Пояснительная записка к курсовому проекту: 27с., 2 рис., 4табл., 4ист., 4 прилож

Содержание

Нагрузочная диаграмма машины; ступенчатая диаграмма пуска двигате контактора ля; зависимости момента, скорости от времени, схема
Электропривод, нагрузочная диаграмма, скорость, пуск, торможение, тахограмма, механическая характеристика, скольжение, пусковой
1. Выбор двигателя.
2. Расчёт естественной механической характеристики
3. Построение диаграммы ступенчатого резисторного пуска и торможения противовключением двигателя
4. Расчёт роторных сопротивлений аналитическим методом
6. Проверка двигателя по нагреву
7. Схема управления двигателя с применением командо-контроллера
Приложение а
Приложение б
Приложение в

Смотрите также:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине “Автоматизированный электропривод ”

на тему: «Расчёт электропривода подъёмной машины»

Факультет энергомеханики и автоматизации

Кафедра горной электротехники и автоматики

Дисциплина Автоматизированный электропривод

З А Д А Н И Е

на курсовой проект

(фамилия, имя, отчество)

1 Тема проекта: Расчёт электропривода подъёмной машины.

2 Исходные данные к проекту: t₁=0,88c, t₆=15,6 c,

t₂=19 c, t₇=2,6 c,

t₃=0,72 c, =104 c^-1,

t₄=24 c, M_co=370 Hм,

t₅=2,4 c, M_c_н=3500 Нм.

3 Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): 1) Выбор двигателя; 2) Расчёт естественной механической характеристики; 3) Построение диаграммы ступенчатого резисторного пуска и торможения противовключением двигателя; 4) Расчёт роторных сопротивлений; 5) Построение зависимостей скорости, момента и тока ротора от времени; 6) Проверка двигателя по нагреву; 7) Усовершенствование релейного блока.

4 Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): ^ Нагрузочная диаграмма машины; ступенчатая диаграмма пуска двигате контактора ля; зависимости момента, скорости от времени, схема форсировки включения.

5 Дата выдачи задания « _____» 2008г.

6 Срок сдачи проекта « _____» _____________ 2008г.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к курсовому проекту:

27с., 2 рис., 4табл., 4ист., 4 прилож.

Объектом разработки является электропривод подъемной машины.

Цель работы – расчёт электропривода подъёмной машины и разработка схемы управления двигателем.

На основании данных тахограммы работы двухконцевой шахтной подъёмной машины и нагрузочной диаграммы выбран приводной асинхронный двигатель с фазным ротором; рассчитаны и построены его механическая характеристика, диаграмма ступенчатого резисторного пуска и торможения противовключением двигателя, зависимости скорости и момента от времени; рассчитаны роторные сопротивления аналитическим методом; осуществлена проверка двигателя по нагреву.

^ ЭЛЕКТРОПРИВОД, НАГРУЗОЧНАЯ ДИАГРАММА, СКОРОСТЬ, ПУСК, ТОРМОЖЕНИЕ, ТАХОГРАММА, МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, СКОЛЬЖЕНИЕ, ПУСКОВОЙ МОМЕНТ, СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ, ЧАСТОТА

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Выбор двигателя 6

2. Расчёт естественной механической характеристики 10

3. Построение диаграммы ступенчатого резисторного пуска и

торможения противовключением двигателя 12

4. Расчёт роторных сопротивлений графическим методом 13

5. Построение зависимостей скорости, момента и тока ротора от

времени 14

6. Проверка двигателя по нагреву 17

7. Усовершенствование релейного блока 18

Заключение 19

Перечень ссылок 20

Приложение А 21

Приложение Б 22

Приложение В 23

ВВЕДЕНИЕ

Электропривод в угольной промышленности начал применяться в конце 19 столетия. Это были первые электрифицированные водоотливные установки и передвижные насосы. Первая подъёмная машина с электрическим двигателем была установлена в 1900 г. на Урале.

Применение электрического привода дало не только экономический эффект – незначительный расход энергии, малые габариты машин, но и главным образом повысило надёжность и увеличило безопасность работы подъёмных установок. Применяемые в настоящее время на подъёмных установках электроприводы немыслимы без автоматизации. Это объясняется тем, что автоматизация подъёма – это повышение производительности и эксплуатационной надёжности, высвобождение обслуживающего персонала.

Работа подъёмной установки характеризуется цикличностью, т.е. рядом сменяющихся циклов, следующих друг за другом. В свою очередь каждый цикл можно разбить на 4 основных периода: разгон, равномерное движение, замедление до полной остановки и пауза. Таким образом, чтобы обеспечить требуемую производительность рудничного подъёма, каждый цикл должен укладываться в определённое, наперёд заданное время. Для этого необходимо выдерживать расчётные значения ускорения и замедления, максимальной скорости и продолжительности паузы, т.е. выдерживать принятую диаграмму скорости. Диаграмма скорости подъёма – это зависимость скорости движения подъёмных сосудов от времени.

При осуществлении подъёмных операций скорость двигателя должна изменяться по определённому закону, характеризуемому диаграммой скорости. В зависимости от назначения и высоты подъёма, вида и грузоподъёмности сосудов, числа горизонтов и расстояния между ними диаграммы скорости могут быть трёх-,

пяти-, шести-, и семипериодными. Наиболее простые трёхпериодные диаграммы скорости целесообразно применять для клетьевых подъёмных установок с одноэтажными неопрокидными клетями при качающихся приёмных площадках. Наиболее сложные шести- и семипериодные диаграммы скорости необходимы при грузовом подъёме с опрокидными скипами или клетями. Это объясняется необходимостью ограничения скорости движения подъёмных сосудов в разгрузочных кривых. Поэтому период разгона разбивается на два участка с различными ускорениями. Тоже относится и к периоду замедления.

Дальнейшее развитие электропривода машин и установок шахт и рудников должно идти в направлении развития и практической реализации регулируемого электропривода.

^ 1. Выбор двигателя.

По заданной тахограмме работы двухконцевой шахтной подъёмной машины и нагрузочной характеристике (рисунок 1) рассчитаем требуемую мощность приводного асинхронного двигателя с фазным ротором и выберем его по справочным данным.

Исходные данные:

t₁=0,88c, t₆=15,6 c,

t₂=19 c, t₇=2,6 c,

t₃=0,72 c, =104 c^-1,

t₄=24 c, M_co=370 Hм,

t₅=2,4 c, M_c_н=3500 Нм.

Рисунок 1.1 - Нагрузочная диаграмма машины

Рисунок 1.1 отражает циклический (поворотно-кратковременный) режим работы шахтного подъёма, для которого предусматривается выбор двигателя из серии длительного (продолжительного) режима работы (S₁) с принудительным обдувом.

Поскольку на тепловой режим двигателя существенным образом могут влиять переходные режимы пуска ( t₁) и торможения ( t₃ ), то выбор двигателя должен производиться с учётом этих режимов. Однако построение нагрузочной диаграммы двигателя, включающей участки пуска и торможения, возможно лишь в том случае, если известен момент инерции ротора выбираемого двигателя. Следовательно задача выбора мощности двигателя должна решаться в три этапа:

ориентировочный расчёт мощности на основании нагрузочной диаграммы механизма;
приближённая проверка мощности двигателя с учётом переходных режимов;
уточнённая проверка мощности двигателя с учётом переходных режимов.

Предварительно номинальная мощность двигателя рассчитывается из условия, кВт;

;

где М_экв – эквивалентный длительно-действующий момент, определяемый

по формуле (Нм):

где  - скорость вращения двигателя в установленном режиме работы

(принимается по тахограмме), с^-1;

К_з – коэффициент запаса по мощности, К_з=1.1.

Нм;

Нм;

Далее из таблицы П.1 [1] выбираем тип двигателя, имеющий мощность Р_н≥ Р_н.пр, ближайшее большее к использованной в формуле Р_н.пр скорости

, но имеющие различные моменты инерции.

об/мин.

Принимаем двигатель типа АК – 113 – 6М, с техническими данными:

U_1н=380 В, cos φ_н=0.915,

Р_н=250 кВт, λ=2,

n_н=975 об/мин, U_2н=441 В,

I_1н=445 А, I_2н=349 А,

η_н=93.5 %, J_g=17,7 кг·м².

Для проверки соответствия выбранного двигателя заданному режиму работы и для окончательного выбора наиболее подходящей машины необходимо построение её нагрузочной диаграммы (рисунок 1.1).

Первоначально задача сводится к нахождению моментов М_п и М_т, обеспечивающих разгон двигателя до скорости ω_н за время t₁ и торможение за время t₃:

;

;

где М_п – средний пусковой момент двигателя, Нּм;

М_т – средний тормозной момент, Нּм;

J_Σ – суммарный момент инерции двигателя и механизма, кг·м².

;

кг·м²;

;

об/мин.

Н·м;

Н·м.

Из группы упомянутых выше машин принимается двигатель, удовлетворяющий условию:

;

где М_к – критический (максимальный) момент двигателя.

Последний определяется исходя из перегрузочной способности машины:

;

где λ – перегрузочная способность (

);

М_н – номинальный момент,

(Н·м).

Н·м;

Н·м;

Вопрос о необходимой мощности двигателя выясняется здесь путём сравнения его номинального момента с эквивалентным, рассчитываемым по формуле:

;

Н·м.

Если соблюдается условие М_нМ¹_экв, то задачу приближённой проверки мощности можно считать решённой.

2449

2179 Н·м.

Окончательная проверка мощности двигателя производится на основе действительных зависимостей момента от времени при пуске и торможении, которая будет произведена в дальнейшем.

^ 2. Расчёт естественной механической характеристики

Расчёт естественной механической характеристики выбранного двигателя производится по формуле Клосса:

;

где М, S – текущие значения момента и скольжения машины;

М_к, S_k – критические значения указанных величин.

Критическое скольжение определяется как:

;

где S_н – номинальное скольжение двигателя:

;

- синхронная скорость: 1000 об/мин;

;

;

Построение характеристики произведём в пределах S = 0

1.

Таблица 2.1 – Зависимость момента двигателя от скольжения.

S	M
0,00001	1,053118
0,05	4084,86
0,1	4884,133
0,15	4386,218
0,2	3744,546
0,25	3200,474
0,3	2769,948
0,35	2430,783
0,4	2160,326
0,45	1941,183
0,55	1610,042
0,6	1482,454
0,7	1278,634
0,8	1123,371
0,9	1001,354
1	903,0317

Результаты расчёта показаны на естественной механической характеристике (рисунок 2.1):

Рисунок 2.1 – Естественная механическая характеристика привода.

^ 3. Построение диаграммы ступенчатого резисторного пуска и торможения противовключением двигателя

Для построения ступенчатой диаграммы пуска производим:

Определяется начальный пусковой момент из соотношения:

;

где М₁ – начальный пусковой момент;

S_н, М_н – номинальные значения скольжения и момента;

М_п – средний пусковой момент;

т – число пусковых ступеней.

;

Н·м;

;

Н·м;

Строим ступенчатую диаграмму пуска двигателя. По диаграмме определим число степеней: m=6. Для построения характеристики торможения противовключением произведём: на оси абсцисс откладываем – М_т, а на оси ординат – ω_С0/2. Точка В будет находиться на пересечении линий, проведённых через полученные отметки. Искомая характеристика представляет собой (рис. ) прямую, проходящую через точку В и пересекающую ось ординат при скорости ω₀. Точка А отвечает началу торможения, точка В – его окончание.

^ 4. Расчёт роторных сопротивлений аналитическим методом

Сопротивление i-й секции пускового реостата:

,

где R_n – сопротивление роторной цепи.

;

где

;

– номинальное сопротивление;

Ом;

Ом.

При i=1, 2, 3, 4, 5 имеем R_i=0,158, 0,037, 0,0089, 0,0021, 0,0005 соответственно.

Сопротивление секции противовключения:

;

Ом.

Построение зависимостей скорости, момента и тока ротора от времени

Изменения во времени скорости, момента и тока двигателя в режимах пуска, торможения, реверса и т.п. могут быть описаны общей формулой:

;

где Р, Р_к, Р_н – текущее, конечное и начальное значение обобщённого параметра (скорости, момента или тока) двигателя;

Т_м – электромеханическая постоянная времени.

Для расчёта электромеханической постоянной времени воспользуемся формулой:

;

;

и т.д.

где S_б, S_в и т.д – скольжения двигателя при номинальном моменте на

характеристиках 1,2,. . .7 (в точках б, в., и т.д.)

S_б=0,55 S_в=0,31 S_г=0,17 S_д=0,095 S_е=0,053 S_ж=0,029 S_з=0,016

Т_м1= 0,589; Т_м5= 0,056;

Т_м2= 0,327; Т_м6= 0,031;

Т_м3= 0,182; Т_м7= 0,017.

Т_м4= 0,101;

Время разгона двигателя на участках л-1’, м-2’, . . . , т-7’ рассчитываются по формулам:

;

с;

с;

Время разгона двигателя на естественной механической характеристике (в пределах участка т – 7 в приложении 1)

;

с.

В приложении 2 представлены зависимости скорости и момента от времени, соответствующие пусковой диаграмме в приложении 1.

Время торможения на участке А-В:

;

где

- электромеханическая постоянная времени на характеристике 6;

;

с.

Суммарное время разгона:

t_p= t_p₁+t_p₂+…t_p₇ ;

t_p= 0,688 c.

и время торможения получаются несколько завышенными против тех значений, которые заданы тахограммой по рис. 2. Это объясняется вогнутостью экспоненциальных кривых М(t), в силу которой фактические средние пусковой и тормозной моменты двигателя ниже ранее рассчитанных значений М_п и М_т.

Данное обстоятельство должно учитываться при оценке степени соответствия результатов расчёта исходным величинам t₁ и t₃, однако оно заметным образом не влияет на программу работы механизма и тепловой режим двигателя.

^ 6. Проверка двигателя по нагреву

Уточнённая нагрузочная диаграмма двигателя отличается от диаграммы в Приложении 1 тем, что в периоды пуска и торможения момент двигателя изменяется согласно кривым в Приложении 2, а время пуска и торможения соответственно равны t_р и t_т.

Эквивалентный длительнодействующий момент равен:

;

где

;

;

t_ц – время цикла работы механизма, t_ц = t₄+t₅+t₆+t₇;

Н·м;

с;

Н·м.

Двигатель находится в нормальном тепловом режиме т.к.:

т.е.

Н·м.

^ 7. Схема управления двигателя с применением командо-контроллера

Для управления двигателем реле времени заменяем электронным счетчиком с ТТЛ логикой. Счетчик времени собран на микросхеме К561ИЕ8, являющийся простейшим счетчиком со встроенным дешифратором, с выходов которого набираются требуемые уставки времени. На входах R (RESET) собрана схема пуска и стопа включения и торможения двигателя подъемной машины. Двойная инверсия применяется для увеличения помехозащищенности. Набранная уставка времени поступает на базу транзистора VT (КТ 315), который отпирает промежуточное реле КХ, тот в свою очередь замыкает цепь питания промежуточного реле КП, рассчитанного на 24В, а его контакты управляют непосредственно реле контактора роторной цепи на 380В. Схема командо-контроллера приведена в приложениях 3а, 3б. Схема форсировки включения контактора в приложении 4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был выбран двигатель типа АК-113-6М, с шестью ступенями регулирования пуска, который обеспечивает плавный разгон подъёмной машины.

Были произведены расчёты и построены естественная механическая характеристика и диаграмма ступенчатого резисторного пуска и торможения, и торможения противовключением.

Перечень ссылок

1. А.К. Малиновский, Автоматизированный электропривод машин и

установок шахт и рудников. – М., Недра, 1987.

2. В.Е. Католиков, Электрооборудование шахтных подъемных машин. – М.,

Недра, 1986. – 286 с.

3. Методические указания № 930. – Донецк, ДПИ, 1992.

4. В.И. Ключев, Теория электропривода. – М. – Л.: Энергоиздат, 1985. –

286с.

^ ПРИЛОЖЕНИЕ А - Диаграмма ступенчатого резисторного пуска и торможения противовключением двигателя