WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

2) температура окружающей среды – постоянна и не зависит от количества теплоты, отдаваемой дросселем;

3) при теплопередаче в окружающий воздух производится учет только теплопередачи за счет конвекции и не учитывается излучение;

4) тепловые потери, теплоемкость дросселя и коэффициенты теплоотдачи не зависят от его температуры;

5) соединительные конструкции дросселя не учитываются при расчете;

6) температура сердечника всегда больше температуры обмотки дросселя;

Определены основные пути распределения тепла в дросселе:

1) нагрев сердечника за счет вихревых токов и явления гистерезиса;

2) нагрев обмотки дросселя за счет электрических потерь в ней;

3) передача теплоты от сердечника в окружающий воздух;

4) нагрев обмотки со стороны сердечника посредством теплопередачи;

5) передача теплоты от обмотки в окружающий воздух.

Разработаны физические модели дросселя (рис. 7).

На основе системы уравнений РИР = РС + РОБМ dС С P = СС + АС С + РС-ОБМ dt PС-ОБМ = АС-ОБМ С-ОБМ, (5) dОБМ PОБМ + РС-ОБМ = СОБМ + АОБМ ОБМ dt где РС, РОБМ и РС-ОБМ – мощность потерь в стали сердечника, мощность потерь в обмотке и мощность, затрачиваемая на нагрев обмотки со стороны сердечника, СС и СОБМ – теплоемкости сердечника и обмотки, АС, АОБМ и АС-ОБМ – теплоотдачи сердечника и обмотки в окружающую среду и от сердечника к обмотке, С=ТС – ТОС, ОБМ = ТОБМ – ТОС и С-ОБМ = С – ОБМ – перегрев сердечника относительно окружающей среды, обмотки относительно окружающей среды и сердечника относительно обмотки, составлено уравнение теплового баланса:

dС dОБМ PИР = СС + АС С + СОБМ + АОБМ ОБМ.

(6) dt dt а) б) Рис. 7. Физическая двухмассовая тепловая модель дросселя:

а) с трубчатым сердечником; б) с пластинчатым сердечником На основе системы уравнений (5) составлена энергетическая диаграмма дросселя и структурная схема математической модели тепловых процессов, протекающих в дросселе (рис. 8).

Расчет теплоотдачи А обмотки и сердечника ведется по следующим формулам:

2 К К f f 12Ц = 12 П = A = S,,. (7) d1ln(d2 / d1) Здесь – коэффициент теплоотдачи, S – площадь поверхности нагретого тела, с которой осуществляется теплопередача, К = ЭК/f = f(Gr·Pr)f – коэффициент конвекции, – толщина прослойки, ЭК – эквивалентная теплопроводность, f – теплопроводность охлаждающей среды в прослойке при среднеарифметической температуре стенок.

На основе математического описания и структурной схемы в проРис. 8. Структурная схема модели тепловых программном пакете MatLab 6.5 + Simuцессов в дросселе link 4.5 была разработана модель, описывающая тепловые процессы, протекающие в дросселе.

Разработанная модель позволяет рассчитывать теплоемкости, коэффициенты теплоотдачи, значения температуры обмотки и сердечника.

В ходе экспериментальных исследований проведена проверка адекватности разработанной математической модели реальному объекту. Проведены тепловые испытания экспериментального макета дросселя, а также шести типономиналов дросселей, выпускаемых ООО «Горнозаводское объединение». Погрешность расчетов составляет не более 5–10 % (рис. 9).

а) б) Рис. 9. Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования тепловых процессов, протекающих в дросселях: а) ДПД-4; б) макетный дроссель В ходе экспериментов и моделирования на ПЭВМ получены следующие результаты:

– температура сердечника превосходит температуру обмотки в среднем 1,5–1,7 раза;

– воздушный промежуток между обмоткой и сердечником ведет к увеличению разницы между температурами обмотки и сердечника;

– при нагреве происходит увеличение полного и активного сопротивления дросселя. Этот эффект негативно сказывается на величине пускового момента и тока электродвигателя, уменьшая их значения.

В четвертой главе рассмотрены вопросы выбора серийного дросселя и методика расчета улучшенных показателей дросселя.

Выбор серийного дросселя предлагается производить по составленному в ходе работы каталогу. Проведенные исследования показали, что погрешность составляет 10–15 %.

При отсутствии в каталоге дросселя с требуемыми параметрами предлагается производить расчет дросселя, обладающего наилучшими массогабаритными и электрическими показателями.

В качестве основных критериев улучшения параметров дросселей используются следующие характеристики:

– пусковой момент, необходимый для обеспечения требуемых показателей пускоРис. 10. Зависимости МП = f (ZДР) и I2П = f тормозных режимов (времени пуска, уско(ZДР) для расчета оптимального сопротиврения и т.д.);

ления дросселя для электродвигателя 4MTH200L – минимальные значения токов статора и ротора, обеспечивающие снижение нагрева двигателя в пускотормозных режимах;

– минимальные габаритные размеры и минимальная масса дросселя и ДЭП в целом.

Расчет параметров дросселя предлагается проводить в следующей последовательности:

1. Расчет величины сопротивления дросселя ZДРЖ, обеспечивающего требуемый пусковой момент. Для этого построены на основе известных выражений зависимости МП = f(ZДР) и I2П = f(ZДР). Определяется величина сопротивления дросселя ZДРЖ, необходимого для создания требуемого пускового момента МПЖ и ограничения пускового тока;

2. Расчет пусковых значений токов статора и ротора при требуемом пусковом моменте МПЖ;

Рис. 11. Зависимости PДОП = f (mДР) Рис. 12. Зависимости ZДР = f (w) для сердечников различного диаметра при фиксированном токе и соотношениях L/D 3. Расчет тепловых характеристик проектируемого дросселя.

На основе разработанной математической модели определена зависимость максимальной рассеиваемой дросселем мощности от массы его сердечника РДОП = f(mДР) (рис. 11).

4. Проектирование магнитной системы дросселя (расчет габаритных размеров проектируемого дросселя).

Пользуясь выражением (3) были построены кривые (рис. 12), описывающие зависимость сопротивления дросселя от числа витков его обмотки при постоянном значении тока, протекающего по ней и равном пусковому, и постоянных значениях L/D.

Из полученных графиков для каждого диаметра сердечника и конкретной величины сопротивления дросселя определяется число витков обмотки, габаритные размеры и масса дросселя, а также рассчитываются конструктивные коэффициенты К1 и К2 и определяется длина обмоточного провода и активное сопротивление обмотки.

С помощью графиков на рис. 11 определяется допустимая мощность дросселя.

5. Расчет сечения обмоточного провода проектируемого дросселя.

6. Расчет механических и электромеханических характеристик (рис. 13).

Расчет характеристик ведется по Т-образной схеме замещения электродвигателя, учитывающей сопротивление дросселя ZДР:

К1 f wj 40o Z = e ДР. (8) 1 + К 2 I2 w) Из рис. 13 видно, что величина пускового момента отличается от заданного не более чем на 10 %.

7. Расчет энергетических показателей проектируемых дросселей и ДЭП в целом.

Поверочный расчет Рис. 13. Механические и электромеханические характеристики ДЭП дросселя.

Дроссель входит в состав электропривода, работающего без четкого циклического режима работы. Поэтому первоначально необходимо провести поверочный расчет электродвигателя. Основываясь на рекомендациях по продолжительности циклов работы, числу циклов в час и продолжительности работы при проведении поверочного расчета выполняются следующие действия:

а) рассчитывается предельная величина энергии, выделяющейся в двигателе за 1 час работы с номинальной нагрузкой при ПВ=40%:

(9) W40% =1440(3I1Н 40%2r1+3I2Н 40%2r2), где 1440 с – длительность работы за 1 час при ПВ=40%;

б) выбирается усредненный режим работы:

– количество циклов за час равно 30;

– продолжительность цикла принимается равной 120 с, время работы при ПВ=40 % равно 48 с.

– число включений равно 9, продолжительность включения – 5,3 с (рис.

14).

На участке I происходит выбор слабины канатов (в толчковом режиме), затем идет разгон двигателя (участок II), установившийся режим (участок III) и торможение противовключением (участок IV);

в) Рассчитываются потери энергии за время tвкл для двигателя и дросселя:

WДВ = W1 + W2 = РДВ tвкл, (10) WДР = РДР tвкл, где WДВ, WДР – энергия потерь за принятый цикл в двигателе и дросселе соответственно, W1, W2 – энергия потерь за принятый цикл в статоре и роторе двигаРис. 14. Процесс работы в течение одного теля, РДВ и РДР – потери в двигателе и включения с выбором слабины каната при tвкл=5,3 с дросселе соответственно, tвкл – время одного включения;

г) определяется число включений h, время цикла tЦ и продолжительность включения ПВ;

д) рассчитываются значения токов статора и ротора при рассчитанной ПВ;

е) при ПВ, отличной от 40 % снижается величина допустимого статического момента. По формуле (11) определяется, на сколько уменьшается допустимая мощность на валу:

PН 40% - РВР M Н 40% - M Р Н 40% Р = = ; (11) РН 40% M Н 40% Н 40% ж) рассчитывается энергия, выделяющая в течение 1 часа и допустимая мощность дросселя:

WДР1час 1час,. (12) W = hW РДОП = ДР ДР С помощью математической модели тепловых процессов рассчитывается нагрев сердечника и обмотки. Если нагрев сердечника превышает 250 °С, а нагрев обмотки – 180 °С соответственно, то изменяется масса дросселя и расчет повторяется. В соответствии с выражением (12) определяется допустимая мощность дросселя РДОП. С помощью графиков РДОП = f(mДР) заново определяется масса дросселя, его конструктивные параметры. Заново проводится расчет механических и электромеханических характеристик привода, а также поверочный расчет дросселя. Расчет должен проводиться до достижения заданных параметров дросселя и удовлетворения требований по нагреву.

Если же нагрев сердечника не превышает 250 °С, а нагрев обмотки – °С соответственно, то расчет считается оконченным. Результатом расчета параметров дросселя должны быть конструктивные параметры дросселя, а также величина снижения допустимой мощности электродвигателя при ПВ=40%, т.е.

величина снижения статической нагрузки.

8. Конструктивная проработка проектируемого дросселя На последнем этапе детально прорабатывается конструкция дросселя исходя из механической прочности и других критериев.

На рис. 15 приведен алгоритм выполнения расчета.

Пятая глава посвящена разработке, математическому описанию и экспериментальному исследованию пускорегулирующего устройства, позволяющего без существенных бросков момента и токов статора и ротора вывести ДЭП с дроссельной механической характеристики на механическую характеристику, близкую к естественной двигательной. Это благоприятно сказывается на работе механизмов, технологический процесс которых включает в себя перемещение на большие расстояния с максимально возможной скоростью (грейферные краны, бурильные установки и др.).

Разработанное устройство РСТ05-В, включает в себя систему управления СУ и блок БТ соединенных в треугольник силовых тиристоров VSА, VSВ и VSС, подключенный к кольцам ротора асинхронного электродвигателя М1 и дросселю Др (рис. 16). СУ формирует сигналы управления тиристорами БТ и включа ет в себя источник питания (ИП), блоки задания напряжений (БЗН), интегрирования (БИ), понижающие трансформаторы, по 3 блока (пофазно) выделения положительной полуволны напряжения (ВП), формирования пилообразных напряжений (ФПН), формирования управляющего импульса (ФУИ). При этом работа устройства происходит только при наличии питания статорной цепи электродвигателя.

Идея работы устройства заключается в следующем. При подаче питания на статорную цепь происходит пуск электродвигателя с дросселем в роторной цепи. Тиристоры при этом заперты и на пуск электродвигателя с дросселем не оказывают никакого влияния. По мере разгона двигателя напряжение на кольцах ротора падает и при достижении заданного уровня (порогового напряжения UПОР) вступает в работу РСТ05-В, СУ которого формирует угол открытия тиристоров близкий к 180. Затем угол открытия тиристоров плавно уменьшается до 0, замыкая кольца ротора. Темп открытия тиристоров можно устанавливать в зависимости от требований технологического процесса.

На рис. 17 представлены механические и Рис. 15. Алгоритм расчета параметров дросселя электромеханические характеристики ДЭП с РСТ05-В. Механическая дроссельная характеристика 1 в рабочей зоне имеет жесткость меньше, чем на естественной механической характеристике 2 (рис.

17а). Поэтому скорость при статическом моменте МСТ на дроссельной характеристике Д на 10–15% ниже, чем скорость Е на естественной характеристике.

Рис. 16. Функциональная схема роторной цепи электродвигателя с пускорегулирующим устройством РСТ05-В При пуске электродвигателя разгон на первом этапе идет по характеристике 1 до скорости пороговой ПОР (т. А на рис.17). Значение скорости ПОР устанавливается при предварительной настройке регулятора. До этой скорости тиристоры РСТ05-В закрыты. При превышении скоростью значения ПОР РСТ05-В вступает в работу.

В функции времени плавно открываются тиристоры БТ и дальнейший разгон идет по промежуточной (штриховой) характеристике 3. По окончанию пуска тиристоры БТ полностью открыты, кольца ротора замкнуты тириа) б) Рис. 17. Механические а) и электромеханические б) характеристики сторами. При этом ДЭП с РСТ05-В в роторной цепи электропривод работает на характеристике 4, близкой к естественной механической. При одном и том же статическом моменте нагрузки МСТ ток статический IE при завершении пуска на естественной характеристике (рис. 17б) меньше, чем ток IД на дроссельной характеристике. Это обусловлено тем, что на естественной характеристике в установившемся режиме частота тока в роторной цепи меньше, чем на дроссельной характеристике, и ток ротора становится более активным. Поэтому на естественной характеристике тот же МСТ создается при меньшем значении тока ротора. Таким образом, разработанное устройство РСТ05-В не только обеспечивает работу электропривода на максимальных скоростях, чем увеличивает производительность, но и облегчает тепловой режим работы электродвигателя и уменьшает расход электроэнергии.

На рис. 18 представлены экспериментальные осциллограммы изменения тока ротора IР, частоты вращения вала электродвигателя и тока статора IС во времени при пуске с моментом МСТ, равным 0,75 от момента номинального МН.

а) б) Рис. 18. Осциллограммы тока ротора IР, тока статора IС и частоты вращения Видно, что броски токов статора и ротора электродвигателя при работе устройства практически не превышают бросков в первый момент подачи напряжения на статор электродвигателя.

Лабораторные и производственные испытания показали работоспособность разработанного устройства РСТ05-В.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»