Расчет нагрузочных характеристик и выбор двигателя

1.2 Расчет нагрузочных характеристик и выбор двигателя

Рассчитаем скорость дотягивания, при которой будет обеспечиваться нужная ошибка позиционирования 0,005 м

С запасам принимаем скорость дотягивания на 35% равной 0,05 м/с

Зададимся временем дотягивания Т=1с и линейным ускорением

Определим параметры рабочего цикла при прохождении 1-ого участка без остановки (S=4 м):

Характеристики рабочего цикла.

Рассчитаем параметры рабочего цикла

;

;

Выбираем время движения со скоростью дотягивания ;

;

выразим Vx1, до которой разгонится механизм

;

;

Далее произведем расчет для случаев когда механизм успевает выйти на максимальную скорость V_MAX=2 м/с

При S₂=8 м

;

;

Аналогично посчитаем параметры рабочего цикла при S₃=12 м, S₄ =16 м и S₅=20 м

При S₃=12 м

;

;

;

При S₄=16 м

;

;

При S₅=20 м

;

;

Выбор электродвигателя производится из условий эксплуатации и требований, предъявляемых к системе.

Так как в данном электроприводе нагрузка на валу двигателя меняется в достаточно широких пределах, произведём выбор электродвигателя по эквивалентному моменту.

Для разных случаев посчитаем Мекв и выберем наихудший режим

принимая t_ОСТ=19с

1)   Когда делаем 5 остановок (1+1+1+1+1)

Аналогично посчитаем Мекв для других случаев

2)   Когда делаем 3 маленьких и одну большую остановку (1+1+1+2)

3) Когда делаем 2 маленьких и одну большую остановку (1+1+3)

4) Когда делаем 1 маленьких и одну большую остановку (1+4)

5) Делаем одну большую остановку (5)

6) Делаем одну маленькую и две больших (1+2+2)

7) делаем две остановки (3+2)

Максимальный эквивалентный момент будет при 7 случае.

Рис. 7 случай

Выбираем более мощный двигатель с запасом по мощности

АИМ 80 В6

-   номинальная мощность

-   частота вращения

-   номинальная величина скольжения

-   номинальное напряжение сети

-   коэффициент полезного действия

-   коэффициент активной мощности

-   перегрузочная способность

-   кратность пускового момента

-   кратность пускового тока

-   момент инерции ротора:

– исполнение двигателя: IP44

– условие эксплуатации У5

Определим номинальный момент двигателя:

Т.к. номинальный момент нашего двигателя удовлетворяет условию Мном>Мэкв, то он нам подходит.

Произведем расчет статических характеристик электропривода и выполним проверку двигателя по нагреву.

Выберем из таблицы аналогичный по высоте оси вращения и числу пар полюсов двигатель серии 4А и возьмем относительные значения его сопротивлений.

Пересчитаем параметры обмоток асинхронного двигателя из относительных единиц в абсолютные:

Электрическая мощность, забираемая из сети в номинальном режиме:

 (11)

Номинальный ток одной фазы:

 (12)

Полное сопротивление одной фазы:

 (13)

Умножим на Zн все параметры схемы замещения:

Для расчета статических механических характеристик воспользуемся уточненной формулой Клосса:

Закон управления будет заключаться в том, чтобы критический момент оставался постоянным М_к=23,65Н*м

Параметры рабочих режимов для случая 7 сведены в таблицу 1

Таблица 1

i	1	2	3	4	5	6
ωдв, рад/с	104,72	2,65	0	104,72	2,65	0
Мс, Н·м	3,28	3,28	3,28	3,28	3,28	3,28

Будем считать, что для формирования необходимых нам статических характеристик система управления электроприводом реализует закон управления ,

При этом можно записать:

В установившемся режиме двигатель работает при скоростях  и .

Рассчитаем механические характеристики на участках:

1) при w₀₁=104,72 с^-1

Напряжение на выходе преобразователя:

Частота тока на выходе преобразователя:

2) при w₀₂=2,65 с^-1

Напряжение на выходе преобразователя:

Частота тока на выходе преобразователя:

Пункты 3 и 4 будут аналогичны соответственно пунктам 1 и 2

Расчёт переходных процессов в электроприводе.

Произведем линеаризацию характеристик на рабочем участке.

Так как при малом ускорении динамический момент мал, можно рассматривать переходный процесс как для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (с линейной характеристикой).

Ускорение обеспечивается при помощи задатчика интенсивности.

Рассчитаем данные для построения переходных процессов:

 
Проверка выбранного двигателя по нагреву

Тепловые процессы в двигателях в нормальных условиях, благодаря, большой тепловой инерции протекают замедленно, поэтому быстрые изменения нагрузки и, соответственно, тепловыделения фильтруются и зависимость превышения температуры τ(t) сглаживается тем в большей степени, чем меньше время цикла, в сравнении с постоянной времени нагрева Тн двигателя.

Для нашего электропривода условие tц =125,87с<<Tн=45 мин и, как выше было отмечено, через некоторое время после начала работы наступает установившийся тепловой режим, при котором превышение температуры колеблется относительно среднего значения τср в узких пределах.

Произведём проверку выбранного двигателя по нагреву, с использованием метода средних потерь, суть которого заключается в вычислении средних потерь двигателя за рабочий цикл и сравнения их с потерями двигателя при работе в номинальном режиме:

 (23)

Суммарные потери в асинхронном двигателе:

; (24)

Постоянные потери в номинальном режиме:

 (25)

Номинальные потери двигателя определяются как:

 (26)

Переменные потери в номинальном режиме, с учетом намагничивающих потерь:

 (27)

где

При частотном способе регулирования скорости асинхронного двигателя постоянные потери определяются следующим выражением:

 (28)

Считая, что: , определим постоянные потери в двигателе для каждого интервала рабочего цикла:

Переменные потери:

Ток статора определяется по формуле:

 (1)

Приведенный ток ротора определяем по формуле:

 (2)

Определим токи ротора для каждого интервала рабочего цикла

Подставим уравнение (1) в (2), получим расчетную формулу для определения переменных потерь для каждого интервала рабочего цикла:

 (3)

Суммарные потери в асинхронном двигателе для каждого интервала рабочего цикла:

Средние потери двигателя за рабочий цикл равны:

 (4)

коэффициент, учитывающий ухудшение вентиляции.

=0,5 – коэффициент ухудшения вентиляции при неподвижном роторе.

ti-время i-го интервала.

Сравним средние потери двигателя за рабочий цикл с потерями двигателя при работе в номинальном режиме:

 (33)

Таким образом, перегрузка двигателя составляет менее 10%. Следовательно, двигатель удовлетворяет требованиям по перегрузке.