Учебное пособие для практических занятий по курсу «Теория электромеханических систем.» - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Практикум и тесты к курсу «Теория аргументации» 5 964.16kb.
Учебно-методическое пособие для практических занятий по курсу «Учение... 4 720.95kb.
Планы семинарских занятий по дисциплине «Теория трансформационных... 1 83.41kb.
Методическое пособие для практических занятий студентов по специальности... 6 364.84kb.
Сборник задач и упражнений по гидромеханикЕ для практических занятий... 5 666.22kb.
Учебное пособие по дисциплине «Концепции современного естествознания»... 17 1512.89kb.
Методические указания по проведению практических занятий на тему... 1 230.79kb.
Г. А. Маковкин динамика механических систем учебное пособие 10 1703.45kb.
Учебное пособие к курсу «Русская палеография» 4 551.09kb.
5 Планы семинарских (практических) занятий 1 111.4kb.
Практикум по операционным системам 11 1263.44kb.
Закон сохранения импульса. Центр инерции, или центр масс механической... 1 87.27kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Учебное пособие для практических занятий по курсу «Теория электромеханических систем.» - страница №1/8



Государственный комитет РФ по высшему образованию
Пермский государственный технический университет

Кафедра «Микропроцессорные средства автоматизации»

Мазунин Н.Т.

Методика пособие расчетов характеристик и параметров

электромеханических систем

Учебное пособие для практических занятий

по курсу «Теория электромеханических систем.»

Пермь 2000

УДК 62-83 (075.8)
Мазунин Н.Т. Методика расчетов характеристик и параметров электромеханических систем. Учебное пособие.

Пермь: Изд-во Пермского государственного технического университета, 2000г.


Рассмотрена методика расчетов статических электромеханических и механических характеристик, энергетических показателей, параметров структурных схем, а также механических и электромеханических переходных процессов в разных промышленных электромеханических системах. Приведены примеры расчетов в численном виде характеристик и параметров некоторых систем электропривода.

Предназначено для студентов специальности 210200 дневной, вечерней и заочной форм обучения по курсу "Теория электромеханических систем".

СОДЕРЖАНИЕ.






  • ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЭППТ – электропривод постоянного тока;

ДПТНВ - двигатель постоянного тока независимого возбуждения;

ДПТПВ - двигатель постоянного тока последовательного возбуждения;

ИОРМ - исполнительный орган рабочей машины;

- электромеханическая характеристика привода;

- механическая характеристика привода;

- коэффициент ЭДС (момента) двигателя постоянного тока неза-

висимого возбуждения;



- номинальный магнитный поток двигателя, Вб;

ОВД - обмотка возбуждения двигателя;

S - скольжение асинхронного двигателя;

, - действительный приведенный токи ротора и токи статора двигателя, А;

- электромеханическая и механическая характеристики асинхронного привода

АДФР АДКЗР – асинхронные двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором;

Г-Д - электропривод постоянного тока системы генератор-двигатель;

ГПТНВ - генератор постоянного тока независимого возбуждения;

И.Х.Х. – режим идеального холостого хода;

ТП-Д - электропривода постоянного тока системы тиристорный преобразователь-

двигатель;

ЗПТ - зона прерывистых токов;

ТПЧ-Д - электропривода переменного тока системы тиристорный преобразователь

частоты-асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

ОЖМС - одномассовая жесткая механическая система;

ДУМС - двухмассовая упругая механическая система;



МУЭП - механическая часть электропривода;

  • ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА


  1. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985.-560 с.

  2. Справочник по электрическим машинам. -– М.: Энергоатомиздат, 1988,том 1.-455 с. Под общей ред. Копылова И.П. и др.

  3. Справочник по электрическим машинам. -– М.: Энергоатомиздат, 1988,том 2.-688 с. Под общей ред. Копылова И.П. и др.

  4. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. –М.: Энергия, 1977.-431 с.

  5. Электротехнический справочник . –М.: Энергоатомиздат, 1988, том 3, кн.2.-615 с.

  6. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. – М.: Энергоатомиздат, 1984.-240 с.

  7. Справочник по автоматизированному электроприводу. - М.: Энергоатомиздат, 1983.-616 с.

  8. Ильинский Н.Ф. и др. Энергосбережение в электроприводе. - М. :Высшая школа, 1989, -126 с.

  9. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод. Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-344 с.

  10. Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. –318 с. Под ред. Перельмутера В.М.

  11. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. – М.: Энергоатомиздат, 1982.-416 с. Под ред. Круповича В.И. и др.

  12. Ключев В. И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов.- М.: Энергия, 1974. –95 с.

  13. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода.- М.: Энергия, 1979. –615 с.

  14. Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В. М., Шимянский А.В. Основы автоматизированного электропривода. -М.: Энергия, 1974. –567 с.

  15. Столбов Б.М., Мазунин Н.Т. Теория электропривода. Задания на курсовой проект и методические указания по его выполнению. –Пермь, 1993.-98 с.

  16. Преобразователи частоты серии ТТП(Е)1. Журнал. "Промышленная энергетика", №6, 1992г.

  17. Справочник "Асинхронные двагатели серии 4А" -М.: Энергоиздат, 1982.-504 с. Под ред. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А.

  18. Арменский Е.В. и др. Автоматизированный электропривод, 1987.-130 с.

  19. Чернов Е.А., Кузмин В.П., Синичкин С.Г. Электроприводы подач станков с ЧПУ. Справочное пособие, 1986.

  20. Чернов Е.А., Кузмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ, 1989. Справочник (621.9 Ч-493).

  21. Комплектные тиристорные электроприводы серии ЭКТ2-А. Журнал "Промышленная энергетика", №5, 1991 г.



  • Тема 1. МЕТОДИКА СИНТЕЗА РАСЧЕТНЫХ СХЕМ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.


Под механической частью электропривода (МЧЭП)понимается совокупность вращающихся и поступательно движущихся частей механической части двигателя (МУД), механического передаточного устройства (МПУ) и исполнительного органа рабочей машины (ИОРМ). Функциональная схема МЧЭП приведена на рис.1.1.

Рис. 1.1. Функциональная схема МЧЭП.

На рис. 1.1. приняты обозначения:

М,ММ - электромагнитный момент двигателя и момент сопротивления на валу ИОРМ, Н*м;

FМ – сила сопротивления механизма при поступательном движении ИОРМ, Н;

JД, JМ – моменты инерции двигателя и ИОРМ, кг*м2 ;



- угловые частоты вращения валов двигателя и механизма, 1/с;

- передаточное число и КПД передаточного устройства.
К параметрам механической части электропривода относятся моменты и силы статического сопротивления, момента инерции, линейные и угловые перемещения, жесткости упругих элементов, поступательно движущихся массы. Поскольку во многих практических случаях рабочие органы механизмов связаны с приводным двигателем не непосредственно, а через промежуточные передачи, при расчетах механической части электропривода с использованием уравнений движения момента статического сопротивления, моменты инерции и другие параметры необходимо приводить к одной расчетной скорости, как правило, к угловой скорости приводного двигателя. Известными должны быть кинематическая схема механической части электропривода и ее фактические параметры.

Хотя приведенные к расчетной скорости каждого из параметров механической части электропривода и не представляет сложности, тем не менее могут возникнуть затруднения в случае, когда известны не передаточные отношения между отдельными элементами кинематической схемы, а число зубцов или известны только геометрические размеры элементов. Поэтому методика расчета приведенных параметров рассмотрим на примере кинематической схемы (рис.2.1), содержащие как вращающиеся, так и поступательно движущиеся элементы.

Рис. 2.1. Кинематическая схема МЧЭП подъемного устройства.
Известными являются следующие параметры кинематической схемы:


  1. момент инерции двигателя JД, кг*м2;

  2. момент инерции барабана JБ кг*м2;

  3. момент статического сопротивления механизма ММ, Н*м;

  4. масса т (кг) и линейная скорость V(м/c) поступательно движущегося элемента;

  5. жесткости валов Нм;

  6. жесткость 1 м каната СК, Н;

  7. длина каната lK, м в нижнем положении груза;

  8. диаметр барабана ДБ, м;

  9. число зубцов шестерен редуктора ;

  10. КПД редуктора П.

Требуется определить приведенные к расчетной скорости:

  1. Момент статического сопротивления механизма М 'С;

  2. Суммарный момент инерции электропривода J;

  3. Эквивалентную жесткость системы СЭ.

Порядок синтеза расчетной схемы

  1. Поскольку передаточное отношение непосредственно не известно, его можно определить по соотношению числа зубцов шестерен редуктора

i

Передаточное отношение между валом двигателя и валом барабана механизма будет равно произведению


  1. Момент статического сопротивления механизма, приведенные к расчетной скорости (валу двигателя), найдется в случае подъема груза как (двигательный режим работы ЭП)

(1.1)

В случае силового спуска груза выражение будет таким же.

Если спуск груза тормозной, приведенный момент сопротивления определяется по выражению (тормозной режим работы ЭП)

Если момент ММ не задан, его можно найти как , где (Н)



  1. Суммарный момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, с учетом инерционных масс редуктора и наличии поступательно движущихся массы определяется формуле:

(кг*м2), (2.1)

где - коэффициент, учитывающий инерционность вращающихся частей редуктора;



- радиус приведения, который определяется по соотношению линейной скорости поступательного движущегося элемента и угловой скорости двигателя:

Значение КПД механической передачи зависит от коэффициента её загрузки по мощности (моменту) и определяется по формуле (12):


,

где - номинальный КПД передачи;

КЗ – коэффициент загрузки механической передачи со стороны тихоходного вала;

,

где РМЕХ.П., ММЕХ.П. – фактические значения мощности и момента, передаваемые через механическую передачу.

Если линейная скорость поступательно движущегося элемента, например каната, неизвестна,  можно найти, выразив его через радиус элемента, на который наматывается канат. В этом случае:

(М/с); (1/с); ;

Следовательно,

Отсюда ;


  1. Для определения эквивалентной жесткости системы необходимо сначала найти приведенные жесткости всех упругих элементов. Для вращающихся элементов, подвергающихся скручиванию, они находятся по формуле

(Н*м)

Сi – действительная жесткость при скручивании вала.

В данном примере

(Н*м)

В случае необходимости действительную жесткость (например ) вала можно рассчитать по формуле:


(Н*м),

где G – модуль упругости при сдвиге, Па (например, для стали ); Па=Н/м2

JР – полярный момент инерции, м4;

l – длина вала, м.


где R,d – радиус и диаметр вала, м.

Ориентировочные значения жесткостей валов в промышленных электроприводах (1):
.

Для элементов, подвергающихся деформации сжатия или растяжения, приведенная жесткость определяется по формуле:



,

где  - радиус приведения; Сi – действительная жесткость.

Для канатов приведенная жесткость определяется на единицу длины.

Ориентировочная зависимость жесткостей тросов, канатов разных подъемных установок (1):



,Н.

Приведенная жесткость каната определиться как



(Н/м)

Жесткость каната (стержня) при растяжении и сжатие:



(Н/м)

S – площадь сечения, м2

Е – модуль упругости, Па (Е= Па)

l – длина, м.

Проводить жесткость вала двигателя к расчетной скорости, за которую принята скорость этого вала, не требуется. Она равна действительной жесткости этого вала.

Для определения приведенной жесткости всей системы элементов, подвергающихся деформации скручивания и растяжения, необходимо просуммировать найденные приведенные жесткости элементов с учетом способа их соединения – последовательное или параллельное. При параллельном соединении элементов результирующая жесткость равна сумме.



При последовательном соединении результирующая приведенная жесткость определяется из соотношения:



В данном примере жесткости соединены последовательно, а жесткости - параллельно. Поэтому



;
Эквивалентная жесткость всей системы, в которой приведенные жесткости теперь соединены последовательно, как изображено на рис. 3.1.
или

Рис. 3.1. Эквивалентная схема соединения приведенных жестокостей.


Таким образом формула для определения СЭ будет выглядеть:

!

Если требуется получить расчетную схему механической части электропривода с учетом жестокостей упругих элементов и свести её к двухмассовой схеме необходимо, проанализировать какие упругие элементы можно считать абсолютно жесткими, а жесткостью каких элементов пренебрегать нельзя. Инерционные массы элементов, которые будут сочтены абсолютно жесткими, следует просуммировать и получить 2 инерционные массы, между которыми жесткостью пренебрегать нельзя. В результате будет полученная 2-х массовая расчетная схема.



Если, например, в рассмотренной выше кинематической схеме в результате расчетов жесткость окажется значительно меньше (по меньше мере на порядок) эквивалентной жесткости последовательно соединенных жесткостей , то этой эквивалентной (большей) жесткостью можно пренебречь и расчетная схема механической части электропривода будет представлена в виде рис. 4.1., где 1-я инерционная масса J1, включает в себя момент инерции двигателя, редуктора и барабана, а 2-й инерционной массой J2 является момент инерции груза .

Рис. 4.1. Расчетная схема двухмассовой упругой механической системы (ДУМС)

В этой схеме:

;

Математическое описание (уравнение движения)

ДУМС:

где 1,2 – углы поворота валов первой и второй масс.

МУ – момент упругого сопротивления.

Ниже в табличном виде приведены формулы, используемые при синтезе расчетных схем МУЭП(7)


№ п/пПриведение от вращательного к вращательному движениюПриведение от поступательного к вращательному движениюПриведение от вращательного к поступательному движению1 2 3 4 5 6

  • Примечание:

  1. В таблице применены общепринятые обозначения величин при вращательном и поступательном движении.

  2. Индекс «К» соответствует вращательному, индекс «g» - поступательному движению.

  3. Принято, что КПД передач



  1. Пример синтеза упругих механических систем

На рис. 5.1. приведена кинематическая схема МЧЭП подъемного устройства.

М 1


С1

М1

Б
МЧД
1

С2


J2, 2
J1, MC

2
М2

C3

m, V
Рис. 5.1. Кинематическая схема МЧЭП подъемного устройства.


Дано:

  1. скорость вращения 1-го вала 1/с

  2. момент инерции 1-го вала кг*м2

  3. момент инерции 2-го вала кг*м2

  4. передаточное число МПУ i=10

  5. линейная скорость груза V=2.6 м/c

  6. диаметр каната ДК=19 мм

  7. сечение каната SК=1,5 см2 (1,5 * 10-4 м2)

  8. длина каната lК=100м

  9. диаметр 1-го вала Д1=75 мм, длина l1=300 мм

  10. диаметр 2-го вала Д2=100 мм, длина l2=400 мм

  11. радиус барабана RБ=0,25 м

  12. масса груза m=3000 кг

  13. масса каната принята сосредоточенной в центре тяжести поднимаемого груза

  14. результирующий КПД передач П=0,95

РЕШЕНИЕ:


Коэффициент жесткости 1-го вала:
Нм/рад
где G=8,3*1010 Па Па = Н/м2
- полярный момент инерции вала, м4.

d1 – диаметр вала, м


Коэффициент жесткости 2-го вала:

Н*м/рад

  • Коэффициент жесткости каната

Н/м

где (Н/м2) – модуль упругости каната

SK – сечение каната, м2
Приведенные к валу двигателя жесткости:
Н*м/рад ( Н.м)

Н*м/рад

Нм/рад
Жесткости С1.ПР и С2.ПР включены последовательно, поэтому их эквивалентная жесткость:



Приведенный момент инерции барабана (второго вала):
кг*м2

Приведенный момент инерции груза:

кг*м2

Момент статического сопротивления МС на валу двигателя:
Н*м

Тогда расчетная схема МЧЭП (трехмассовая упругая система)



Уравнения движения 3-х массовой системы:

(матем. описание)



Математическое описание в операторной форме и структурная схема приведены в (1, с 47)


2) Синтез двухмассовой системы.

Пусть ,



;

Тогда расчетная схема выглядит:


МУ


  • Математическое описание в дифференциальной форме:




кг*м2

Математическое описание в операторной форме и структурная схема (1,с. 49)


3)Одномассовая расчетная схема МЧЭП

Пусть , т.е. Сi= (нет деформации).






кг*м2
- уравнение движения в дифференциальной форме.


- уравнение движения в операторной форме.
(Р)

МС(Р)

Расчетная схема одномассовой системы.

Пример синтеза даухмассовой упругой механической системы изложен в (1, с.36)




следующая страница >>



Трудно быть эффективным и не противным. Фрэнк Хаббард
ещё >>