Горизонтально-ковачная машина (стр. 3 из 4)
Скорость холостого хода:
w0 = p*n0/30 = 3,14159*3000/30 = 314,159 рад/с. (4.7)
Тогда по (4.7):
wн = w0*(1 – Sн) = 314,159*(1 – 0,021) = 307,562 рад/с. (4.8)
Тогда по (4.6):
МН = 160000/307,562 = 520,221 Н*м < 895,559 Н*м.
Однако даже этот двигатель (самый мощный асинхронный двигатель с повышенным скольжением) не обеспечит требуемый момент. Тогда поставим не один, а два одинаковых двигателя (смотри расчёты далее). Причём, оба двигателя приводят во вращательное движение один вал, на котором находится шкив ременной передачи, через дифференциал (конический редуктор, у которого две шестерни и одно колесо). Схема дифференциала с двумя двигателями приведена на рисунке 4.1.
10 – Первый АД с КЗ с повышенным скольжением;
11 – Дифференциал;
10 – Второй АД с КЗ с повышенным скольжением.
Рисунок 4.1 – Схема дифференциала с двумя двигателями
Таким образом, мы ставим два одинаковых двигателя АОС3 315 2У и соединяем их со шкивом через механический дифференциал (конический редуктор), причём в нашем случае принимаем передаточное отношение i = 1. В этом случае:
М∑ = М1 + М2;(4.9)
щ∑ = (щ1 ± щ2)/2,
где: М1 – момент, развиваемый первым двигателем;
М2 – момент, развиваемый вторым двигателем;
щ1 – угловая скорость вращения первого двигателя;
щ2 – угловая скорость вращения второго двигателя;
щ∑ – угловая скорость вращения колеса редуктора.
Причём во втором выражении системы (4.9) знак «+» ставится в том случае, если двигатели вращаются в разных направлениях (в нашем случае необходимо сделать именно так), а знак «–» – если двигатели вращаются в одном направлении.
Кроме того, применение двух двигательного электропривода приведёт к уменьшению момента инерции привода в среднем на 5 – 8%, что, в свою очередь, приведёт к уменьшению потерь в переходных процессах (в нашем случае при пуске).
Таким образом, момент номинальный:
МН = 520,221 + 520,221 = 1040,442 Н*м > 895,559 Н*м.
Определяем момент инерции привода, требуемый для сглаживания максимального момента по [1]:
, (4.10)где: b – жесткость механической характеристики;
mк – кратность максимального момента к номинальному.
Жесткость механической характеристики одного двигателя:
, (4.11)где: МН – момент, развиваемый двумя двигателями;
SH – номинальное скольжение двигателя;
щ0 – скорость холостого хода двигателя.
Тогда по (4.11):
.А суммарная жесткость механической характеристики:
.И по (4.10):
кг*м2.Применяем момент инерции конического редуктора, шкива, редуктора, кривошипно-шатунного механизма приведенного к валу двигателя 0,5*Jдв. Момент инерции маховика, приведенного к валу двигателя:
J'маховика = JПР∑ – 2*Jдв – 0,5Jдв. (4.12)
Тогда по (4.12):
J'маховика = 136,874 – 2*10 – 0,5*10 = 111,874 кг*м2.
Момент инерции маховика найдём по формуле:
J маховика = J'маховика/r2, (4.13)
где: r– относительное плечо крутящего момента.
Тогда по (4.13):
J маховика = J'маховика/r2 = 111,874/0,22 = 2796,85 кг*м2.
5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода
5.1 Расчет статических механических характеристик двигателя и привода
Для расчета естественной механической характеристики двигателя воспользуемся формулой Клосса [3]:
электропривод статический механический силовой
, (5.1)где: МК – максимальный момент двигателя;
SК – критическое скольжение.
q=2*Sк*R1/R’2, (5.2)
где: R1 – сопротивление статорной цепи;
R’2 – приведенной сопротивление ротора двигателя.
Тогда по (5.2):
q = 2*0,056*0,020/0,017 = 0,132;
и по (5.1):
.Механическая характеристика двигателя приведена на рисунке 5.1.
Таблица 5.1 – Результаты расчета МХ двигателя
| S | 0 | 0,01 | 0,03 | 0,056 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,9 | 1,0 |
| M, Н*м | 0 | 375,3 | 875,2 | 1040,4 | 895,3 | 390,8 | 241,8 | 174,5 | 136,4 | 122,9 |
Рисунок 5.1 – Естественная механическая характеристика двигателя
Но, в нашем случае двигатель должен работать на искусственной МХ (т.к. регулируем угловую скорость с помощью преобразователя частоты вниз от номинальной). Т.к. мы регулируем при постоянном моменте (нагрузка – пульсирующая, и можно найти некоторое среднее значение; более того, чем больше маховик (момент инерции маховика), тем более у графика нагрузки будут «сглажены» пики), то искусственная характеристика двигателя будет иметь аналогичный вид (значение момента критического будет неизменным), но скорость идеального холостого хода будет иметь меньшее значение (в соответствии с требуемой скоростью вращения рабочего механизма).
Преобразователь частоты фирмы Omron: 3G3HV – B418K мощностью 185 кВт и на трёхфазное напряжение 400 В.
Рисунок 5.2 – Искусственная механическая характеристика двигателя
5.2 Расчет статических электромеханических характеристик двигателя и привода
Потребляемый двигателем номинальный ток статора по [6]:
, (5.3)где: UН – номинальное напряжение двигателя;
hН – номинальный КПД двигателя;
cosjН – номинальный коэффициент мощности двигателя.
А.Определяем относительный ток намагничивания по [6]:
, (5.4)где:
. (5.5)Определяем i2m по (5.5):
А.Тогда определим iм по (5.4):
.Определяем i2 по [6]:
. (5.6)Тогда по (5.6):
Формула для расчета электромеханической характеристики I1 = f(S) – зависимость тока статора от скольжения по [6]:
. (5.7)Тогда по (5.7):
.Таблица 5.2 – Результаты расчета электромеханической характеристики двигателя
| S | -1 | – 0,4 | – 0,1 | – 0,05 | 0 | 0,056 | 0,1 | 0,2 | 1,0 |
| I1, A | 976,5 | 973,1 | 872,0 | 669,0 | 45,5 | 671,7 | 831,4 | 960,0 | 970,5 |
Электромеханическая характеристика двигателя приведена на рис. 5.3.
Рисунок 5.3 – Электромеханическая характеристика двигателя
6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы
В диапазоне изменения скольжения S от 0 до Sк механическая характеристика может быть лимитирована, поэтому переходные процессы можно описать системой дифференциальных уравнений из [7]:
(6.1)где: М, Мс – момент двигателя и нагрузки;
Тэ – электромагнитная постоянная времени;
b – жесткость МХ привода;
J – момент инерции привода.
Электромагнитная постоянная времени:
. (6.2)Тогда по (6.2):
с.Механическая постоянная времени привода по [7]:
ТМ = JПР/b. (6.3)
где: b – жесткость МХ привода, рассчитанная в пункте (4.1).
Тогда по (6.3):
ТМ = 136,874/315,412 = 0,434 с.
Т. к. ТМ >> ТЭ, то систему уравнений (6.1) можно заменить на систему, где ТЭ пренебрегаем (ТЭ = 0):
(6.4)Решение системы уравнений (6.4) даёт искомые зависимости щ = f(t), M = f(t) по [7]:
(6.5) 
(6.6)где: МУСТ, щУСТ – установившиеся значения момента и скорости при t → oo;