Mechanikos diplominis darbas

Turinys

1. Mechanizmo ir technologinio proceso aprašymas 4
2. Elektros mašinos parinkimas 9
3. Variklio parametrų skaičiavimas 13
4. Smagratinio momento skaičiavimas 15
5.Variklio tikrinimas įšilimui 18
6. Tiristorinio įtampos keitiklio – asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos 22
7. Asinchroninių pavarų greičio reguliavimo sistemos funkcinė schema 26
8. Tachogeneratoriaus parinkimas 26
9. Greičio reguliavimo kontūro stiprinimo koeficiento skaičiavimas 27
10. Variklio mechaninė charakteristika kai statoriaus srovė pastovi 29
11. Asinchroninės elektros pavaros su tiristoriniu įtampos reguliatoriumi statinės

charakteristikos skaičiavimas 31
12. Srovės reguliavimo kontūro elementų skaičiavimas 33
13. Tiristorių parinkimas ir jų apsauga 34
14. Tiristorinio įtampos keitiklio perdavimo koeficientas 35
15. Asinchroninio variklio perdavimo funkcija 36
16. Filtro perdavimo funkcija 38
17. Techninis asinchroninio variklio linearizavimas ir reguliatorių parinkimas 39
18. Darbų sauga 47
19. Pavaros charakteristikos 48
20. Literatūros sąrašas 49

1 pav. Bendras tiltinio krano vaizdas 4
2 pav .Tiltinio krano perstūmimo mechanizmo kiinematinė schema 4
3 pav. Krano variklių darbo režimų mechaninės charakteristikos 8
4pav. Detalizuota pavaros kinematinė schema 15
5pav. 1-os movos supaprastintas vaizdas 16
6pav. 2-os movos supaprastintas vaizdas 16
7pav. Pavaros apkrovos diagrama 21
8pav. Tiristorinio keitiklio – asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos 25
9pav Pavaros greičio automatinio reguliavimo sistemos funkcinė schema. 26
10pav.Tachogeneratoriaus jungimo schema 26
11pav. Tiristorių valdymo sistemos charakteristika 28
12pav. Statinės mechaninės charakteristikos 31
13pav Transformatoriaus jungimo schema. 33
14pav. Matematiškai linearizuoto asinchroninio variklio struktūrinė schema 36
15pav. a – linearizuotos pavaros funkcinė schema; b – struktūrinė schema; c – linearizuojančio elemento struktūrinė schema 39
16pav. Linearizuojančio elemento įėjimų ir išėjimų signalų su masteliais paaiškinamoji schema 44
17pav. Linearizuojančio elemento įėėjimų ir išėjimų aiškinamoji schema 45

I. MECHANIZMO IR TECHNOLOGINIO PROCESO APRAŠYMAS

1. TILTINIŲ KRANŲ TILTO PASKIRTIS IR KONSTRUKCIJA

Įvairių pramonės šakų gamyklų vidaus transporte vieni iš labiausiai paplitusių kranų yra tiltiniai kranai.

Tiltinis kranas, kurio bendro vaizdo schema parodyta 1 pav., sudarytas iš dviejų pagrindinių dalių –

tilto 1 ir vežimėlio 2.

Krano tiltas – tai ištisai plieninė konstrukcija. Tilto pagrindinės dalys yra dvi išilginės sijos 3, besiremiančios į tilto skerssines sijas 4. Skersinių sijų galuose yra tilto ratai 5, kuriais visas kranas gali važinėti pokraniniais bėgiais 6 išilgai krano aptarnaujamos patalpos.

Ant krano išilginių sijų esančiais bėgiais važinėja krovinių kėlimo vežimėlis.

Kai kranas skirtas iki 10 t kroviniams kelti, krano tiltas gali turėti ne dvi pagrindines išilgines sijas, bet vieną. Šiuo atveju vietoj vežimėlio po krano sija kabinamas elektrinis telferis. Tiltiniai kranai, turintieji elektrinį telferį, paprastai vadinami sijiniais kranais.

1 pav. Tiltiniotinio krano bendro vaizdo schema

Krano tilto išilginės sijos gali būti gaminamos iš ištisinių valcuotų dvitėjinių profilių, gali būti suvirinamos iš lakštinio plieno arba gali būti iš santvarų.

Dabartinių tiltinių kranų keliamoji galia yra labai įvairi. Yra kranų, galinčių kelti ikki 500 t krovinius. Anga tarp pokraninių bėgių siekia iki 32 m. Krovinių kėlimo greitis yra 10 – 40 m/min, vežimėlio pervažiavimo greitis – 20 – 60 m/min, o krano tilto – 60 – 140 m/min/

Pastaruoju metu, žymiai didėjant pramoninių pastatų angoms, projektuojami tiltiniai kranai, kurių atstumas tarp pokraninių bėgių siekia 55 m.

Jėgos šaltinio atžvilgiu tiltiniai kranai esti elektriniai ir rankiniai. Rankiniai tiltiniai kranai naudojami iki 20 t kroviniams kelti.

Krano tiltas turi pervažiavimo mechanizmą 8,o jo perstūmimo mechanizmo kinematinė schema ( 2 pav. ) :

2 pav. Tiltiniotinio krano perstūmimo mechanizmo kinematinė schema

Kranas yra sumontuotas ant keturių ratų , iš kurių du

u yra varomi elektros variklio per vertikalų reduktorių . Ratų ir reduktoriaus velenai yra sujungti movomis. Krano tilto pervažiavimo mechanizmas montuojamas vienos kurios tilto išilginės sijos šone.

Kaip taisyklė, tiltinio krano važiuoklės elektros pavaroje yra naudojami dviejų briaunų ratai, kurių atstumas tarp briaunų didesnis už bėgio galvutę 10-20 mm.

Vežimėlis taip pat turi pervažiavimo mechanizmą 10 ir krovinių kėlimo mechanizmą 9.

2. KRANO ELEKTROS VARIKLIŲ DARBO REŽIMAI IR MECHANINĖS CHARAKTERISTIKOS
3 paveiksle atvaizduotos supaprastintos krano kėlimo ir perstūmimo elektros variklių mechaninės charakteristikos, esant pagrindiniams darbo režimams. I ir III ketvirčiuose yra variklio režimo charakteristikos, II ir IV—stabdymo režimų charakteristikos. Žymėjimai paveiksle: Mv — variklio sukimo momentas, Mst — statinės apkrovos momentas.
Variklio režimas. Tarkime, kad kėlimo variklis įjungtas taip, kad jo mechaninė charakteristika yra 1. Tada, kai apkrovos momentas Mst=M2, variklis, dirbdamas greičiu n2, kelia krovinį. Šiuo atveju variklio momento kryptis sutampa su judėjimo kryptimi ir yra priešinga statinės apkrovos momento krypčiai.
Variklio režimas taikomas taip pat nuleidžiant lengvus krovinius arba tuščią kablį, kai kėlimo mechanizmo stabdymo momentas (trinties momentas) yra didesnis už tą momentą, kurį sukuria krovinys (kablys). Variklis dirba, pavyzdžiui, pagal charakteristiką 3, išvystydamas momentą Mv=-M6 ir greitį –n6. Sis režimas pavadintas jėgos nuleidimo režimu.
Įjungimas priešinga kryptimi. Esant sunkiam kroviniui Mst=M1 ir tai pačiai kėlimo variklio mechaninei charakteristikai 1, nuleidžiamas krovinys tokiu greičiu, kuris at

titinka — n1. Variklis dirba įjungimo priešinga kryptimi režimu, nes jis įjungtas kėlimui, bet veikiant apkrovos momentui, jo rotorius sukasi priešinga kryptimi. Šiuo atveju varančiuoju momentu yra momentas Mst o stabdymo momentu — variklio momentas Mv. Toks krovinio nuleidimo režimas vadinamas nuleidimo stabdant režimu.
Įjungimo priešinga kryptimi režimas taikomas taip pat krano perstūmimo varikliui stabdyti ir reversuoti, jeigu, pavyzdžiui, kranui judant tiesiogine kryptimi, variklis bus perjungtas atbuline kryptimi.
Rekuperacinis stabdymas. Generatorinio (rekuperacinio) stabdymo režimas sudaromas tada, kai variklio greitis yra didesnis už idealios tuščiosios eigos greitį n0. Tarkime, kad -atvirame ore esančio krano perstūmimo variklis dirbo variklio režimu pagal charakteristiką 2 greičiu n3, nugalėdamas statinį momentą Mst=M3. Staiga krano judėjimo kryptimi papūtė toks stiprus vėjas, kad jis butų galėjęs ne tik nugalėti pasipriešinimą judėjimui, bet ir nustumti kraną, jeigu variklis nebūtų ėmęs kurti stabdymo momentą —M4, sukdamasis greičiu n4>n0 ir rekuperuodamas energiją į tinklą.
Kėlimo varikliui rekuperacinio stabdymo režimas taikomas tada, kai krovinys nuleidžiamas stabdymo režimu, pavyzdžiui, pagal charakteristiką 3, kai Mst=M5 ir |n5|>n0, arba pagal charakteristiką 5, kai momento reikšmė ta pati ir |n’5|>n’0.
Dinaminis stabdymas. Šis režimas sudaromas tada, kai variklis dirba kaip generatorius, apkrautas išorine varža. Jis taikomas, nuleidžiant krovinius stabdymo režimu mažais greičiais (charakteristika 4, taškas M5, -n5), taip pat stabdant pavarą.

3. KRANŲ ELEKTROS ĮRENGIMŲ YPATYBĖS
Tiltinių kranų el

lektros įrengimams budingos sunkios darbo sąlygos kartotiniu trumpalaikiu režimu, kai įjungimų per valandą dažnumas labai didelis, dulkinos patalpos,oras labai drėgnas, temperatūra smarkiai svyruoja, vyksta vibracija. Dėl to kranų elektros įrengimams keliami ypač griežti reikalavimai, kad jie dirbtų patikimai, būtų paprasta ir saugu juos aptarnauti ir lengva gauti didelį našumą. Reikalavimai, keliami kranų elektros įrengimams, yra išdėstyti ,,Bokštinių kranų projektavimo techninėse sąlygose”, ,,Elektros įrenginių įrengimo taisyklėse”, atitinkamuose bendrasąjunginiuose standartuose.
Yra keturi pagrindiniai (pagal jų intensyvumą) kranų mechanizmų darbo režimai: Л — lengvas; C — vidutinis; T—sunkus; BT—labai sunkus. Darbo režimo intensyvumo sąvoka apima: santykinę įjungimo trukmę ĮT, paleidimų dažnumą h (įjungimų per valandą skaičių), aplinkos temperatūrą, krano paros ir metų panaudojimą ir kitus rodiklius. Antai lengvą krano darbo režimą atitinka ĮT=15—25%, h60; vidutinį—ĮT= 15-25%, hl20; sunkų—ĮT= 25-40%, h240; labai sunkų — ĮT=40-60%, h300-600.
Pagrindiniai kranų elektros įrengimai — specialus kranų nuolatinės ir kintamosios srovės elektros varikliai, jėgos kontroleriai, komandiniai kontroleriai, magnetiniai kontroleriai, paleidimo reguliavimo rezistoriai, stabdymo elektromagnetai, galiniai jungikliai ir kt.— dažniausiai yra standartiniai. Todėl įvairių konstrukcijų kranai paprastai komplektuojami iš tokių elektros įrengimų pagal tipines schemas. Kraną maitinančio tinklo įtampa: kintamosios srovės — 220 arba 380 V, nuolatinės srovės — 220 arba 440 V.
Kranų elektros pavarų greitis reguliuojamas elektriniu būdu gana plačiose ribose (paprastų kranų iki 3: 1, specialių kranų, pavyzdžiui montavimo, iki 10 : 1 ir daugiau). Greitį reguliuoti reikia todėl, kad sunkius krovinius pageidautina perkelti mažesniu greičiu, o tuščią kablį, neapkrautą vežimėlį ir t. t.— didesniu greičiu, kad būtų didesnis našumas. Krovinys į vietą nuleidžiamas mažu greičiu, kad tiksliai atsistotų į savo vietą. Elektros pavaros yra reversinės su elektriniu ir mechaniniu stabdymu.
Krano elektros įrengimai parenkami, atsižvelgiant į šiuos pagrindinius veiksnius: krano kėlimo galią, perstūmimo greitį, reikalingą greičio reguliavimo diapazone ir mechaninių charakteristikų kietumą, įjungimų per valandą skaičių, krano panaudojimą kėlimo galios ir laiko atžvilgiu (paros, metų), aplinkos sąlygas.
Kranams, maitinamiems trifaze kintamąja srove, dažniausiai naudojamos asinchroninių elektros variklių su faziniu rotoriumi pavaros, kai variklio sukimosi greitis reguliuojamas rezistoriumi rotoriaus grandinėje. Tokia kėlimo mechanizmų pavara neturi pakankamų mechaninių charakteristikų ir nėra ekonomiška, nes susidaro žymūs elektros energijos nuostoliai paleidimo reguliavimo rezistoriuose, ypač kai greitis reguliuojamas plačiose ribose. Tačiau ji yra gana paprasta, jai nereikia nuolatinės srovės šaltinio.
Kai kuriuose kranuose yra dviejų ir trijų greičių asinchroniniai trumpai sujungti varikliai, kurių sukimosi greitis reguliuojamas laipsniškai, keičiant polių porų skaičių. Kartais naudojami trumpai sujungti varikliai su rezistoriais statoriaus grandinėje, su kuriais galima keisti variklio paleidimo momentą ir reguliuoti greitį.
Kranų asinchroninių variklių greičio sklandaus reguliavimo, keičiant srovės dažnumą, sistemos (sistemos su dažnumo keitikliais) Tarybų Sąjungoje nepaplito, nes jų elektros įrengimų gamyba ir eksploatacija yra sudėtinga, be to, kranams nepakankamai tinka jų charakteristikos. Plačiau naudojamos tokios elektros pavaros sistemos, kuriose greitis reguliuojamas, apkraunant pagrindinį asinchroninį variklį papildoma reguliuojama apkrova (naudojant mechaninį frikcinį stabdį su distanciniu valdymu arba stabdymo generatorių, pavyzdžiui, sūkurinio tipo, kintamosios srovės stabdymo generatorių).
Pastaruoju metu plačiau imta naudoti asinchroninės pavaros sistemas su prisotinimo droseliais statoriaus arba rotoriaus grandinėje ir bekontakčiu valdymu.
Nuolatinės srovės kranų pavaros paprastai daromos su nuoseklaus žadinimo elektros varikliais, turinčiais kranams reikalingas charakteristikas. Tačiau nuolatinė srovė naudojama rečiau, negu kintamoji (pavyzdžiui, kai kuriems unikaliems kranams, galingiems metalurgijos kranams), nes nuolatinei srovei gauti reikalingi keitikliai. Jeigu nuolatinės srovės trolėjų linija turi maitinti tik vieną kraną, tai naudingiau naudoti elektros pavara pagal sistemą generatorius—variklis, panaudojant elektromašininius stiprintuvus (EMS) kaip generatorius arba generatoriaus žadintuvus. Dabartiniu metu ruošiamos ir kranų elektros pavarų sistemos su tiristoriniais keitikliais.
Kranų elektros varikliai ir visos elektrinės grandinės apsaugomi nuo trumpųjų jungimų ir perkrovų, didesnių kaip 200%. Šiluminė apsauga kranuose nenaudojama, nes kranų elektros varikliai apskaičiuoti kartotiniam trumpalaikiam darbo režimui ir žymioms perkrovoms, kurioms esant šiluminė apsauga gali be reikalo juos atjungti. Kranų valdymo schemose turi būti vadinamoji ,,nulinė apsauga”, kad, nutrūkus elektros energijos tiekimui ir vėl atsiradus įtampai, elektros varikliai patys neįsijungtų. Tilto ir vežimėlio perstūmimo mechanizmuose yra galiniai jungikliai, apribojantys mechanizmų eigą į abi puses. Kai ant bėgių kelio yra du ir daugiau tiltų, taip pat ant vieno tilto du vežimėliai, įtaisomi galiniai jungikliai, kad mechanizmai nesusidurtų. Kėlimo mechanizme turi būti galinis jungiklis, apribojantis griebtuvo eigą į viršų.
Kad būtų saugu aptarnauti kraną, duryse, vedančiose iš bėgių kelio arba kabinos į tiltą, numatoma blokuotė, atjungianti trolėjų įtampą, atidarant duris. Visi krano mechanizmai turi turėti stabdžius, o kėlimo mechanizmai — automatinius stabdžius, veikiančius, atjungus maitinimą.
4. KRANŲ ELEKTROS VARIKLIAI IR JŲ GALINGUMO PARINKIMAS
Specialūs kranų varikliai (taip pat metalurgijos kranų varikliai) skiriasi nuo bendrojo naudojimo variklių tuo, kad jų konstrukcija stipresnė, izoliacija šilumai atsparesnė, yra didelis perkrovos pajėgumas, mažesnis rotoriaus sukimo momentas (nes mažesnis skersmuo ir didesnis ilgis). Kranų didelių elektros variklių stovai yra išardomi, dėl to lengviau juos aptarnauti sunkiose eksploatacijos sąlygose.
Kranų elektros variklių katalogų duomenys ir charakteristikos nurodomi kartotiniam trumpalaikiam darbo režimui, kai ciklo trukmė 10 min ir ĮT=15, 25, 40, 60 ir 100%, arba trumpalaikiam darbo režimui, kai ciklo trukmė 30 ir 60 min. Pagrindinį vardinį darbo režimą atitinka ĮT, lygi 25%. Variklių perkrovos pajėgumas vardinio momento atžvilgiu nustatomas taip pat kai ĮT=25%.
Nuoseklaus, mišraus ar lygiagretaus žadinimo nuolatinės srovės kranų elektros varikliai yra 220 ir 440 V įtampos, nuo 2 iki 250 kW galingumo (kai ĮT=25%). Jų sukimosi greitis—nuo 400 iki 1500 aps/min. Šie varikliai yra uždaros konstrukcijos su natūralia ventiliacija. Jie taip pat gali būti apsaugotos prapučiamos konstrukcijos, kai ĮT=100%.
Pagrindinė trifazių asinchroninių kranų variklių serija yra MT. Šios serijos MT ir MTB tipų varikliai turi fazinį rotorių; jų galingumas nuo 1,5 iki 160 kW, sinchroninis sukimosi greitis 600, 750, 1000 aps/min. MTK ir MTKB tipų variklių rotorius yra trumpai sujungtas, slydimas padidintas, galingumas nuo 1,5 iki 40 kW, sinchroninis sukimosi greitis 750 ir 1000 aps/min. MT serijos variklių perkrovos pajėgumas momento atžvilgiu lygus 2,3—3. Variklių konstrukcija uždara, iš išorės apipučiama. MTB ir MTKB tipų variklių izoliacija yra iš B klasės stiklo-žėručio medžiagų. Be pagrindinių MT serijos variklių konstrukcijų, gaminamos jų modifikacijos MTM ir MTKM su F ir H klasių stiklo izoliacija, skirtos sunkaus darbo režimo mechanizmams (kranams, dirbantiems aukštos temperatūros aplinkoje, metalurgijos mechanizmams). Į MT seriją įeina ir dviejų greičių varikliai su trumpai sujungtu rotoriumi.
Pagrindinės konstrukcijos kranų varikliai yra su horizontaliu velenu ir letenomis. Mažo galingumo (iki 15 kW) mechanizmams gaminami taip pat flanšiniai varikliai su horizontaliu velenu.
Kranui parinktas elektros variklis turi tenkinti šiuos pagrindinius reikalavimus:
1. Variklis, dirbdamas pagal duotąjį apkrovos grafiką, neturi perkaisti labiau, negu leistina temperatūra, atitinkanti variklių apvijų izoliacijos klasę.
2. Variklis turi išvystyti tokį sukimo momentą, kurio pakaktų apkrovoms ir leistinoms perkrovoms nugalėti, kai yra normalios sąlygos.
3. Variklis turi įsukti apkrautą mechanizmą per pakankamai trumpą laiką, bet ne per greitai, kad nesusidarytų ‘neleistinai dideli nelabai apkrautų mechanizmų pagreičiai.
Parenkant variklio galingumą, pirmiausia apskaičiuojamos redukuotos (perskaičiuotos variklio velenui) statinės apkrovos. Paskui apytiksliai parenkamas variklis iš katalogo, o po to pasirinktasis variklis patikrinamas, atsižvelgiant į įšilimą (ekvivalentinių dydžių metodu), perkrovos pajėgumą ir įsisukimo sąlygas.

5. KRANŲ REZISTORIAI IR JŲ PARINKIMAS
Kranuose naudojami paleidimo, reguliavimo, stabdymo rezistoriai. Jie ne tik jungiami į pagrindinę grandinę, bet ir naudojami žadinimo ir valdymo grandinėse, taip pat stabdymo ir kėlimo elektromagnetuose. Standartines kranų rezistorių dėžes, aušinamas oru, sudaro elementai, pagaminti iš fechralio, konstantano ir ketaus. Ketiniai elementai yra trapūs, o jų varžos didumas labai priklauso nuo temperatūros, todėl jie, nors ir pigūs, dabartiniu metu vis rečiau naudojami.
Kranų rezistoriai parenkami kartotiniam trumpalaikiam darbo režimui. Vardinis ĮT dydis būna įvairus, žiūrint, kiek įtemptas krano darbas. Kranams, kurių darbo režimas lengvas, rezistoriai apskaičiuojami, kai ĮTv=12,5%, bendrojo naudojimo kranams, kurių darbo režimas vidutinis,—kai ĮT=25%, įtemptai dirbantiems kranams,—kai ĮTv=35%. Ne visi rezistoriaus laipsniai yra vienodose sąlygose įšilimo atžvilgiu: paleidimo metu įjungimo trukmė ilgesnė tų laipsnių, kurie atjungiami paskutiniai, be to, didesnė tikimybė, kad bus įjungti tie patys paskutiniai laipsniai, reguliuojant greitį. Todėl standartuose numatyta vardinę ĮTv reikšmę taikyti tik paskutiniam rezistoriaus laipsniui. Kitiems laipsniams parenkamos tokios ĮT reikšmės, kurios mažėja proporcingai tai rezistoriaus daliai, kuri išjungiama, trumpai sujungus kiekvieną laipsnį. Neišjungiamieji rezistoriai apskaičiuojami pilnos variklio apkrovos srovei ir tokiai ĮT reikšmei, kuri lygi arba netgi didesnė už variklio ĮT reikšmę. Mat, rezistorių įšilimo laiko konstanta žymiai mažesnė už variklio, ir trumpalaikės perkrovos, leistinos varikliui, gali būti pavojingos rezistoriams. Be to, nepriklausomai nuo ĮT skaičiuojamosios reikšmės kiekvienas rezistoriaus laipsnis turi atlaikyti trumpalaikę vardinės srovės apkrova, trunkančią ne mažiau kaip 30 s.

3 pav. Supaprastintos krano kėlimo ir perstūmimo elektros variklių mechaninės charakteristikos

II. ELEKTROS VARIKLIO PARINKIMAS
Bokštinio krano važiuoklės automatizuota elektros pavara
Pradiniai duomenys:

mn = 10,2 t
mv = 4,9 t
mt = 19 t
Drato = 0,4 m
v n = 1,0 m/s
l = 31 m
Iat = 5*In
n = 5 
Del = 3:1
ε = 0,15
1. Statinių momentų nustatymas
Apskaičiuojame apkrauto tiltinio krano tilto pasipriešinimo jėga:

[1-1]

(kN) ;

g – laisvojo kritimo pagreitis ;

g = 9,81 m/s2 ;

f – ratų trinties koeficientas ;

f = 0,05 ;

k1 – kakliuko trinties koeficientas ;

k1 = 0,03 ;

k – papildomų pasipriešinimų koeficientas , nustatytas pagal rato šoninės briaunos trinties į

bėgio galvutę ;

k = 1,5 ;

d – kakliuko guolių diametras ;

d = 0,236 (m) ;

p – leistinas spaudimas į guolį ;

p =
Apskaičiuojame kakliuko guolių diametrą :

(m) ; [1-2]

(m) ;
Apskaičiuojame neapkrauto tiltinio krano tilto pasipriešinimo jėga:

(kN) ; [1-3]

(kN) ;

Apskaičiuojame apkrauto tiltinio krano tilto statinį momentą :

; [1-4]

(Nm) ;

ηred. – reduktoriaus naudingumo koeficientas ;

ηred. = 0.94 ;

FS – statinė pasipriešinimo jėga ;

j – reduktoriaus perdavimų skaičius;
Apskaičiuojame neapkrauto tiltinio krano tilto statinį momentą :

; [1-5]

(Nm) ;
Reduktoriaus tuščios eigos naudingumo koeficientas :

; [1-6]

;

; [1-7]

;

ka – apkrovos koeficientas ;

2. Variklio parinkimas

Pavaros darbo diapazone technologinio mechanizmo statinis momentas ir variklio maksimalus leistinas momentas gali kisti. Variklis nebus perkrautas, jei leistinas apkrovimo momentas bus didesnis už technologinio mechanizmo momentą M  Ms.

Technologinių mechanizmų statinio momento priklausomybė nuo reguliavimo diapazono:

[2-1]
čia D = n/min – sūkių dažnio reguliavimo diapazonas (D = 3);

Msn, Ms – nominalusis ir sūkių dažnio reguliavimo diapazono krašte ( = min) technologinio mechanizmo statiniai momentai redukuoti variklio velenui;

k – laipsnio rodiklis, priklausantis nuo technologinio mechanizmo mechaninės charakteristikos pobūdžio (k = 1).
Asinchroninio variklio ilgalaikis leistinas apkrovimo momentas reguliavimo diapazono krašte:

[2-2]

čia Mn – nominalusis variklio momentas;

sn – nominalusis variklio slydimas (sn = 0,045);

0 – sustabdyto variklio santykinis aušinimo koeficientas (0  0,5);

’n – nominalusis variklio jungimo trukmės koeficientas (’n = 0,15);

kp – koeficientas, įvertinantis variklio įšilimą dėl aukštesniųjų srovės harmonikų (kp = 1,02).
Kad visame reguliavimo diapazone variklis nebūtų perkrautas (M  Ms), nominalusis variklio momentas turi viršyti nominalųjį apkrovimo momentą. Tai įvertiname momento viršijimo koeficientu:

[2-3]

Kadangi ši formulė tinka ilgalaikiam darbo režimui variklį apskaičiuoti, o mūsų mechanizmas dirba trumpalaikio – kartotinio darbo režime, padalinsime darbo ciklą į 3 režimus: paleidimo, stabdymo ir nusistovėjusį. Pirmuosiuose dvejuose režimuose D = 3, o nusistovėjusiame D = 1.

Paleidimo ir stabdymo režimams:

Nusistovėjusiam režimui:

Variklio nominalioji mechaninė galia apskaičiuojama taikant ekvivalentinės galios metodą :

[2-4]

kur:

Pp , Pst , Pnus – paleidimo, stabdymo, nusistovėjusio režimų galios atitinkamai.

tp , tst , tnus , td – paleidimo, stabdymo, nusistovėjusio režimų ir darbo laikai atitinkamai.

Pp =Pst = v  Msn  mech = 52,534  95,93 5,0 = 25197,93 W [2-5]

Pnus = v  Msn  mech = 6,936  95,93 5,0 = 3326,85 W

čia mech – maksimalusis technologinio mechanizmo sūkių dažnis.

Mechanizmo veleno apsisukimai:

, [2-6]

[2-7]

Nominalus variklio sūkių dažnis:

n = (1 – sn) 0 = (1-0,045)  104,72 = 100,01 (rad s-1) [2-8]

čia 0 – sinchroninis sūkių dažnis:

0 = 2  f / p, 0 = 2  3,14  50 / 3 = 104,72 (rad s-1) [2-9]

čia f – tinklo srovės dažnis (f = 50);

p – variklio polių porų skaičius (p = 3).

Atsižvelgiant į kraninių elektros pavarų reikalavimus parenkame paleidimo ir stabdymo laikų vertes:

tp = 6,5 (s)

tst = 2,5 (s)

Paleidimo ir stabdymo metu nueitas kelias:

[2-10]

Nusistovėjusio režimo metu nueitas kelias:

[2-11]

Nusistovėjusiame režime sugaištas laikas:

[2-12]

Darbo laikai:

[2-13]

Įstatę į [2-4] apskaičiuotus duomenis, gausime:

Iš žinynų parenkame artimiausią variklį. Jo pagrindiniai duomenys pateikti lentelėje 1:

Lentelė 1
Tipas PN, kW nN, aps/min Skaičiavimo rezultatai
Mk
Nm Statorius Rotorius J , Nm2

sn sk R’2 ,
 X’2 ,
 X ,
 cos In ,
A I0 ,
A R1.,
 X1.,
 E2 ,
V I2n ,
A R2 ,
 X2 ,
 

nominalus tuščios eigos
MTF312-6 15 955 0,045 0,275 0,291 0,664 10,28 471 0,73 0,085 38 21,4 0,286 0,334 219 46 0,107 0,244 0,81 0,313

3. Variklio parametrų skaičiavimai.

Užduotyje nurodytas reguliavimo diapazonas:

Minimalus statinis projektuojamas variklio greitis:

; [3-1]

318,3 (aps/min)

[3-2]

Nominalus slydimas:

; [3-3]

Nominalus variklio momentas:

; [3-4]

Santykinė paleidimo srovė:

[3-5]
Variklio fazės reaktyvioji varža:

[3-6]

Įmagnetinimo šakos reaktyvioji varža.

; [3-7]

Kritinis slydimas:

; [3-8]

Redukuota rotoriaus aktyvioji varža:

[3-9]

EVJ transformacijos koeficientas:

; [3-10]

Papildomo rezistoriaus rotoriaus grandinėje redukuota varža:

; [3-11]

Papildomo rezistoriaus rotoriaus grandinėje varža:

; [3-12]

Papildomo rezistorius rotoriaus grandinėje galia:

; [3-13]

4. Smagratinio momento skaičiavimas

4 pav. Detalizuota pavaros kinematinė schema

Reduktoriaus ЦД2-75M duomenys pateikti 2.1 – 2.4 lentelėse:
2.1. lentelė
j , kW

,
M, Nm m, kg
22,4 66,5 1000 1455 930

Velenų galų matmenys
2.2. lentelė
Velenas Diametras,
mm Ilgis,
mm
Greitaeigis 55 70
Vidurinis
Lėtaeigis 120 145

Dantračių moduliai ir pločiai
2.3. lentelė
Laipsnis Modulis,
mm Plotis,
mm
I 3 120
II 4,5 180

Dantračių dantų skaičiai
2.4. lentelė
I II
36 32
162 166

Apskaičiuojant smagratinį momentą, velenus ir smagračius laikome vienalytės masės cilindrais ir jų smagratinis momentas apie savo ašį randamas pagal formulę:

[4-1]

čia:

[4-2]

[4-3]

Greitaeigiam velenui su varikliu sujungti parenku movą 1:

1-os movos matmenys :

3 lentelė
d1, [mm] d2, [mm] d3, [mm] L1, [mm] L2, [mm] d′1, [mm] d′2, [mm]
50 85 170 150 110 55 90

5pav. 1-os movos supaprastintas vaizdas

Lėtaeigiam velenui su transmisiniu velenu sujungti – movą 2:

2-os movos matmenys :

4 lentelė
d1, [mm] d2, [mm] d3, [mm] L1, [mm] L2, [mm]
80 200 300 110 230

6 pav. 2-os movos supaprastintas vaizdas

Suminis movų redukuotas smagratinis momentas:

[4-4]

d –movos diametrai

l – movos ilgiai

Reduktoriaus redukuotas smagratinis momentas:

[4-5]
čia: [4-6]
d – smagračio diametras
h – smagračio plotis

Mechanizmo redukuotas smagratinis momentas:

[4-7]

d – rato diametras

h – rato plotis

Apkrauto tilto redukuotas smagratinis momentas:

[4-8]

5. Variklio tikrinimas įšilimui

Parenkame pradinį paleidimo momentą M1 remiantis sąlyga, kad M1  0,85Mk :
M1=M1S  0,85  Mk  0,85  471  400,35(Nm) ; [5-1]
Parenkame perjungimo momentą M2 remiantis sąlyga, kad M2  (1,11,3)Ms :

M2  1,1  Ms  2,36  95,93  226 (Nm) ; [5-2]
Stabdymo pabaigos momentas:

[5-3] sS=0,07-statinį momentą atitinkantis slydimas;

Vidutinis momentas paleidimo metu :

[5-4]

Vidutinis momentas stabdymo metu :

[5-5]

Laikai :

Paleidimo laikas : tp=6,5(s);

Stabdymo laikas : tst=2,5(s);

Darbo laikas : td=35,5(s);

Darbo laikas nusistovėjusiame rėžime tn=td-tp-tst=26,5(s);

Darbo ciklo laikas :

Pauzės laikas : tPAUZĖS=tCIKLO – td =201,2(s);

Parinktos mašinos patikrinimas pagal įšilimą :

[5-6]

čia α = 0,5; β = 0,25;

Mn= 149,99 (Nm) > ME =113,61(Nm);
Variklis yra tinkamai parinktas pagal įšilimą;

6. Tiristorinio įtampos keitiklio – asinchroninio
variklio mechaninės charakteristikos

Energijos keitiklio TĮK-AV mechaninė charakteristika yra dviejų argumentų funkcija s = f(M, ). Imant eilę diskrečių parametro   i  1350 reikšmių gaunama mechaninių charakteristikų s = f(M, i) šeima.
Sudarome ribinę mechaninę charakteristiką s = f(Mrib), kai  = , U1* = 1.

; [6-1]

čia M ir Mk – variklio sukimo momentas ir kritinis momentas;
s ir sk – slydimas ir kritinis slydimas.

Pagalbinė funkcija q(s) užtikrina mechaninės charakteristikos praėjimą per nominalaus ir paleidimo momentų taškus:

; [6-2]

Čia:

q(sp) – funkcijos q(s) reikšmė paleidimo taške:

; [6-3]

q(sn) – funkcijos q(s) reikšmė nominaliajame taške:

; [6-4]

Nominalus slydimas:

[6-5]

– nominalus variklio slydimas.

Kritinis slydimas:

; [6-6]

Paleidimo momentas – Mp:

; [6-7]

Galios koeficiento priklausomybę nuo slydimo galima apskaičiuoti pagal šią formulę:

; [6-8]

čia Re ir Xe – ekvivalentinės variklio fazės aktyvioji ir induktyvioji varžos.

Kontūro pilnutinė varža:

; [6-9]

Redukuota suminė rotoriaus varža:

( ) [6-10]

Ekvivalentinės variklio fazės varžos:

( ) [6-11]

[6-12]

Galios koeficientas, varžų ir srovės fazės reikšmės pateiktos lentelėje 5.

Mechaninės charakteristikos tais atvejais, kai I >  , skaičiuojamos pagal . Variklio įtampos kvadratas santykiniais vienetais randamas iš funkcijos nomogramų.

Mechaninių charakteristikų skaičiavimo rezultatai

Lentelė 5

Tarpiniai duomenys a= a=80 a=90 a=100 a=110 Iat=5*In= 190,00
q(s) Z Xe Re s Mrib cos  U1*^2 M(s) U1*^2 M(s) U1*^2 M(s) U1*^2 M(s) Irib^2 M(s)
-0,0812 0 0,0 0 0 0 0 151,9 0,000
-0,0553 43,77904 9,658458 2,332595 0,010 33,3 0,235 76,423 0,9 30,00 0,6 20,00 0,36 12,00 0,22 7,33 492,6 610,703
0,0611 13,77594 3,999475 4,405296 0,055 184,5 0,740 42,236 0,475 87,65 0,335 61,81 0,205 37,83 0,121 22,33 1465,7 #######
0,1776 12,13238 2,182470 3,210430 0,100 311,6 0,827 34,208 0,46 143,35 0,32 99,72 0,2 62,33 0,123 38,33 3517,9 799,478
0,3069 11,6888 1,556193 2,374914 0,150 404,6 0,836 33,235 0,455 184,08 0,319 129,06 0,202 81,72 0,125 50,57 6465,7 564,713
0,5009 11,47889 1,234204 1,713364 0,225 463,5 0,811 35,767 0,462 214,14 0,322 149,25 0,2 92,70 0,124 57,48 10964,0 381,538
0,5656 11,44559 1,181500 1,572633 0,250 469,3 0,800 36,917 0,465 218,24 0,324 152,07 0,202 94,81 0,123 57,73 12313,3 343,999
0,6950 11,40121 1,110524 1,357066 0,300 469,7 0,774 39,294 0,47 220,75 0,327 153,59 0,205 96,28 0,12 56,36 14695,1 288,454
0,8243 11,37363 1,066000 1,200127 0,350 461,5 0,748 41,613 0,473 218,27 0,329 151,82 0,209 96,44 0,122 56,30 16657,5 250,013
0,9537 11,35522 1,036093 1,080977 0,400 449,4 0,722 43,785 0,49 220,20 0,333 149,65 0,214 96,17 0,124 55,72 18249,2 222,242
1,0831 11,34225 1,014942 0,987530 0,450 436,0 0,697 45,784 0,5 218,00 0,34 148,24 0,216 94,18 0,125 54,50 19534,1 201,438
1,2124 11,33273 0,999371 0,912325 0,500 422,6 0,674 47,607 0,51 215,51 0,35 147,90 0,22 92,97 0,127 53,67 20573,4 185,370
1,3418 11,32551 0,987532 0,850519 0,550 409,7 0,653 49,263 0,525 215,09 0,365 149,54 0,225 92,18 0,13 53,26 21418,2 172,636
1,4711 11,31989 0,978291 0,798837 0,600 397,7 0,632 50,766 0,53 210,76 0,368 146,34 0,229 91,06 0,132 52,49 22109,9 162,321
1,6005 11,3154 0,970918 0,754989 0,650 386,5 0,614 52,131 0,535 206,80 0,37 143,02 0,233 90,06 0,135 52,18 22680,6 153,811
1,7299 11,31176 0,964926 0,717324 0,700 376,3 0,597 53,373 0,54 203,22 0,38 143,00 0,235 88,44 0,136 51,18 23155,2 146,678
1,8592 11,30876 0,959977 0,684623 0,750 367,0 0,581 54,505 0,545 200,00 0,39 143,12 0,241 88,44 0,139 51,01 23553,2 140,616
1,9886 11,30625 0,955835 0,655967 0,800 358,4 0,566 55,539 0,552 197,85 0,392 140,50 0,242 86,74 0,139 49,82 23889,5 135,403
2,1438 11,30373 0,951688 0,625939 0,860 349,1 0,550 56,667 0,568 198,29 0,4 139,64 0,244 85,18 0,14 48,87 24227,8 130,040
2,2473 11,3023 0,949322 0,608126 0,900 343,4 0,539 57,357 0,575 197,45 0,405 139,07 0,246 84,48 0,14 48,08 24421,0 126,905
2,3766 11,30073 0,946726 0,587952 0,950 336,8 0,528 58,158 0,58 195,34 0,41 138,09 0,247 83,19 0,142 47,82 24632,6 123,396
2,4879 11,29954 0,944762 0,572217 0,993 331,5 0,518 58,798 0,595 197,26 0,413 136,92 0,249 82,55 0,143 47,41 24792,0 120,689

8.pav. Tiristorinio keitiklio – asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos
7. Asinchroninių pavarų greičio reguliavimo sistemos funkcinė schema

Reikalingas mechaninės charakteristikos kietumas gaunamas automatiškai reguliuojant pavaros sūkių dažnį.

9 pav. Pavaros greičio automatinio reguliavimo sistemos funkcinė schema

čia Z, kz – filtras (koreguojanti grandis);
A, A2, A3, k1, k2, k3 – stiprintuvai;
BR, k – sūkių dažnio matavimo keitiklis (tachogeneratorius);
SMK, kI – variklio srovės matavimo keitiklis;
NE – netiesinis elementas (srovės atkirčiui);
VS, kvs – tiristorių valdymo sistema.

8. Tachogeneratoriaus parinkimas

Tachogeneratorius parenkamas atsižvelgiant į variklio sūkių dažnį ir reguliatoriaus tikslumą.

Tachogeneratoriaus parametrai
Lentelė 6
Tipas nmax , aps/min nn ,
aps/min Un , V In , A η, % Rin,  Ra , k
ТG-2 2400 955 122.4 0,2 87 39.78 2

Nominalioji tachogeneratoriaus EVJ:

(V) [8-1]

10 pav. Tachogeneratoriaus jungimo schema

Nominalioji tachogeneratoriaus apkrovimo varžą:

() [8-2]
Parenkama tachogeneratoriaus apkrovimo varžą:

()

Tachogeneratoriaus perdavimo koeficientas:

() [8-3]

Daliklio varža R10:

() [8-4]

Parenku МLТ-0,25 tipo rezistorius: (žiūr. principinę schemą)

R10 = 10 

Daliklio varža R9:

() [8-5]

Sūkių dažnio grįžtamojo ryšio perdavimo koeficientas:

Vs [8-6]

Tachogeneratoriaus perdavimo funkcija:

; [8-7]

čia TBR – tachogeneratoriaus laiko pastovioji:

(s) [8-8]

Parenku K50-20 tipo kondensatorių: S – 1000, 50 F; Un = 250 V (žiūr. principinę schemą)

9. Greičio reguliavimo kontūro stiprinimo koeficiento skaičiavimas

Skaičiavimui naudojamos TĮK-AS mechaninės charakteristikos (8 pav.). Charakteristika  = max turi sutapti arba būti kairiau linijos, žyminčios minimalų statinį momentą Msmin = 67,97(Nm) Pagal 8 pav. max = 1100.

Taške a slydimas s1 atitinka minimalų technologinį sūkių dažnį min (s1 = 0,688). Taške b sukimo momentas yra charakteristikoje  = max, šio taško slydimas randamas žinant leistiną statinę sūkių paklaidą :

s2 = s1 – s = s1 –  / 0 = 0,688 – 1,667/ 104,72 = 0,672 [9-1]

Sūkių dažnio paklaida (s) atitinka tiristorių valdymo kampo prieaugį:

 = 1100 – (s1) = 1100 – 530 = 570 [9-2]

čia (s1) – variklio srovės fazė, kai s = s1.

Sūkių dažnio prieaugį  tachogeneratoriaus įėjime atitinka tiristorių valdymo sistemos išėjimo signalo prieaugis . Šių dydžių santykis yra tachogeneratoriaus, filtro, stiprintuvų (A1, A2) ir tiristorių valdymo sistemos perdavimo koeficientų sandauga:

[9-3]

čia ks = k1k2 – stiprintuvų A1 ir A2 bendras stiprinimo koeficientas.

Tiristorių valdymo sistemos charakteristika:

; [9-4]

čia 0 – tiristorių atidarymo impulsų fazė fazinės įtampos nulio atžvilgiu, kai Uv = 0.

11. pav. Tiristorių valdymo sistemos charakteristika.

Tiristorių valdymo sistemos perdavimo koeficientas:

[9-5]

Filtro perdavimo koeficientas kz = 1.

Stiprintuvo stiprinimo koeficientas:

[9-6]

Sūkių dažnio uždavimo įtampa:

V [9-7]

V [9-8]

Užduodančiojo signalo maksimalus ir minimalus perdavimo koeficientai:

[9-9]

Priimsiu užduodančiojo elemento varžą Ruž = 1 k. Apskaičiuosiu jos dedamąsias(žiūr. FIVS plakatą):

R8 = kuž min Ruž = 0,1781000 = 178  – priimu R8 = 180  [9-10]

Parenku rezistorių МLТ-0,25-50 

R7 = kuž max Ruž – R8 = 0,5351000 – 180= 355  – priimu R7 = 360  [9-11]

Parenku rezistorių МLТ-0,5-360 10%

R6 = Ruž – R7 – R8 = 1000 – 360 – 180 = 460  [9-12]

Parenku rezistorių МLТ-0,25-500 10%

10. Variklio mechaninė charakteristika kai statoriaus srovė pastovi

Apribojant variklio srovę galima formuoti pavaros mechaninę charakteristiką, apsaugoti variklį nuo perkaitimo, panaudoti tiristorius su mažesnę nominaliąja srove.

Bet kuriam fiksuotam slydimui asinchroninio variklio srovė tiesiškai priklauso nuo statoriaus įtampos. Tuo pat metu variklio momentas proporcingas įtampos kvadratui, o kartu ir srovės kvadratui. Tuomet bet kurios mechaninės charakteristikos M(s) ir ribinės charakteristikos Mrib(s) momentų santykis lygus tuos momentus atitinkančių srovių kvadratų santykiui:

[10-1]

čia I1, Irib – variklio statoriaus srovės pirmoji harmonika ir statoriaus srovė ribinėje charakteristikoje.

Tekant atkirčio srovei I1at variklio paleidimo momentas turi būti didesnis už statinį technologinio mechanizmo paleidimo momentą M(1) > Msp.

Srovės atkirčio koeficientas:

[10-2]

Pagal užduotį kat = 5.

Mechaninė charakteristika, kai variklio statoriaus srovė I1at – const:

[10-3]

Variklio statoriaus srovė ribinei mechaninei charakteristikai:

[10-4]

11. Asinchroninės elektros pavaros su tiristoriniu įtampos reguliatoriumi statinės charakteristikos skaičiavimas

Pavaros parametrai
Lentelė 7
0 ks kVS, /V kBR, Vmin/aps smax (cos)max kd cosn m0
110 30,844 15,83 0,054 0,15 0,836 0,5 0,73 0,454
Lentelės 7 tęsinys
i0 mp ip n mk sn sk n0, aps/min kt
0,563 2,642 5,061 0,81 3,14 0,065 0,275 1000 1

Skaičiavimų rezultatai

Lentelė 8
Uv = 2,14 Uv = 4,27 Uv = 6,42
m s alfa cos fi m s alfa cos fi m s alfa cos fi
0 0,7145 124,81 0,6992 0 0,4305 124,42 0,7572 0 0,1439 126,21 0,8358
0,2 0,7147 100,63 0,6992 0,2 0,4308 100,29 0,7571 0,2 0,1441 95,98 0,8359
0,4 0,7149 84,52 0,6991 0,4 0,4308 92,26 0,7571 0,4 0,1442 83,9 0,8359
0,6 0,7149 84,52 0,6991 0,6 0,4309 84,22 0,7571 0,6 0,1443 77,86 0,8359
0,8 0,715 76,47 0,6991 0,8 0,431 76,19 0,757 0,8 0,1443 71,82 0,8359
1 0,715 68,42 0,6991 1 0,431 68,15 0,757 1 0,1444 65,77 0,8359
1,2 0,7151 60,37 0,6991 1,2 0,431 68,15 0,757 1,2 0,1444 59,74 0,8359
1,4 0,7151 60,37 0,6991 1,4 0,4311 60,12 0,757 1,4 0,1444 59,74 0,8359
1,6 0,7152 52,33 0,6991 1,6 0,4311 60,12 0,757 1,6 0,1445 47,65 0,8359
1,8 0,7152 52,33 0,6991 1,8 0,4312 52,09 0,757 1,8 0,1445 47,65 0,8359
2,0 0,7152 52,33 0,6991 2,0 0,4312 52,09 0,757 2,0 0,1445 47,65 0,8359

12 pav.Statinės mechaninės charakteristikos

12. Srovės reguliavimo kontūro elementų skaičiavimas

Srovės matavimo keitikliams naudojamas srovės transformatorius, kurio antrinės apvijos apkrautos varžomis R1, R2, R3. Išlyginta įtampa proporcinga variklio srovei. Įtampos dalis, kuri nuo potenciometro R4 per stabilitroną VD patenka į išėjimą (U1), yra srovės grįžtamojo ryšio su atkirčiu signalas.

13 pav. Transformatoriaus jungimo schema

Srovės matavimo keitiklio perdavimo koeficientas:

[12-1]

čia kst – srovės transformatoriaus transformacijos koeficientas;

R = R1 = R2 = R3 – srovės transformatoriaus apkrovimo varžos;

 – potenciometro perdavimo koeficientas.

Netiesinis elementas yra stabilitronas VD su stabilizavimo įtampa Ust.

Apskaičiuojame potenciometro perdavimo koeficientą:

[12-2]

Parinktas stabilitronas VD5 : D815B su Ust = 6,8 V. (žiūr. principinę schemą)
Apkrovimo varžos МLТ : R6 = R11 = R14 = 1,2 , P = 30 W. (žiūr. principinę schemą)
Potenciometras R3 : СP-11,  = 0,61 (žiūr. principinę schemą)

Parenkame srovės transformatorių (lentelė 9):

Srovės transformatoriaus parametrai
Lentelė 9
I1n, A I2n, A P, W R, 
250 5 30 1,2

Stiprintuvo A1 (žiūr. FIVS plakate stiprintuvą A1 )išėjimo įtampa:

[12-3]

Srovės apribojimo paklaida:

[12-4]

Greičio reguliavimo kontūro stiprintuvų stiprinimo koeficientas ks = k1k2 . Siekiant sumažinti srovės reguliavimo paklaidą I1at tenka didinti k2 , todėl tikslinga k1 priimti minimalų(k1 = 1). Tuomet stiprintuvo A1 funkcijos gali būti: varžų suderinimas, signalų sumavimas, išėjimo signalo UA1max apribojimas ir koreguojantis aktyvus filtras.

Stiprintuvo A1 stiprinimo koeficientas:

[12- 5] – priimu k1 = 1, tai reiškia kad stiprintuvo A1 nereikia.

Stiprintuvo A2 (žiūr. FIVS plakate stiprintuvą A2 ) perdavimo koeficientas k apskaičiuojamas santykiu:

, priimsime patogiausią R1 reikšmę: R1 = 2,7 k

R4 = kR1 = 57,8342,7 = 160 k [12-6]

Parenkamos standartinės МLТ-0,25 tipo varžos.

Stiprintuvo charakteristikos

Lentelė10
Tipas Um,nom Uįe.,max Uiš.,max Rįe.,min

V V V k
K140UD7 151,5 12 10,5 2

13. Tiristorių parinkimas ir jų apsauga

Pavaros patikimumas labai priklauso nuo teisingo tiristorių parinkimo ir jų apsaugos.

Maksimali atgalinė tiristorių veikianti įtampa:

[13-1]

čia ksch – schemos koeficientas(TĮK – 6T: N = 0,58);

ku – koeficientas, įvertinantis saviindukcijos ir sukimosi EVJ(Pn > 4,5 kW: ku = 1,8).

Nominalioji tiristoriaus srovė IVSn priklauso nuo variklio maksimalios srovės:

Imax = I1at (1+I1at*) = 190 (1 + 0,03) =195,7 (A) [13-2]

Nominalioji vidutinė tiristoriaus srovė:

(A) [13-3]

čia ka – tiristoriaus aušinimo sąlygas įvertinantis koeficientas(200 A – ka = 0,25);

kf – srovės formos koeficientas (sinusinė srovė).

Maksimalus srovės per tiristorių augimo greitis:

(A/s) = 0,087(A/s) [13-4]
Parinktų tiristorių parametrai
Lentelė 11
Tipas In,
A td,
oC di/dt,

(A/ )
Uatb,
V
КU222В 400 -45.+85 1000 1600

Tiristoriai parenkami taip, kad jų parametrai būtų ne žemesni už apskaičiuotus.
Tiristorių apsaugai nuo trumpojo jungimo srovių naudojami greitai veikiantys saugikliai arba automatai. Automatų poveikio laikas turi būti mažesnis už penkiakartės srovės per tiristorių leistiną laiką.
Apsaugai nuo virš įtampių tiristoriai šuntuojami nuosekliomis RC grandinėlėmis, kurių varža
R = 20 , o talpumas C = 4

14. Tiristorinio įtampos keitiklio perdavimo koeficientas

TĮK – netiesinė reguliavimo sistemos grandis. Keitiklio perdavimo koeficientą galima gauti naudojant keitiklio įtampos nomogramas U1*2 = f(,):

[14-1]

Parinktas darbo taškas:

Diferencijuojama grafiškai pasirinkto darbo taško srityje. Mažiems greičio prieaugiams srovės fazė gali būti laikoma pastovia ( = d = const). Tai supaprastina diferencijavimą. Kampo d reikšmės imamos darbo zonoje pagal 5 lentelę.

Pavarų su TĮK projektavimo patirtis leidžia visame darbo diapazone keitiklio koeficientą laikyti pastoviu.

Tiristorinio keitiklio perdavimo f-ja:

, kur TTK = = 0,0032(s) [14-2]

15. Asinchroninio variklio perdavimo funkcija

Asinchroninės pavaros dinamikai skaičiuoti variklio lygtys linearizuojamos. Tuomet rezultatai teisingi mažiems signalų pokyčiams linearizavimo taško aplinkoje. Tiesinis variklio modelis gali būti naudojamas ir pavaros statikai skaičiuoti, ypač kai greičio reguliavimo diapazonas mažas.
Asinchroninio variklio elektromagnetinės dalies perdavimo funkcija linearizuojama darbo taške , .

14 pav. Matematiškai linearizuoto asinchroninio variklio struktūrinė schema

Variklio momentas linearizavimo taško aplinkoje:

M = M0 + M; [15-1]

čia M0 – variklio momentas linearizavimo(darbo) taške.
Linearizuoto asinchroninio variklio perdavimo funkcija:

; [15-2]

Variklio perdavimo koeficientas:

; [15-3]

Elektromechaninė laiko pastovioji:

; [15-4]

Linearizuoto variklio grandžių perdavimo koeficientai:

; [15-5]

; [15-6]

Variklio perdavimo funkcija priklausomai nuo sd ir sk santykio:

; [15-7]
čia sign – ženklo funkcija:

Projektuojamos pavaros stabilumas ir reguliavimo proceso rodikliai kai kuriuose darbo taškuose skirtingi, nes keičiasi variklio parametrai.

Variklio parametrai linearizavimo taškuose

Lentelė 12
sd U1d* M0,
Nm ke,
Nm k,
Nm kv,
rad s-1 Tm,
s
0,05 0,200 4,610 46,099 93,382 51,696 0,351

0,400 18,439 92,197 373,526 25,848 0,088

0,600 41,489 138,296 840,434 17,232 0,039
0,048 1,000 115,247 230,493 2334,538 10,339 0,014
0,2 0,200 15,433 154,330 43,499 371,541 0,754

0,400 61,732 308,661 173,994 185,770 0,188

0,600 138,897 462,991 391,487 123,847 0,084
0,436 1,000 385,826 771,652 1087,463 74,308 0,030
0,4 0,200 18,836 188,361 0,791 24947,917 41,456

0,400 75,344 376,722 3,163 12473,958 10,364

0,600 169,525 565,083 7,116 8315,972 4,606
0,954 1,000 470,903 941,806 19,766 4989,583 1,658
0,6 0,200 18,076 180,758 -5,949 -3181,905 -5,510

0,400 72,303 361,517 -23,796 -1590,953 -1,377

0,600 162,683 542,275 -53,541 -1060,635 -0,612
1,471 1,000 451,896 903,792 -148,724 -636,381 -0,220
1,0 0,200 15,853 158,532 -4,563 -3638,216 -7,183

0,400 63,413 317,064 -18,252 -1819,108 -1,796

0,600 142,679 475,596 -41,068 -1212,739 -0,798
2,506 1,000 396,330 792,660 -114,077 -727,643 -0,287

Apžvelgus šiuos parametrus galima padaryti išvadas:
1. Kai sd < sk , variklio perdavimo koeficientas ir elektromechaninė laiko pastovioji teigiami, o jų reikšmės kinta plačiu diapazonu. Variklis – inertinė grandis.
2. Kai sd > sk , variklio perdavimo koeficientas ir laiko pastovioji neigiami ir taip pat nepastovūs. Variklis – kvaziinertinė nestabili grandis.

16. Filtro perdavimo funkcija

Filtras Z sumažina trikdžių įtaką automatinio reguliavimo sistemos darbui, taip pat variklio elektromagnetinių pereinamųjų procesų įtaką pavaros pereinamajam procesui.

Filtro laiko pastovioji:

(s) , kur =34.4 [16-1]

[16-2]

Parenku d = 34(s-1)

17. Techninis asinchroninio variklio linearizavimas ir reguliatorių parinkimas

Asinchroninį variklį techniškai linearizavus pavaros ARS – tiesinė. Tuomet projektuojant galima taikyti tiesinių

sistemų projektavimo metodus. Pavyzdžiui, pavaldaus valdymo sistemų projektavimo metodą.

a.

b.

c.

15 pav. a – linearizuotos pavaros funkcinė schema, b – struktūrinė schema, c – linearizuojamo elemento struktūrinė schema.

15 pav. schemų elementų žymėjimai ir jų perdavimo funkcijos:

Z, Wz(p) – filtras;

GR, Wgr(p) – greičio reguliatorius;

LE – linearizavimo elementas;

VS, kvs – tiristorių valdymo sistema;

TK, kTK – tiristorinis įtampos keitiklis;

AV – asinchroninis variklis;

DE – daugybos elementas;

FE – kvadratinės šaknies traukimo elementas.

Pavaros schemoje linearizavimo elementas yra jėgos grandinėje. Sudarant pavaros ARS tikslinga šį elementą perkelti į valdymo signalų grandinę. Pakeitus linearizavimo elemento vietą funkcinėje pavaros schemoje reikia naujai ją sintezuoti.

Linearizavimo elemento išėjimo signalas:

, [17-1]

čia fLE(UGR,Ugr) – linearizuojančio elemento funkcija.

Linearizuojančio elemento funkcijos išraiška:

; [17-2]

Priimama pageidaujama linearizuotos sistemos M=f(Ugr) priklausomybė:

.[17-3]

Galutinė linearizuojančio elemento funkcijos išraiška:

; [17-4]

čia

; [17-5]

Sudarome linearizuojančio elemnto funkciją:

; [17-6]

; [17-7]

Gautus duomenis surašome į lentelę :

Lentelė 13
Ugr0 w Ugr f3(Ugr)
5,655 97,9132 5,332711 3,953

91,9132 5,00593 2,157

85,9132 4,679148 1,643

79,9132 4,352366 1,444

73,9132 4,025584 1,36

67,9132 3,698802 1,325

61,9132 3,37202 1,315

55,9132 3,045238 1,316

49,9132 2,718456 1,324

43,9132 2,391674 1,335

37,9132 2,064892 1,347

31,9132 1,73811 1,36

25,9132 1,411328 1,373

19,9132 1,084546 1,386

13,9132 0,757764 1,398

7,9132 0,430982 1,41

0 0 1,424

Pagal gautus duomenis iš lentelės sudarome funkcijos f3(Ugr)=f(Ugr) kreivę:

Realizuojant linearizuojančio elemento struktūrinę schemą, DE ir FE gali būti standartiniai, o funkciją f3(Ugr) modeliuojantį elementą tenka projektuoti individualiai. Maksimalūs įėjimo signalai gali būti UGRmax=10V, o UVmax gali būti apskaičiuotas. Funkciją f3(Ugr) realizuoti tiesiog pagal išraišką sudėtinga. Labiau priimtinas sprendimas – aproksimuoti šią funkciją paprasčiau realizuojama funkcija. Variklio sūkių dažnio diapazone funkcijos f3(Ugr) kitimo diapazonas . Todėl funkcija f3(Ugr) gali būti realizuota, kai .

Greičio reguliatoriaus perdavimo funkcija:

; [17-8]

Statinė greičio reguliavimo paklaida:

[17-9]

Variklio momentas proporcingas greičio reguliatoriaus išėjimo signalui . Todėl, norint apriboti variklio momentą, reikia apriboti greičio reguliatoriaus išėjimo signalą:

; [17-10]

Maksimali ir minimali greičio uždavimo įtampos apskaičiuojamos taikant formulę:

[17-11]

Elemento realizuojančio kreivę f3(Ugr)=f(Ugr) techninis realizavimas:

1. Aproksimuoju gautąją kreivę f3(Ugr)=f(Ugr) penkiomis atkarpomis ir pagal tai yra parenkami priešįtampių šaltinių reikšmės:

E1=3.7(V);

E2=4.35(V);

E3=4.68(V);

E4=5.33(V);

2. Randu kiekvienos aproksimuotos atkarpos perdavimo koeficientą:

[17-12]
Aproksimuotų atkarpų perdavimo koeficientus pateikiu lentelėje 14:

Lentelė14
Perdavimo koeficientas Reikšmė
k1 1
k2 0,183
k3 0,603
k4 3,55
k5 5,61

3. Paskaičiuoju šaltinio daliklio varžas :

[17-13]

[17-14]

Paskaičiuotas šaltinio daliklio varžas pateikiu lentelėje 15 :

Lentelė 15
Varžos žymuo Gauta reikšmė Pastaba
R72 0,49kΩ
R74 0,58kΩ
R76 0,624kΩ
R78 0,711kΩ
R80 2,0kΩ Varžą priimame

4. Kadangi funkcijos perdavimo koeficientas gavosi daugiau už 1, tai už suprojektuoto elemento,kuris realizuoja mūsų kreivę f3(Ugr)=f(Ugr) statome operacinį stiprintuvą su perdavimo koeficientu kos, kurį paskaičiuojame pagal formulę:

[17-15]

Iš čia [17-16]

Varžą R84 priimame lygią 10kΩ.

5. Parenkame projektuojamo elemento diodus VD27 :

Parinkto diodo parametrai

Lentelė 16
Tipas Ities.,
mA Uat.,
V P,
mW ΔU,
V
D2B 25 30 25 1

Suprojektuotą elementą žiūrėti FIVS plakate.

6. Į linearizavimo elementą(LE) be jau suprojektuoto elemento dar įeina daugybos elementas (DE) ir kvadratinės šaknies traukimo elementas (FE). Šiuos elementus galima parinkti standartinius.

Daugybos elementas (DE) : tipas 140MA1, įėjimo signalo įtampa – 0,15V (žiūr. FIVS plakatą).

Daugybos įtaiso montavimo elementai

Lentelė 17
Montavimo elemento žymuo Reikšmė
R86 15kΩ
R87 15kΩ
R88 270Ω
R89 1kΩ
R90 1kΩ
R91 22kΩ
R92 2,7kΩ
R93 680Ω
R94 15kΩ
R95 18kΩ
R96 680Ω
R97 18kΩ
R98 6,8kΩ
R99 680Ω
R100 6,2kΩ
R101 3,9kΩ
R102 6,8kΩ
R103 360Ω
R104 18kΩ
R105 18kΩ
C29 68nF
VD28 ———-

Kvadratinės šaknies traukimo elementas (FE) : tipas K525PC2, įėjimo signalas – 10,5V. Pastaba: tai yra daugybos elementas,tačiau jeigu sujungsime abu šio elemento įėjimo galus ir į jį paduosime signalą iš operacinio stiprintuvo,tai gausime kvadratinės šaknies traukimo elementą (žiūr. FIVS plakatą).

Kvadratinės šaknies elemento varžų reikšmės

Lentelė 18
Varžos žymuo Reikšmė
R108 5,1kΩ
R109 7,5kΩ
R110 22kΩ
R111 22kΩ
R112 22kΩ

7. Kadangi mano suprojektuotas elementas, daugybos elementas (DE) ir kvadratinės šaknies traukimo elementas (FE) turi atitinkamus mastelius tarp savo įėjimų ir išėjimų, todėl reikia šiuos mastelius įvertinti skaičiavimuose.

16 pav. Linearizuojančio elemento įėjimų ir išėjimų signalų su masteliais paaiškinamoji schema

Suprojektuoto elemento išėjimo įtampa Ux1 :

[17-17]

Greičio reguliatoriaus išėjimo įtampa Ux2:

[17-18]

Suprojektuoto elemento mastelis:

; [17-19]

Greičio reguliatoriaus mastelis:

[17-20]

Daugybos elemento (DE) mastelis:

[17-21]

Kvadratinės šaknies traukimo (FE) mastelis:

m4=0.1 ;[17-22]

17 pav. Linearizuojančio elemento įėjimų ir išėjimų signalų aiškinamoji schema

Skaičiuojame daliklių varžas:

[17-23]

Ra=R106=2kΩ;

[17-24]

R107=2kΩ;

[17-25]

Daugybos elemento išėjimo įtampa:

[17-26]

Kvadratinės šaknies elemento išėjimo įtampa:

[17-27]

Gavome Uišėj.FE įtampą, kurią reikia vėl pastiprinti tiek, kiek mes su varžų dalikliais ją sumažinome. Operacinio stiprintuvo A8 perdavimo koeficientas :

[17-28]

R113=100kΩ;

[17-29]

Parenku operacinį stiprintuvą A8 :

Lentelė19
Tipas Um,nom Uįėj.,max Uiš.,max Rįėj.,min

V V V kΩ
K140UD11 ±15 ±3 ±15 ±12 2

Pavaros pereinamieji procesai

Pavaros programavimo schema

Pavaros pereinamųjų procesų funkcijų skaičiavimas

Greičio reguliatoriaus perdavimo funkcija:

;

;

Randame pereinamiesiem procesams reikalingus duomenis.

Mechanizmo inercijos momentas:

Elektromagnetinė variklio laiko pastovioji:

čia km – sklaidos srautų sąveikos koeficientas km ≈1.
Variklio elektrovaros konstanta:

Invertoriaus laiko pastovioji:

cia: Tv – invertoriaus valdymo sistemos laiko pastovioji Tv =0,02 s;

Tf – galvaninio atskiriklio filtro laiko pastovioji Tf =0,016s.
Srovės grįžtamojo ryšio koeficientas:

Asinchroninio variklio momento koeficientas:

čia:

Ekvivalentinė variklio fazės aktyvioji varža:

Greičio grįžtamojo ryšio koeficientas:

Invertoriaus perdavimo koeficientas:

Srovės reguliatoriaus perdavimo funkcija:

tai
Taip pat pereinamųjų procesų skaičiavimui yra reikalingi pradiniai duomenys, kurie pateikti žemiau esančioje lentelėje.
Rekv ,
Ω CM ,
Nm/A TSR ,
s σ ,
s J ,
kgm kGR ke ,
Vmin/aps kI kSR kSG ,
V/A kGG ,
Vmin/aps Te ,
s
4,627 2,2 0,092 0,036 4,89 11 2,82 108 11,1 0,04 0,0165 0,01

Pavaros struktūrinė schema ir pereinamieji srovės ir greičio procesų grafikai pateikti kituose lapuose, kuri padaryta su MATLAB programa..

Pavaros struktūrinės schemos pereinamiesiems procesams elementų funkcinės reikšmės.

Išvados

1. Variklis pagal įšilima ir maksimalų perkrovimą parinktas gerai. Skaičiavimų eigoje paaiškėjos, kad šios galios variklis atitinka keliamus statikos reikalavimus, todėl buvo parinktas variklis, kurio galingumass – 15 kW.
2. Variklio statiniai rodikliai pasiekti ganėtinai artimi realiesiems. Pavyko gauti užduotojo greičio diapazoną D = 3. Pavaros statinė paklaida neviršija užduotosios reikšmės Dn = 5 %, kai pavara dirba tiek viršutinėje, tiek apatinėje greičio reguliavimo zonoje. Viršutinėjė reguliavimo zonoje paklaida pradeda didėti, kai apkrovos momentas viršija nominalų asinchroninio ventilinio kaskado momentą.
3. Pereinamųjų procesų tyrimas parodė, kad paleidžiant pavarą, kai tiristorių atidarymo kampas yra maksimalus, pavara pasileidžia per 2,5 s. Pavarą neleidžia greičiau paleisti didelis inercijos momentas. Greičio pereinamasis procesas per paleidimo laiką greitis kyla iki maksimalaus variklio greičio. Srovės pereinamojo proceso metu suveikia atkirta ir neleidžia viršyti nustatytos reikšmės 190 A.
4. Pvaros naudingumo koeficientas kinta gana plačiose ribose. Kuo didesnis variklio slydimas, tuo mažesnis pavaros naudingumo koeficientas. Pavaros galios koeficiento priklausomybė nuo slydimo panaši į naudingumo koeficiento ir pats galios koeficientas kinta ribose nuo 0,7 iki 0,84.

18.Darbų sauga

TILTINIO KRANO SAUGIOS BŪKLĖS KRITERIJAI, PALEIDIMO, STABDYMO IR APTARNAVIMO TVARKA

1. Tiltinis kranas bandomas kas trys metai. Techninės apžiūros atliekamos kiekvienais metais. Šiuos darbus atlieka techninės priežiūros tarnyba.
2. Normalus ir be avarinis krano darbas priklauso nuo teisingos jo eksploatacijos, sistemingos priežiūros ir savalaikio rem

Leave a Comment