1550	15.5	1.69	1.69

Окончание табл. 3.8

Д32	12.0	1240	31.5	0.534	0.534
Д806	21.0	1060	55	0.205	0.205

 

Приложение 1

Решение расчетно-графического задания в программном комплексе MathCad

 

 

 

 

Библиографический список

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: учебник для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981 – 576 с

2. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986 – 416 с

3. Приводы машин: справочник / В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш; под общ. ред. В.В. Длоугого. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1982 – 383 с

4. Справочник по электрическим машинам: в 2 т.; под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1989 – 688 с

5. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. – М.: Энергия, 1977 – 432 с

6. Башарин А.В., Голубев Ф.Н., Кепперман В.Г. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. – Л., Энергия, 1971 – 440 с

7. Автоматизированный электропривод промышленных установок; под ред. Г.Б. Онищенко. – М.: РАСХН, 2001 – 520 с

8. Качин С.И, Чернышев А.Ю., Качин О.С. Электрический привод: учебно-методическое пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 157 с.

9. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. – Л.-М.: Госэнергоиздат, 1963 – 722 с

10. Чернышев А.Ю., Кояин Н.В. Проектирование электрических приводов: учебно-метод. пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2005. – 120 с

 

Оглавление

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 3

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ.. 4

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 9

2.1 Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы  производственного механизма 9

2.2 Предварительный выбор двигателя по мощности. 10

2.3 Расчет и построение электромеханических характеристик. 14

2.4 Тормозные режимы работы электроприводов. 18

2.5 Расчет переходных процессов. 21

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА.. 25

3.1 Исходные данные. 25

3.2 Построение диаграмм производственного механизма. 26

3.3 Расчет мощности электродвигателя и выбор по каталогу. 27

3.4 Построение электромеханических характеристик электродвигателя. 33

3.5 Торможение электродвигателя. 37

3.6 Построение схемы силовой цепи электродвигателя для полного цикла работы 39

3.7 Расчет переходных процессов. 40

Приложение 1. 50

Библиографический список. 61

 

 

Учебное издание

Семернин Андрей Николаевич

Гайдуков Кирилл Юрьевич

Прокопишин Дмитрий Игоревич

 

Электрический привод

 

Методические рекомендации к выполнению расчетно-графического задания для студентов направления бакалавриата 13.03.02 - Электроэнергетика и электротехника

 

 

Подписано в печать __.__.__. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. ___. Уч.-изд. л. ___.

Тираж __ экз. Заказ ______. Цена ______.

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете

им. В. Г. Шухова

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46