Расчет электрического привода

Электрический привод и его составляющие

Электрический приводы классифицируются:

1. По виду электрического силового преобразователя. По данному признаку они могут быть неуправляемые, управляемые, со звеном переменного или постоянного тока, с инвертором или выпрямителем.
2. По количеству используемых электрических двигателей. По данному признаку они могут быть взаимосвязанные, групповые или индивидуальные.
3. По характеру движения. По данному признаку они могут быть вибрационные, поступательного движения, вращательного движения, реверсивные, регулируемые, нерегулируемые, дискретного действия, непрерывного действия и т.п.

На рисунке ниже изображен пример структурной схемы автоматизированного электрического привода.

Рисунок 1. Структурная схема автоматизированного электрического привода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

МПУ - механическое передаточное устройства; ЭДУ - электродвигательное устройство; СПУ - силовое передаточное устройство; УУ - управляющее устройство; ЗУ - задающее устройство; ИО - исполнительный орган; РМ - рабочая машина.

Рабочая машина представляет собой механическое устройство, которое осуществляет изменение свойств, формы, положения и состояния предметов труда (разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п.) или сбор, передачу, переработку и использование данных. Изменение свойств и состояний предметов может осуществляться установками для закалки металла, нанесения покрытий и т.д., а изменение положения - лифтами, кранами, конвейерами и прочими механизмами.

Электродвигательное устройство представляет собой основное элемент электропривода, который преобразует электрическую энергию в механическую. В качестве данных устройств могут использоваться двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели, шаговые двигатели, вентильные двигатели и т.п. Механическая энергия от электродвигательного устройства передается механическому передаточному устройству, в качестве которого может использоваться редуктор. Силовое преобразовательное устройство применяется для воздействия на электродвигательное устройство, а на него сигнал поступает от управляющего устройства. Для задания необходимых переменных значений электропривода используется задающее устройство.

Расчет электрического привода

Задачи расчета электрического привода достаточно широки, начиная от подбора необходимого оборудования в состав системы, занятой в каком-либо технологическому процессе до определение параметров привода с целью его оптимизации.

Допустим, необходимо определить параметры Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя, входящего в состав электропривода и сравнить расчетные данные с проектные завода-изготовителя. В данном случае исходными данными будут являться технические параметры, указанные заводом:

• Номинальная мощность.
• Синхронная частота вращения.
• Номинальное фазное напряжение.
• Номинальное скольжение.
• Коэффициент полезного действия двигателя в режиме номинальной мощности.
• Коэффициент мощности при номинальной.
• Кратность пускового тока.
• Кратность пускового момента.
• Кратность минимального момента.
• Кратность максимального момента.

Сначала рассчитывается электрический ток холостого хода двигателя:

Рисунок 2. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

р - коэффициент нагрузки двигателя; Sн - номинальное скольжение; I1н - номинальный ток статора двигателя; I11 - ток статора двигателя при частичной нагрузке.

Большинство значений в выше представленной формуле неизвестно, поэтому их нужно тоже рассчитать. Коэффициент нагрузки двигателя рассчитывается по следующей формуле:

$р = Р / Рн$

где, Рн - номинальная мощность

Номинальный ток статора считается следующим образом:

Рисунок 3. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

где, m1 = 3 - количество фаз; U1н - номинальное фазное напряжение; cosфn - коэффициент мощности в режиме номинальной мощности; n - коэффициент полезного действия в режиме номинальной мощности.

Ток статора рассчитывается следующим образом:

Рисунок 4. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

где, cosфр = cosфn

Затем рассчитывается критическое скольжение

Рисунок 5. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

где, kmax - кратность максимального момента; В - коэффициент, значение которого находится в диапазоне от 0,6 до 2,5.

Теперь рассчитываются коэффициенты:

Рисунок 6. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

где, ki - кратность пускового тока

Затем рассчитывается активное сопротивление ротора, которое приведено к обмотке статора двигателя:

Рисунок 7. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

Отсюда, активное сопротивление обмотки статора равняется:

Рисунок 8. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

Определяется параметр, позволяющий рассчитать индуктивное сопротивление короткого замыкания

Рисунок 9. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

Отсюда сопротивление короткого замыкания равняется:

$Xкн = у * С1 * R’2$

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы роторной обмотки может быть рассчитано так:

$X’ = (Хкн * 0,58) / С1$

А для статорной обмотки это значение рассчитывается следующим образом:

$Х” = 0,42 * Хкн$

Теперь можно рассчитать электродвижущую силу намагничивания:

Рисунок 10. Формула. разнообразные промышленные станки, компрессоры, прессы и т.п

Тогда индуктивное сопротивление:

$Xис = Em / I0$

В завершении проверяется сходимость расчетных параметров (сопротивления) и инженерных данных изготовителя, чтобы они находились в инженерных допусках.