Автоматизированный электропривод

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 t 0 0,1 0,2 0,3 w 0 25,1 38,5 47 M 320 231,1 183,5 158,7 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 t 0 0,1 0,2 w 47 65,5 70 M 320 183,5 158,7 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 w=84e-t/0.15-84 M=(-M1+Mc2)e-t/Tм1-Mc2 M=(-320+22,7)e-t/0.15-22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу Выход на естественную характеристику t 0 0,1 0,2 w 70 82 83 M 320 144,4 128,8 участок 9-10 wнач=w9=83; wуст=w10=17 Mнач=M9=14; Mуст=Mc1=128.7 Tм4=Iг(w10-w9)/(M9-Mc1) Tм4=0.54(17-83)/(14-128.7)=0.34 w=(w9-w10)e-t/Tм4+w10 w=(88-17)e-t/0.34+17 M=(M9-Mc1)e-t/Tм4+Mc1 M=(14-128.7)e-t/0.34+128.7 Результаты вычислений сводим в таблицу этап торможения t 0 1 2 w 83 20,5 17,2 M 14 122,6 128,4 3.2 Расчёт переходных процессов при движении тележки без груза I=Iдв+(I1/100%)Iдв+m(V/wдв)2 где I-момент инерции электропривода, кг*м2 m-масса тележки с грузом, кг I=0,425+(25/100)*0,425+6000(0,32/800)2=0,53 Рассмотрим переходный процесс при движении тележки без груза по участкам участок 1`-2` wнач=0; wуст=w7=-84 Mнач=-M1=14; Mуст=-Mc2=-22,7 Tм1=Iw2/(-M1+M2) Tм1=0.53*(-47)/(-320+158,7)=0.15 w=(wнач-w7)e-t/Tм1+w7 w=84e-t/0.15-84 M=(-M1+Mc2)e-t/Tм1-Mc2 M=(-320+22,7)e-t/0.15-22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу 1 этап разгона t 0 0,1 0,2 w 0 -40,8 -47 M -320 -175,3 -158,7 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=(w2-w8)e-t/Tм`+w8 w=(-47+88)e-t/0.15-88 M=(-M1+Mc2)e-t/Tм2`-Mc2 M=(-320+22,7)e-t/0.075-22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу 11 этап разгона t 0 0,1 0,06 w -47 -77,2 -70 M -320 -101,1 -158,6 участок 5`-6` wнач=w4`=-70; wуст=w6`=-90 Mнач=-M1=-320; Mуст=-Mc2=-22,7 Tм3`=I/(w6`-w4`)/(-M1+Mc2) Tм3`=0.53(-90+70)/(-320+22.7)=0.035 w=(w4`-w6`)e-t/Tм3`+w6` w=(-70+90)e-t/0.035-90 M=(-M1+Mc2)e-t/0.035-Mc2 M=(-320+22,7)e-t/0.035-22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу Выход на естественную характеристику t 0 0,1 0,2 w -70 -89,3 -90 M -320 -33,3 -22,7 участок 5`-6` wнач=w9`=-90; wуст=w10`=-17 Mнач=M9`=-2; Mуст=-Mc2=-22,7 Tм4`=I/(w9`-w10`)/(-Mc2+M9`) Tм4`=0.53(-90+17)/(-22.7+2)=1.8 w=(w9`-w10`)e-t/Tм4`+w10` w=(-90+17)e-t/1.8-17 M=(M9`+Mc2)e-t/Tм4-Mc2 M=(-2+22,7)e-t/1.8-22,7 Результаты вычислений сводим в таблицу этап торможения t 0 1 2 3 4 5 6 7 w -90 -58,9 -41,03 -30,8 -25 -21,5 -19,8 -17,1 M -2 -10,8 -15,9 -18,8 -20,5 -21,4 -22 -22,7 4.Строим нагрузочные диаграммы для проверки двигателя по нагреву Движения тележки с грузом SOAB=1/2AB*OB SOAB=1/2*(110/60)*0.7=0.64 рад Lпуск=SОАВ*D/2*ip где D-диаметр ходовых колёс, м ip-передаточное отношение редуктора Lпуск=0,64*0,4/2*0,87=0,15 м SCFGD=SCKE+SEFGD SCKE=1/2CE*EK SEFGD=ED*DG SEFGD=(16/60)*3+0.8 рад SCFGD=0.56+0.8=1.36 рад Lторм г=SCFGD*D/2*ip Lторм г=1.36*0.4/2*0.87=0.31 м Lуст.г=L-(Lпуск.г+Lторм г) Lуст.г=18-(0.15+0.31)=17.54 м Определяем установившееся время работы при движении тележки с грузом tуст.г=Lуст.г/V tуст.г=17.54/0.32=54.8 с Движение тележки без груза SOAB=1/2AB*OB SOAB=1/2(110/60)0.4=0.37 рад Lпуск.б/г=SOAB*D2*ip где Lпуск-расстояние, на которое перемещается тележка во время пуска, м Lпуск б/г=0,37*0,4/2*0,87=0,08 м SCDEF=SKDG+SCKFE SKDG=1/2KD*CE SKDG=1/2(73/60)*3.6=2.19 рад SCKFE=CK*CE SCKFE=(17/60)*7=1.98 рад SCDEF=2.19+1.98=4.17 рад Lторм г=SCDFE*D/2*ip Lторм г=4.17*0.4/2*0.87=0.96 м Lуст.г=L-(Lпуск.б/г+Lторм б/г) Lуст.г=18-(0.08+0.96)=16,96 Определяем установившееся время работы при движении тележки без груза tуст.г=Lуст.б/г/V tуст.б/г=16,96/0.32=53 с Проверка двигателя по нагреву осуществляется методом эквивалентного момента, который определяется по нагрузочной диаграмме при работе тележки с грузом и без груза Мэкв= М i2*ti/ ti<Mном Мi= (Mнач2+Мнач*Мкон+Мкон2)/3 участок 1-2 Мi= (M12+M1*M2+M22)/3= (3202+320*158.7+158.72)/3=243.84 участок 3-4 Мi= (M12+M1*M2+M22)/3= (3202+320*158.7+158.72)/3=243.84 участок 5-6 Мi= (M12+M1*Mс1+Mс12)/3= (3202+320*128.7+128.72)/3=231.05 участок 9-10 Мi= (M92+M9*Mс1+Mс12)/3= (142+14*128.7+128.72)/3=78,66 Муст=128,7 участок 1`-2` Мi= ((-M1)2+M1*M2+M22)/3= (3202+320*158.7+158.72)/3=243.84 участок 3`-4` Мi= (M12+M1*M2+M22)/3= (3202+320*158.7+158.72)/3=243.84 участок 5`-6` Мi= (M12+M1*Mс2+Mс22)/3= (3202+320*22,7+22,72)/3=191,64 участок 9`-10` Мi= (M`92+M9`*Mс2+Mс22)/3= (22+2*22.7+22.72)/3=13.72 Муст=22.7 Мэкв= 243,842*0,3+243,842*0,2+231,052*0,2+78,662*3+128,72*54,8+243,842*0,13+ +243,842*0,6+191,642*0,2+13,722*7+22,72*53/119,43=93,59 Мэкв<Мном=133,46 Н*м Мном*ПВном>Мэкв ПВэкв/ПВном Мном*ПВном=Рном*ПВном/wном=9500/83,37=113,47 Н*м Мэкв ПВэкв/ПВном = 93,59 34/40=86,29< Мном*ПВном Двигатель проходит по нагреву 5.Проектирование релейно-контакторной схемы управления двигателем постоянного тока. Двигатель должен иметь возможность реверсирования, а так же пускаться (в две ступени) в обоих направлениях. Проектирование осуществляется следующим образом : а) Для осуществления реверса предусматриваем в силовой схеме подключение якоря электрической машины к сети через замыкающие контакты контакторов направления (КМ1-контакор «вперёд», КМ2-контактор « назад»), включённые в мостовую схему. В зависимости от того , какие контакты (КМ1 или КМ2) замкнуты, меняется полярность подводимого к якорю напряжения, следовательно, меняется направление вращения двигателя. б) С целью осуществления двухступенчатого пуска включаем последовательно в цепь якоря два добавочных резистора (Rg1 и Rg2).Для коммутации резисторов (при переходе с одной пусковой характеристики на другую) параллельно им устанавливаем замыкающие контакты контакторов ускорения КМ3 и КМ4. в) В цепи якоря устанавливаем катушку реле КА2 для максимальной токовой защиты и катушку реле нулевого тока КА1 в цепи обмотки возбуждения двигателя ОВ (для контроля за наличием тока в цепи ОВ (или для контроля за снижением этого тока ниже допустимого уровня). Далее в силовой схеме для управления этой схемой предусматриваем командоконтроллёр. Автоматизация процесса пуска осуществляется в функции времени. Функцию минимальной защиты осуществляет включаемое в схему реле напряжения KV1. В случае снижения напряжения сети ниже допустимого уровня (0,8-0,85 Uном) исчезает напряжение реле KV1 отпадает к своим замыкающим контактом KV1:1 отключает схему управления, что приводит к отключения силовой схемы от сети и к фиксации механизма с помощью технического тормоза, так как катушка электромагнита тормозного устройства КМ5 в этом случае теряет питание. Повторное включение электропривода в работу после срабатывания любого вида защит возможно только после установки командоконтроллёра в нулевое положение. Это нулевая блокировка (защита от самозапуска):она исключает опасность самопроизвольного включения привода в работу после устранения неисправностей или восстановления питающего напряжения, если командоконтроллёр остался не в нулевом положении. В цепи катушек контакторов направления КМ1 и КМ2 введены размыкающие контакты конечных выключателей SQ1 и SQ2, чтобы в случае, когда перемещаемый механизм выходит за допустимые границы перемещения, механизм специальным упором нажимает на рычаг конечного выключателя SQ1 или SQ2.Последний своим размыкающим контактом снимает питание с катушки соответствующего контактора направления, в результате двигатель отключается от сети. Одновременно снимается питание с катушки электромагнитного тормоза КМ5. При этом механизм фиксируется в неподвижном состоянии механическим тормозом. Для осуществления электрического торможения типа В в схеме предусматриваем последовательное включение двух тормозных резисторов Rт1 и Rт2(для осуществления торможения устанавливаем параллельно резисторам размыкающий контакт КМ6:2, контактора КМ6). Тормозные резисторы устанавливаются в цепи якоря. Список литературы 1.Чиликин М.Г., Ключев В.И. «Теория автоматизированного электропривода».М.:Энергия.1979 2.Чиликин М.Г., «Общий курс электропривода».М: Энергоиздат 1981 3.Методические указания по курсовому проектированию дисциплины «Автоматизированный электропривод». Бабокин Г.И., г.Новомосковск 4.Яуре А.С., Певзнер Е.М. «Крановой электропривод»

Warning: array_map(): Argument #2 should be an array in /var/www/estcho/data/www/bestreferat.su/application/models/post.php on line 283

Warning: implode(): Invalid arguments passed in /var/www/estcho/data/www/bestreferat.su/application/models/post.php on line 285

Warning: implode(): Invalid arguments passed in /var/www/estcho/data/www/bestreferat.su/application/models/category.php on line 150