Учебное пособие 250

где ωJ, ωсJ и ωначJ – соответственно текущая, установившаяся и начальная скорости на j –ой ступени; значения ωсJ и ωначJ определяются по пусковой диаграмме (рис. 2);

Рис.3

для расчёта токов

где IC – ток статической нагрузки; в расчётах этот ток берётся в пределах

IC = (0.7-0.9)IН;

для расчёта моментов

где MC – момент статической нагрузки, значение которого берется в расчётах аналогично IC, т.е. МС = (0,7 – 0,9) МН.

При этом время спуска на j-ой ступени можно определить по формуле:

11

Для двигателей постоянного тока электромеханическая постоянная времени на любой из пусковых ступеней может быть определена по формуле:

где Jпр – приведенный к валу двигателя момент инерции привода,

JПР = iJ2 + J ДВ + J ПЕР ,

здесь J, Jдв и Jпер – моменты инерции механизма, двигателя и передаточного устройства;

RJ – сопротивление цепи якоря на j-ой ступени; С – электромеханическая постоянная двигателя.

Для асинхронных двигателей значение электромеханической постоянной времени можно определить

где JПР – приведённый к валу двигателя момент инерции привода (см.выше);

ω0 – синхронная скорость вращения вала двигателя;

MKj – момент короткого замыкания двигателя (условный), значение этого момента на каждой из ступеней можно определить по пусковой диаграмме (рис. 2);

Sjн – номинальное скольжение на j – ой ступени.

ωJн – номинальная скорость на j-ой ступени, определяется по пусковой диаграмме при номинальном моменте - Мн.

Расчёт переходных процессов при реостатном пуске ведется последовательно от первой ступени к последней в следующем порядке.

Для каждой из ступеней:

1)рассчитывается полное сопротивление якорной цепи Rj – для двигателей постоянного тока, или определяется Mkj (или Sjн ) – для асинхронных двигателей;

2)по формуле (24) или (25) определяется электромеханическая постоянная времени TM j ;

3)по формуле (22) или (23) определяется время переходного процесса tj;

4)используя формулы (19), (20) и (21) и задаваясь значениями времени с определенным шагом ∆t для каждой ступени регулирования, определяют зна-

12

чение скорости ω для тока i (или момента М). Этот расчет удобно представить в виде таблицы:

При расчетах следует учесть, что конечная скорость предыдущей ступени является начальной скоростью последующей ступени.

Особенностью расчета скорости и тока (момента) последней ступени является то, что время переходного процесса принимается

tпсл = (3 −4)Tмпсл .

Ввиду того, что расчет переходных процессов – действие громоздкое и трудоемкое, его следует выполнять на ЭВМ. При этом студенты должны самостоятельно составить вычислительную программу в соответствии с предлагаемой блок-схемой алгоритма (Прил. 1).

3.4. Построение нагрузочных диаграмм. Проверка выбранного двигателя по нагреву

Для большинства механизмов, окончательный выбор приводных электродвигателей производится по тепловому нагреву на основе нагрузочных диаграмм – графиков изменения нагрузки во времени. Построение этих диаграмм ведется с учетом статической и динамической нагрузок, т.е. для всего периода (или цикла) работы электропривода определяются моменты (токи, мощности) в динамических режимах работы (при пуске, торможении и т.д.) и при установившемся движении.

Пример нагрузочной диаграммы M = f (t) представлен на рис. 4. Здесь же упрощенно изображена скоростная диаграмма ω =ϕ(t) .

Нагрузочная диаграмма (рис. 4) соответствует циклической работе привода, например, крановых механизмов с использованием динамического торможения. Диаграмма содержит три характерные участка: пуска, установившегося движения и торможения. Участок пуска соответствует переходному режиму с изменяющейся нагрузкой. Построение этого участка диаграммы выполняется аналогично построение пусковой диаграммы при расчете переходных процессов электроприводов (см. п.3.3).

13

M,

ω

Рис. 4.

Время работы при установившемся движении с заданной статической нагрузкой Mс для различных крановых механизмов можно рассчитывать, используя следующие формулы:

для механизма подъема при подъеме груза

где H – высота подъема груза;

υср.п – средняя скорость движения при спуске, определяется из пусковой диаграммы (рис. 4), υср.п =υс 2 ;

где L2 – половина длины подкранового пути;

υдв – установившаяся (номинальная) скорость передвижения крана; для механизма поворота

ωпов

где π – угол наибольшего реального поворота стрелы; ωпов – установившаяся (номинальная) скорость поворота.

14

Построение участка нагрузочной диаграммы, соответствующего динамическому торможению можно выполнять, произведя расчет переходного процесса торможения с использованием следующих формул [5]:

Расчет по этим формулам аналогичен расчету, пусковых переходных процессов по формулам (19) и (20) в разделе 3.3.

Значения входящих в формулы параметров поясняются рис. 5, на котором изображены механические характеристики: естественная – “1” и динамического торможения – “2”.

Время динамического торможения можно определить по формулам:

где TM – электромеханическая постоянная времени при динамическом торможении, определяется по формулам (24) и (25).

-∆ωc

Рис. 5.

Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву выполняется по эквивалентному моменту Мэкв (можно также по эквивалентному току Iэкв или эквивалентной мощности Рэкв).

15

Значение эквивалентного момента определяется на основании нагрузочной диаграммы по формуле

где M1 , , M n ; t1 , tn – соответственно значения моментов и продолжитель-

ностей времени на различных участках нагрузочной диаграммы.

Для расчетов обычно пользуются упрощенными нагрузочными диаграммами (на рис.4 изображена штриховой линией), на которых значения моментов (токов), изменяющиеся по сложным законам (например, при ступенчатом пуске), заменяются эквивалентным средним моментом (током).

Двигатель удовлетворяет условиям нагрева, если M ном. дв ≥ M экв .

Если привод работает в повторно-кратковременном режиме, необходимо привести расчетный эквивалентный момент к моменту ближайшей стандартной продолжительности включения:

где ПВр и ПВст – продолжительности включения привода – расчетная и стандартная.

Условия проверки по нагреву при стандартной ПВ:

M ном. дв ≥ M э. сТ .

3.5. Выбор электрооборудования. Разработка электрической принципиальной схемы

Выбор электрооборудования является обязательной частью проекта. Обоснование выбора можно давать в виде отдельного раздела курсового проекта или по ходу расчета в соответствующих разделах. Например, после расчета пусковых сопротивлений дается выбор типового комплекта сопротивлений.

Следуя порядку расчета, можно рекомендовать последовательность выбора электрооборудования: по предварительному расчету выбирается электродвигатель, затем - контроллер управления, пусковой (регулировочный) реостат, механический тормоз, линейные и другие контакторы (если требуется), реле максимальной токовой защиты. Выбор электрооборудования производится по справочникам [1, 11].

Разработка электрической принципиальной схемы важная часть курсового проекта. При разработке принципиальной схемы необходимо выполнить следующие условия: схема должна обеспечить работоспособность электропривода во всех рабочих режимах со всеми требуемыми защитами и блокировками. За основу при разработке принципиальных схем можно брать типовые принципиальные схемы электроприводов соответствующих механизмов.

16

4. ТИПОВЫЕ ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Типовые задания составлены на наиболее распространенное механическое и подъемно-транспортное оборудование, применяемое в строительной индустрии: крановые механизмы и конвейеры. Все необходимые исходные данные для расчетов по соответствующим электроприводам и вариантам даны в таблицах: табл. 4.1 – механизм подъема, табл. 4.2 – механизм передвижения крана, табл. 4.3 – механизм поворота, табл. 4.4 – наклонный конвейер, табл. 4.5 – сдвоенный горизонтальный конвейер.

Общим для всех электроприводов является реостатное регулирование (или пуск).

Для привода подъема следует принять однорядную укладку каната на барабан.

Механизм поворота платформы крана – полноповоротный.

Для проверки выбранного двигателя конвейера по нагреву следует использовать нагрузочную диаграмму (см. П.2) и расчетные данные соответствующего варианта указанного приложения.

При курсовом проектировании для электроприводов механизмов можно использовать двигатели как переменного, так и постоянного тока, но при соответствующем обосновании.

Таблица 4.1

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА

17

Таблица 4.2

МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ

18