разработка и исследование термодинамической модели двигателя привода главного движения высокоскоростного шлифовального станка
Аннотация
Пояснительная записка содержит 112 страниц печатного текста, 4 таблицы, 39 рисунков и 1 приложение на 18 страниц. Для выполнения проекта были использованы 22 информационных источника, 10 из кото-рых являются электронными ресурсами.
Ключевые слова: АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ВЫСОКОСКО-РОСТНОЕ ШЛИФОВАНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРИВОД ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ, ТЕПЛОВАЯ СХЕМА, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МО-ДЕЛЬ, MATLAB SIMULINK.
Объектом исследования является короткозамкнутый асинхронный двигатель серии 4А. Моделирование процессов, протекающих в выбран-ном двигателе, будет происходить в режиме, когда скорость вращения ва-ла двигателя должна превышать номинальное значение. Такой режим ис-пользуют при механической обработке на высокоскоростном шлифоваль-ном станке.
Цель выпускной квалификационной работы – разработка термоди-намической модели на примере асинхронного двигателя серии 4А для ис-следования нагрева узлов двигателя при работе на скоростях вращения ротора, превышающих номинальное значение.
Выпускная квалификационная работа включает в себя четыре разде-ла:
1. Описание объекта исследования;
2. Расчет тепловых потерь в асинхронном двигателе;
3. Разработка и исследование двухмассовой термодинамической модели;
4. Разработка и исследование многомассовой термодинамической модели.
В первом разделе произведен выбор модели асинхронного коротко-замкнутого двигателя серии 4А, рассчитаны параметры силовой части вы-бранного двигателя и построена математическая модель системы автома-тического регулирования скорости при законе частотного управления с ограничением напряжения.
Во втором разделе описаны тепловые потери асинхронного коротко-замкнутого двигателя, разработана модель расчета описанных тепловых потерь, исследована зависимость тепловых потерь от частоты питающего напряжения (скорости вращения магнитного поля статора) при законе ча-стотного управления с ограничением напряжения и уменьшением нагрузки на валу обратно пропорционально росту частоты питающего напряжения. Также во втором разделе исследована зависимость механических тепловых потерь в подшипниках, установленных в двигателе, при изменении внеш-ней нагрузки (радиальной и осевой), действующей на них.
В третьем разделе описана П-образная тепловая схема. На её основе разработана термодинамическая модель в «MATLAB Simulink» и иссле-дована максимальная нагрузка при ограничении температуры нагрева об-моток выбранного асинхронного двигателя.
В четвертом разделе описана шестимассовая тепловая схема. На ее основе разработана многомассовая термодинамическая модель. Для уско-рения расчетов при моделировании шестимассовую тепловую схему в этом же разделе преобразуют в пятимассовую и с учетом пятимассовой тепло-вой схемы модернизируют многомассовую термодинамическую модель в «MATLAB Simulink». Исследование многомассовой термодинамической модели сводится к определению допустимой нагрузки на валу двигателя в диапазоне частот питающего напряжения, превышающих номинальное значение, при условии ограничения нагрева обмоток выбранного асин-хронного двигателя.
Ключевые слова: АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ВЫСОКОСКО-РОСТНОЕ ШЛИФОВАНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРИВОД ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ, ТЕПЛОВАЯ СХЕМА, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МО-ДЕЛЬ, MATLAB SIMULINK.
Объектом исследования является короткозамкнутый асинхронный двигатель серии 4А. Моделирование процессов, протекающих в выбран-ном двигателе, будет происходить в режиме, когда скорость вращения ва-ла двигателя должна превышать номинальное значение. Такой режим ис-пользуют при механической обработке на высокоскоростном шлифоваль-ном станке.
Цель выпускной квалификационной работы – разработка термоди-намической модели на примере асинхронного двигателя серии 4А для ис-следования нагрева узлов двигателя при работе на скоростях вращения ротора, превышающих номинальное значение.
Выпускная квалификационная работа включает в себя четыре разде-ла:
1. Описание объекта исследования;
2. Расчет тепловых потерь в асинхронном двигателе;
3. Разработка и исследование двухмассовой термодинамической модели;
4. Разработка и исследование многомассовой термодинамической модели.
В первом разделе произведен выбор модели асинхронного коротко-замкнутого двигателя серии 4А, рассчитаны параметры силовой части вы-бранного двигателя и построена математическая модель системы автома-тического регулирования скорости при законе частотного управления с ограничением напряжения.
Во втором разделе описаны тепловые потери асинхронного коротко-замкнутого двигателя, разработана модель расчета описанных тепловых потерь, исследована зависимость тепловых потерь от частоты питающего напряжения (скорости вращения магнитного поля статора) при законе ча-стотного управления с ограничением напряжения и уменьшением нагрузки на валу обратно пропорционально росту частоты питающего напряжения. Также во втором разделе исследована зависимость механических тепловых потерь в подшипниках, установленных в двигателе, при изменении внеш-ней нагрузки (радиальной и осевой), действующей на них.
В третьем разделе описана П-образная тепловая схема. На её основе разработана термодинамическая модель в «MATLAB Simulink» и иссле-дована максимальная нагрузка при ограничении температуры нагрева об-моток выбранного асинхронного двигателя.
В четвертом разделе описана шестимассовая тепловая схема. На ее основе разработана многомассовая термодинамическая модель. Для уско-рения расчетов при моделировании шестимассовую тепловую схему в этом же разделе преобразуют в пятимассовую и с учетом пятимассовой тепло-вой схемы модернизируют многомассовую термодинамическую модель в «MATLAB Simulink». Исследование многомассовой термодинамической модели сводится к определению допустимой нагрузки на валу двигателя в диапазоне частот питающего напряжения, превышающих номинальное значение, при условии ограничения нагрева обмоток выбранного асин-хронного двигателя.