Как сделать нагрузочную диаграмму
Обновлено: 07.07.2024
При выборе двигателей по мощности в качестве исходного материала необходимо знать, как должна изменяться скорость электропривода во время во время рабочего процесса и как при этом изменяется во времени Мс механизма. Зависимости wм=f(t) и Мс=f(t) называются, соответственно, тахограммой электропривода и нагрузочной диаграммой механизма. Они являются основой для расчета и построения нагрузочной диаграммы электропривода, т.е. зависимости М=f(t) электромагнитного момента двигателя от времени. Под нагрузочной диаграммой электропривода понимается также зависимость тока или мощности, развиваемой двигателем от времени. Нагрузочные диаграммы используются не только для проверки мощности предварительно выбранного электродвигателя, но и сопоставления перегрузочной способности двигателя с кратковременной перегрузкой.
Зависимости wм=f(t) и Мс=f(t) при проектировании электропривода являются либо заданными, либо в задании на проектирование должны содержаться данные, достаточные для их расчета и построения.
Все многообразие производственных механизмов с точки зрения режимов работы электропривода можно разделить на механизмы непрерывного и механизмы циклического действия.
Особенностью механизмов непрерывного действия является продолжительный режим работы двигателя при неизменной заданной средней скорости wср=const. При этом время пуска и торможения электропривода ничтожно мало по сравнению с общим временем работы, на нагрев двигателя оно влияния не оказывает и при построении нагрузочных диаграмм может не учитываться. Тахограмма заданной скорости имеет вид прямой 1 (см. рисунок). Зависимости Мс=f(t) для механизмов непрерывного действия многообразны и это многообразие, можно подразделить на следующие типовые группы:
1. Механизмы с постоянной нагрузкой Мс=const.
2. Механизмы с переменной циклической нагрузкой Мс=f(t), регулярно повторяющейся в течение длительного времени.
3. Механизмы с переменной циклической нагрузкой, зависящей от пути Мс=f(a).
33 Условия исполнения обязательства - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
4. Механизмы со случайным характером нагрузки.
В большинстве случаев в случайной нагрузке рассматриваемых механизмов удается выделить регулярную циклическую составляющую. Кроме того, постоянство средней скорости wср=const дает основание для замены зависимости Мс=f(a) более удобной для расчетов зависимостью Мс=f(t).
Для рассматриваемой группы механизмов типовая зависимость Мс=f(t) в общем случае имеет вид циклической кривой 2. Частным случаем этой зависимости является работа с Мс=const (прямая 3). Обычно для удобства расчетов реальная зависимость Мс=f(t) заменяется ступенчатой зависимостью (ломанная 4).
Электропривод на изменение нагрузки реагирует изменением скорости двигателя и для достаточно удаленного от начала работы установившегося цикла тахограмма w=f(t) имеет вид кривой 5. Изменения скорости определяют значения динамического момента и, как следствие, нагрузочная диаграмма электропривода (двигателя) всегда отличается (кривая 6) от нагрузочной диаграммы механизма. Механическая инерция привода оказывает на нагрузку двигателя сглаживающее действие. При возрастании нагрузки скорость электропривода снижается и возрастающая нагрузка частично преодолевается, за счет освобождающейся из-за снижения скорости кинетической энергии, которая была запасена в период работы с малой нагрузкой, когда скорость возрастала.
Общим признаком механизмов циклического действия является наличие одного или нескольких включений двигателя и соответствующего числа пауз в каждом цикле. Зависимости wм=f(t) для этих механизмов весьма разнообразны, причем на отдельных участках цикла работы возможно и изменение направления вращения механизма.
В виде примера на рисунке изображена тахограмма механизма циклического действия (ломаная 1). Ломаная 2 – примерный вид нагрузочной диаграммы механизма Mc=f(t). Нагрузочная диаграмма электропривода M=f(t) имеет вид ломаной 3. Из сравнения данного рисунка с предыдущим, можно сделать вывод, что механическая инерция электропривода механизмов циклического действия является фактором, увеличивающим нагрузку двигателя. Нагрузочная диаграмма электропривода этих механизмов является существенно неравномерней, чем у механизмов непрерывного действия.
Примерные виды нагрузочной диаграммы и тахограммы двигателя для пуска в три ступени ( рис.2б ) показаны на рис.5.
Предположим, начало цикла соответствует пуску груженой тележки. При включении двигателя начальное значение момента равно М1. По мере разгона момент будет уменьшаться и по истечении интервала t 1 момент уменьшается до величины М2, при этом первая ступень реостата отключается и момент вновь увеличивается до М1.
Рис. 5. Нагрузочная диаграмма и тахограмма двигателя.
Процесс повторяется до выхода на естественную характеристику, по которой двигатель разгоняется до скорости w С1 при моменте МС1.
Процесс разгона при пуске пустой тележки будет зависеть от принятого способа автоматизации. Для двигателей постоянного тока возможно управление пуском в функции тока якоря, скорости или времени. При построении системы управления с использованием первых двух принципов пусковой момент будет колебаться между значениями М1 и М2, но интервалы t 1 , t 2 и т.д между переключениями ступеней и общее время пуска будут другими по сравнению с пуском груженой тележки..
При автоматизации в функции времени интервалы t 1 , t 2 и т.д. будут одинаковыми, поскольку они отсчитываются одними и теми же реле времени. Установки реле должны выбираться по наибольшему расчетному времени, тогда изменятся значения моментов переключения и максимальных
моментов на последующих характеристиках при пуске пустой тележки.
Эти моменты для асинхронного двигателя рассчитаны выше в программе EXCEL Для двигателя постоянного тока значения моментов переключения вычисляются по уравнению:
,
где: х – порядковый номер реостатной характеристики, tx – время разгона гружёной тележки на реостатной характеристике, TX – механическая постоянная порожней тележки на той же характеристике.
Найдя М2Х на какой – либо характеристике, момент М1 Х+1 на следующей характеристике определяют графически по пусковой диаграмме (см. рис 2). или по уравнению М1 Х+1 = М2Х
Время установившегося движения вычисляется следующим образом.
Общий путь L 0, проходимый тележкой при подъёме и спуске, состоит из пути, пройденного при разгоне, при замедлении и пути при движении с постоянной скоростью. Первые две составляющие пути уже вычислены ранее. Тогда путь при установившемся движении с постоянной скоростью определяется как:
= L 0- - ; Время установившегося движения вычисляется по уравнению: = / VC , где : VC –установившаяся скорость движения тележки при подъёме или спуске.
Проверка двигателя на перегрев
После построения нагрузочной диаграммы должна быть произведена проверка предварительно выбранного двигателя на перегрев.
Для проверки по нагрузочной диаграмме вычисляется среднеквадратичный момент двигателя:
=
В знаменателе учитывается продолжительность только тех интервалов, где двигатель работает. Участки пуска и замедления, где момент двигателя изменяется по экспоненте от М1 до М2, могут быть заменены участками с постоянным эквивалентным моментом, определяемым по уравнению
=
Аналогичным образом вычисляется эквивалентный момент на участке замедления.
Вычисляется фактическая продолжительность включения двигателя:
= + + )/
Проверка двигателя производится по условию: ≥ ,
где: – номинальная продолжительность включения двигателя; =40%.
Проектирование принципиальной электрической схемы
Прежде всего проектируется силовая электрическая схема, где должны быть предусмотрены контакты линейного контактора, подключающего двигатель к сети, контакты контакторов, изменяющих направление вращения двигателя (реверс), силовые резисторы, обеспечивающие получение требуемых искусственных характеристик, а также контакты контакторов, переключающие эти резисторы. Функции линейных и реверсивных контакторов могут быть совмещены. В силовой цепи необходимо предусмотреть защитные аппараты: автоматические выключатели или плавкие предохранители для защиты от коротких замыканий, максимально токовые или тепловые реле для защиты от перегрузок, реле нулевого тока для обмотки возбуждения двигателя постоянного тока.
Для питания цепи управления обычно используется тот же род тока, что и для силовой цепи. Если при переменном токе питания силовой цепи для системы управления или ее части требуется постоянный ток, то в составе цепи управления должен быть предусмотрен соответствующий выпрямитель. Подключение цепи управления к сети также осуществляется через защитный аппарат, причем так, чтобы обеспечивалось питание аппаратов управления при обесточенной силовой цепи (для удобства наладки системы).
По заданию управление механизмом осуществляется оператором, а система управления автоматизирует лишь отдельные операции пуска и защиты. Перед началом проектирования системы управления должна быть достигнута полная ясность в последовательности работы аппаратов управления в различных режимах. Затем переходят к проектированию узлов схемы, выполняющих те или иные функции (например, включение линейного или одного из реверсирующих контакторов, выключающих пусковые резисторы, и т.д.). Для выполнения этих функций существуют типовые схемные решения [1.с.391-421]. Целесообразно сначала составить схему, обеспечивающую управление нормальным режимом работы (пуск до полной скорости на подъем, спуск, замедление и остановка), а затем дополнить схему для получения требуемого по заданию режима аварийного спуска в режиме противовключения на пониженной скорости груженой тележки. Затем в цепи управления должны быть введены элементы, обеспечивающие защиту привода от аварийных режимов и наиболее вероятных ошибочных действий оператора. Необходимо помнить, что окончательное торможение и удержание механизма в неподвижном состоянии осуществляется электромагнитным тормозом. Поэтому в схеме должна быть предусмотрена цепь питания электромагнита тормоза. При проектировании схемы полезно ознакомиться со схемами стандартных панелей управления крановых механизмов [4,6].
В качестве примера на рис 6 показан один из возможных вариантов схемы управления подъёмником с асинхронным двигателем.
Рис.6 Схема управления подъёмником с асинхронным двигателем.
Подключение двигателя к сети производится автоматическим выключателем QF1, осуществляющем защиту от коротких замыканий. На статор напряжение подаётся линейными контакторами КМ1 или КМ2 в зависимости от направления вращения. Для защиты от перегрузки в статорную цепь включены максимально-токовые реле КА1 – КА3.
Параллельно обмотке статора контактором КМ3 подключается обмотка электромагнитного тормоза YA.
В цепь ротора включены ступени пускового реостата r1 –r2 (число ступеней определяется расчётом) и тормозная ступень r3. Ступени отключаются контакторами ускорения КМ4 –КМ5. Непосредственно к выводам ротора через выпрямитель подключено реле напряжения KV2, назначение которого будет определено ниже.
Цепь управления подключена к сети автоматическим выключателем QF2.
Команды на управление машинист подаёт 5-позиционным командо-контроллером SA1. Поэтому предусмотрена нулевая защита, выполненная на реле напряжения КV1. Переключатель SA2 переводит систему управления из нормального режима в аварийный, при котором осуществляется спуск гружёной тележки с пониженной скоростью.
В нормальном режиме выполняются 3 команды: 1) пуск вверх или вниз и разгон по реостатным характеристикам, 2) замедление перед остановкой и
По окончании отсчёта замыкается контакт КТ1в цепи контактора КМ 5, и он срабатывает, отключая первую ступень реостата. Одновременно запускается следующее реле времени КТ2, управляющее контактором КМ3. После отключения последней ступени контактором КМ6 двигатель выходит на естественную характеристику Контактор КМ6 при срабатывании запускает реле времени КТ3, которое спустя некоторое время размыкает свой контакт и вводитв действие защиту от перегрузки.
Рассмотренная схема управления пуском подразумевает применение реле времени постоянного тока типа РЭВ 812 – 818. При использовании других реле схема должна быть соответствующим образом изменена. Уставки реле времени определяются расчётом.
При уменьшении скорости напряжение на кольцах двигателя и на реле КV2 будет постепенно возрастать. При скорости, близкой к 0, реле КV2 сработает, разомкнёт свой контакт в цепи контактора КМ3 и двигатель будет заторможен механическим тормозом.
Один из возможных вариантов схемы управления подъёмником с двигателем постоянного тока показан на рис. 7
Рис.7 Схема управления подъёмником с двигателем постоянного тока.
Якорная цепь двигателя подключается к сети автоматическим выключателем QF1. При этом напряжение поступает на обмотку возбуждения двигателя LM. Последовательно с обмоткой включены плавкий предохранитель F для защиты от коротких замыканий и реле минимального тока KA1, отключающее двигатель при отсутствии тока возбуждения.
Напряжение на якорную цепь подаётся контактором КМ1 а выбор направления вращения производится контакторами КМ3 и КМ4.
Последовательно с якорем включено токовое релеКА2 для защиты двигателя от перегрузки, а параллельно якорному реостату включено реле напряжения KV2.
При аварийном спуске схема работает точно также, как схема на переменном токе.
В проекте выбираются электрические аппараты, пусковые реостаты и аппараты релейно-контакторного управления.
Пусковые резисторы для двигателей постоянного и переменного тока набираются из стандартных ящиков сопротивлений. Технические данные этих ящиков, рекомендации по составлению схем и подбору ящиков по допустимому току даны в [3].
В зависимости от величины тока двигателя выбираются ящики с чугунными фехралевыми, ленточными или проволочными элементами. Для выбора ящиков необходимо определить сопротивление ступеней и эквивалентный ток продолжительного режима. Величины сопротивлений пускового реостата определены ранее.
Рис.5 Способы соединения элементов в ящике сопротивлений
Ящик следует выбирать так, чтобы из его элементов можно было бы наиболее просто при минимальном числе элементов составить ступень реостата с минимальным сопротивлением.
Рис 6 График для расчёта допустимого тока реостата.
При этом следует иметь в виду, что элементы в ящике соединены последовательно, но установкой внешних перемычек элементы можно соединить параллельно (рис. 5). На рисунке два элемента r1 и r2 между точками a и b соединены параллельно, а между точками c и d параллельно соединены три элемента r4, r5 и r6 . Два элемента могут быть соединены параллельно только по краям ящика.
Выбранный ящик должен быть проверен на нагрев. Ток через элементы ящика проходит только в период разгона и изменяется во времени пилообразно подобно моменту (рис 5).
Поэтому определяется эквивалентный ток за время пуска:
= , (13)
где I 1 , I 2 – максимальный ток и ток переключения, определяемые по пусковой диаграмме двигателя. Для асинхронных двигателей эти токи вычисляются как: = , где - начальное или конечное скольжение на реостатной характеристике, соответствующее сопротивлению R2 k при моменте = M 1 или М2.
Для выбранных ящиков из каталожных данных определяется тепловая постоянная ящика . Из пусковой диаграммы определяется время протекания тока через реостат и вычисляется продолжительность включения реостата: = . – длительность цикла работы реостата, которая в 2 раза меньше длительности цикла двигателя. Вычисляется отношение и на рис 6 [3]. на горизонтальной оси находится точка, соответствующая вычисленному значению.
На графике (рис 6) определяется кривая, соответствующая вычисленному значению . Найденная на горизонтальной оси точка проектируется на эту кривую, и точка на этой кривой в свою очередь проектируется на вертикальную ось, на которой определяется отношение ,
где – номинальный ток элемента ящика, - вычислен по уравнению (13).
Из приведённого соотношения определяется ток . Номинальный ток выбранного ящика не должен быть меньше .
Если в пусковом реостате используются разные ящики, то элементы каждого ящика должны проверяться на нагрев раздельно.
Электромагнитные контакторы выбираются с учётом следующих показателей:
- величина и род тока силовой цепи;
- количество контакторов, коммутирующих силовую цепь;
- количество и вид блок – контактов;
- род тока и напряжение катушки контактора.
Номинальный ток силовых контакторов определяется из условия
где: I НК – номинальный ток контактора, IH Д -номинальный ток двигателя.
Если требуемое по схеме количество силовых контактов контактора больше, чем у выбираемого, то используют два контактора, катушки которых включают параллельно.
Если не достает блок-контактов, то параллельно катушке контактора включают катушку вспомогательного реле, контакты которого выполняют функцию недостающих блок- контактов (размножение контактов).
При выборе реле необходимо учитывать:
- тип (напряжения, тока, времени и т.д.);
- назначение (реле защиты или управления, которые различаются сроком службы, измеряемым числом коммутаций);
- величину и род тока коммутированной контактами реле цепи;
- количество и вид требуемых контактов;
- род тока и величину напряжения катушек;
- для реле времени – диапазон выдержек времени.
| 4 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. – М.: Энергия, 1977.
2. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988.
5. Москаленко В.В. Электрический привод. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
7. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации. Под ред.
8. ГОСТ 2.755 – 87 Обозначения условные графические в электрических схемах.
Приложение
Таблица 1
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.015)
Для построения нагрузочной и скоростной необходимо задаться линейным ускорением. Принимаем согласно таблице 1 [1] ускорение равным aср=0,2 м/с 2 .
Разобьем весь цикл на временные интервалы ti , на каждом из которых постоянны скорость v или ускорение . Сила, действующая на механизм, на каждом временном интервале ti определяется равенством:
где Fc,i - статическая сила на i – м интервале времени с учетом потерь в передаче, H;
Fд,i – динамическая сила на i – интервале времени, H;
Рассчитаем статические усилия:
а) при подъеме крюка
где mК - масса крюка, кг;
g = 9,81 м/с 2 – ускорение земного тяготения,
i = 2 – кратность полиспаста механизма подъема;
- к.п.д. передачи, определяемый в зависимости от коэффициента загрузки:
где =0,07 - 0,1 – коэффициент постоянных потерь в передаче. Принимаем ;
б) при опускании крюка:
в) при подъеме номинального груза:
где -номинальный к.п.д. передачи.
г) при спуске номинального груза:
Определим абсолютные значения динамических усилий при спуске крюка во время разгона и торможения, т.е. на 1-ом и 3-ем участке цикла, по формуле (2.2):
Определим абсолютные значения динамических усилий при подъеме номинального груза во время разгона и торможения, т.е. на 5-ом и 7-ом участках цикла, по формуле (2.2):
Абсолютные значения динамических усилий при спуске номинального груза во время разгона и торможения до пониженной скорости и до полной остановки, т.е. на 9-ом, 11-ом и 13-ом участках, будут такими же, как и при подъеме номинального груза:
Абсолютные значения динамических усилий при подъеме крюка во время разгона и торможения, т.е. на 15-ом и 17-ом участках, будут такими же, как и при спуске крюка:
Определим силу, действующую на механизм, на каждом временном интервале ti в соответствии с формулой (2.1) с учетом знаков:
Так как параметры нагрузочной диаграммы не заданы, то предварительно зададимся номинальной скоростью двигателя н, например, 1500 об/мин (157 рад/с) и исходя из этого определим передаточное число редуктора
В этом случае угловая скорость указанного вращающегося органа определятся как
где r - радиус вращающегося рабочего органа.
После этого можно построить нагрузочную диаграмму Мс = f(t), перейдя от диаграммы Рс = f(t), определяя Мс как
Вид её будет аналогичен нагрузочной диаграмме Р = f(t) (рисунок 1).
Тогда по 3.1 получим:
передаточное число редуктора будет равно:
Значение статического момента для загруженной тележки определим по формуле 3.3:
Значение статического момента для пустой тележки определим по формуле 3.3:
После этого можем построить нагрузочную диаграмму Мс = f(t),
По нагрузочной диаграмме (рисунок 3) определяется фактическое ПВф%, фактическая продолжительность включения
Тогда значение ПВ по 4.1 будет равно:
По фактическому ПВф можно судить о режиме работы двигателя если ПВф>60%, то режим работы необходимо отнести к длительному. Если же ПВф60%, то режим повторно-кратковременный. Так как у меня получилось ПВ 33 % то двигатель будем выбирать для режима повторно-кратковременного.
По нагрузочной диаграмме определяют эквивалентный момент Мэ для ПВф
Из стандартного ряда ПВ = 15, 25, 40, 60 % принимают то значение, которое является ближайшим к рассчитанному ПВф для моего случая принимаем ПВ 40%.
Пересчитываем Мэ, соответствующее ПВф на момент Мст, который будет соответствовать выбранному стандартному ПВст
После этого определяем расчётную мощность
где коэффициент (1,11,3) учитывает дополнительный нагрев двигателя за время переходных процессов, который не учтён при предварительном выборе мощности двигателя. В предложенных для расчёта механизмах режим работы двигателей мало напряжённые, и можно принимать меньший коэффициент.
По каталогу, в соответствии с принятым ПВст выбираем двигатель так, чтобы Рн Ррасч, и скорость соответствовала н, рассчитанной или предварительно заданной.
Рассчитаем эквивалентный момент по 4.2
После этого производим расчёт статического момента по 4.3
Тогда значение расчётной мощности примет значение:
Из каталога выберем двигатель Д 806 Основные параметры которого приведены в таблице 4.1.
Читайте также: