Построим все рассчитанные ИХ. На рисунке указаны максимальное и минимальное значение скорости, максимальный и минимальный статический момент, а также ИХ при различных частотах.
Рисунок 5.1 – Графики ИХ при различных частотах
Таким образом, при расчёте данных характеристик учитывалось ограничение задания:
,
.
6. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ РЕКУПЕРАТИВНОМ ТОРМОЖЕНИИ
Задача торможения – остановить двигатель. Рекуперативное торможение – такое торможение, при котором происходит отдача энергии в сеть. Такое возможно, например, при скорости вращения ротора больше синхронной. При частотном регулировании для этого ставится второй комплект полупроводниковых приборов, которые работаю в режиме инвертора, и производится понижение частоты питающей сети. Однако окончательно торможение двигателя происходит на характеристике динамического торможения. Для этого статор двигателя отключается от сети а в 2 фазы двигателя подаётся постоянный ток.
Исходные данные – двигатель работал с моментом со скоростью .
Для определения интенсивности торможения необходимо рассчитать следующее:
Допустимое ускорение:
.
Суммарный момент инерции:
.
Электромеханическая постоянная времени:
.
Максимальный момент при торможении:
.
В то же время критический момент характеристики динамического торможения:
.
Для максимальной интенсивности критический момент должен быть равен максимальному моменту при торможении:
.
Исходя из этого условия, эквивалентный ток динамического торможения равен:
.
Построим характеристику динамического торможения:
.
График характеристики динамического торможения. На нём указана:
-искусственная характеристика, на которой работал двигателя,
-максимальный статический момент,
-максимальный момент торможения,
-динамическая характеристика торможения.
Рисунок 6.1 – Характеристика динамического торможения
7. ОЦЕНКА НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Так как привод оснащен частотным регулятором, то его характеристики имеют одинаковую жесткость независимо от частоты. Поэтому можно рассмотреть одну характеристику, например ту, на которой осуществляется подъём груза с максимальной скоростью. В таком случае при изменении момента от до частота вращения двигателя меняется от до .
Абсолютное изменение скорости:
.
Относительное изменение скорости:
.
Видно, что относительно изменение скорости при изменении момента от 0 до не превышает 15%. Логично предположить, что при изменении момента от 0 до Mн<Mс1 относительное изменение скорости также не будет превышать 15%. Таким образом можно сделать вывод, что для стабилизации скорости нет необходимости вводить обратную связь с каким бы то ни было коэффициентом усиления.
8. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ИЗМЕНЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, МОМЕНТА И ТОКА ПРИ ПУСКЕ И ОСТАНОВКЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ; ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
А) Разгон двигателя.
Так как двигатель питается от преобразователя частоты, то есть возможность создать линейный закон изменения выходной величины:
,
где - допустимое угловое ускорение двигателя.
Чтобы рассчитать его необходимо проделать следующие вычисления:
Пусковой момент:
.
Таким образом, допустимое угловое ускорение:
.
Очевидно, что выполняется условие .
Разгон двигателя можно разделить на 3 периода:
1. Момент увеличивается до Mc1. Скорость равна 0.
Длительность периода – время запаздывания:
Момент двигателя:
.
Скорость двигателя: Начальные и конечные значения момента и скорости: , , , ,
2. Второй период – момент экспоненциально увеличивается до , скорость увеличивается линейно.
Длительность периода – время , где - время, за которое входной сигнал увеличивается до .
.
Момент двигателя:
.
Скорость:
.
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
3. Третий период – разгон по искусственной характеристики до установившихся значений скорости и момента. Длительность периода - . Момент двигателя:
.
Скорость двигателя:
.
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
Полное время разгона:
Б) Рекуперативное торможение.
При переводе двигателя в режим рекуперативного торможения изменится допустимое угловое ускорение:
Торможение делится на 2 периода:
1. Момент экспоненциально увеличивается до , скорость уменьшается линейно.
Длительность периода:
.
По полученным значениям построим график изменения момента и скорости при разгоне.
Рисунок 8.1 – График изменения момента и скорости при пуске
Момент двигателя:
.
Скорость двигателя:
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
2. Момент и скорость уменьшаются до 0 на характеристики динамического торможения.
Длительность периода - .
Момент двигателя:
.
Скорость двигателя:
.
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
Полное время торможения:
На основании расчётов построим график изменения скорости и момента при торможении.
Рассчитаем теперь переходный процесс спуска груза.
Для осуществления спуска груза предварительно меняют чередование напряжения, подаваемого в статор двигателя. Это приведёт к тому, что двигатель начнёт разгон в 3 квадранте.
Рисунок 8.2 – График изменения момента и скорости при рекуперативном торможении
Пусковой момент:
.
Таким образом, допустимое угловое ускорение:
.
Условие выполняется.
Так как действует условие , то синхронная скорость в этом случае будет равна:
Время первого этапа равно:
Разгон двигателя можно разделить на 2 периода:
1. Первый период – момент экспоненциально увеличивается до , скорость увеличивается линейно.
Время первого этапа равно:
Момент двигателя:
.
Скорость:
.
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
2. Второй период – разгон по искусственной характеристики до установившихся значений скорости выше синхронной и момента. Длительность периода - .
Момент двигателя:
.
Скорость двигателя:
.
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
Полное время разгона:
По полученным значениям построим график изменения момента и скорости при разгоне.
Рисунок 8.3 – График изменения момента и скорости при пуске (режим спуска груза)
Б) Рекуперативное торможение.
При переводе двигателя в режим рекуперативного торможения изменится допустимое угловое ускорение:
.
Выполняется условие .
Торможение делится на 2 периода:
1. Момент экспоненциально увеличивается до , скорость уменьшается линейно.
Длительность периода:
.
Момент двигателя:
.
Скорость двигателя:
Начальные и конечные значения скорости и момента: , ,, .
2. Момент и скорость уменьшаются до 0 на характеристики динамического торможения.
Длительность периода - .
Момент двигателя:
.
Скорость двигателя:
.
Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .
Полное время торможения:
.
На основании расчётов построим график изменения скорости и момента при торможении.
Рисунок 8.4 – График изменения момента и скорости при рекуперативном торможении (режим спуска груза)
После расчёта переходного процесса можно построить тахограмму и нагрузочную диаграмму двигателя.
Рисунок 8.5 – Тахограмма двигателя
Рисунок 8.6 – Нагрузочная диаграмма двигателя
9. ПРОВЕРКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ И ПЕРЕГРУЗКЕ
Для проверки двигателя по нагреву воспользуемся методом эквивалентного нагрева:
Эквивалентный приведённый момент двигателя:
Номинальный момент двигателя:
Соотношение соблюдается, следовательно, перегрева двигателя выше допустимого значения не происходит.
Для проверки двигателя на перегрузочную способность воспользуемся следующим соотношением:
.
Максимальный статический момент:
.
Критический момент:
.
Критический момент при снижении на 10% напряжения:
.
Таким образом, видно, что соотношение выполняется. Это значит, что при максимальном статическом моменте на валу перегрузочная способность сохранится даже при снижении напряжения на 10%.
10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ
КПД электропривода можно рассчитать по формуле:
,
где - кпд двигателя за период работы,
- кпд редуктора за период работы,
- кпд преобразователя.
Для определения кпд двигателя за период работы необходимо рассчитать следующие величины:
Номинальные полные потери в двигателе:
