Выполнение проекта контролируется во время консультаций. Курсовой проект должен быть выполнен и защищен за десять недель с момента начала занятий. Пункты 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.9, 1.10,2.1,2.2,2.3,2.4.2.5.2.6, 3.1. 3.2. 3.7 выполняются с предоставлением по ним отчета во время технологической практики и включаются в отчет по ней.
График работы в седьмом семестре выглядит следующим образом:
· первая неделя седьмого семестра: ознакомление с заданием, решение организационных вопросов;
· вторая неделя: отчет по задачам 1.4,1.10;
· третья неделя: отчет по задачам 1.7, 2.7;
· четвертая неделя: отчет по задаче 1.8;
· пятая неделя: отчет по задачам 1.11, 1.12;
· шестая неделя: отчет по задаче 1.13;
· седьмая неделя: отчет по задачам 3.3, 3.4;
· восьмая неделя: отчет по задачам 3.5, 3.6;
· девятая неделя: оформление проекта;
· десятая неделя: оформление проекта, защита проекта.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.1. Характерной особенностью электроприводов инерционных механизмов циклического действия является значительная динамическая нагрузка двигателей в переходных процессах. Относительное время переходных процессов в цикле для этих механизмов также весьма значительно. Поэтому при выборе электродвигателя по нагреву необходимо учитывать динамические нагрузки уже на этапе предварительного выбора. Уменьшение времени переходных процессов обычно ограничено допустимым ускорением (например, по условиям механической прочности). Так как реализация этого ограничения возлагается на привод, то максимальный момент электропривода в переходных процессах также должен быть ограничен (при выполнении всех пунктов, кроме ЭДТ, c двигателем параллельного возбуждения принимать ток и момент максимально допустимыми)
1.2. В практике инженера довольно часты случаи, когда номинальные режимы имеющихся в наличии двигателей не соответствуют номинальному режиму работы механизма. Так, в данном задании для механизма, работающего с циклической нагрузкой, предлагается выбрать двигатель продолжительного режима В этом случае не следует забывать об ухудшении теплоотдачи двигателя с самовентиляцией в переходных режимах и во время пауз. Эквивалентный по нагреву момент можно рассчитать по формуле (11-26) [3], условие правильного выбора соответствует выражению (11-22) [3]. Двигатель можно выбрать по каталогу в приложении 7 [4]. Необходимо убедиться в том, что максимальный допустимый момент в переходных режимах меньше или равен для данного двигателя (это будет проверка по условиям коммутации).
1.3. Основой расчета являются уравнения (2-7) и (2-9) [4]. Значения сопротивлений двигателя, приведенные в каталоге для температуры окружающего воздуха 20°С, необходимо привести к рабочей температуре 75°С, умножив на коэффициент 1,22. Расчет задания можно выполнять графически (пример 2.3 на стр. 50 [4]) или аналитически (пример 2.4 на стр. 55 [4]).
1.4. Переходные процессы пуска, торможения, реверса и получения пониженной скорости должны протекать при ограниченных значениях тока двигателя. С этой целью в разомкнутых системах электропривода в силовую цепь вводятся добавочные резисторы ( для двигателей постоянного тока и для асинхронных двигателей), при этом влияние электромагнитной инерции
снижается, а влияние электромеханической постоянной времени
возрастает, и в силу того, что реально , при расчете переходных процессов в вышеуказанных случаях можно полагать . Расчет переходных процессов при пуске, торможении, реверсе и получении пониженной скорости следует вести по формулам (4-57), (4-58), (4-60) [2]. Кроме того, можно использовать пример расчета (стр.248 [2]). Начальные условия следует брать из пункта 1.3, с учетом основного уравнения движения для рассчитываемого участка. Расчет переходного процесса при выходе на естественную характеристику провести двумя способами: с учетом и без учета электромагнитной инерции силовой цепи () (пример 4.2 в [9]).
Необходимость учета электромагнитной инерции () обычно возникает при расчете переходных процессов, когда добавочные резисторы отсутствуют и двигатель работает на естественной характеристике. Реальными примерами могут служить случаи выхода двигателя на естественную характеристику при разгоне и работе привода на естественной характеристике с резко меняющимся моментом сопротивления (сброс и наброс нагрузки, см. ниже пункт 1.8.).
При расчете переходных процессов сброса и наброса нагрузки, а также выхода на естественную характеристику возможны два случая: колебательный характер переходных процессов при ; апериодический характер переходных процессов при . Предлагается использовать выражения (4-50а), (4-51), (4-52), (4-53) в [9].
1.5. Следует иметь ввиду, что для двигателя параллельного возбуждения изменяется не только напряжение питания якорной цепи, но в такой же степени и ток возбуждения, а поток - в меньшей степени (в соответствии с кривой намагничивания на рис 2-14 [4]). Основа расчета - уравнение (2-9) [3].
1.6. Из уравнения движения (1-17) [3] при моменте статической нагрузки , моменте инерции, равном , и максимально допустимом отрицательном ускорении необходимо определить максимальный тормозной момент двигателя. Он соответствует начальной скорости торможения . Дальнейший расчет производится по выражению (2-32) [3].
1.7. Переходные процессы при ослаблении и усилении поля следует рассчитывать с использованием кривой намагничивания по формулам (9.24), (9.27) [3]. Начальная скорость на втором интервале находится так: при ослаблении поля и при усилении поля. Момент двигателя во времени определяется из основного уравнения движения с помощью формулы , а ток якоря ; ускорение следует принять в конечном приращении . При этом () принимать при ослаблении поля и () - при усилении поля. Электромагнитную постоянную времени можно рассчитать по формуле: , где - индуктивность обмотки возбуждения, - сопротивление обмотки возбуждения. Для расчета индуктивности использовать кривую намагничивания [4] и формулу:
- коэффициент рассеяния главных полюсов. .
- число последовательно соединенных главных полюсов:
- при последовательном соединении полюсов;
- при параллельном.
- число витков на полюс.
- взять на линейном участке кривой намагничивания.
В расчетах индуктивность якоря пренебрежимо мала. Выполнение этого пункта можно провести и по (7-38), (7-39), (7-40) [5]. Динамические характеристики , при ослаблении и усилении магнитного поля строятся с использованием полученных в ходе расчета кривых переходного процесса , и .
1.8. Расчет переходных процессов необходимо произвести по формулам, представленным в п. 1.4. Выбор группы формул (1, 2) или (3, 4) зависит от соотношения постоянных времени и . При этом в формулах (2) и (4) следует положить . Начальные условия взять из кривой (естественная характеристика). Динамические характеристики или построить, используя полученные кривые переходных процессов (аналогично п.1.4.). Исследовать влияние электромагнитной инерции на время переходного процесса и на величину динамического перепада скорости, варьируя таким образом, чтобы вести расчет для двух случаев: а) ; б) .
1.9. Структурная схема двухмассовой упругой системы без учета естественною демпфирования представлена на рис. 1-16 [1], выражение для частоты свободных колебаний приведено в сноске к формуле (1-42) [1]. Передаточная функция механизма, необходимая для построения АЧХ, имеет вид (1-46) [1].
1.10. Если в системе электропривода с упругой механической связью естественное демпфирование пренебрежимо мало, то в динамических режимах, протекающих под действием неизменного по величине момента двигателя, устанавливаются незатухающие колебания скоростей , и нагрузки в упругом элементе . Динамика этих параметров описывается уравнениями (1-75), (1-76), (1-89) [1]. В формуле (1-89) принять .
1.11. В разомкнутой системе УП-Д скорость идеального холостого хода определяется электродвижущей силой преобразователя, а жесткость характеристики - суммарным сопротивлением якорной цепи двигателя и преобразователя. Основа расчета - уравнение механической характеристики вида (2-9) [3]. Обмотка возбуждения двигателя в системе УП-Д питается от постороннего источника.
1.12. При известной требуемой статической жесткости механической характеристики коэффициент обратной связи по скорости определяется из выражения (8-18) [1]. Затем при известных координатах электропривода по этому же выражению находится сигнал задания на скорость.
1.13. В системе УП-Д все участки равноускоренного движения обусловлены динамическим моментом, пропорциональным скорости изменения ЭДС холостого хода преобразователя. Окончание процессов пуска, реверса и торможения характеризуется экспоненциальным изменением момента и скорости. Соответствующие пояснения и уравнения для расчета динамики привода приведены в параграфе 5-2, стр. 225-232 [1].
1.14. Известно, что электропривод благодаря наличию упругой механической связи оказывает на колебания в механической части демпфирующее действие, аналогичное действию вязкого трения. Значение взаимосвязи демпфирующего действия электропривода с параметрами системы имеет важное практическое значение, при этом особый интерес представляет выявление сочетаний параметров, обеспечивающих возможный максимум демпфирования. Понятие о демпфирующей способности электропривода с упругими механическими связями включено в раздел самостоятельной работы и достаточно подробно представлено в [2], (параграф 4.6. стр. 220). Современная вычислительная техника позволяет детально исследовать связь демпфирующей способности электропривода с обобщенными параметрами электромеханической системы. В [6] приведена методика исследования демпфирующей способности с помощью АВМ. Исходные дифференциальные уравнения могут быть использованы и при выполнении этого пункта с помощью практически любой вычислительной машины. Выполнять этот пункт следует с использованием методики предложенной в лабораторной работе.
1.15. Согласно рис. 1,2 и полученным кривым переходных процессов (см. п.1.3) , проверить двигатель по нагреву. Для вариантов 2, 4 эквивалентное значение тока определиться по выражению
где значения Ic1, Ic2, Ic3, Ic4 определяются по выражению:
Ini, ITi определяем аналогично рассчитывается IT1.
0,3 – коэффициент, учитывающий ухудшение условий теплоотдачи при пусках, торможениях и сотановках. Время паузы t0 следует определить из выражения - время работы в установившихся и переходных процессах.
Для вариантов 1, 3 Iэ рассчитывается по формуле:
Двигатель по нагреву проходит, если Iэ ≥ Iн. В случае, если это неравенство не соблюдается, то необходимо выбрать двигатель большего габарита.
2.1. Согласно своему номеру задания, выберите двигатель из таблицы 2. Недостающие параметры следует взять из приложения 5 [4].
2.2. Естественные характеристики и можно получить, пересчитав универсальные зависимости, приведенные на рис. 2-41 [4]. на абсолютные значения.
Расчет пусковых резисторов и реостатных характеристик можно произвести либо по методике, описанной в параграфе 2-14 [4], либо по методике, проиллюстрированной на рис. 4-5 [3].
2.3. На универсальных характеристиках откладываются координаты точки требуемой характеристики. Ориентировочно строится желаемая и принимается суммарное сопротивление этой характеристики в относительных единицах. Затем по известному способу строятся желаемые характеристики и .
2.4. Характеристики при пониженном напряжении строятся графоаналитическим методом с использованием естественной характеристики и формулы:
Внутренним сопротивлением преобразователя пренебречь.
2.5. Для построения механических характеристик можно воспользоваться методикой, приведенной на стр. 76-77 [3], приняв вместо указанные в задании значения: , - для вариантов 1, 2 и , - для вариантов 3, 4. Построение можно вести по методу, проиллюстрированному на рис. 2-24 [3], построить электромеханические характеристики и пересчитать их на механические. Полезной может оказаться методика построения и , приведенная в [4].
2.6. Желаемая характеристика находится по универсальным зависимостям [4] и пересчитывается с помощью универсальной µ=f(i) в электромеханическую или в механическую .
2.7. В основу расчета кривых переходных процессов , и положить в [3] или [1] приближенный метод расчета переходных процессов с использованием ; и основное уравнение движение.
3.1. Согласно варианту задания, руководитель технологической практики рекомендует техническую литературу. Для большинства механизмов она может быть полезна при расчете мощности двигателя [7].
3.2. Прежде всего необходимо привести параметры ротора к цепи статора (см. стр. 187 [4]). Расчет характеристик можно выполнить по формуле (3-56) и (3-59) [1]. При построении характеристик желательно откладывать по оси ординат не скольжение, а угловую скорость, пересчитанную по формуле: . Расчет пусковых резисторов можно вести, воспользовавшись [4].
3.3. При работе на естественной характеристике в переходных процессах уравнение динамической механической характеристики асинхронного двигателя аналогично двигателю независимого возбуждения:
При этом для ДПТ параметры можно рассчитать по формулам:
; ;
Для асинхронного двигателя параметры рассчитываются иначе:
; ; ;
Для определения динамического провала скорости при скачкообразном набросе нагрузки необходимо воспользоваться рекомендациями настоящих методических указаний, в частности, пунктами 1.4 и 1.8.
3.4. При выполнении этого пункта необходимо принять =110В и =25 Гц и построить три характеристики , в соответствии с требуемым законом управления для следующих частот 50 и 75 Гц.
3.5. При реализации закона регулирования критический момент двигателя при уменьшении и также уменьшается. В связи с этим необходимо помнить, что при уменьшении частоты питания ( Гц), напряжение питания снижается в меньшей степени, чем частота. Поэтому следует определить при пониженной частоте и , а затем определить по (3-61) [1] при выполнении условия, что перегрузочная способность на естественной характеристике и на регулировочной при одинакова.
3.6. Ввиду того, что при переходе на характеристику с (Гц) разгон двигателя будет идти по нелинейному участку механической характеристики, при расчете переходных процессов следует воспользоваться рекомендациями к расчету пункта 2.7.
3.7. Расчет вести по универсальным зависимостям [4].