Jдв
В
об/мин
кВт
Ом
А
---
кг·м2
2ПН200М
220
1500
22
0,196
112
0,875
0,8
2ПН225М
220
1000
22
0,261
110
0,82
0,74
2ПН250М
220
750
22
0,174
109
0,81
0,7
2ПН280М
220
530
22
0,322
98
0,83
0,65
Окончательно требуется выбрать только один из четырех двигателей. Для этого необходимо построить энергетические характеристики каждого, а затем
(по необходимым условиям и параметрам) выбрать соответствующий тип двигателя механизма подъема.
2.2.2 Определение характеристик двигателя.
Для построения энергетической характеристики каждого двигателя необходимо рассчитать следующие параметры:
Номинальную угловую скорость двигателя:
,рад/с (2.6)
где n – номинальная частота вращения двигателя.
Номинальный вращающий момент двигателя:
Н·м. (2.7)
.
Так как двигатель постоянного тока допускается перегружать по току в раза, то значение расчетного крутящего момента можно принять равным
2.2.3 Построение характеристик выполняется в координатах Ω(М), Рэнерг(М).
Рисунок 3 – Энергетические характеристики ДПТ с Рном=22 кВт.
2.2.4. Определение требуемых характеристик механизма подъема.
Требуемый момент для подъема груженого грузозахватного устройства:
, Н·м (2.8)
где Q – вес скипа с грузом, Q=141340Н; Dбар – диаметр барабана, Dбар=0,54м.
Н·м.
Требуемая угловая скорость для подъема грузозахватного устройства:
, рад/с. (2.9)
где Vп – линейная скорость подъема, Vп=0,13 м/с.
.
2.2.5 Определение передаточного числа редуктора.
Расчет ориентировочного значения передаточного числа редуктора.
, (2.10)
Определение ожидаемой линейной скорости на выходе редуктора с ориентировочным передаточным числом
, м/с (2.11)
,
,
,
,
Полученные значения удовлетворяют принятому условию: .
Исходя из массогабаритных параметров, требований, ограничений, связанных с выбором редуктора (максимальная скорость вращения входного вала ограничена 1800 об/мин), выбираем двигатель с номинальной мощностью 22 кВт и частотой вращения 530 об/мин, т. е. двигатель 2ПН280м.
2.2.6 Определение реального передаточного числа и пересчет линейной скорости с учетом редуктора.
Реальное передаточное число выбирается из ряда (для цилиндрических трехступенчатых редукторов): 31.5,40,50,56,63,80,100,125,160,200.
Соответственно выбираем для двигателя 2ПН280м ближайшее наибольшее передаточное число, .
Пересчитываем линейную скорость
, м/с (2.12)
Полученная скорость удовлетворяет условию:
(2.13)
Выбранное передаточное число удовлетворяет разнице скоростей.
Исходя из ранее перечисленных ограничений и оптимальных параметров системы, выбираем двигатель 2ПН280м со следующими параметрами:
Напряжение Uя ном=220 В;
Номинальная мощность Pном=22000 Вт;
Номинальный ток якоря Iя=98 А;
КПД h=83%;
Момент инерции якоря двигателя Jдв=0,65 кГ·м2;
Сопротивление якорной обмотки Rя ном=0,322 Ом;
2.3 Выбор редуктора.
Выбор редуктора осуществляется по параметрам выбранного двигателя и рассчитанным характеристикам: , кВт, , Н·м.
Выбираем редуктор цилиндрический трехступенчатый типа 1ЦЗН-500 с основными параметрами:
Крутящий момент на тихоходном валу, кН·м:
Min……........…………42000
Max………….......……56000
Передаточное число…………………………………………...........……….100
КПД, %……………….………………………………………...............…….0,97
Номинальная передаваемая мощность, кВт: Min…………....………….39 . Max…………..………….196
Масса, кг………………………..…………………………………..........…2120
Частота вращения быстроходного вала, об/мин, не более……......…….1800
2.4 Расчет широтно-импульсного преобразователя (ШИП).
2.4.1 Исходные данные для расчета.
Рассчитаем транзисторный ШИП для управления двигателем постоянного
тока ДПТ (типа 2ПН280м) по цепи якоря в динамическом режиме.
Данные двигателя:
- номинальное напряжение В;
- номинальная мощность Вт;
- номинальный ток якоря А;
- номинальная частота вращения об/мин;
- момент инерции якоря двигателя кг·м2;
- сопротивление якорной обмотки Ом;
- индуктивность якорной цепи двигателя
Гн (2.14)
Для получения линейных характеристик по каналу управления примем для ШИП симметричный закон коммутации силовых ключей .
С учетом номинального напряжения Uн, потерь на силовых ключах в режиме насыщения ΔUк и необходимости 20-% запаса по напряжению, выбираем источник питания с напряжением
, В (2.15)
где Uk – потери напряжения на насыщенном силовом ключе, В.
.
Ток якоря двигателя в динамических режимах может превышать Iн в 2,5÷4 раза, поэтому расчетный ток силового транзисторного ключа принимаем
=392, А (2.16)
2.4.2 Выбор силовых полупроводниковых элементов.
Выбираем для транзисторного ключа IGBT-модуль CM400DU-12F (Mitsubishi Electeric)
со следующими параметрами:
- напряжение коллектор-эмиттер, Uкт, В……………………………..........600
- напряжение насыщения коллектор-эмиттер, Uктнас, В………......……...2,2
- максимальный ток коллектора, Iкmax, А...……………………......……...400
- импульсный ток коллектора, Iкн, А...…………………………..................800
- время включения, tвкл, c……………………………………….............0,4·10-6
- время выключения, tвыкл, c………………………………….........…...0,7·10-6
- тепловое сопротивление «переход-корпус», Rтеп, ºС/Вт…..........…..….0,12
- мощность рассеяния на коллекторе, Ррк, Вт….……..………….........….1100
Выбираем диод, шунтирующий IGBT-модуль, например диод Д161-400 со следующими параметрами:
- действующий ток, IVD, А………………………………........…………….400
- пороговое напряжение, U0, В…………………………………..................1,35
- динамическое сопротивление, RVD, Ом………..…………........………..0,002
- сопротивление при типовом охладителе и естественном охлаждении, RVDT, ºС/Вт…..…………....................................................…………….......................0,55
максимальная температура структуры, θpn, ºС………………….........…..140
2.4.3 Определение оптимальной частоты коммутации ШИП.
В связи с применением ненасыщенного ключа коэффициент форсировок на включение и отключение транзистора принимается: К1 = 1, К2 =1.
