Реферат по предмету "Промышленность, производство"


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


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.