-рабочий момент на шнеке экструдера: н. м;

-передаточное число редуктора: i – 16 (редуктор типа Ц2У-355 Н-16-13);

-КПД редуктора: ;

-частота вращения шнека регулируемая: w; w;

или: nоб/мин; nоб/мин.

Приведем момент шнека к моменту на валу двигателя, через передаточное число редуктора и его КПД по формуле:

;

(нм)

Зная момент на валу электродвигателя можно найти расчетную мощность двигателя:

где  - коэффициент запаса по мощности, учитывающий динамические режимы работы электродвигателя, когда он работает с повышенными моментами;

;

(Вт)

Переведем угловую скорость вращения вала из рад/с в об/мин:

;

(об/мин);

Целью данного расчета является замена физически и морально устаревшего электродвигателя постоянного тока серии 2П. Исходя из полученных данных, т.е. мощности двигателя  Вт и номинальной частоты вращения ( об/мин). Выбираем электродвигатель из наиболее совершенной серии 6П.

Из справочника наиболее подходящим для данных условий является двигатель 6ПФ250МГУХЛ4. Его основные данные приведены ниже:

Тип двигателя: 6ПФ250МГУХЛ4

 КВТ

 В

 об/мин

 об/мин

КПД=89,0 %

 А

кг-

 Ом

 Ом

 Ом

По сравнению с предшествующими сериями у машин серии 6П повышена перегрузочная способность, расширен диапазон регулирования частоты вращения, улучшены динамические свойства, уменьшены шум и вибрация, повышена мощность на единицу массы, увеличена надежность и ресурс работы.

Питание ДПТ может осуществляться от источника постоянного тока или от тиристорного преобразователя. При питании от ТП допустимый ток якоря уменьшается в зависимости от схемы выпрямления и электромагнитной постоянной времени якорной цепи. Устойчивая работа ДПТ обеспечивается схемой управления электропривода.

Определим конструкционный коэффициент двигателя.

, (4.9)

где -номинальное напряжение питания электродвигателем

-номинальный потребляемый ток электродвигателя

-суммарное сопротивление цепи якоря электродвигателя

-верхняя скорость вращения вала электродвигателя в номинальном режиме

 (4.10)

где -сопротивление якоря, 0,068 (Ом)

-сопротивление добавочных полюсов, 0, 0098 (Ом)

 (Ом) (4.11)

Номинальный ток якоря:

; (4.12)

где -номинальное напряжение питания электродвигателем

-электрическая мощность двигателя, потребляемая из сети:

, (4.13)

-КПД электродвигателя 89%,

 кВт, (4.14)

тогда  А, (4.15)

тогда  (4.16)

4.2 Электродвигатели постоянного тока серии 6ПФ

Предназначены для регулируемых электроприводов главного движения металлорежущих станков с ЧПУ, гибких производственных систем и другого автоматизированного оборудования.

Структура условного обозначения машины постоянного тока 6ПФ250МГУХЛ4:

6 - порядковый номер серии;

П - электродвигатель постоянного тока;

Ф - защищенное исполнение с независимой вентиляцией;

250 - высота оси вращения, мм;

М - условная длина сердечника якоря (М - вторая длина);

Г - наличие встроенного тахогенератора;

УХЛ - климатическое исполнение двигателя;

4 - категория размещения (4 - в закрытом помещении с отоплением и вентиляцией).

Широкорегулируемые повышенной точности с пристроенным тахогенератором постоянного тока и датчиком тепловой защиты, с независимой вентиляцией от пристроенного электровентилятора типа "наездник", степень защиты IР238 по ГОСТ 17494-87, способ охлаждения IС06 по ГОСТ 20459-87.

Расположение вентилятора на торцевой поверхности электродвигателя со стороны коллектора, или на боковой поверхности, сверху. Возможна установка фильтра вентилятора для защиты от попадания пыли вовнутрь. Применена изоляция класса нагревостойкости F по ГОСТ 8865-87.

Группа механического исполнения по ГОСТ 17516.1-90. Конструктивное исполнение по способу монтажа IМ2101 по ГОСТ 2479-79 - горизонтальное, вертикальное валом вверх или валом вниз, крепление за лапы, за фланец.

Режим работы продолжительный S1, допускается работа в режимах S2-S8 по ГОСТ 183-74.

Средний уровень звука при номинальной частоте вращения до 900 мин"1 соответствует классу 1, при номинальной частоте вращения 900 мин" и выше, соответствует классу 2.

Двигатели допускают регулирование частоты вращения напряжением якоря в диапазоне от 0 до 460 В при постоянном моменте, при этом допускается стоянка с моментом, равным половине номинального.

Двигатели допускают регулирование частоты вращения до максимальной ослаблением поля при номинальном напряжении на якоре в диапазоне не менее 1:3 при постоянной мощности.

Условия эксплуатации:

-высота над уровнем моря не более 1000 м;

-температура окружающей среды от 1 до 40°С;

-относительная влажность воздуха до 98% при 1=35°С:

-окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая металлической или другой токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях разрушающих металлы и изоляцию;

-надежность и долговечность;

-вероятность безотказной работы за наработку 10 000ч не менее 0,95;

-средний ресурс до списания 30 000ч;

-средний срок службы 1 5 лет.

4.3 Датчики тока и скорости

Наибольшее распространение в регулируемом электроприводе имеют датчики тока и скорости, необходимые для формирования замкнутых контуров в системе регулирования.

Известны две основные системы образования токовой обратной связи: по переменному току на первичной обмотке трансформатора и по постоянному току цепи якоря двигателя. В данной работе используем второй способ. В этом случае измеренное напряжение снимается с шунта, включенного в цепь якоря двигателя. При этом отпадает необходимость в выпрямлении напряжения, однако чувствительность схемы невелика. Номинальное напряжение, снимаемое с шунта, составляет 0,075 или 0,1 В и нуждается в последующем усилении.

 (4.17)

 (4.18)

 Ом (4.19)

где -напряжение, снимаемое с шунта,  В;

-ток якоря электродвигателя

Данное устройство является стандартным, поэтому с учетом номинального значения тока якоря выбираем шунт типа: номинальный ток которого А, номинальное падение напряжения 75 мВ, класс точности

Определим коэффициент шунта:

 (4.20)

 (4.21)

Выходное напряжение подается на дополнительный усилитель и специальное устройство, которое осуществляет гальваническую развязку силовой цепи от системы управления.

Самым распространённым датчиком обратной связи по скорости в регулируемом электроприводе является тахогенератор. Обратная связь по скорости необходима для создания широкорегулируемого электропривода, поскольку статизм разомкнутой электромеханической системы имеет недопустимо большое значение в нижнем диапазоне регулирования.

Однородность тока тахогенератора и двигателя создаёт определённые удобства при эксплуатации привода, поэтому в подавляющем большинстве случаев применяют тахогенераторы постоянного тока. Стремление уменьшить обратные пульсации требует встройки тахогенератора в двигатель и установки его на якорь электродвигателя. В современных моделях используют тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Передаточная функция тахогенератора соответствует инерционному звену первого порядка:

 (4.22)

где -коэффициент усиления тахогенератора;

-постоянная времени тахогенератора.

Однако постоянная времени тахогенератора невелика ( с) и часто в расчетах подобной величиной пренебрегают. В этом случае тахогенератор представляется безинерционным звеном с передаточной функцией:

, (4.23)

Величину коэффициента усиления тахогенератора можно определить по следующей формуле:

 (4.24)

где -номинальное напряжение на якоре тахогенератора;

-номинальная скорость тахогенератора

 (4.25)

 об/мин

Двигатель имеет тахогенератор типа ТС-1, с закрытым встроенным исполнением. Возбуждение тахогенератора от постоянных магнитов. Крутизна напряжения 0,033 , нагрузочное сопротивление не менее 2 кОм. Допустимые кратковременные перегрузки по току при номинальном потоке возбуждения:

в течении 60 секунд,

в течении 10 секунд.

4.4 Время разгона двигателя

Найдем момент инерции шнека:

 (4.23)

где d-диаметр шнека (d=0,9 м);

l-длина шнека (l=2,7 м);

-плотность стали ();

i-передаточное число редуктора (i=16)

 (4.24)

Суммарный момент инерции на валу двигателя:

 (4.25)

где –момент инерции двигателя ();

 (4.26)

Время разгона двигателя найдем по формуле:

 (4.27)

 с

где –дополнительный момент при пуске;

-момент на валу двигателя ().

Дополнительный момент при пуске:

, (4.28)

где –коэффициент перегрузочной способности электродвигателя ()

 (4.29)

Таким образом, нормальное время разгона системы до номинальной скорости составляет 8, 89 с.

5 УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Выпрямление предназначено для преобразования переменного тока в постоянный, и заключается в том, что нагрузка циклически переключается с одной фазы источника переменного напряжения на другую. Такое переключение осуществляется вентилями и называется коммутацией [6].

В управляемом выпрямителе открытие очередного вентиля в общем случае производится со сдвигом на угол регулирования  по отношению к точке естественного открытия (рисунок диаграмма напряжений). Поэтому в интервале 0 проводит вентиль, у которого потенциал анода ниже, чем у вентиля который открывается при угле .

Задерживая момент открытия вентиля по отношению к моменту естественного открытия можно уменьшать среднее значение выпрямленного напряжения. Значит, можно автоматически управлять выпрямленным током или напряжением, и таким образом, получить регулировочную характеристику, необходимую для наших условий, для регулирования скорости двигателя.

Задано обычно бывает среднее значение выпрямленного напряжения  и выпрямленного тока . В нашем случае для расчета выпрямителя заданными являются номинальное напряжение электродвигателя  и потребляемый им ток в номинальном режиме .

Среднее значение выпрямленного напряжения  равно высоте прямоугольника с основанием, равным длительности периода пульсации, и с площадью, равной площади заштрихованной на рисунке 5.1.

В тиристорном управляемом электроприводе, наибольшее распространение нашли мостовые схемы выпрямления. Сравнение трехфазных схем преобразователей показывает, что мостовые тиристорные схемы обеспечивают более высокое значение выпрямленного напряжения, меньшую переменную составляющую, более высокую частоту пульсаций. Применение трехфазных мостовых схем обусловлено оптимальным соотношением между значением обратного и прямого напряжения на вентилях и питающим напряжением.

Произведем расчет и выбор основных элементов схемы нереверсивного тиристорного преобразователя, построенного на трехфазной управляемой мостовой схеме выпрямления для работы на двигатель постоянного тока типа 6ПФ250МГУХЛ4.

Определим напряжение условного холостого хода тиристорного преобразователя при номинальной скорости вращения вала двигателя:

 (5.1)

где –среднее значение выпрямленного напряжения на якоре электродвигателя;

-падение напряжения на активном сопротивлении сглаживающего дросселя;

-возможное изменение напряжения на выходе тиристорного преобразователя, вызванное колебанием напряжения в питающей сети переменного тока;

-среднее значение падения напряжения на тиристорах

 (5.2)

С целью увеличения жесткости механической характеристики электродвигателя при работе его от тиристорного преобразователя сглаживающий дроссель должен иметь минимальное активное сопротивление (потери). Для большинства систем равно:

  (5.3)

Принимаем

Среднее значение падения напряжения на тиристорах:

 (5.4)

где –напряжение спрямления вольтамперной характеристики, снятой на постоянном токе;

-динамическое сопротивление тиристора;

-номинальный ток двигателя.

Если положить, что в качестве тиристоров будут выбраны вентили с классификационным падением напряжения средней группы ,то величины и можно определить по следующим приближенным формулам:

 (5.5)

 (5.6)

 (5.7)

 (5.8)

где –номинальный тиристорный ток;

 (5.9)

 (5.10)

Тогда:

 (5.11)

Напряжение на выходе преобразователя при условном холостом ходе без учета возможных колебаний напряжения в питающей сети равно:

 (5.12)

Учитывая колебания напряжения сети переменного тока, , величина  должна быть увеличена:

электропривод мощность постоянный ток

 (5.13)

 (5.14)

Найдем реальное напряжение холостого хода тиристорного преобразователя при :

 (5.15)

 (5.16)

где -линейное напряжение сети.

Так как , то точный расчет всех напряжений не требуется.

Так как наш двигатель наш двигатель может работать если частота пульсаций выпрямленного напряжения не более 15%, то для ограничения пульсаций ставится сглаживающий дроссель.

5.1 Выбор тиристоров

Выбор тиристоров осуществляется по максимально допустимым току и напряжению.

В паспортных данных на тиристоры указывается предельное (максимально допустимое среднее за период) значение тока , длительно протекающего через тиристор, Это значение тока дается для классификационной схемы однофазной однополупериодной схемы выпрямления с активной нагрузкой при частоте 50 Гц, синусоидальной форме тока, угле проводимости 180°, максимально допустимой температуре корпуса [7].

В классификационной схеме при активной нагрузке ток тиристора имеет форму, показанную на рисунке 5.3. Для классификационной схемы среднее значение тока , протекающего через тиристор, является предельным.

В тиристорных преобразователях, работающих на якорь или обмотку возбуждения ДПТ НВ, условия работы тиристора отличаются от тех, для которых в паспорте указывается предельное значение тока . Так угол проводимости X может отличаться от 180°, а форма тока отличаться от представленной на рисунке 5.3. Например, в трехфазных схемах управляемых выпрямителей при работе в области непрерывных токов, ток тиристора имеет форму, близкую к прямоугольной (рисунок 5.4) и угол проводимости , равный 120° .

Коэффициент амплитуды тока для классификационной схемы:

где –максимальное значение тока, протекающего тиристор

Коэффициент формы тока для классификационной схемы:

где –действительное значение тока, протекающего через тиристор

Расчетное значение тока тиристора определяется из выражения:

 (5.17)

,

где –коэффициент запаса по току, который исходя из надежности работы тиристора, устанавливается равным

-коэффициент формы тока для заданной схемы выпрямления и соответствующего этой схеме угла проводимости

-коэффициент, учитывающий условия охлаждения тиристоров

-коэффициент формы тока для классификационной схемы выпрямления.

Среднее значение тока , протекающего через тиристор, определяется из выражения:

 (5.18)

Тиристоры обладают небольшой перегрузочной способностью по току, в связи, с этим при работе силовой схемы на якорь электродвигателя среднее значение тока тиристора следует определять с учетом возможных перегрузок по току, возникающих при пуске электродвигателя:

Поэтому максимальное значение тока нагрузки  следует определять из условия:

 (5.19)

где –коэффициент кратности пускового тока электродвигателя ().

 (5.20)

Выбор тиристора по току производится на основании вычисленного предельного значения тока  с учетом условия:

 (5.21)

При выборе тиристоров по напряжению необходимо исходить из напряжения (ЭДС) холостого хода преобразователя с учетом возможного повышения напряжения питающей сети (обычно на 10-15%).

В паспортных данных на тиристоры указывается повторяющееся напряжение, определяемое как максимально допустимое мгновенное значение напряжения, прикладываемого к тиристору. Расчетное значение повторяющегося напряжения  для трехфазной мостовой схемы выпрямителя определяется из выражения [8]:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9