Расчет электромеханического рулевого привода

Таблица 4.номинальные параметры исполнительного двигателя.U_H=110В, ƞ_Н=1500об/мин

Тип	Рн, кВт	I,A	ƞ, %	Обмотка якоря				Обмотки добавочных полюсов
				Марка провода	S,мм2	W	Rкомпа., Ом	Число катушек	Соединение	Марка провода
П31	1,5	17,4	78	ПЭВ2	0,785×2	342	0,45	1	-	ПСД

 

Продолжение таблицы 4.

			Последовательная обмотка
S,мм2	WK	Rкомпа., Ом	Число катушек	Соединение	Марка провода	S,мм2	WK
4,01	148	0,2	2	последовательное	ПСД	5,43	12

Продолжение таблицы 4.

	Параллельная обмотка
Rкомпа., Ом	Число катушек	Соединение	Марка провода	S,мм2	WK	Rкомпа., Ом
0,026	2	последовательное	ПЭВ2	0,273	2600	130

 

Т.к. угловая скорость ИД должна быть в два раза больше угловой скорости при номинальной нагрузке, напряжение, подводимое к двигателю при холостом ходе, должно быть в два раза больше номинального. На практике обычно двигатель выбирается на напряжение 110 В., а генератор на 230 В.

 

5.2.  Расчет мощности и выбор генератора.

Расчётная мощность, развиваемая  генератором в номинальном режиме;

, кВт

где  Р_ид - номинальная мощность исполнительного двигателя

КПД_ид - исполнительного двигателя

Однако, выбор генератора производится не по расчётной номинальной, а по, так называемой габаритной мощности генератора;

Р_ГГ  = UнгIнг=2Uнд(0,85)Iнд= кВт

где  Uнг=2Uнд - номинальное  напряжение генератора, необходимое для получения w_х;

I_нг = 0,85I_нд - номинальный ток генератора, который по условиям нагрева может быть принят 10 - 20% ниже номинального тока двигателя.

Выбор генератора производится из каталога по условию Р_г Р_гг

Таблица 5.Паспортные данные генератора постоянного тока.U_H=230В, ƞ_Н=3000об/мин

Тип	Рн, кВт	I,A	ƞ, %	Обмотка якоря				Обмотки добавочных полюсов
				Марка провода	S,мм2	W	Rкомпа., Ом	Число катушек	Соединение	Марка провода
П31	3,2	18	80,5	ПЭВ2	1,43	360	0,52	1	-	ПСД

 

Продолжение таблицы 5.

			Последовательная обмотка
S,мм2	WK	Rкомпа., Ом	Число катушек	Соединение	Марка провода	S,мм2	WK
5,43	530	0,13	2	последовательное	ПСД	4,01	15

Продолжение таблицы 5.

	Параллельная обмотка
Rкомпа., Ом	Число катушек	Соединение	Марка провода	S,мм2	WK	Rкомпа., Ом
0,044	2	последовательное	ПЭВ2	0,173	3600	285

 

5.3 Расчет М.Д.С. генератора и числа витков ПКО

Для получения механической характеристики электродвигателя, соответствующей расчетной, необходимо определить расчетный магнитный поток, создаваемый обмоткой независимого возбуждения генератора, расчетный поток и число витков ПКО.

В режиме идеального холостого  хода электродвигателя (следовательно  и холостого хода генератора) магнитный  поток генератора определяется только М.Д.С. независимой обмотки возбуждения генератора.

где - напряжение холостого хода генератора, В;

-угловая скорость генераторного  агрегата на холостом ходу,

С^-1 не долина превышать синхронной угловой скорости приводного двигателя;

- конструктивный коэффициент  генератора.

В этой формуле:

р - число пар полюсов  генератора;

- число активных проводников  обмотки якоря генератора; равно  удвоенному числу витков обмотки якоря генератора;

- число параллельных ветвей  обмотки якоря генератора.

Напряжение генератора в режиме идеального холостого хода исполнительного электродвигателя равно его Э.Д.С. Так как Э.Д.С. двигателя независимого возбуждения прямо пропорционально его угловой скорости, то

- расчетная угловая скорость  холостого хода электродвигателя;

- номинальные угловая скорость, напряжение и ток якоря исполнительного двигателя (из паспортных данных);

- сопротивление якорной обмотки  и обмотки добавочных полюсов  исполнительного двигателя.

Для найденного значения магнитного потока по кривой намагничивания генератора определяется намагничивающая сила F_НОВ, создаваемая обмоткой независимого возбуждения генератора. (для справки: 1Вб = 10⁸Мкс).

Расчетный поток и  необходимое число витков ПКО  определяются по режиму стоянки двигателя под током. Генератор при этом работает в режиме короткого замыкания, и его Э.Д.С. не должна превышать

где К — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления  при нагревании. Для машин с классом изоляции В (К=1,24);

I_K — ток якоря исполнительного двигателя, соответствующий моменту короткого замыкания,

- сопротивление якорной цепи  системы Г-Д, Ом;

-падение напряжения на щеточном  переходе;

Эта Э.Д.С. определяется суммарным  магнитным потоком независимой и противокомпаундной обмоток генератора. Следовательно, магнитный поток генератора в режиме короткого замыкания:

где ,

По значению и характеристике холостого хода генератора определяется

— магнито-движущая сила генератора в режиме короткого замыкания.

Число витков ПКО, необходимое  для получения желаемой механической характеристики:

где — М.Д.С. независимой обмотки возбуждения генератора, А;

- М.Д.С. генератора в режиме  короткого замыкания, А;

-  М.Д.С. реакции якоря генератора, А.

В этой формуле:

=(0,10÷0,3) - коэффициент, учитывающий  размагничивающее действие реакции  якоря генератора. Генераторам больших  мощностей соответствует меньшие  значения  ;

- число активных проводников;

- число параллельных ветвей  обмотки якоря генератора;

- число полюсов генератора;

I_K - ток стоянки исполнительного электродвигателя (ток короткого замыкания), А.

Полученное значение округляется до целого числа.

 

5.4. Выбор возбудителя

В системе Г-Д простого действия в качестве возбудителя  обычно используется электромагнитные усилители (ЭМУ).

Мощность возбудителя, питающего обмотки возбуждения  генератора:

где U_В- выходное напряжение возбудителя, В

- ток обмотки независимого  возбуждения генератора, А.

- ток возбуждения исполнительного  двигателя, А.

- суммарная мощность одновременно  работающих элементов управления, контроля и защиты. Примерно можно принять равной 100-200 Вт,

I_РГ, I_РД – токи разрядных резисторов принимается в 3-5 раз больше сопротивления обмотки возбуждения при напряжении возбуждения 220В и 6-10 раз больше при напряжении возбуждения 110В. Все резисторы выбираются по величине сопротивления и по току (мощности рассеивания).

   

Таблица 6.паспортные данные ЭМУ

Тип	Генератор-усилитель			Встроенный приводной двигатель			ƞАГР,%
	РН, кВт	UВЫХ, В	IН, А	РН, кВт	UВЫХ, В	IН, А
ЭМУ-12А	1	230	16,7	1,82	220	5,30	55

Выбираем диоды в  цепь возбуждения генератора:

Д-112-25х-2: I_ПР=25А, U_{ОБР.МАХ}=300В, ,

 

5.5.  Выбор приводного электродвигателя.

Выбор приводного асинхронного электродвигателя производится по расчетной (не габаритной) мощности генератора с  учетом его КПД.

 

                           кВт

 

где - расчетная мощность исполнительного электродвигателя, кВт;

       - КПД исполнительного электродвигателя;

       - КПД генератора при половинной его загрузке.

       КПД  генератора при половинной загрузке:

 

                                    

 

      - номинальное значение КПД генератора.

Если на одном валу с генератором устанавливается еще и машинный возбудитель, мощность его прибавляется к найденной мощности приводного двигателя.

Выбор приводного двигателя  производится из каталога общепромышленных асинхронных двигателей с к.з. ротором по значениям Р, U, n. при двигателе А О62-4

Таблица 7. Технические данные двигателя серии 4А, защищенного исполнения на 220/380В.

Тип двигателя	РН, кВт	При Р2Н							J, кг·м2
		nН, об/мин	ƞ,%	cosφ
4А100L2У3	5,5	2880	87,5	0,91	2	2	1,2	7,5	0,0075

 

6 Расчёт переходных процессов в системе Г-Д простого действия.

Графики переходного  процесса строятся для ЭДС генератора, ЭДС (угловой скорости) исполнительного двигателя и тока якорной цепи системы. При этом момент сопротивления на валу исполнительного двигателя считается постоянным и принимается равным моменту M_с7 =М_о = 4,2 Н-м на валу при перекладке пера руля на 5-7 градусов от диаметральной плоскости (из нагрузочной диаграммы исполнительного электродвигателя). Так как на переходные процессы в системе Г-Д большое влияние оказывают сопротивление в цепи обмотки независимого возбуждения генератора и сопротивление разрядного резистора этой обмотки, необходимо учитывать сопротивление регулировочного реостата и разрядного резистора. Переходной процесс пуска рассчитывается для первого положения рукоятки поста управления, т. е. когда в цепи обмотки независимого возбуждения генератора введено наибольшее сопротивление.

Для упрощения расчётов пренебрегаем индуктивностью якорной  цепи и действием противокомпаундной обмотки. Такие упрощения не вносят существенной ошибки в расчёты, т. к. постоянной времени якорной обмотки на порядок меньше постоянной времени обмотки возбуждения машины постоянного тока, а действие противокомпаундной обмотки начинает оказывать значительное влияние при токах якорной цепи более 25% номинального тока (и соответствующем напряжении) генератора.