3.Силы и моменты, действующие в системе электропривода.

Соотношение статических моментов, преодолеваемых двигателем лебедки при подъеме и спуске одного и того же груза (рис.3.1а).

Решение:

Рисунок 3.1(а) – Взаимодействие моментов, действующих на вал.

Рисунок 3.1(б) – Абсолютное значение статического момента:

при подъеме груза

М_под = М_гр + М_тр;

при спуске груза

М_сп = М_гр - М_тр.

Вычтя из первого уравнения второе, получим (рисунке 3.1.б)

М_под-М_сп=2М_тр; М_сп=М_под-2М_тр.

Это соотношение моментов справедливо при расчете грузоподъемных механизмов электроприводов.

Задача 3.2. Определить статические моменты на валу двигателя грузовой трехтонной лебедки при подъеме и спуске номинального груза и холостого гака, если масса холостого гака m₀=60кг; диаметр грузового барабана D_б=400мм; передаточное отношение редуктора i=23,3; КПД механизма при подъеме номинального груза η=0,8.

Решение:

1.Загрузка механизма при подъеме холостого гака F_x/F_н=m₀/m_н=60/3000=0,02 соответствует КПД (рисунок 3.2) η₀=0,15.

2. Статические моменты (на валу двигателя):

при подъеме номинального груза

при спуске номинального груза

при подъеме холостого гака

при спуске холостого гака

Рисунок 3.2. – Зависимость КПД зубчатых передач η от загрузки механизма

Задача 3.3. Определить время, за которое двигатель лебедки (данные смотри в задаче 3.1.) под действием неизменного пускового момента М_п=450 Н∙м разгонится при подъеме и спуске номинального груза до скорости ω_ст=97 рад/с и остановится после отключения от сети и наложения тормоза с М_т=2М_ст2. Момент инерции двигателя J_дв=1,9 кг∙м². Инерционность передачи и грузового барабана учитываем введением коэффициента k=1,2. Скорость подъема и спуска груза υ=50 м/мин. (В реальных условиях эти скорости определяют из механической характеристики двигателя в соответствии с М_ст.).

Решение: Приведенный момент инерции электромеханической системы

Время пуска двигателя на подъем груза

Время торможения при подъеме груза

Время пуска двигателя на спуск груза

Время торможения при спуске груза

4.Электромеханические свойства двигателей постоянного тока.

Задача 4.1. Построить естественную механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением типа П-91М по паспортным (каталожным) данным: Р_ном=21,5кВт; U_ном=220В; I_ном=125А; n_ном=1000об/мин.

Решение: КПД двигателя при номинальной нагрузке

Сопротивление цепи якоря

Номинальная скорость двигателя

Коэффициент постоянного потока

Скорость идеального холостого хода

Номинальный электромагнитный момент двигателя

Соединив прямой две точки с координатами А(М=0; ω=117,7рад/с), и Б(М=234 Н∙м; ω=104,7рад/с), получим рассчитанную механическую характеристику.

Задача 4.2. Рассчитать сопротивления, которые при включении в цепь якоря двигателя с параллельным возбуждением типа П-91М обеспечили бы при моменте М_ном режимы работы двигателя со скоростью 0,5 ω_ном; стоянки двигателя под током.

Решение: Из задачи 3.1. ω_ном=104,7 рад/с; М_ном=234 Н∙м; k=сФ=1,87 Вб; r_а=0,192 Ом.

Добавочное сопротивление для обеспечения скорости 0,5 ω_ном

Добавочное сопротивление для обеспечения режима стоянки под током I=I_ном

Задача 4.3. Определить скорость, которую разовьет двигатель типа П-91М в рекуперативном режиме при моменте 0,5М_ном, работая на естественной механической характеристике и на реостатной характеристике при r_Д=0,5Ом.

Решение: Скорость на естественной характеристике

Скорость на реостатной характеристике

Задача 4.4. Какой начальный тормозной момент разовьет двигатель типа П-91М, работавший на реостатной механической характеристике (r_Д=0,5Ом) с моментом 0,5М_ном, если перевести его в режим динамического торможения замыканием на сопротивление r_т=0,8Ом.

Решение: Скорость рабочего режима

Тормозной момент

Задача 4.5. Рассчитать сопротивления, которые необходимо включить в цепь якоря, чтобы двигатель типа П-91М, преодолевая активный статический момент, равный номинальному, развивал бы скорость в двигательном режиме 10рад/с; при тормозном спуске в режиме противовключения – 10рад/с.

Решение: Добавочное сопротивление для обеспечения двигательного режима

Добавочное сопротивление для обеспечения режима противовключения (скорость отрицательная)

Задача 4.6. Рассчитать и построить механические характеристики - естественную и при шунтировании якоря двигателя со смешанным возбуждением типа ДПМ-32 с параметрами Р_ном=12кВт; U_ном=220В; I_ном=66А; n_ном=800об/мин; r_а=0,28 Ом; r_с=0,018 Ом. Шунтирующее сопротивление: r_ш=6,0 Ом; последовательное r_п=2,0 Ом.

Решение: Номинальное значение угловой скорости

Коэффициент постоянного потока

1. Построение естественной механической характеристики (R_ш=∞; R_п=0):

а) определяем ЭДС Е из уравнения

б) для заданного значения тока I_а берем I_c=I_a;

в) относительное значение намагничивающей силы

г) по нагрузочной характеристике для соответствующего тока I_a находим φ;

д) определяем значение ω из уравнения

е) рассчитываем момент М по уравнению

Расчетные данные сводим в таблицу

Iа, А	0	18	34	50	66	82	98
Е, В	220	214,5	209,9	205,1	200,3	195,6	190,8
Iс, А	0	18	34	50	66	82	98
F*, о.е.	0,7	0,78	0,85	0,92	1,0	1,07	1,14
φ, о.е.	0,89	0,91	0,94	0,95	0,99	0,99	1,0
ω, рад/с	103,4	98,7	93,4	90,4	85,0	82,7	79,9
М, Н∙м	0	39,2	76,3	113,4	155,5	194,0	234,0

2. Построение механической характеристики при шунтировании якоря сопротивлением r_ш=6,0 Ом и последовательным сопротивлением r_п=2,0 Ом:

а) определяем ЭДС Е из уравнения

б) для заданного тока I_a находим I_c по уравнению

в) относительное значение н.с.

Дальнейший расчет производим так же, как и для естественной характеристики. Расчетные данные сводим в таблицу.

Iа, А	0	18	34	50	66	82	98
Е, В	164,4	132,2	103,6	75,0	46,4	17,8	-10,6
Iс, А	27,4	41,0	52,8	64,8	76,9	88,8	101,0
F*, о.е.	0,82	0,88	0,94	0,99	1,05	1,10	1,15
φ, о.е.	0,96	0,98	1,0	1,0	1,0	1,10	1,15
ω, рад/с	71,8	56,6	43,4	31,4	19,4	6,8	-3,8
М, Н∙м	0	42,1	81,2	119,5	157,8	215,5	269,4

Механические характеристики двигателей со смешанным возбуждением:

1-естественная; 2-при шунтировании якоря.