3. Выбор дпт и расчет параметров звеньев структурных схем.

Надежная продолжительная работа ЭД возможна только в том случае, когда он правильно рассчитан и выбран по тепловому и динамическому режимам. Применение ЭД любого типа прежде всего связано с подбором его по мощности. Для обоснованного выбора ЭД по мощности необходимо знать характер изменения нагрузки ЭП во времени. Будем считать, что ЭД работает в таком режиме, когда его нагрузка и скорость вращения вала остаются неизменными в течение достаточно длительного времени, за которое тепловые процессы успевают установиться. Такой режим работы ЭД в соответствии с международной классификацией обозначают S1 (всего для выпускаемых в настоящее время ЭД согласно этой классификации предусмотрено восемь номинальных режимов: SI - S8). Упругостью элементов редуктора при выборе ЭД можно пренебречь.

Для принятого режима работы следует выбрать ЭД, номинальная мощность которого больше или равна расчетной мощности (Р_расч) на валу ЭД:

Р_ном >Р_расч

Значение Р_расч определяется максимальным значением мощности нагрузки (Рн.макс) с учетом КПД редуктора (η_р):

Р_расч=Р_н.макс/ η_р.

Значение Р_н.макс согласно соотношению, определяется выражением:

Р_н.макс=М_{н.смакс} ω_н.макс

где M_{н.с.макс}- максимальный статический момент нагрузки; ω_н.макс максимальное значение угловой скорости вращения нагрузки, которое можно определить через значение n_н.макс с помощью формулы:

ω_н.макс= πn_н.макс/30.

Значение М_н._с._макс и n_н._макс приведены в задании на курсовой проект. Согласно заданию в ЭП следует использовать ДПТ серии 2ПБ180МГУХЛ4 на номинальное напряжение U_я.ном⁼220В.

Определим значение ω_н.макс= πn_н.макс /30= π*40/30≈4,18879 рад/с

Тогда Р_н.макс=М_{н.с.макс} ω_н.макс=765 *4,18879=3204,4 Вт

Принимая т р=1 определяем значение Р_раcч:

Р_расч=Р_н.макс=3204,4 Вт

По таблице П-2 [2] определяем, что для данной нагрузки подходит один тип ДПТ серии 2ПБ180МГУХЛ4,имеющий при и_я._ном=220В мощность Р_ном=3,4 кВт, являющуюся наименьшей, при которой обеспечивается условие Р_ном > Р_расч.

Из таблицы П-2[2] определяем основные технические данные двигателя 2ПБ180МГУХЛ4: и_я.ном=220В; п_я._ном=800 об/мин; Р_ном=3,4 кВт; η=81%; r_я=0,486 Ом (при 15C); r_д.п.=0,296 Ом (при 15C); L_яц=17мГн; J_д=0,2 кг*м².

После предварительного выбора ЭД его следует проверить на перегрузочную способность в переходных режимах, в частности, при пуске. В таких режимах момент на валу ЭД определяется не только приведенным статическим моментом нагрузки, но и динамическим моментом, обусловленным инерцией вращающихся частей ЭП. Этот момент определяется выражением:

,

где j - общий приведенный к валу ЭД эквивалентный момент инерции, равный J=J_д+J_р.пр.+J_н.пр; ε_я – угловое ускорение вала якоря.

Приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся частей редуктора (J_p._np) рекомендуется взять равным 20% от J_д:

J_р.np=0,2* J_d=0,2*0,2=0,04 кг*м.

Значение J_н.пp связано с заданным значением J_н выражением:

(3.1)

Чтобы воспользоваться этим выражением значение коэффициента редукции г, полагая, что номинальное значение ω_я соответствует максимальному значению ω_н.

Г= ω_я._ном/ ω_н.макс ⁼ n_я.ном/n_н._макс.=800/40=20

Тогда при основании (3.1) имеем:

, а J=J_д+J_р.пр.+J_н.пр=0_,2+0,16+0_,04=0_,4 кг*м².

Определим максимальное значение ε_я:

Находим максимальное значение динамического момента:

М_{дин.макс}=Jε_ямакс=0,4*101,4=40,56 Н*м

В переходных режимах должно выполняться условие:

М_д.пот≥М_с.макс+М_{дин макс} (3.2)

в котором М_д._доп - допустимый по перегрузке момент на валу ЭД; М_с.макс -максимальный статистический момент сопротивления вращению, приложенный к валу ЭД со стороны нагрузки.

Предварительно определим значение ω_я.ном:

ω_я.ном=г*ω_н.макс=20*4,18879=83,7758 рад/с

Тогда M_д.ном=P_ном/ ω_я.ном=3400/83,7758=40,58451 Н*м

Принимая, что двигатель допускает двукратные перегрузки по моменту, получаем М_д.доп=2* М_д.ном=2*40,58451=81,16902 Н*м

Значение M_с.макс=M_{н.с.макс}/rη_р, (3.3)

в котором КПД редуктора η_р учитывает потери на преодоление трения. При η_р=1 получаем:

М_с._макс=765/20*1=38,25 Н*м

Тогда М_с.макс⁺ М_дин._макс=38,25+40,56=78,81 Н*м, что меньше значения М_д.доп⁼81,16902 Н* м. Следовательно, условие выполняется, выбранный двигатель 2ПБ180МГУХЛ4 будет выдерживать кратковременные перегрузки, обусловленные переходными режимами.

Определим Значение статического момента нагрузки, соответствующего номинальной мощности ДПТ(М_д.ном): М_н._с.ном=r*М_д.ном=20*40,58451=811,6902 Н*м.

Полученное значение М_н._с._ном больше заданного максимального момента нагрузки М_н._с.макс т.к. ДПТ выбран с некоторым запасом.

Определим все параметры звеньев структурных схем, соответствующих ДПТ и механической части ЭП.

Для определения коэффициента К_я=1/г_я._ц. следует знать полное сопротивление якорной цепи двигателя г_я._ц: г_я._ц._т=r_я+r_д.п.=0,486+0,296=0,782 Ом (при 15С)

Для рабочего состояния: г_яц=а*г_я.ц.т= 1,2*0,782=0,9384 Ом.

Тогда К_я=1/ r_я._ц=1/0,9384=1,066 1 Ом.

Постоянная времени цепи якоря двигателя Т_я:

Т_Я=L_Я._Ц/ г_я._ц=0,017/0,9384=0,01812 с.

Коэффициенты К_м С_ЯФ_В можно определить используя данные ДПТ для номинального режима, но вначале определим величины J_a._ном и М_д._пот.

Номинальная мощность, потребляемая двигателем от источника электроэнергии:

Р_и.э.ном=Р_ном/η=3400/0,81=4197,53086Вт.

Номинальный ток якоря:

I_я._ном= Р_и._э.ном/u_я.ном=4197,53086/220=19,07969 А.

Суммарная мощность потерь ДПТ:

Р_{пот.ном}=Р_иэ.ном.-Р_ном=4197,53086-3400=797,53086 Вт

Мощность электрических потерь в цепи якоря:

Р_{пот.я.ном}=I_я.ном.²(r_я+r_д.п.)=19,07969²(0,486*1,2+0,296*1,2)=341,61004 Вт

Мощность механических потерь в ДПТ:

Р_{пот.мех.ном}= Р_{пот.ном}- Р_{пот.я.ном}=797,53086-341,61004=455,92082 Вт

Момент потерь:

М_д.пот=Р_{пот..мех.ном}/ω_я._ном=30Р_{пот.мех.ном}/πn_я._ном.=30*455,92082/π*800=5,44215 Н*м

Определим коэффициент:

С_яФ_в=U_я.ном.-r_я.ц.I_я.ном/ ω_я._ном=220-0,9384*19,07969/83,7*758=2,41234 В*с/рад.

Коэффициент К_м:

К_М=М_эм..номД_я..ном=М_д._ном+М_д._пот/I_я.ном=40,58451+5,44215/19,07969=2,41234 Н*м/А.