Методическое руководство к выполнению курсовой работы по дисциплине

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

Кафедра «Микропроцессорные средства автоматизации»

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРОПРИВОД»

Издательство Пермского государственного технического университета

2011

Составитель канд. техн. наук Б.М. Столбов

УДК 62-83-52 ББК 32.965.3я7 М54

Рецензент д-р техн. наук, профессор Н.М. Труфанова

(Пермский государственный технический университет)

Методическое руководство к выполнению курсовой М54 работы по дисциплине «Электропривод» / сост. Б.М. Стол-

бов. – Пермь: Изд-воПерм. гос. техн. ун-та, 2011. – 42 с.

Содержит варианты заданий в рамках курсовой работы по расчету регулируемого электропривода производственного механизма, момент сопротивления которого задан в виде уравнения. Приведены методические указания по выполнению отдельных разделов курсовой работы.

Вцелях экономии времени студентов (особенно заочников)

иоблегчения выполнения расчетной и графической частей курсовой работы приведены основные расчетные формулы, основные технические данные выбираемого электрооборудования и принципиальные электрические схемы систем рассчитываемых электроприводов.

Предназначено для студентов дневной и заочной форм обуче-

ния специальности 140611.65 «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника».

УДК 62-83-52 ББК 32.965.3я7

©ГОУ ВПО «Пермский государственный

технический университет», 2011

3

1. ВВЕДЕНИЕ

Целью курсовой работы является детальный расчет регулируемого электропривода производственной установки с двигателем постоянного и переменного тока в системах Г–Д, ТП–Д, ТПЧ–АД.

Предполагается, что при ее выполнении студенты должны овладеть определенными навыками анализа данных о режимах нагрузки, построения нагрузочных диаграмм механизма, научиться правильно выбирать электрические машины и преобразовательные устройства сучетом требований технологического процесса, рассчитывать параметры и выбирать элементы заданной системы электропривода, оцениватьэнергетические показатели спроектированной системы.

Данная курсовая работа отражает механику электромеханических систем Г–Д, ТП–Д, ТПЧ–АД и электромеханические свойства двигателя и представляется в виде расчетно-пояснительной записки, включающей в себя заданные и расчетные графики, диаграммы, тип выбранного двигателя и преобразователя, характеристики системы электропривода, а также принципиальную схему спроектированной системы.

В ней приводятся все необходимые расчеты (мощности приводного двигателя по заданной тахограмме и механической характеристике механизма, выбор двигателя и преобразовательного устройства, расчет и построение механических характеристик электропривода, расчет энергетики).

Выполненная курсовая работа передается руководителю для проверки. Студент-заочник представляют работу для проверки руководителю или непосредственно на кафедру. После проверки студенту сообщается о возможности допуска к защите. При наличии грубых ошибок работа возвращается студенту для их исправления или переделки работы в целом.

Система электропривода задается руководителем курсовой работы.

С целью экономии времени студента при поиске сведений об основных технических данных двигателей и преобразователей в конце методическихуказаний приведены таблицы сэтимиданными.

4

2. ЗАДАНИЯ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Исходные данные для проектирования представлены в таблице. В ней приведены варианты тахогаммы, по которой работает механизм и которая составляет повторяющийся цикл работы. Здесь ω1, ω2, ω3 – скорости механизма в установившихся режимах; t1, t2, t3 – время работы механизма с установившейся скоростью (сюда не входит время переходных процессов пуска, торможения, изменения скорости); t0 – время паузы.

В этой же таблице приведены варианты механических характеристик рабочей машины, причем закон изменения момента сопротивления (нагрузки) механизма задан в виде уравнения. Здесь же указаны значения момента инерции механизма в долях от момента инерции выбранного приводного двигателя.

Характер момента сопротивления – реактивный, режим работы повторно-кратковременный.

5

Варианты тахограммы и механической характеристики рабочей машины студентам дневной формы обучения указываются руководителем работы, а студенты-заочники выбирают самостоятельно тот вариант, номер которого совпадает с последней цифрой шифра зачетной книжки, или получают задание при очной встрече с руководителем работы.

Согласно заданию необходимо:

1.Построить тахограмму рабочей машины ωм= f(t) за цикл работы

иопределитьрасчетную продолжительность включения ПВ%расч.

2.Построить механическую характеристику Mсм = f(ω) рабочей машины.

3.Построитьнагрузочную диаграмму Mсм= f(t) рабочей машины.

4.Определить требуемую мощность двигателя.

5.Выбрать электродвигатель по мощности и определить передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной.

6.Выбрать управляемый преобразователь.

7.Построить тахограмму работы двигателя ωд = f(t).

8.Рассчитать приведенные к валу двигателя моменты статического сопротивления Мci рабочей машины и построить зависимость

ωд = f(Мci).

9.Обосновать способы пуска, регулирования скорости и торможения (остановки) электропривода.

10.Рассчитать и построить статические механические характеристики системы электропривода, соответствующие заданным установившимся скоростям, на которых двигатель должен работать

втечение цикла.

11.Проверить предварительно выбранный двигатель методом средних потерь.

12.Определить потери энергии при пуске и торможении системы вхолостую и энергию, запасенную во вращающихся элементах системы при заданных установившихся скоростях.

13.Изобразитьпринципиальную схему системы электропривода.

6

3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

К п. 1. Тахограмма рабочей машины ωм = f(t) строится по данным табл. 1. В ней указаны три установившиеся скорости ω1, ω2, ω3 и время работыс этимискоростями t1, t2, t3, а такжевремя паузы.

Расчетное ПВ%расч определяется как

Кп. 2. Поскольку механическая характеристика рабочей ма-

шины ωм = f(Мсм) задана уравнением в таблице, то при ее построении (в том числе и в 3-м квадранте) в уравнение подставляется абсолютное значение скорости.

Кп. 3. Нагрузочная диаграмма рабочей машины Mсм = f(t) строится на основании ее тахограммы и механической характеристики. Для каждой из трех установившихся скоростей по механической характеристике рабочей машины определяются моменты сопротивления. Нагрузочная диаграмма получается путем замены на тахограмме скорости соответствующим ей моментом сопротивления Мсм.

Кп. 4. Для определения требуемой мощности двигателя по нагрузочной диаграмме механизма сначала находится средний статический момент сопротивления

а затем требуемый номинальный момент двигателя

Mн = (1,1...1,3) Mc ср ,

где 1,1…1,3 – коэффициенты, учитывающие дополнительную нагрузку двигателя в переходных режимах из-за появления динамических моментов.

7

Требуемая расчетная мощность двигателя

Ррасч = Мн ωосн ,

где ωосн – основная скорость, на которой двигатель должен работать. За ωосн рекомендуется принимать максимальную скорость

при однозонном регулировании или меньшую (но не самую малую) при двухзонном регулировании, например при ослаблении магнитного потока в системе Г–Д или ТП–Д. Двухзонное регулирование целесообразно применять в тех случаях, когда Мсм уменьшается с ростом скорости.

Найденную расчетную мощность следует пересчитать на номинальную ПВ = 40 % по формуле

К п. 5. По найденному значению Р выбирается двигатель по- вторно-кратковременного режима серии Д для системы Г–Д и ТП–Д и серии 4АС, MTKF или MTKF для системы ТПЧ–АД согласно условию

Рн ≥ Р при ПВ% = 40 % .

Студент самостоятельно принимает решение о величине напряжения двигателя (на 220 или 440 В) в случае систем Г–Д и ТП–Д,

ио том, каким он должен быть – тихоходным или быстроходным. Решение студент должен обосновать. Основные технические данные двигателей независимого возбуждения серии Д приведены в табл. П1, а данные к.з. асинхронных двигателей серии 4АС и серии MTKM

иMTKF и4МТприведены соответственно втабл. П2, П3 и П4. Передаточное число найдется как отношение номинальной

скорости двигателя к основной скорости

j = ωн .

ωосн

8

К п. 6. В качестве преобразователя системы Г–Д используется агрегат – генератор постоянного тока – к.з. асинхронный двигатель (гонный двигатель).

Расчетная мощность генератора находится по условию

Ррасч = Рнд .

η

нд

Далее выбираются генератор мощностью Рнг ≥ Рг расч на соот-

ветствующее приводному двигателю напряжение. Расчетная мощность гонного двигателя, вращающего генератор,

Рг дв расч = Рн г . ηн г

По расчетной мощности выбирается гонный двигатель мощностью

Рн г дв ≥ Рг дв расч .

Скорость гонного двигателя должна быть равна или близка номинальной скорости генератора.

Основные технические данные генераторов независимого возбуждения приведены в табл. П5, а к.з. асинхронных двигателей, используемых в качестве гонных, – в табл. П6.

Для системы ТП–Д выбирается тиристорный преобразователь согласно условию

Idн ≥ Iн дв; Udн ≥ Uн дв; Pпреобр ≥ Pн дв.

Основные технические данные тиристорных преобразователей приведены в табл. П7.

Если согласно заданию необходимо изменение направления вращения, что видно из тахограммы рабочей машины, преобразователь выбирается реверсивный. Одновременно с выбором преобразователя выбирается тип и мощность питающего трансформатора. Расчетное значение его мощности

9

где Pнд, ηн д, ηнпр, ηнтр – номинальные значения мощности двигателя, его КПД, КПД преобразователя, КПД трансформатора; ηи тр –

коэффициент использования трансформатора. Условие выбора трансформатора: Sн ≥ Sрасч .

По справочнику выбирается трансформатор серии ТСП (трехфазный сухой преобразовательный). Технические данные трансформаторов серии ТСП приведены в табл. П8.

Если выбирается приводной двигатель на напряжение 440 В, трансформатора не требуется. Вместо него тиристорный преобразователь подключается к сети 380 В через токоограничивающие реакторы. Расчетное значение индуктивности ТОР

Основные технические данные ТОР приведены в табл. П9. Для системы ТПЧ–АД выбирается преобразователь частоты по

номинальному току, напряжению двигателя, а также диапазону частот, обеспечивающих работу электропривода с заданными скоростями. Основные технические данные преобразователей частоты серии АТ (корпорация «Триол») и серии ЭКТ приведены в табл. П10,

П11, П12.

Кп. 7. Тахограмма ω = f(t) работы двигателя с установившимся скоростями строится по тахограмме рабочей машины и передаточному числу редуктора.

Кп. 8. При расчете приведенных к валу двигателя моментов сопротивления рабочей машины (Нм) необходимо учесть моменты холостого хода двигателя:

10