|
|
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.
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.