МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» __________________________________________________________ Ю.Н. Дементьев, С.Н. Кладиев ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ Часть 1 Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2013 УДК 621-83(075.8) ББК 31.291я73 Д42 Дементьев Ю.Н. <...> В пособии изложены основные вопросы проектирования электроприводов постоянного и переменного тока с параметрическим регулированием скорости; рассмотрены принципы построения механической и электрической частей силового канала электропривода. <...> Представлены теоретические основы и методика предварительного выбора мощности, расчета механических и электромеханических характеристик двигателей постоянного и переменного тока в режимах пуска, торможения, реверса и параметрического регулирования скорости электроприводов исполнительных механизмов. <...> Расчеты выполняются в следующей последовательности: – построение диаграмм скорости и нагрузки производственного механизма; 3 бор, определение оптимального передаточного отношения редуктора; – расчет и построение переходных характеристик M f ( )t ханической системе и f t, ) M f (t за цикл работы при M M 2М 1 ( ) f (t, ) при пуске до мип 2 т н в абсолютно жесткой ме12 нимальной скорости с учетом упругой связи двигатель – механизм; – выбор способов пуска, регулирования скорости и торможения в пределах цикла; – расчет и построение характеристик электромеханических f ( )I и механических регулировочных и тормозных резисторов; – расчет переходных характеристик за цикл; – построение диаграммы скорости граммы электропривода M f ( )t f ( )M за цикл работы; расчет пусковых <...>
Проектирование_электроприводов_производственных_механизмов._Часть_1.pdf
УДК 621-83(075.8)
ББК 31.291я73
Д42
Дементьев Ю.Н.
Д42
Проектирование электроприводов производственных механизмов:
учебное пособие. Часть 1 / Ю.Н. Дементьев, С.Н. Кладиев; Томский политехнический
университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2013. – 159 с.
В пособии изложены основные вопросы проектирования электроприводов
постоянного и переменного тока с параметрическим регулированием скорости; рассмотрены
принципы построения механической и электрической частей силового канала
электропривода. Представлены теоретические основы и методика предварительного
выбора мощности, расчета механических и электромеханических характеристик
двигателей постоянного и переменного тока в режимах пуска, торможения,
реверса и параметрического регулирования скорости электроприводов исполнительных
механизмов. Рассмотрены вопросы построения переходных процессов
электроприводов, способы конструирования электрических принципиальных схем
электропривода с параметрическим управлением скоростью и правила их выполнения.
Даны сведения об энергетических показателях электропривода и приведены
примеры расчетов электропривода.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика
и электротехника», а также для студентов дистанционной формы
обучения.
УДК 621-83(075.8)
ББК 31.291я73
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор ТУСУРа
В.А. Бейнарович
Кандидат технических наук, доцент СТИ НИЯУ МИФИ
А.А. Филипас
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2013
© Дементьев Ю.Н., Кладиев С.Н., 2013
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2013
Стр.2
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ .......................................................................... 3
2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ......................................... 3
2.1. Пояснительная записка ......................................................................... 3
2.2. Графическая часть проекта .................................................................. 5
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА ............................................................................ 5
3.1. Построение диаграмм скорости и нагрузки
производственного механизма ................................................................... 5
3.2. Расчет мощности электродвигателя и предварительный
его выбор, определение оптимального передаточного отношения
редуктора ...................................................................................................... 5
3.2.1. Продолжительный режим работы 1S .............................................................. 7
3.2.2. Повторно-кратковременные и перемежающиеся режимы работы 3S … 8S 9
3.2.3. Кратковременный режим работы 2S ............................................................ 10
3.3. Расчет переходных режимов в абсолютно жесткой
или упругой механической системе при постоянных моментах
двигателя и механизма .............................................................................. 13
3.3.1. Абсолютно жесткая механическая система .................................................. 13
3.3.2. Упругая двухмассовая механическая система .............................................. 13
3.4. Выбор способа пуска, регулирования скорости
и торможения в пределах цикла ............................................................... 16
3.5. Расчет и построение электромеханических
f I
и механических f M характеристик за цикл работы.
Расчет пусковых, регулировочных и тормозных резисторов ............... 16
3.5.1. Электропривод постоянного тока с двигателем
независимого (параллельного) возбуждения .......................................................... 17
3.5.2. Электропривод с двигателем постоянного тока
последовательного возбуждения .............................................................................. 21
3.5.3. Электропривод с асинхронным двигателем .................................................. 22
3.6. Расчет переходных процессов в электроприводах .......................... 30
3.6.1. Зависимости (координаты электропривода в переходных режимах): ........ 30
3.6.2. При постоянном моменте сопротивления M constс
с неизменной нагрузкой M constс
f M и сMf
без учета
индуктивности главной цепи двигателя пусковые переходные координаты на i-й
характеристике можно определить: ......................................................................... 31
3.6.3. Переходные характеристики при электромагнитном торможении
без учета индуктивности главной цепи . 32
3.6.4. Расчет переходных процессов электроприводов постоянного
и переменного тока с учетом электромагнитной инерции двигателей ................ 32
3.6.5. Механические переходные процессы при нелинейных характеристиках
........................................................................................ 32
156
Стр.156
3.7. Построение диаграммы скорости и нагрузочной диаграммы
электропривода за цикл работы ................................................................ 32
3.8. Проверка двигателя на перегрузочную способность,
нагрев и допустимую частоту включений ............................................... 33
3.8.1. Проверка двигателя на перегрузочную способность ................................... 33
3.8.2. Проверка двигателя на нагрев ........................................................................ 33
3.8.3. Проверка асинхронного двигателя с к.з. ротором
на допустимую частоту включений в режимах работы S4 и S5: ......................... 35
3.9. Выбор по каталогу резисторов, составление схемы их включения,
проверка резисторов на нагрев ................................................................. 36
3.9.2. Примерная последовательность выбора стандартных резисторов: ............ 36
3.10. Принципиальная электрическая схема силовой цепи
электропривода........................................................................................... 37
3.11. Выбор аппаратуры управления и защиты ...................................... 37
3.11.1. Автоматы, рубильники [Л. 1, 11] ................................................................. 37
3.11.2. Контакторы, магнитные пускатели .............................................................. 38
3.11.3. Защита от аварийных режимов .................................................................... 39
3.11.3.1. Защита двигателя от короткого замыкания
с помощью плавких предохранителей ..................................................................... 39
3.11.3.2. Защита двигателя от короткого замыкания
максимальными токовыми реле ............................................................................... 40
3.11.3.3. Защита двигателя от перегрузки ............................................................... 40
3.12. Энергетика электропривода ............................................................. 40
3.12.1. Энергетика электропривода постоянного тока ........................................... 41
3.12.2.Энергетика асинхронного электропривода .................................................. 52
3.13. Энергетические показатели электропривода ................................. 63
3.13.1.Энергетический (среднецикловой) КПД электропривода .......................... 63
3.13.2. Энергетический (среднецикловой) коэффициент мощности
электропривода .......................................................................................................... 63
4. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ............................... 64
4.1. Справочные и расчетные параметры асинхронного
электродвигателя ........................................................................................ 64
4.1.1. Справочные технические данные электродвигателя ................................... 64
4.1.2. Определение параметров схемы замещения в абсолютных единицах
по параметрам схемы замещения в относительных единицах .............................. 65
4.1.3. Определение параметров схемы замещения в абсолютных единицах
по справочным техническим данным выбранного электродвигателя .................. 68
4.2. Система логического управления пуском двигателя постоянного
тока независимого возбуждения .............................................................. 77
4.2.1. Расчёт реостатного пуска двигателя постоянного тока
независимого (параллельного) возбуждения в три ступени ................................. 77
4.2.2. Проверка адекватности имитационной модели ............................................ 80
4.2.3. Разработка СЛУ пуском ДПТ НВ в функции времени ................................ 81
4.2.4. Разработка СЛУ пуском ДПТ НВ в функции скорости ............................... 84
157
Стр.157
4.2.5. Разработка СЛУ пуском ДПТ НВ в функции тока ....................................... 87
4.3. Энергетика электропривода ............................................................... 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................... 92
Приложение 1 ............................................................................................... 94
1.1. Электродвигатели крановые трехфазные асинхронные серий МТН,
4МТ, 4МТМ, 4МТКН, 4МТК, 4МТКМ .................................................... 94
1.2. Крановые двигатели для работы в составе
частотно-регулируемых электроприводов ............................................ 100
1.3. Электродвигатели рольганговые трехфазные асинхронные серий
АР, АРМ, АРМК ....................................................................................... 103
1.4. Двигатели рольганговые для работы в составе
частотно-регулируемых электроприводов ............................................ 112
1.5. Электродвигатели общепромышленные ........................................ 116
1.5.1. Электродвигатели АД(АИРM)71, АДЕ71 ................................................... 116
1.5.2. электродвигатели 6А80, АД(АИРM)80, 6АЕ80 .......................................... 118
1.5.3. электродвигатели 6А90, АД(АИРM)90 ....................................................... 121
1.6. Электродвигатели трехфазные асинхронные серий АИРМ112,
АИС112, АД(АИРМ)132, АИС132, АД(АИРМ)160, АД(АИРМ)180 . 124
1.6.1. Электродвигатели АИРМ112, АИС112 ....................................................... 124
1.6.2. трехфазные асинхронные двигатели серий АД(АИРM)132, АИС132 ............. 129
1.6.3. трехфазные асинхронные двигатели серий АД(АИРM)160, 180 ............. 129
1.6.4. Электродвигатели трехфазные асинхронные серий АД(АИРМ)200,
АД(АИРМ)225 .......................................................................................................... 135
Приложение 2 ............................................................................................. 139
Электродвигатели постоянного тока серии 2П ..................................... 139
Приложение 3 ............................................................................................. 154
158
Стр.158