-2-

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДEРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Ч.2. Электромашинные устройства

Методические указания к выполнению домашних заданий

Новочеркасск 2006

УДК 621.398

Рецензент канд. Техн. Наук в.Г. Трофименко

Составитель Галикян Г.С.

Элементы и устройства систем управления. Ч.2. Электромашинные устройства: метод. указания к выполнению домашних заданий /Юж.-Рос. гос. техн.

ун-т.−Новочеркасск: ЮРГТУ,2006.-32 с.

Приведены варианты заданий, методика выбора исполнительных электродвигателей устройств автоматики, порядок и примеры расчёта их статических и динамических характеристик.

Предназначены для студентов всех форм обучения специальностей 220201.65 по дисциплине “Элементы и устройства систем управления” и 210106.65 по дисциплине “Электрические машины”.

Учебно-практическое издание

ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Ч.2. Электромашинные устройства

Составитель Галикян Геннадий Саркисович

Редактор А.А. Галикян

Подписано в печать 05.09.2006 г.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная.

Усл.- печ. л. 2. Уч.-изд. л. 1,85. Тираж 30

.

Южно-Российский государственный технический университет

Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ

Адрес университета: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

© Южно-Российский государственный

технический университет, 2006

© Галикян Г.С., 2006

Цель выполнения домашних заданий: получить практические навыки решения задач, возникающих при выборе электромашинных устройств систем управления, анализе их статических и динамических характеристик.

1. Исходные условия и варианты задач домашнего задания

В настоящих указаниях рассматриваются следующие виды задач:

1. Расчет и построение технических характеристик заданного типа исполнительного двигателя системы управления по данным его технического паспорта;

2. Выбор типа двигателя системы автоматизации в соответствии с заданными техническими требованиями и условиями эксплуатации.

Задача№1

1. По данным технического паспорта заданного типа исполнительного микродвигателя рассчитать:

• механическую характеристику двигателя;

• КПД двигателя и обороты идеального холостого хода;

• найти численные значения постоянных времени и коэффициента передачи, входящих в передаточную функцию двигателя;

• максимальное значение тока якоря (или обмотки статора) при пуске двигателя и ориентировочное время пуска. При необходимости изменить схему пуска таким образом, чтобы пусковой ток не превышал допустимого значения;

• величину пониженного по сравнению с номинальным напряжения на якоре двигателя постоянного тока (напряжения управления двухфазного асинхронного двигателя), при котором двигатель переходит в рекуперативный (генераторный) режим торможения.

2. Построить механическую характеристику двигателя и нанести на неё точку номинального режима.

3. Определить максимальное значение динамического момента двигателя при пуске и допустимый коэффициент перегрузки двигателя по моменту.

4. Найти графически максимальную величину электромагнитного тормозного момента в рекуперативном режиме работы двигателя для одной из механических характеристик, соответствующей пониженному напряжению питания якоря или управления (для двухфазного асинхронного двигателя).

5. Нарисовать принципиальную электрическую схему подключения двигателя к питающей сети в режиме пуска.

6. Нарисовать примерные графики изменения тока якоря (статора) и угловой скорости вращения вала при пуске двигателя.

В табл. 1-4 приведены варианты исходных данных для задачи №1.

Таблица 1

Технические данные двигателей постоянного тока с независимым возбуждением серии МИ

№ варианта	Тип двигателя	Напряжение, В	Мощность на валу, кВт	Ток якоря, А	Скорость вращения, об/мин.	Мощность обмотки возбуждения, Вт	Момент инерции якоря ∙ 10 -3, кг∙м 2	Сопротивление цепи якоря, Ом	Статический момент трения ∙10 -2, Н∙м	Сопротивление об- мотки возбуждения, Ом
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 2 3 4	МИ-11	60 60 110 110	0,12 0,1 0,12 0,1	2,86 2,27 1,53 1,22	3000 2000 3000 2000	19 19 19 19	1,53 1,53 1,53 1,53	0,46 0,94 1,48 3,0	10 10 10 10	223 223 642 642
5 6 7 8	МИ-12	60 60 110 110	0,2 0,12 0,2 0,12	4,57 2,72 2,46 1,46	3000 2000 3000 2000	21 21 21 21	2,04 2,04 2,04 2,04	0,765 1,74 0,765 1,74	10 10 10 10	560 560 560 560
9 10 11 12	МИ-21	60 60 110 110	0,25 0,2 0,25 0,2	5,5 4,3 3,05 2,33	3000 2000 3000 2000	15 15 15 15	3,57 3,57 3,57 3,57	0,284 0,645 0,945 2,2	15 15 15 15	306 306 306 306
13 14 15 16 17 18	МИ-22	60 60 60 110 110 110	0,37 0,25 0,12 0,37 0,25 0,12	8,2 5,5 2,6 4,4 2,9 1,4	3000 2000 1000 3000 2000 1000	16 16 16 16 16 16	4,08 4,08 4,08 4,08 4,08 4,08	0,195 0,36 1,44 0,546 1,29 4,58	15 15 15 15 15 15	264 264 264 934 790 790
19 20 21 22 23 24	МИ-31	60 60 60 110 110 110	0,45 0,37 0,2 0,45 0,37 0,2	10,3 8,2 4,4 5,6 4,4 2,4	3000 2000 1000 3000 2000 1000	40 40 40 40 40 40	9,18 9,18 9,18 9,18 9,18 9,18	0,204 0,405 1,32 0,585 1,16 3,93	25 25 25 25 25 25	145 145 145 460 460 460

Продолжение табл. 1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
25 26 27 28 29 30	МИ-32	110 110 110	0,76 0,45 0,37	8,2 5,0 4,2	2500 1500 1000	50 50 50	13,5 13,5 13,5	0,39 0,97 2,21	25 25 25	258 258 258
		220 220 220	0,76 0,45 0,37	4,1 2,5 2,1	2500 1500 1000	50 50 50	13,5 13,5 13,5	1,36 3,81 8,37	25 25 25	950 950 950
31 32 33 34 35 36	МИ-41	110 110 110	1,6 1,1 0,76	19,2 13,0 9,0	2500 1500 1000	70 70 70	40,8 40,8 40,8	0,24 0,67 1,3	60 60 60	255 255 255
		220 220 220	1,6 1,1 0,76	9,5 6,4 4,5	2500 1500 1000	70 70 70	40,8 40,8 40,8	0,93 2,63 5,32	60 60 60	670 670 670
37 38 39 40 41 42	МИ-42	110 110 110 220 220 220	2,2 1,6 1,1 3,2 1,6 1,1	36,3 18,2 12,6 18,0 9,1 6,3	2500 1500 1000 2500 1500 1000	85 85 85 85 85 85	66,2 66,2 66,2 66,2 66,2 66,2	0,1 0,32 0,75 0,37 1,28 2,95	60 60 60 60 60 60	178 178 178 715 715 715
43 44 45	МИ-51	220 220 220	3,0 3,2 1,6	27,2 17,1 8,7	2500 1500 1000	120 120 120	127 127 127	0,16 0,46 1,1	120 120 120	435 435 435
46 47 48	МИ-52	220 220 220	7,0 4,5 2,5	37,0 23,3 13,1	2500 1500 1000	160 160 160	153 153 153	0,09 0,26 0,56	120 120 120	312 312 312

Исполнительные электродвигатели постоянного тока серии МИ предназначены для работы в схемах автоматического управления при окружающей температуре от -50⁰ до +50 ⁰ С и при относительной влажности воздуха до 95%. Электродвигатели допускают вибрацию и тряску. Электродвигатели изготавливаются в закрытом водозащищенном исполнении со встроенным тахогенератором и без него. Двигатели допускают длительную работу на скоростях порядка 100 об/мин при номинальных значениях I _Я , I_В .Если в паспорте двигателя отсутствует значение сопротивления обмотки якоря, то его можно оценить приближенно с учетом того, что в номинальном режиме работы падение напряжения на активном сопротивлении якоря составляет порядка 5 процентов напряжения питания двигателя.

Таблица 2

Технические характеристики двигателей постоянного тока параллельного возбуждения серии СЛ и ПН

№ варианта	Тип двигателя	Номинальное напряжение, В	Номинальная мощность, Вт	Номинальная частота вращения, об/мин	Ток якоря, А	Момент на валу ∙10-4, Н∙м	Сопротивление якоря, Ом	Сопротивление обмотки возбу- ждения, Ом	Момент инерции ∙10-4, кг∙м2	Коэффициент самоиндукции якоря, мГн
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	СЛ-121	110	7,5	5000	0,14	140	215	1750	0,04	-
2	СЛ-161	110	8,5	4000	0,15	210	170	1770	0,05	-
3	СЛ-221	110	13	3600	0,35	350	115	2040	0,14	230
4	СЛ-261	110	24	3600	0,5	650	51	1400	0,2	140
5	СЛ-267	110	27	4000	0,8	650	10	1010	0,2	-
6	СЛ-321	110	38	3000	0,7	1250	27	1010	0,6	130
7	СЛ-327	110	28	3000	0,8	900	7,75	1010	0,6	-
8	СЛ-361	110	50	3000	0,55	1600	23,2	1160	0,7	115
9	СЛ-367	110	32	2500	0,9	1250	1,5	1160	0,7	-
10	СЛ-369	110	55	3600	0,8	1500	19	1160	0,7	90
11	СЛ-521	110	77	3000	1,1	2500	8,5	450	1,7	58
12	СЛ-561	110	170	3000	1,9	5500	-	-	-	-
13	СЛ-569	110	175	3600	2,2	4250	3,6	880	2,5	30
14	СЛ-661	110	230	2400	2,6	9250	1,73	580	9,35	25
15	СЛ-261А	110	24	2500	0,42	650	51	1375	0,2	140
16	СЛ-281	24	26	5200	2,4	500	1,15	92	0,2	0,5
17	СЛ-369А	110	55	3600	0,1	1500	15,2	1160	0,7	90
18	СЛ-521К	110	20	1000	0,5	2000	74	900	1,7	360
19	СЛ-569К	110	36	850	0,8	4200	40	492	2,7	290
20	СЛ-571К	24	95	2200	7	4200	0,31	29	2,7	2
21	СЛ-621	110	172	2400	2,3	7000	3	560	6,75	35
22	ПН-2,5	110	700	2870	8,5	-	-	-	30,6	-
23	ПН-2,5	110	250	1440	3,5	-	-	-	30,6	-
24	ПН-2,5	220	700	2870	4,3	-	-	-	30,6	-
25	ПН-2,5	220	250	1440	1,75	-	-	-	30,6	-
26	ПН-5	110	1000	2800	11,7	-	-	-	76,0	-
27	ПН-5	110	750	2000	9,0	-	-	-	76,0	-
28	ПН-5	110	520	1450	6,6	-	-	-	76,0	-
29	ПН-5	110	300	960	4,1	-	-	-	76,0	-

Таблица 3

Технические характеристики двухфазных асинхронных

двигателей серии АДП, ДНД

№ варианта	Тип двигателя	Номинальная частота, Гц	Номинальная мощность, Вт	Номинальная частота вращения, об/мин	Номинальный вращающий момент 10 –2,Н∙м	Пусковой момент 10 –2, Н∙м	Напряж. обмотки возбуждения, В	Емкость цепи возбуждения, мкФ	Макс. напряжение управления , В	Номинальный ток управления, А	Момент инерции ротора ∙10 – 6 ,кг∙м 2
1	АДП-1	500	3,7	9000	0,4	0,55	120	0,3	35	0,15	0,8
2	АДП-120	500	2,4	4000	0,6	1,0	110	0,25	110	0,18	0,8
3	АДП-123	500	4,1	4000	1,0	1,4	110	0,3	120	0,18	0,8
4	АДП-123Б	500	8,9	6000	1,45	1,7	110	6,5	110	0,22	0,8
5	АДП-262	50	9,5	1850	5,0	9,0	110	2,5	125	0,58	1,7
6	АДП-263	500	2,4	6000	4,0	5,9	52	1,38	165	0,37	1,7
7	АДП-263А	500	27,8	6000	4,5	6,55	35	0,9	270	0,51	1,9
8	АДП-362	50	19	1950	9,5	17	110	6,5	120	0,65	4,0
9	АДП-363	500	35	6000	5,7	7,0	110	6,6	120	1,2	3,0
10	АДП-363А	500	46,4	6000	7,5	8,5	36	6,6	240	0,65	4,9
11	АДП-562	50	41	2000	20	35	110	11,0	160	0,73	13,0
12	АДП-563А	500	70,5	6000	11,4	12	36	14,4	240	0,9	12,0
13	ДНД-05	400	0,3	9700	0,03	0,06	36	-	30	-	0,45
14	ДНД-1	400	1,0	9700	0,1	0,16	36	-	30	-	0,7
15	ДНД-2	400	2,0	10800	0,18	0,34	36	-	30	-	0,8
16	ДНД-3	400	3,0	5800	0,5	1,0	36	-	30	-	2,4
17	ДНД-5	400	5,0	4850	1,0	2,0	36	-	30	-	-

Таблица 4

Технические характеристики трехфазных двигателей

серии ДАТ и УАД на 50 Гц

№ варианта	Тип двигателя	Uном , В	Pном , Вт	I ном , А	Номинальная скорость вращения, об/мин	М ном∙10-4, Н∙м	Момент инерции ∙10-6, кг∙м 2	Пусковой момент ∙10-4 , Н∙м	КПД, %
1 2 3 4 5 6	ДАТ 31271 ДАТ 32271 ДАТ 42271 ДАТ 51271 ДАТ 53271 ДАТ 53172	220 220 220 220 220 220	6 10 16 40 60 60	0,16 0,18 0,2 0,3 0,6 0,55	2600 2600 2750 2700 2750 1280	236 372 588 1470 2150 4600	6 9,22 28,4 53,8 92,1 92,1	422 475 1570 3400 4950 7350	25 39 50 58 63 58
7 8 9 10 11 12	ДАТ53172-2 ДАТ 53182 ДАТ53182-2 УАД-12 УАД-22 УАД-32	220 380 380 220 220 220	60 60 60 1,5 4 7	0,55 0,32 0,32 0,06 0,1 0,11	1280 1280 1280 2760 2760 2760	4600 4600 4600 52 138 242	92,1 92,1 92,1 130 432 566	7350 7350 7350 129 207 486	58 58 58 14 22 30
13 14 15 16 17 18	УАД-42 УАД-52 УАД-62 УАД-72 УАД-24 УАД-34	220 220 220 220 220 220	13 20 40 70 1,2 2,5	0,52 0,81 1,5 2,7 0,08 0,16	2760 2760 2760 2760 1330 1330	450 690 1385 2420 86 184	1365 1720 4350 6000 4320 566	900 1380 2080 3630 129 276	45 51 60 65 9 11

Задача№2

Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель для системы автоматики по следующим исходным данным:

1. скорость вращения вала механизма нагрузки , об/мин;

2. момент инерции механизма нагрузки , кг м ;

3. ориентировочное значение КПД редуктора, соединяющего “тихоходный” вал нагрузки с “быстроходным” валом двигателя , о.е.;

4. ориентировочное значение тепловой постоянной двигателя , мин;

5. условиям эксплуатации и диаграмме нагрузки.

После выбора двигателя необходимо:

1. Определить передаточное отношение число ступеней редуктора, его КПД;

2. Определить оптимальное значение передаточного отношения редуктора, обеспечивающего максимальное ускорение вращения вала нагрузки;

3. Вычислить максимальное угловое ускорение ротора двигателя и определить соответствующее этому ускорению время пуска;

4. Определить время пуска двигателя на холостом ходу и под нагрузкой (для фактического значения передаточного отношения редуктора);

5. Начертить функциональную схему двигателя, обеспечивающую его пуск и плавное регулирование скорости вращения. Выбрать тахогенератор и рассчитать подключаемый к его выходу делитель напряжения.

В табл. 5 приведены варианты исходных данных, а на рис.1—диаграммы нагрузок, необходимые для выбора двигателя.

Условия эксплуатации двигателя:

- для вариантов №1-10,31-40-система автоматизации стационарной установки с диаграммой нагрузки на рис.1а;

- для вариантов №11-20-бортовая система наземного подвижного объекта с диаграммой нагрузки на рис.1б;

- для вариантов №21-30,41-50-привод системы управления станка с диаграммой нагрузки на рис.1в;

Тепловая постоянная нагрева двигателя для вариантов №1-10 равна 15 мин., для вариантов №11-20 -12 мин. , для вариантов №21-30-10 мин., для вариантов№31-40 9 мин. и для вариантов №40-50-8мин.

Таблица 5