Выбор двигателя для САУ

• Содержание

Введение

• 1. Расчет номинальной мощности двигателя
• 2. Выбор двигателя
• 3. Расчет оптимального передаточного числа редуктора
• 4. Выбор редуктора
• 5. Расчет момента инерции системы, приведенного к валу двигателя
• 6. Проверочные соотношения
• 7. Расчет передаточной функции двигателя
• 8. 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

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
• 2. 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).

• 3. Расчет оптимального передаточного числа редуктора
• Величины з_р и J_р точно не известны, поэтому примем з_р = 0.7, J_р =0.3 J_дв

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]):
• 6. Проверочные соотношения
• 1. 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.

• 7. 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

Передаточная функция двигателя постоянного тока имеет вид:

• Таким образом, электропривод полностью отвечает поставленным требованиям.
• двигатель редуктор электропривод ток

Список литературы

• 1 Николаев П.В., Абатурова Г.Д. Методические указания по выбору двигателя для систем автоматического управления. - Л.: Ротапринт, ЛИТМО, 1987. - 56с.
• 2 Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2000. - 496с.: ил.
• 3 Правила оформления курсовых и квалификационных работ /В.И. Бойков, С.В. Быстров, А.С. Кремлев, К.А. Сергеев.- СПб., СПБГУ ИТМО, 2007. - 36с., ил.
• 4 http://electronpo.ru/production
• 5 http://www.reduktorntc.ru/

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

А.2 Основные характеристики редуктора

Редукторы цилиндро-червячные двухступенчатые

А.3 Основные характеристики частотного преобразователя

Преобразователь частоты Delta VFD-L

А.4 Основные характеристики контролера

Контролер MELSEC FX3UC-64MT

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