Выбор двигателя для САУ

• Содержание

• 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. 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. 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]):

• гдекоэффициент 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

• 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 51 689−2000; - степень защиты IP54, IP55 (электродвигатель АИР) по ГОСТ 17 494–87; - степень защиты IP23 (электродвигатель АМН) по ГОСТ 17 494–87; - изоляция класса нагревостойкости «F» по ГОСТ 8865–93; - по способу монтажа, исполнения: IM 1001, IM2001, IM3011 по ГОСТ 2479–79; - климатическое исполнение У2, У3 по ГОСТ 15 150–69. — режим работы S1 по ГОСТ 183–74. — способ охлаждения 1С-0151 по ГОСТ 20 459–87. — уровень шума в режиме холостого хода — 2 класса по ГОСТ 16 372–93.

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 100×36×118

А.6 Основные характеристики автотрансформатора Автотрансформатор TDGC-7K

Мощность: 7 кВа Количество фаз: Однофазный Вх. Напряжение: 220 В Диапазон выходного напряжения: 0−250 В Ток: 28А Габаритные размеры: 410×320×240 мм.

Масса: 36 кг А.7 Основные характеристики тахогенератора

Тахогенератор ТП-212