3.1.2. Предварительный расчет мощности электродвигателя

Для точного расчета и выбора типа двигателя необходимо иметь тахограмму и одну из нагрузочных диаграмм двигателя. В свою очередь нагрузочная диаграмма двигателя определяется не только статическими нагрузками, обусловленными спецификой технологического процесса производственного механизма, но и передаточным числом редуктора, выбор которого связан с параметрами двигателя, а также динамическими нагрузками, которые в значительной мере зависят от инерционных масс системы электропривода, в том числе и от момента инерции самого двигателя. При этих условиях нагрузочная диаграмма двигателя до его выбора построена быть не может. Поэтому возникает задача предварительного выбора двигателя с учетом ПВ% согласно выражению (3.16) по средним (эквивалентным) значениям момента или мощности статической нагрузки (нагрузочной диаграммы механизма) с последующей проверкой его по условиям нагрева и допустимого максимального момента по нагрузочной диаграмме двигателя /I…4/.

Упрощенная нагрузочная диаграмма механизма строится в соответствии с выражением (3.2) и допущением равномерного движения тележки с на всем участке пути в обоих направлениях, рис. 3.2.

Предварительный выбор двигателя может быть выполнен на основании расчета среднего или эквивалентного значения статической мощности за время работы в пределах цикла:

, (3.3)

, (3.4)

где – коэффициент, учитывающий отличие динамической нагрузочной диаграммы двигателя от статической (чем большую долю составляют динамические нагрузки за цикл, тем большее следует принимать значение );

– статические мощности на валу двигателя в двигательном (минус) и генераторном (плюс) режимах с учетом к.п.д. редуктора и барабана при движении тележки в j направлении (подъем или спуск);

, – предварительные значения к.п.д. барабана и редуктора, равные соответственно 0,96 и 0,92.

Тогда мощность двигателя с учетом ПВ%, согласно выражения (3.16), для статической мощности , рассчитанной по выражениям (3.3) или (3.4), определяется следующим образом

. (3.5)

3.1.3. Определение передаточного числа редуктора

Величина передаточного числа редуктора i_р существенным образом влияет на те или иные показатели (параметры, характеристики) производственного механизма. Наилучшее значение отдельных показателей может быть достигнуто при определенных соотношениях частоты вращения двигателя и рабочей машины, то есть при наличии редуктора с соответствующим передаточным числом. Это значение передаточного числа является оптимальным по отношению к одному из показателей. Общего решения для выбора оптимального передаточного числа, позволяющего минимизировать одновременно относительно нескольких показателей механизма, нет. Относительно каждого показателя получают свои соотношения для определения оптимального передаточного числа редуктора i_{р опт} , хотя исходные уравнения и методика решения могут быть одинаковыми /2, 4/.

Для механизма, работающего в длительном режиме, где пуск и торможение редки, выбор передаточного числа редуктора в основном определяется вопросами согласования частоты вращения двигателя и рабочей машины, минимизации весо-габаритных и стоимостных показателей электродвигателя и редуктора.

Значительно сложнее обстоит вопрос для производственных механизмов, работающих с частыми пусками и торможениями, то есть в повторно-кратковременном режиме работе. Технико – экономическая эффективность подобных механизмов характеризуется рядом весьма важных дополнительных критериев оптимума, например:

1. минимальным временем перемещения рабочего органа на заданном участке пути при движению по графику определенной формы;

2. минимальным временем разгона (торможения) двигателя;

3. разгоном механизма с минимальным моментом на валу двигателя;

4. наименьшими потерями энергии в электроприводе при пуске (торможении) или за цикл.

Имеет место еще ряд показателей (параметров), которые могут являться определяющими при выборе i_{р опт} .

Исходными уравнениями при выборе оптимального передаточного числа редуктора в большинстве случаев является уравнение движения системы относительно вала барабана:

(3.6)

где верхние знаки относятся к двигательному режиму (разгон), а нижние – к генераторному (торможение);

– момент инерции производственного механизма, включающий момент инерции барабана J_б и приведенный к валу барабана момент инерции поступательно движущих масс , кгм²;

– угловое ускорение барабана, с^-2.

Решая уравнение (3.6) относительно минимизируемого показателя (для первых двух критериев оптимума – время t , третьего – момент двигателя М_д , четвертого – потери в якоре двигателя )

где U – напряжение, подводимое к якорю двигателя;

I – ток якоря, определяемый из (3.6);

t_пп – время переходного процесса,

а затем дифференцируя полученное выражение по i_р и приравнивая полученное выражение к нулю, находим уравнение для определения оптимального передаточного числа редуктора i_{р опт} .

При желании в курсовом проекте можно определить i_{р опт} , исходя из любого минимизируемого показателя рассматриваемого механизма, но с учетом технического задания на проектирования. Например, учитывая, что величины ускорения (торможения) рабочей и ползучей скоростей механизма (тележки) заданы, определение i_{р опт} из условия минимизации времени разгона (торможения) и времени перемещения рабочего органа (первые два показателя) исключается. По третьему показателю (разгон механизма с минимальным моментом на валу двигателя) i_{р опт} определяется из выражения:

. (3.7)

Поскольку двигатель еще не выбран и его момент инерции J_д неизвестно, то аналитически i_{р опт} из выражения (3.7) определить нельзя. Однако из выражения (3.7) очевидно, что для вполне определенных значений и момент на валу барабана М_б будет минимальным при

Поэтому необходимо взять ряд двигателей (3 – 4 двигателя) требуемой мощности с различными номинальными частотами вращения, определить для них передаточное число а затем найти произведение для рассматриваемого ряда двигателей.

Передаточное число и двигатель, с соответствующим J_дj, будут искомыми, если они взяты из рассматриваемого ряда с произведением имеющим наименьшее значение:

(3.8)

Для дальнейших расчетов выбирается ближайшее меньшее стандартное передаточное число редуктора и его тип (таблица П4), записываются тип и параметры двигателя (таблица П2), рассчитываются номинальные мощности генератора: и приводного асинхронного двигателя с фазным ротором , записываются их типы и параметры (таблицы П2 и П3). Номинальные частоты вращения приводного двигателя и генератора должны быть одинаковыми или близкими.