Некоммерческое акционерное общество 

Алматинский институт энергетики и связи

 Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

 

  

 «ЭЛЕКТРОПРИВОД ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

 для студентов специальности

050718 – «Электроэнергетика»

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: П.И. Сагитов., Н.К. Алмуратова. Методические указания к курсовому проекту по курсу «Электропривод промышленных механизмов»

Для студентов бакалавриата специальности 050718 Электроэнергетика, специализации «Электропривод и автоматизация технологических комплексов»   -   Алматы: АИЭС, 2008. - 14с.     

  

         Методические указания к курсовому проекту по курсу «Электропривод промышленных механизмов», содержит постановку задач, решаемых студентами по курсу, описывает особенности этих задач, дает рекомендации по выполнению курсового проекта.

         Приводятся требования к отчету, защищаемому студентом по результатам практики.

         Методические указания к курсовому проекту по курсу «Электропривод промышленных механизмов», предназначены для студентов бакалавриата  специальности  050718 Электроэнергетика, специализации «Электропривод и автоматизация технологических комплексов».  

          Общие указания к выполнению курсового проекта

         Курсовой проект по курсу «Электропривод промышленных механизмов», выполняется студентами дневного и заочного обучения специальности  050718 – Электроэнергетика, специализации – Электропривод и автоматизация технологических комплексов, в соответствии с учебным планом.

         Цель проекта – помочь студентам закрепить знания, полученные при изучении курса «Электропривод промышленных механизмов», при расчетах и проектировании конкретных технологических установок, а также подготовить студентов к дипломному проектированию.

         Прежде всего, студент должен ознакомиться с объектом, который задано спроектировать. Знакомство осуществляется по литературным источникам, рекомендованным в настоящем методическом указании. При возможности целесообразно ознакомиться с объектом автоматизации на производстве (в натуре).

         При ознакомлении студент должен представить общую задачу, решаемую заданным объектом, отдельные этапы технологического цикла, кинематическую схему объекта, необходимое количество силовых исполнительных устройств (приводов).

         Далее решается основная задача проекта – выбор и технико-экономическое обоснование электроприводов, синтез САУ, выбор аппаратуры управления, проверка выбранных электроприводов с учетом статистических и динамических режимов работы. Все этапы курсового проекта, начиная с постановки задачи и кончая их решением, выполняются с помощью специальных программных средств с использованием ЭВМ. Следующий этап проектирования – изучение режимов работы установки и формулировка требований к электроприводам и системе автоматического управления (САУ), составление схемы технологического цикла. Исследование системы осуществляется на основе полученных знаний по курсам  ЭП, САУ, СУЭП.

         В заключительной части проекта необходимо дать оценку полученного решения. Расчетно-пояснительная записка должна быть краткой (20-30с. рукописного текста) и охватывать все отмеченные выше разделы работы.

         Текст и расчетные кривые выполняются на компьютере. Так же оформляются отдельные узлы, необходимые для иллюстрации по ходу изложения материала расчетно-пояснительной записки. Осциллограммы и фотографии могут быть вклеены в текст записки или помещены на отдельном листе.

         Чертежи на листах первого формата выполняются по разделам работы, согласованным с консультантом, работа может быть оформлена в виде «презентации» на компьютере с представлением раздаточного материала. Чертежи должны давать наглядное представление о технологии работы заданного объекта и основных задач, решенных в проекте.

         В период выполнения проекта студент посещает еженедельные обязательные консультации. Одновременно проверяется выполнение графика работ по заданию. Окончательный проект консультант подписывает перед защитой. Оценка ставится после защиты проекта комиссией.

         Номер задания и варианта задается руководителем проекта. При необходимости руководитель может дать другое задание, предварительно согласовав с заведующим кафедрой.

         Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

         Расчетно-графическая записка должна отражать следующие разделы в примерных объемах.

 

         1. Введение. Описание технологии……………………………………..5%

         2. Составление принципиальной схемы и предварительный выбор электрических машин…………………………………………………………15%

         3. Расчет статистических и переходных режимов, необходимых для оценки работоспособности проектируемой системы ……………………....25%

         4. Выбор аппаратуры…………………………………………………….5%

         5. Проектирование монтажной схемы панели управления или конструктивный чертеж………………………………………………………15%

         6. Составление спецификации на электрооборудование ……………10%

         7. Заключение…………………………………………………………….5%

         8. Графические материалы работы

         9. Список использованных работ.

 

         В зависимости от задания некоторые разделы могут быть изменены или добавлены по согласованию с руководителем проекта. Все расчеты задания выполняются с использованием ПЭВМ. Расчетно-пояснительная записка и графическая работа выполняются в строгом соответствии с ГОСТ и СТП АИЭС.

 

ЗАДАНИЕ 1

         Центробежный насос подает воду на высоту h м в количестве Q м3 в час.Общая горизонтальная длина магистрали L м, диаметр труб – d мм.

На магистрали установлено четыре колена в 90 град с радиусом закругления R и три вентиля. КПД насоса 0,81.

         Промежуточной кинематической передачи и от двигателя к насосу нет. Производительность насоса регулируется изменением частоты вращения в диапазоне D.

        1 Выбрать способ регулирования производительности насоса и мощность  и тип асинхронного двигателя.

        1.1 Выбрать систему привода (с техническим обоснованием), в соответствии с принятым в п.1 способом регулирования скорости;  вычертить схему силовой части этой схемы.

        1.2 Рассчитать и выбрать элементы вентильной группы для случая использования привода по схеме асинхронного вентильного каскада (АВК). Выбрать преобразователь стандартной серии.

        1.3 Определить номинальный КПД привода. Рассчитать и построить зависимость КПД привода от производительности насоса.

        1.4. Привести полную схему управления насосом на базе электропривода с АВК.

 

         Методические указания

        1. Так как особых требований к динамике привода таких установок не предъявляется, а диапазон регулирования скорости обычно не велик, предпочтение отдается асинхронным электроприводам с регулированием по цепи ротора. Значительная мощность и продолжительный режим работы электропривода обусловили высокие требования к его экономичности. В связи с этим, схема АВК имеет преимущество перед реостатным и другими способами управления.

        2. Выбор мощности двигателя сводится к определению общих потерь напора в магистрали при заданной производительности насоса. Мощность электропривода насоса:

 

                                     ,                                                                (1.1)

       где К – коэффициент запаса (К=1,1…1,3)

       - удельный вес перекачиваемой жидкости,

      Q – производительность насоса, М3;

      H=Hr+ΔH – полный напор, м;

      Hr - геодезический напор, равный разности высот нагнетания и всасывания, м;

      ΔH  - общие потери напора на всех участках системы, м;

       - КПД насоса;

        - КПД передачи.

Потери насоса в горизонтальной части магистрали

 

                                      ,

        где а – коэффициент, зависящий от типа трубы (а = 0,00074 – для новых    чугунных труб; а = 0,00092 – для чугунных труб, бывших в употреблении); l – длина магистрали, м;

         - скорость движения перекачиваемой жидкости в трубопроводе;

        d – диаметр трубопровода, м.

Потери напора в коленах трубопровода

                                                     ,

          где b – коэффициент, зависящий от отношения диаметра трубы к радиусу закругления колена R;

             - ускорение свободного падения.

Зависимость коэффициента b от  дана в таблице 1.1.

 

Т а б л и ц а 1.1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

0,1

b

0,13

0,138

0,158

0,21

0,29

0,44

0,98

1,98

 

Потери напора в клапанах, вентилях и заслонах

 

                                               ,

          где b1 = 0,49 – для клапанов и вентилей;

                 b1 = 0,063 – для заслонок.

 

       Т а б л и ц а 1.2 – Варианты задания

№ задания

Q м3

H м

L м

d мм

R мм

D

nс

об/мин

1

100

160

1000

135

500

1,25

1000

2

150

150

1500

135

500

2

1500

3

200

140

2000

270

750

1,75

1000

4

500

160

2500

270

750

1,5

1500

5

100

150

3000

135

500

1,5

1000

6

150

140

1000

135

500

1,75

1500

7

200

160

1500

270

750

2

1000

8

500

150

2000

270

750

1,25

1500

9

200

140

2500

135

500

1,5

1000

10

500

160

3000

270

750

1,75

1500

11

100

140

1000

135

375

1,25

1000

12

150

150

1500

135

375

1,75

1500

13

200

160

2000

270

750

1,5

1000

14

500

160

2500

270

750

2

1500

15

200

150

3000

135

375

1,75

1000

 

      3. Преобразователь АВК выбирается по номинальному току и напряжению ротора:

                             ,

        где  IН,ПUН,П  - номинальные ток и напряжение преобразователя;

       D – диапазон регулирования скорости;

       IН,РUН,Р  - номинальные ток и напряжение двигателя.

      Выбор элементов вентильной группы производится по (3,6)        

 

 

ЗАДАНИЕ 2

         Шпиндель станка, работающего в продолжительном режиме работы, имеет пределы регулирования частоты вращения nmax, nmin (регулирование плавное). Характер и величина нагрузки Р2 - const, номинальный КПД станка . Диапазон регулирования частоты вращения двигателя ослаблением поля Dф.

         2.1. Выбрать способ регулирования скорости шпинделя и мощность двигателя.

         2.2. Определить необходимое число механических передач коробки скоростей и рассчитать соответствующие передаточные числа каждой передачи. Построить диаграмму частот вращения шпинделя и двигателя.

         2.3. Рассчитать приведенные к валу двигателя моменты инерции детали и суммарный момент инерции для каждой передачи коробки скоростей, принимая, что момент инерции редуктора и шпинделя составляет 10% от момента инерции ротора двигателя. Размеры обрабатываемой детали: цилиндр диаметром D и длиной L, материал детали – сталь ( = 7,8∙103 кг/м3).

         2.4. Выбрать систему привода (с техническим обоснованием), в соответствии с принятым в п.1 способом регулирования скорости, вычертить схему силовой части этой системы. Рассчитать мощность преобразовательного агрегата для выбранной системы привода.

         2.5. Рассчитать мощность двигателя, генератора и приводного асинхронного двигателя для случая использования системы Г-Д и регулирования частоты вращения двигателя вниз от номинальной в выбранном в п.1 диапазоне электрического регулирования. Определить номинальный КПД системы.

         2.6. Рассчитать и построить зависимость КПД станка от мощности на шпинделе для минимальной и максимальной частот вращения двигателя при работе с наименьшим передаточным числом коробки скоростей (из принятых в п.2). Номинальный КПД станка, при этом передаточным числе коробки скоростей, соответствует номинальной частоте вращения двигателя и нагрузки.

         2.7. Рассчитать момент холостого хода станка и двигателя.

         2.8. Рассчитать время торможения шпинделя с деталью под действием моментов холостого хода с максимальной скоростью шпинделя.

         2.9. Определить требуемое значение начальной угловой скорости двигателя и жесткости его механической характеристики, обеспечивающее точность остановки шпинделя при электрическом торможении вхолостую при наименьшем передаточном числе коробки скоростей при следующих условиях:

         а) торможение шпинделя возможно как с деталью, так и без нее;

         б) тормозной момент двигателя зависит от частоты вращения и равен (2-2,5) Мном;

         в) возможные отклонения моментов холостого хода двигателя и станка ;

         г) возможное отклонение тормозного момента двигателя ±10%;

         д) время срабатывания аппаратуры  при среднем значении неточности срабатывания по времени к = 15%;

         2.10. Определить точность остановки шпинделя в случае наибольшего передаточного числа коробки скоростей при прочих условиях по п.9.

         2.11. Привести полную схему автоматизации процессов резания на токарном станке.

 

         Методические указания

         1. При нагрузке типа РС = const и большом диапазоне регулирования наиболее целесообразным является ступенчато - плановое электромеханическое регулирование скорости – сочетание ступенчатого механического и плавного электрического ослабления поля двигателя. Причем, чем больше диапазон электрического регулирования скорости, тем меньше требуемое число передач коробки скоростей. Поэтому следует выбрать двигатель, позволяющий в возможно большем диапазоне регулировать скорость ослабления поля.

         2. Требуемое число передач коробки скоростей определяется по формуле

                                                 ,

         где    - диапазон регулирования частоты вращения шпинделя;

          - диапазон плавного электрического регулирования;

          k –  ближайшее целое число.

         Далее рассчитываются передаточные числа коробки скоростей: наибольшее  и наименьшее  .

Промежуточные передаточные числа коробки скоростей определяются подбором при построении диаграммы частот вращения шпинделя и двигателя, исходя из требования о примерно одинаковом перекрытии диапазонов регулирования для соседних значений передаточных чисел коробки и скоростей.

         3. Приведенный к валу двигателя момент инерции детали определяется по формуле

                             .

         Момент инерции механизма для каждой ступени редуктора может иметь два значения: либо  (деталь отсутствует), либо . Суммарный объем инерции также имеет два значения соответственно: либо , либо

 

                                         .

         4. Выбрать систему привода нужно такую, которая обеспечила бы реализацию выбранного в п.1 способа, электрического регулирования угловой скорости двигателя.

         5. Требуемая мощность двигателя в случае регулирования его угловой скорости вниз от номинальной при  рассчитывать по формуле

 

                                           ,

         Если двигатель имеет естественную или принудительную вентиляцию, а в случае самовентилируемого двигателя

 

                                       ,

          где  0 – коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном роторе двигателя.

         6. Расчет КПД станка производится по формуле

 

                                           ,

           где  ; .

         7. Время равнозамедленного движения шпинделя с деталью (вместе с двигателем, так как кинематическая цепь не рассоединяется) под действием моментов х. х. станка и двигателя Мхх составит

 

                                                   ,

            где  - суммарный момент инерции при наименьшем передаточном числе  коробки скоростей; ωдв.max – максимальная (для выбранных в п.1 значений  и способа регулирования скорости) угловая скорость двигателя.

 

Т а б л и ц а 1.3 – Варианты задания

№ задания

nmax об/мин

nmin об/мин

Pч.ном кВт

ηст

ном

D

м

L

м

∆γша рад

 с

Dф

1

180

2,2

18

0,73

0,8

5

0,01

0,09

3:1

2

170

3,4

24

0,77

0,8

6,5

0,008

0,06

3:1

3

144

1,8

54

0,78

0,6

5

0,01

0,09

3:1

4

70

1

63

0,85

0,9

8,5

0,015

0,01

4:1

5

180

1,5

67

0,84

1

10

0,017

0,015

5:1

6

65

0,65

83

0,83

1,5

10

0,019

0,018

4:1

7

56

1

123

0,82

3

12

0,02

0,02

3:1

8

75

0,75

121

0,81

3

16

0,015

0,019

4:1

9

80

2

20

0,67

0,6

5

0,008

0,007

2,5:1

10

105

3

25

0,68

0,7

5

0,007

0,006

2,5:1

11

57

2,3

36

0,66

1,1

6

0,009

0,008

2,5:1

12

120

2,4

27

0,6

0,9

4

0,01

0,007

2,5:1

13

50

2

41

0,76

1

7

0,012

0,009

2,5:1

14

88

2,2

46

0,62

1,5

7,5

0,013

0,0095

2,25:1

15

75

2,5

25

0,69

0,65

4,5

0,006

0,005

0,25:1

 

 

ЗАДАНИЕ 3

         Общая схема конвейерной линии цепного конвейера производительностью П приведена на рисунке 1. Все участки конвейера – горизонтальны, длина прямолинейных участков , углы изгиба , диаметр звездочек D3. Скорость перемещения груза V. Масса цепей пренебрежимо мала, по условиям допустимого провиса цепи предварительное натяжение равно Т0.

           3.1. Построить эпюру натяжения цепного конвейера.

           3.2. Определить положение размещения второй приводной станции.

           3.3. Рассчитать нагрузки и выбрать мощность двигателей приводных станции.

           3.4. Определить требования к двух двигательному электроприводу цепного конвейера. Выбрать систему электропривода (с техническим обоснованием).

          3.5. Определить нагрузку на каждый приводной двигатель, рассчитать общее сопротивление в цепи ротора для схемы электрического рабочего вала.

         3.6. Разработать полную схему автоматического управления конвейером.

 

         Методические указания

         1. Результирующие коэффициенты сопротивления движению на прямолинейном (Сп) и криволинейном (Ск) участках приведены в [1].

         2. Для определения положения размещения второй приводной станции использовать графический метод, изложенный в [1]. Для исключения установки дополнительных звездочек, расположить приводную станцию на поворотной звездочке, ближайшей к расчетной точке.

         3. Для обеспечения одинаковой частоты вращения валов совместно работающих двигателей при возможном неравенстве моментов нагрузки обычно используется система электрического рабочего вала (ЭРВ). В общем случае моменты нагрузки двигателей неодинаковы, их разность определяет величину общего сопротивления в цепи роторов [7,2,6].

 

 

                  

Рисунок 1 - Схема конвейерной линии

 

Т а б л и ц а 1.4 – Варианты задания

№ задания

П

т/ч

 м

 м

 

град

 град

 

м/с

1

40

30

50

90

120

0,5

2

50

35

55

100

110

0,6

3

60

40

60

110

100

0,7

4

70

45

65

120

90

0,8

5

40

45

65

90

120

0,9

6

50

40

60

100

110

1,0

7

60

35

55

110

100

1,0

8

70

30

50

120

90

0,9

9

40

50

30

90

120

0,8

10

50

55

35

100

110

0,7

11

60

60

40

110

100

0,6

12

70

65

45

120

90

0,5

13

40

65

45

90

120

0,5

14

50

60

40

100

110

0,6

15

60

55

35

120

100

0,7

 

 

ЗАДАНИЕ 4

         Разработать и рассчитать электропривод переменного тока для пассажирского, грузового или больничного лифта, оснащенного раздельной, односторонне-собирательной или двухсторонне-собирательной схемой автоматического управления, исходя из исходных данных вариантов заданий приведенных в таблицах 4.1., 4.2.

         Курсовой проект должен включать в себя:

         4.1. Выбор противовеса, канатов, механического тормоза.

         4.2. Расчет мощности и выбор по каталогу электродвигателя для лифта.

         4.3. Расчет точности остановки кабины лифта.

         4.4.Моделирование на ЭВМ электромагнитного и электромеханического переходных процессов при пуске и торможении электропривода.

         4.5. Составление и описание схемы автоматического управления, освещения и сигнализации для лифта с использованием одного из перечисленных ниже вариантов систем управления лифтами:

         а) кнопочное, внутреннее, с вызовом свободной кабины на любой этаж. Фиксация положения кабины в шахте и подача импульса на замедление осуществляется механическими этажными переключателями, остановка автоматическая посредством датчика. Двери шахты и кабины с автоматизированным электроприводом;

         б) кнопочное, внутреннее, односторонне-собирательное с выполнением попутных вызовов при движении кабины вниз. Фиксация положения кабины в шахте, подача импульсов на замедление и точную остановку производятся посредством датчиков. Двери шахты и кабины с автоматизированным электроприводом;

         в) то же, что и в п.б, но односторонне-собирательное с выполнением попутных вызовов при движении кабины вверх и вниз.

         г) кнопочное, наружное, с этажной площади 1-го этажа. Вызовы сигнальные. Фиксация положения кабины в шахте и подача импульса на замедление производятся механическими этажными переключателями, остановка автоматическая посредством датчика. Двери шахты и кабины с ручным приводом;

         д)  кнопочное, внутреннее, с проводником. Вызовы сигнальные. В остальной части схема аналогична п.1.

                  

Варианты задания

         1. Логическая схема управления выполняется в интегральных микросхемах.

         2. Логическая схема управления выполняется на микропроцессорах.

 

Т а б л и ц а 4.1 – Варианты чертежей

№ задания

Схема внешних соединений

Установочный чертеж

1

по шахте

этажного переключателя

2

по кабине

датчика точной информации

3

по машинному помещению

датчика селекции

4

по кабине

ограничителя скорости

5

по машинному помещению

кнопочной панели управления

6

по кабине

лебедки лифта

7

по машинному помещению

панели управления лифтом

8

по шахте

кнопочной панели управления

9

по кабине

привода дверей кабины

10

по шахте

контактной коробки в шахте

11

по машинному помещению

вызывного аппарата на этаже

12

по шахте

датчика точной остановки

 

Т а б л и ц а 4.2

Задание

Тип лифта

Номинальная  грузоподъемность, м/с

Номинальная скорость кабины, м/с

Вместимость кабины Е, чел.

Число этажей

Высота между этажами һ, м

Тип лебедки

Диаметр канатоведущего шкива D, мм

1

пасс. жил.

320

0,71

4

9

4,0

ЛП 160-50

800

2

груз.

500

0,5

-

12

3,5

ЛП 160-50

500

3

пасс. жил.

320

1,0

4

16

3,5

ЭЛП 160-50

800

4

груз.

1000

0,5

-

12

4,0

ЛГ 160-25

500

5

пасс. жил.

500

1,0

6

16

4,0

ЛП 180-45

930

6

груз.

1600

0,36

-

14

3,0

ЛГ 225-35

500

7

пасс. адм.

500

1,4

6

16

4,0

ЛП 180-35

930

8

груз.

2000

0,5

-

6

4,0

ЛГ 225-35

700

9

пасс. адм.

1000

1,0

12

16

4,0

ЛП 225-45

950

10

груз.

3200

0,5

-

5

5,0

ЛГ 225-35

700

11

пасс. адм.

1000

1,4

12

16

4,0

ЛП 225-35

950

12

груз.

5000

0,25

-

4

6,0

ЛГ 225-35

700

         4.6. Выбор вводного устройства, панели управления, подвесного кабеля, проводов внешних соединений и составление спецификации на электрооборудование.

         4.7. В графическую часть курсового проекта входят:

         а) полная принципиальная электрическая схема электропривода, автоматического управления, оснащения и сигнализации для лифта;

         б) схема внешних соединений (см. таблице 4.1)

         в) установочный чертеж (см. таблице 4.2)

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. – М.: Энергия, 1980. – 360с.

2. Сандлер А.С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. – М.: Высшая школа, 1982. – 440с.

3. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. – М.: Высшая школа, 1977. – 399с.

4. Сагитов П.И. Автоматизированный электропривод типовых промышленных механизмов. Учебное пособие. – Алматы, 2006г. – 95с.

 

Содержание

1 Общее указание к выполнению курсовой работыа………………….…….3

2 Задание 1……………………………………………………………………...4

3 Задание 2……………………………………………………………………...7

4 Задание 3……………………………………………………………………...10

5 Задание 4……………………………………………………………………...11

6 Список литературы…………………………………………………………..13