Курсовая работа: Характеристика электродвигателя

 

2.5 Расчет и построение механических характеристик электропривода в тормозных режимах

 

2.5.1 Расчет и построение механической характеристики привода при силовом спуске пустой крюковой подвески в режиме рекуперативного торможения, определение величины сопротивления секции противовключения

Для рекуперативного торможения найдем тормозной момент:

ЕДС, генерируемая приводом:

Ток противовключения :

Сопротивление противовключения:

Рисунок2.4-Рекуперативное торможение

2.5.2 Расчет и построение механической характеристики при реверсе по току якоря, определение величины сопротивления секции противовключения

Сопротивление секции противовключения найдем как

Точки для построения характеристики:  и  Точки для построения реверсивной характеристики:  и

Рисунок 2.6 — Тормозные характеристики

2.6 Выводы

При рассмотрении работы электродвигателя, приводящего в действие производственный механизм, необходимо, прежде всего, выявить соответствие механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма. Поэтому для правильного проектирования и экономичной эксплуатации электропривода необходимо изучать эти характеристики.

3 Электромеханические переходные процессы в электроприводе

 

3.1 Расчет и построение графиков переходных процессов  и  при разгоне привода от нулевой начальной скорости до рабочей

Так как процесс разгона двигателя происходит ступенчато (одна ступень), то имеем два переходных процесса. Для построения графиков переходных процессов найдем постоянные времени переходных процессов:

Тогда время переходных процессов найдем как:

График переходного процесса по скорости будет комбинацией графиков переходных процессов, происходящих при разгоне до скорости, на которой шунтируется пусковая секция и при разгоне до необходимой скорости:

Рисунок 3.1 — Переходный процесс

График переходного процесса по току будет комбинацией графиков переходных процессов, происходящих при разгоне до скорости, на которой шунтируется пусковая секция и при разгоне до необходимой скорости:

Рисунок 3.2 — Переходный процесс

3.2 Расчет и построение графиков переходных процессов  и  при переводе привода из положения «Вперед» в положение «Назад» для получения максимальной скорости возврата каретки

Перевод привода из положения «Вперед» в положение «Назад» осуществим поэтапно. Сначала затормозим двигатель противовключением, после чего осуществим его разгон в противоположную сторону до скорости , а затем — до скорости  Разгон до каждой из скоростей будем осуществлять ступенчато, как показано в п.2.4, так как конечные скорости пропорциональны.

Переходный процесс при торможении противовключением.

Постоянная времени переходного процесса:

Время переходного процесса:

Переходный процесс по скорости будет описываться уравнением

Переходный процесс по току будет описываться уравнением

Переходные процессы при разгоне до скорости .

По скорости:

По току:

Переходные процессы при разгоне до скорости .

По скорости:

По току:

График переходного процесса по скорости получим комбинацией графиков переходных процессов на каждом участке.

Рисунок 3.3 — Переходный процесс

Рисунок 3.4 — Переходный процесс

 

3.3 Расчет и построение графиков переходных процессов  и  при сбросе и набросе наибольшей нагрузки, определение пути на этом переходе с учетом электромеханических процессов, оценка ошибки позиционирования

Постоянную времени переходных процессов определим как

Время переходного процесса определим

Переходные процессы по скорости:

Переходные процессы по току:

Рисунок 3.5 — Переходный процесс

Рисунок 3.6 — Переходный процесс

Путь при переходном процессе найдем из следующих соотношений:

 где — число оборотов рабочего органа.

 где  — число оборотов двигателя.

 где  — угол поворота ротора двигателя за время переходного процесса.

Тогда

Следовательно,

3.4 Выводы

Изучение переходных режимов электропривода имеет большое практическое значение. Результаты их расчетов позволяют правильно определить мощность электродвигателей и аппаратуры, рассчитать систему управления и оценить влияние работы электропривода на производительность и качество работы производственных механизмов.

4 Разработка принципиальной электрической схемы электропривода

Согласно заданию на проектирование, разрабатываем электрическую схему электропривода с использованием бесконтактных элементов.

Силовая часть схемы включает в себя цепи пуска высокомоментного ДПТ в функции ЭДС, его реверса, торможения противовключением и динамического торможения в функции тока.

В работе электропривода можно выделить следующие логические функции и условия, согласно которым осуществляется работа привода.

Логические функции.

 — если «1», то двигатель работает в режиме «вперед»;

 — если «1», то двигатель работает в режиме «назад»;

 — если «0», то включается первая рабочая скорость;

 — если «0», то включается вторая рабочая скорость;

 — если «1», то двигатель работает в режиме динамического торможения;

 — если «1», то осуществлен пуск двигателя в функции ЭДС;

 — если «0», то двигатель работает в режиме торможения противовключением.

Логические условия.

 — если «1», то нажата кнопка SB1 («стоп»), иначе — кнопка SB1 отпущена;

 — если «1», то нажата кнопка SB2 («пуск вперед»), иначе — кнопка SB2 отпущена;

 — если «1», то нажата кнопка SB3 («пуск назад»), иначе — кнопка SB3 отпущена;

 — если «1», то нажата кнопка SB4 («включение первой рабочей скорости»), иначе — кнопка SB4 отпущена;

 — если «1», то нажата кнопка SB5 («возврат на номинальную скорость»), иначе — кнопка SB4 отпущена;

 — если «1», то нажата кнопка SB6 («включение второй рабочей скорости»), иначе — кнопка SB6 отпущена;

 — если «1», то нажата кнопка SB7 («возврат на первую рабочую скорость»), иначе — кнопка SB7 отпущена;

,  — если «1», то в цепи якоря короткое замыкание, иначе номинальный режим;

 — если «1», то в цепи якоря перегрузка по току, иначе номинальный режим;

 — если «1», то в цепи якоря есть ток, иначе — тока нет;

 — если «1», то в напряжение на якоре достигло порогового значения, при котором необходимо отключить пусковое сопротивление, иначе — напряжение меньше необходимого;

 — если «1», то необходимо включить секцию противовключения для предотвращения броска тока, иначе такой необходимости нет;

 — если «1», то закончилась временная выдержка, в течение которой МТЗ может считаться не сработавшей, иначе — МТЗ сработала.

Рисунок 4.1 — Функциональная схема силовой части привода

Работа схемы.

Силовая схема электропривода состоит из высокомоментного ДПТ (М), реверсивного транзисторного мостового коммутатора (VT1..VT4), бесконтактных переключателей (VT6, VT10, VT12, VT13 и VT18), бесконтактных датчиков тока (Rш1..Rш4) и напряжения (R’ш1 и Rшп), а также компараторов тока и напряжения (DA4..DA9).

Исходное состояние — двигатель выключен.

Для пуска двигателя вперед, необходимо нажать кнопку SB2. При этом если не нажата кнопка «стоп» (SB1), есть напряжение на блоке питания схемы, не сработали реле короткого замыкания (Rш1 и Rш2) и не сработала максимальная токовая защита (Rш3) и временная задержка для того, чтобы схема не отключилась при кратковременном набросе тока, то двигатель начинает работать в режиме «вперед». Таким образом, можно записать следующее выражение:

Для пуска двигателя назад, необходимо нажать кнопку SB3. При этом если не нажата кнопка «стоп» (SB1), есть напряжение на блоке питания схемы, не сработали реле короткого замыкания (Rш1 и Rш2) и не сработала максимальная токовая защита (Rш3) и временная задержка для того, чтобы схема не отключилась при кратковременном набросе тока, то двигатель начинает работать в режиме «назад». Таким образом, можно записать следующее выражение:

Пуск в функции ЭДС осуществляется автоматически при включении двигателя вперед или назад и достижении напряжением якоря порогового значения, а так же при условии того, что в данный момент не производится торможение противовключением. Таким образом, можно записать следующее выражение:

Включение первой рабочей скорости (выключение переключателя VT12, поэтому  для включения скорости) осуществляется, если нажата кнопка SB4 и не нажата кнопка SB5, и закончился пуск в функции ЭДС. Выражение для включения первой рабочей скорости:  Для реализации этой функции применим триггер RS-типа.

Включение второй рабочей скорости (выключение переключателя VT13, поэтому  для включения скорости) осуществляется, если нажата кнопка SB6 и не нажата кнопка SB5, и включена первая скорость. Выражение для включения второй рабочей скорости:  Для реализации этой функции применим триггер RS-типа.

Динамическое торможение привода осуществляется, если нажата кнопка «стоп» (SB1), в цепи якоря протекает ток (Rш4) и не производится торможение противовключением. Выражение для включения цепи динамического торможения имеет вид:

Торможение противовключением осуществляется, если произошла смена направления движения (последовательно были нажаты кнопки «стоп» и «пуск» в одном из направлений) и сработало бесконтактное реле напряжения Rшп. Выражение для запуска торможения противовключением будет иметь вид:

Бесконтактные переключатели (VT1..VT4, VT6, VT10, VT12, VT13 и VT18) реализованы на транзисторах, работающих в ключевом режиме. Компараторы (DA4..DA9) реализованы на базе операционных усилителей, работающих в компараторном режиме, типа 140УД12.

В реализации схемы управления используется 4 элемента И (2 двух-, 1 трех- и 1 четырехвходовый), 3 элемента И-НЕ (2 двух- и 1 трехвходовый), 3 двухвходовых элемента ИЛИ, 1 элемент ИЛИ-НЕ и 4 асинхронных RS-триггера, а также, для получения сигнала  (временная задержка сигнала ), — RC-цепочка.

Для реализации логики используем микросхемы серии К155.

Выводы

Управление электроприводами заключается в осуществлении пуска, регулировании скорости, торможения, реверсирования, а также поддержания режима работы привода в соответствии с требованиями технологического процесса.

В простейших случаях пуск, регулирование скорости и торможение осуществляется при помощи аппаратов ручного управления. Применение этих аппаратов связано с дополнительной затратой времени на управление и, следовательно, снижает производительность механизма. Кроме того, применение аппаратов ручного управления исключает возможность дистанционного управления, что неприемлимо в ряде современных автоматизированных установок.

Стремление устранить подобные недостатки ручного управления привело к созданию аппаратов полуавтоматического и автоматического управления.

Автоматическое управление электроприводами является одним из основных условий повышения производительности механизмов и производства продукции высокого качества.

Кроме того, автоматизация упрощает обслуживание механизмов, дает возможность осуществить дистанционное управление электроприводами. Последнее особенно важно там, где нельзя управлять двигателями в непосредственной близости по условиям территориального расположения машин или в связи с особенностями технологического процесса.

Перечень ссылок

1.   Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: учебник для вузов. — 8-е изд., доп. И перераб. М.:Энергоиздат, 2004. — 576 с., ил.

2.   Забродин Ю.С. Промышленность электроника: учебник для вузов. — М.:Высш.школа, 2002. — 496 с., ил.

3.   Руденко В.С. Приборы и устройства промышленной электроники. — К.:Техника, 2005. — 368 с.

4.   Лебедев А.М и др. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. — М.:Энергоатомиздат, 2003. — 223 с., ил.

5.   Панкратов А.И. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Электрооборудование подъемно-транспортных машин» (для студентов спецальности 15.04). —:КИИ, 2005. 35 с.

6.   Панкратов А.И. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Электротехника, основы электроники и электрооборудование» (для студентов специальностей 12.01, 12.02, 11.06, 12.03, 12.05, 11.08). —:КИИ, 2004. — 27 с.

7.   Панкратов А.И. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Автоматика и автоматизация производственных процессов» (для студентов спецальности 15.04). —:КИИ, 2006. 16 с.