Приведенный к валу момент инерции вращающихся элементов системы:
, где Jд - момент инерции ротора двигателя, Jp - момент инерции вращающихся шестерен редуктора (в данном расчете им пренебрегаем), Jy - момент инерции нагрузки (установки), i - передаточное число редуктора (kp = 1/i).
Приведенный момент сопротивления нагрузки:
,
где Мс берется из варианта задания, h=0.9 - к.п.д. редуктора.
Требуемый момент на валу двигателя (необходимый для преодоления сопротивления нагрузки и инерционности привода) определяется соотношением:
,
где eн - требуемое максимальное угловое ускорение установки (см. п.2.1),
, Wдн, eдн- номинальные угловые скорость и ускорение двигателя,
Wн - требуемая максимальная угловая скорость наведения установки (см. п.2.1).
Выражение для момента имеет минимум по i. Из условия , находится оптимальное передаточное число редуктора i0, обеспечивающее минимальный потребный момент:
. (14)
Требуемая мощность двигателя определяется соотношением
.
После подстановки в формулу мощности выражения для оптимального передаточного числа редуктора, получим окончательное выражение для потребной мощности электродвигателя:
|
|
. (15)
Таким образом на основании формул (14) и (15) осуществляется выбор передаточного числа редуктора и оценка потребной мощности двигателя.
Выбор электродвигателя осуществляется из следующих соображений:
1.- Если Ртр меньше 150 Вт, рекомендуется использовать в качестве исполнительных двигателей асинхронные двухфазные электродвигатели серии АДП, ДИД, ДПР, МЯ,ПЯ.
2.- Если Ртр больше 150 Вт, рекомендуется использовать двигатели постоянного тока типа МИ, СЛ, ДПМ, ДИ.
Последовательность выбора следующая:
а) - Исходя из требуемой мощности Ртр и ограничениям по типу корабельной сети из справочника (данные некоторы электродвигателей приведены ниже) выбирается исполнительный двигатель, удовлетворяющий условию Рном > Pтр. Для выбранного двигателя из таблиц данных двигателя выписываются основные параметры: nном (частота вращения в об/мин, соответствующая угловая частота Wн=p×nном/30), Мном, Jд, Uном, Iном и ряд др.
б). Определяется оптимальное передаточное число редуктора i0.
в). Проводится проверка выбранного двигателя на допустимые перегрузки по скорости и моменту:
- Wном>Wн×io;
- Mтр/ Mном<2; Mном> Mc/ (h×io).
Если не выполняется условие по скорости, то можно изменить io и в случае выполнения обоих условий принять двигатель. В случае невыполнения условий по моменту следует выбрать более мощный двигатель.
Ниже приводятся примеры выбора исполнительных электродвигателей большой (электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением серии МИ, СЛ, ДПМ и др.) и малой (электродвигатели переменного тока асинхронные, двухфазные серии АДП, ДИД, ДПР и др.) мощностей и определения их передаточных функций.
|
|
Пример 1. Выбор ИД серии МИ. Дано: Мс = 2500 Нм, Jу = 5000 кгм2, Wн = 0.16 с-1,
eн = 0.34 с-2, h = 0.9.
1.По формуле требуемой мощности (15) определяем
Ртр = 2×10-3(Мс + Jу×eн)×Wн = 2×10-3(2500+5000×0.34)×0.16 = 1.34 кВт
и выбираем ближайший приемлемый по мощности двигатель (см.Приложение 1) - МИ-41, который имеет следующие параметры:
Рном = 1.6 кВт, nном = 2500 об/мин, Мном = 6.25 Нм, Jд = 408×10-4 кгм2,
Uном = 110 В, Iном = 19.2 А, Rя = 0.147 Ом.
2. Оптимальное передаточное число редуктора определяется по формуле (14)
= =550
3.Проверка
- по скорости: Wном = p×nном/30 = 3.14×2500/30 = 235 c-1,
Wн×io = 0.16×550 = 88 c-1, т.е. Wном > Wн×io - двигатель по скорости проходит.
- по моменту:
Мтр = Мс/(h×io) + (Jy/io + Jд×io)eн = 2500/(550×0.9) + (5000/550 + 408×10-4×550)0.34 =
15.55 Нм.
Поскольку Мтр/Mном = 2.49 > 2, то двигатель по моменту не проходит.
4.Выбираем более мощный двигатель МИ-42 с параметрами:
Рном = 3.2 кВт, nном = 2550 об/мин, Uном = 110 В, Мном = 12.5 Нм, Jд = 662×10-4кгм2,
Iя = 36.3 А, Rя = 0.192 Ом.
5.Новое передаточное число
= 431.
6. Проверка
- по скорости: Wном = p×nном/30 = 3.14×2500/30 = 235 c-1,
Wн×io = 0.16×431 = 69 c-1, т.е. Wном > Wн×io - двигатель по скорости проходит.
- по моменту:
Мтр = Мс/(h×io) + (Jy/io + Jд×io)eн = 2500/(431×0.9) + (5000/431 + 662×10-4×431)0.34 =
20.05 Нм.
Поскольку Мтр/Mном = 1.64 < 2, то двигатель по моменту проходит.
Кроме того приведенный момент нагрузки Мс/(h×io) = 2500/(431×0.9)= 6.45 Нм
меньше Мном = 12.5 Нм.
7. Определение передаточной функции электродвигателя по скорости:
- определение электромеханических констант двигателя:
Се=(Uном - Iном×Rя)/Wном=(110-36.3×0.192)/235=0.44 В×с,
См=Мном/Iном=12.5/ 36.3 = 0.344 Нм/А.
- определение приведенного момента инерции и параметров передаточной функции:
Jпр = Jд + Jн/io2 = 662×10-4 + 5000/4312 = 930×10-4 кгм2,
постоянная времени двигателя:
Тд = Jпр×Rя/(Ce×Cм)=930×10-4×0.192/(0.44×0.344) = 0.118 c-1,
Kд = 1/Ce=1/0.44=2.27 B-1c-1,
и передаточная функция
.