Выбор двигателя для САУ

 

Содержание


Введение

. Расчет номинальной мощности двигателя

. Выбор двигателя

. Расчет оптимального передаточного числа редуктора

. Выбор редуктора

. Расчет момента инерции системы, приведенного к валу двигателя

. Проверочные соотношения

. Расчет передаточной функции двигателя

. Описание функциональной схемы электропривода переменного тока

Заключение

Литература

Приложение А. Основные технические характеристики используемых устройств


Введение


В данной работе была поставлена задача разработать электропривод постоянного тока, регулирующий скорость вращения нагрузки с данными параметрами:


Таблица 1 - Исходные данные

Момент сопротивления нагрузки Мн, НмМомент инерции нагрузки Jн, кг·м2Максимальная скорость вращения нагрузки , рад/сМаксимальное ускорение нагрузки , рад/с20.5504.80.2

Целью данной работы является разработка целиком законченного устройства, которое способно полностью обеспечить решение поставленной задачи.


1. Расчет номинальной мощности двигателя


Номинальная мощность двигателя вычисляется по следующей формуле (см. [3]):



Выберем двигатель с запасом мощности не более 40%, т.е мощностью не более


. Выбор двигателя


Выбор двигателя производился на сайте [4]. Был выбран следующий двигатель:

Тип: Асинхронный трехфазный двигатель 56В-2

Данный двигатель представляет собой однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Мощность двигателя 130 Вт. Основные технические характеристики двигателя приведены в таблице А.1 (см. приложение А).


. Расчет оптимального передаточного числа редуктора


Величины ?р и Jр точно не известны, поэтому примем ?р = 0.7, Jр =0.3 Jдв

Оптимальное передаточное число редуктора вычисляется по следующей формуле (см. [3]):


4. Выбор редуктора


Выбор редуктора производился на сайте [5]. Был выбран следующий редуктор:

Фирма: ТЦ «Редуктор»

Тип: 2-160/320М

Данный редуктор представляет собой цилиндро-червячный двухступенчатый редуктор с передаточным числом . Основные технические характеристики редуктора приведены в таблице А.2 (см. приложение А).


5. Расчет момента инерции системы, приведенного к валу двигателя


Момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, вычисляется по следующей формуле (см. [1]):



. Проверочные соотношения


. Проверочное соотношение мощностей.

Требуемый от двигателя момент вычисляется как сумма динамического и статического момента:



Проверочное соотношение мощностей:



2. Проверочное соотношение моментов


: для двигателей переменного тока.


3. Проверочное соотношение скоростей вращения:



Исходя из расчетов, данный двигатель подходит по перегрузочной способности, требуемой скорости, и его мощности достаточно для выполнения поставленной задачи.


. Расчет передаточной функции двигателя


Передаточная функция двигателя постоянного тока связывает между собой напряжение, подаваемое на двигатель, и скорость вращения вала двигателя, и при условии линеаризации рабочего участка механической характеристики двигателя с учетом влияния редуктора и нагрузки имеет вид (см. [1,2]):


,

где- коэффициент передачи, то есть коэффициент пропорциональности между напряжением питания и установившимся значением скорости вращения вала редуктора;

- электромеханическая постоянная времени, определяющая скорость переходного процесса.

определяется как произведение коэффициентов передачи соединенных последовательно двигателя и редуктора:



определяется следующим образом:



Коэффициент передачи редуктора определяется как число, обратное его передаточному числу:



Электромеханическая постоянная времени определяется следующим образом:

Таким образом, передаточная функция двигателя имеет вид:


8. Описание функциональной схемы электропривода постоянного тока


Рисунок 8.1 - Функциональная схема электропривода постоянного тока: (ИЭ - промышленная сеть переменного тока, БП - блок питания, ЗУ - задающее устройство, ПЧ - преобразователь частоты, Тр - автотрансформатор, Д - электродвигатель переменного тока, Р - редуктор, Тг - тахогенератор, ОУ - объект управления)


От трехфазной промышленной сети переменного тока напряжение с амплитудой 380 В и частотой 50 Гц поступает на блок питания, который преобразует его в постоянное напряжение 24 В, необходимое для питания контроллера. Контроллер является задающим устройством, с помощью которого можно регулировать скорость вращения двигателя. В зависимости от заданной скорости контроллер посылает соответствующие сигналы на частотный преобразователь, который осуществляет регулирование скорости вращения двигателя за счет изменения частоты питающего напряжения. На частотный преобразователь также подается напряжение питания с амплитудой 220 В и частотой 50 Гц, то есть номинальное для данного двигателя, которое получено с помощью трехфазного повышающего автотрансформатора. Затем напряжение с соответствующей частотой подается на двигатель переменного тока, обеспечивая необходимую скорость вращения. Вал двигателя на выходе связан с редуктором, который уменьшает скорость вращения вала до необходимой для вращения нагрузки. Также электропривод содержит устройство обратной связи - тахогенератор, который преобразует механическую энергию, то есть скорость вращения вала двигателя, в электрический сигнал соответствующей величины. Сигнал поступает на частотный преобразователь, и осуществляется сравнение требуемой скорости двигателя и реальной. В соответствии с этим преобразователь частоты соответствующим образом изменяет частоту.

Основные технические характеристики устройств приведены в приложении А.

Двигатель переменного тока представляет собой асинхронный двигатель. Двигатель содержит две обмотки, одна из которых размещается на статоре, а другая - на роторе. Обмотка статора является трехфазной, её фазы соединены по схеме «звезда». Схема включения двигателя приведена на рисунке 8.2.


Рисунок 8.2 - Схема включения асинхронного двигателя (1 - обмотка статора; 2 - ротор; 3 - обмотка ротора; U1 - напряжение питания; Е1 - ЭДС в обмотке статора; I1 - ток в обмотке статора; n2 - частота вращения ротора; М - вращающий момент)


Ротор данного двигателя является короткозамкнутым, то есть фазы его обмотки замкнуты накоротко. Двигатель содержит две пары полюсов.

Электромагнитный момент асинхронной машины создается в результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем, создаваемым обмоткой статора. Зависимость скорости вращения ротора от момента называется механической характеристикой. Её вид представлен на рисунке 8.3.

В данном электроприводе осуществляется управление скоростью с помощью изменения частоты питания. При этом механические характеристики смещаются параллельно относительно оси скоростей, то есть при уменьшении частоты уменьшается скорость вращения при неизменном моменте.


Рисунок 8.3 - Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя (f - частота питающего напряжения)


Заключение


Итогом работы является разработка электропривода постоянного тока, который способен обеспечить регулирование скорости вращения нагрузки с требуемыми параметрами.


Таблица 2 - Параметры электропривода

Момент сопротивления нагрузки Мн, НмМомент инерции нагрузки Jн, кг·м2Максимальная скорость вращения нагрузки , рад/сМаксимальное ускорение нагрузки , рад/с20.5504.80,2

Передаточная функция двигателя постоянного тока имеет вид:

Таким образом, электропривод полностью отвечает поставленным требованиям.

двигатель редуктор электропривод ток

Список литературы


1Николаев П.В., Абатурова Г.Д. Методические указания по выбору двигателя для систем автоматического управления. - Л.: Ротапринт, ЛИТМО, 1987. - 56с.

Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2000. - 496с.: ил.

Правила оформления курсовых и квалификационных работ /В.И. Бойков, С.В. Быстров, А.С. Кремлев, К.А. Сергеев.- СПб., СПБГУ ИТМО, 2007. - 36с., ил.

#"justify">Приложение А


Основные технические характеристики используемых устройств

А.1 Основные характеристики двигателя

привязка мощности и установочных размеров стандарту ГОСТ Р 51689-2000; - степень защиты IP54, IP55 (электродвигатель АИР) по ГОСТ17494-87; - степень защиты IP23 (электродвигатель АМН) по ГОСТ17494-87; - изоляция класса нагревостойкости «F» по ГОСТ8865-93; - по способу монтажа, исполнения: IM 1001, IM2001, IM3011 по ГОСТ2479-79; - климатическое исполнение У2, У3 по ГОСТ15150-69. - режим работы S1 по ГОСТ183-74. - способ охлаждения 1С-0151 по ГОСТ20459-87. - уровень шума в режиме холостого хода - 2 класса по ГОСТ16372-93.


Технические характеристики электродвигателя АИР 56А-4

НаименованиеАИР 56А-4Полное названиедвигатель электрический асинхронный трехфазныйКПД (%)57Кол-во полюсов4Номинальное напряжение (В)220Потребляемый ток (А)0,5Полезная мощность (кВт)0,12Частота вращения (об./мин.)1800Момент инерции ротора (кг*м2)0,0005Масса (кг)3,6

А.2 Основные характеристики редуктора


Редукторы цилиндро-червячные двухступенчатые

Наименование редуктораЧ2-160/320МТип редуктораЧервячный двухступенчатыйПередаточное число320Частота вращения выходного вала0,187-23,8

А.3 Основные характеристики частотного преобразователя


Преобразователь частоты Delta VFD-L

Макс. мощность двигателя, кВт25/4060/100ВыходНоминальная выходная мощность ПЧ, кВА106/152212/303Ном. выходной ток ПЧ, А0.28/0.40.56/0.8Максимальное выходное напряжение, ВНе более входногоДиапазон регулировки выходной частоты, Гцот 1.0 до 120 ГцВходНоминальные параметры питающей сети переменного токаОдна фаза от 200 до 240 В АС 50/60 ГцДопустимое отклонение напряжения/частоты питающей сетиНапряжение ±10%, частота ±5%Ном. входной ток ПЧ, А0.71.01.4Характеристики управленияСпособ формирования тока двигателяSVPWM (Пространственно-векторная ШИМ, несущая частота 10 кГц)Устанавливаемый моментПереключаемый (низкий/высокий)Допустимая перегрузка150% номинального тока в течении 1 минутыДиапазон установки времени разгона/торможенияОт 0 до 30.0 секундПодъём моментаОт 0 до 8%Варианты управления и контроляЗадание частотыВстроенный потенциометр; RS-485Сигналы управленияПанельПУСК/ СТОП, ВПЕРЕД / НАЗАДВнешниеПУСК/ СТОП, ВПЕРЕД / НАЗАД, RS-485Выходная индикацияПанельСветодиодная индикация ошибок и аварийВнешняяВыход с открытым коллектором (индикация ошибкой)Функции защитыПере-/недонапряжение; сверхток; перегрузка; перегрев радиатора; внешняя ошибка; электронное реле тепловой защиты двигателяДополнительные возможностиВстроенный фильтр электромагнитных помех (в моделях с версией B)ОхлаждениеЕстественная конвекцияУсловия эксплуатацииРабочая температура: -10...+40°С; Температура хранения: -20...+60°С; Влажность - до 90% без конденсата.Место установкиНе выше 1000 м над уровнем моря.Допустимая вибрация9,80665 м/сек2 (1g) менее 20 Гц, и 5,88 м/сек2 (0.6g) менее 20...50 Гц

А.4 Основные характеристики контролера


Контролер MELSEC FX3UC-64MT

ХарактеристикиFX3UC-64MT/_Макс. кол-во входов/выходов64Питание24 В пост. т. (+20%, -15%)Потребляемая мощность11 ВтИсточник напряжения внутренней шины (5 В пост. т.)480 мАВстроенные входы32Входное сопротивлениеX000-X005; 3,9 кОм; X006-X007: 3,3 кОм; начиная с X010: 4,3 кОмВходной токX000-X005: 6 мА / 24 В пост.; X006-X007; 7 мА / 24 В пост.; начиная с X010: 5 мА / 24 В пост.Минимальный ток для логической 1X000-X005: > 3,5 мА; X006-X007: >4,5 мА; начиная с X010: >3,5 мАМаксимальный ток для логического 0макс. 1,5 мАИзоляцияУ всех базовых модулей входы гальванически отделены от электропитания оптронами.Время реагированияВсе базовые модули MELSEC FX3UC: 10 мс (заводская настройка), в X000...X017 используются цифровые регулируемые значения фильтровВстроенные выходы32Тип выходовтранзисторныеНапряжение включенного состояния (макс.)5 - 30 В пост.Макс. коммутируемая мощность омическая нагрузка0,3 A (для Y000-Y003 / 0,1 A (для всех прочих выходов); макс. 1,6 A у 16 выходов одновременноиндуктивная нагрузка7,2 Вт (для Y000-Y003) / 2,4 Вт (для всех прочих выходов); макс. 38,4 Вт у 16 выходов одновременноВремя реагирования< 0,2 мс (для Y000-Y003) / 5мкс (для всех прочих выходов)Условия эксплуатациитемпература окружающего воздуха 0...55 °C; относительная влажность 5-95%Размеры в мм (Ш х В х Г)60 x 90 x 74

А.5 Основные характеристики блока питания

Блок питания БП-50

Питание - напряжение переменного тока 100-240 В

Частота переменного тока 45-55 Гц

Выходное постоянное напряжение 22-29 В

Выходной ток не более 1,5 А

КПД 80%

Габаритные размеры 100х36х118

А.6 Основные характеристики автотрансформатора

Автотрансформатор TDGC-7K

Мощность: 7 кВа

Количество фаз: Однофазный

Вх. Напряжение: 220В

Диапазон выходного напряжения: 0-250В

Ток: 28А

Габаритные размеры: 410x320x240 мм.

Масса: 36 кг

А.7 Основные характеристики тахогенератора

Тахогенератор ТП-212

Основные технические данныеНоминальная частота вращения, об/мин200, 400, 600, 1000, 1500, 2000Напряжение, В200 (+/-30)Крутизна выходного напряжения, В/об/мин0.20Асимметрия выходного напряжения, %+/-0,1Номинальное сопротивление нагрузки, кОм2,1 (+/-0,02)Направление вращенияреверсивноеВозбуждениепостоянные магнитыИсполнение по способу монтажаIM1082 / IM-3087Степень защитыIP44Режим работыS1Климатическое исполнениеУХЛ2Класс нагревостойкости изоляцииFМасса, кг, не более40 (43 с полумуфтой), (45 фланцевая)Наружный диаметр станины, мм212Длина тахогенератора, мм465 (560 с полумуфтой)Высота оси вращения вала h, мм112Диаметр вала, мм30


Содержание Введение . Расчет номинальной мощности двигателя . Выбор двигателя . Расчет оптимального передаточного числа редуктора . Выбор ред

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ