Расчет электропривода подъемного механизма

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

К  КУРСОВОЙ  РАБОТЕ 

       По  предмету:    Электропривод                                                                                                                   

       Тема : Расчет  электропривода подъемного механизма      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      В современном промышленном и  сельскохозяйственном производстве, на транспорте и коммунальном  хозяйстве, в быту  применяют  самые  разнообразные  технологические  процессы, для реализации  которых  человеком  созданы  тысячи  различных  машин  и  механизмов.

    Механическая  энергия  вырабатывается  приводом, который  преобразовывает  другие  виды  энергии. В  современном промышленном  производстве, коммунальном  хозяйстве  и  в  быту  наибольшее  применение  нашел  электрический  привод, на  долю  которого  приходится  более  60 %  потребляемой  в  стране  электроэнергии.

    Такое  широкое  применение  электропривода  объясняется  целым  рядом  его  преимуществ  по  сравнению  с  другими  видами  приводов: использование  электрической  энергии, распределение  и  преобразование  которой  в  другие  виды  энергии, в том  числе  и  в  механическую, наиболее  экономично; Большой  диапазон  мощности  и  скорости  движения; разнообразие  конструктивного  исполнения, что  позволяет  рационально  соединять  привод  с  исполнительным  органом  рабочей  машины  и использовать  ее  для работы  в сложных условиях.

    Возможности  использования  современных  электроприводов  продолжают  постоянно  расширяться  за  счет  достижений  в  смежных  областях  науки  и  техники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание для курсовой работы

Часть 1

Рис.1. Кинематическая  схема подъемного механизма 

       1.1.Для главного привода подъемного механизма, выполненного по

кинематической  схеме, приведенной на рис.1, в соответствии с индивидуальным заданием выбрать асинхронный электродвигатель (АД) с фазным ротором,

тип и марку  редуктора. Режим работы электропривода – повторно- кратковременный (S3).

       1.2.Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата и определить

пусковой ток  в роторе электродвигателя и в  сети.

       1.3.Разработать схему автоматического управления пуском электродвигателя в функции параметра (тока, времени, скорости), указанного в задании. Количество ступеней пускового реостата должно соответствовать расчету (см.п. 1.2).

Выбрать необходимую  аппаратуру защиты и управления.

       1.4.Для главного привода подъемного механизма определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора, чтобы груз двигался на подъем и на спуск со скоростью, равной 0,5 заданного значения. Построить искусственные механические характеристики и определить ток в роторе и в сети при указанных режимах работы. 

Часть 2

       2.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением. Режим работы электропривода – S3. Построить естественную механическую характеристику и характеристики при напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения.

       2.2.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором основного исполнения. Режим работы

электропривода  – S3

       2.3.Определить время пуска электродвигателя, выбранного в п. 2.2, и построить зависимости ω = φ(t) и Mдв = ψ (t).

       2.4.Для электродвигателя, выбранного в п. 2.2, определить допустимое число включений в час. 

Часть 3

       3.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом, считая, что режим работы электропривода – кратковременный (S2) и время работы

составляет 15 мин.

       3.2.Определить превышение температуры двигателя в конце указанного времени работы. 

Часть 4

       4.1.Рассчитать параметры схемы замещения по каталожным данным

асинхронного  электродвигателя, выбранного в п. 2.2.

       4.2.Построить механические характеристики двигателя при частотном

регулировании скорости по закону для частоты 10, 25, 50 и 100 Гц. 
 
 

Дано :

Часть 1 

1. С целью  правильного выбора мощности электродвигателя подъемного механизма следует построить нагрузочную диаграмму, для этого необходимо определить мощность сопротивления , время работы и паузы :

где - масса груза, кг;

       - скорость груза, м/с;

       - ускорение свободного падения, м/с;

       - КПД передачи; 

                                                                                    (2)

где  - время цикла работы ( );

       - продолжительность включения, %; 

                                                                                        (3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.2. Нагрузочная диаграмма 

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

                                                                              (4)

где  - номинальная мощность двигателя, кВт;

       - эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая по выражению

                                                               (5)

где  - коэффициент ухудшения охлаждения двигателя в период паузы ( )

Выбираем  двигатель  с  фазным ротором  4АК160М4

Для обеспечения  надежного пуска двигателя следует сделать проверку по условию

                    (6)

где  - действительное напряжение при пуске, о.е.;

                                                                               (7)

       - действительное напряжение при пуске, В;

       - номинальное напряжение сети, В;

       - пусковой момент электродвигателя ( ), который принимается равным 0,8…0,9  момента критического;

                                                                     (8)

       - момент трогания рабочего органа подъемного механизма ( ), который приближенно можно определить по выражению 

                                                                                   (9)

где  - номинальная угловая скорость электродвигателя, с^-1. 

                                                                    (10)

        - момент номинальный двигателя

2. Расчет сопротивления ступеней пускового реостата

Построение естественной механической характеристики по полной формуле Клосса: 

                                                          (11)

где  - критический (максимальный) момент электродвигателя, ; 

                                                                               (12)

        - кратность критического момента;

                                                                                                                   (13)

        - активное сопротивление обмотки статора, Ом;

        - приведенное активное сопротивление обмотки статора, Ом;

        - текущее значение скольжения электродвигателя;

        - критическое скольжение электродвигателя 

                                                            (14)

        - номинальное скольжение электродвигателя 

                                                                                 (15)

         - синхронная частота вращения, об/мин;

         - номинальная частота вращения, об/мин; 

Переход от скольжения  S  к угловой скорости  ω производят, используя формулу 

                                                                                                              (16)

где  - синхронная угловая скорость электродвигателя, с^-1. 

Таблица 1 – расчет механической характеристики 

Построение пусковой диаграммы (рис.3.) следует начинать с определения максимального и переключающего (минимального) моментов: 

                                                                    (17)

                                                                           (18)

где  - момент сопротивления подъемного механизма, ; 

                                                                                     (19) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.3. Пусковая диаграмма 

После  построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления :

                                                                                 (20)

где  - номинальное сопротивление ротора, Ом;

                                                                         (21)

        - ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В;

        - номинальный ток ротора, А;

        - отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм.

Тогда сопротивления  ступеней пускового реостата

                                                                              (22)

всего  реостата:

                                                                   (23)

Пусковой  ток  ротора :

                                                   (24)

Определение пускового  тока в сети основывается на соотношении: 

                                                     (25) 

3. Для управления асинхронными двигателями широко используются релейно-контактные аппараты. При релейно-контактном управлении электродвигателем процесс его пуска обычно автоматизируется, что устраняет возможные при ручном управлении ошибки. Для пуска электродвигателя от персонала в этом случае требуется лишь нажать кнопку управления или повернуть в рабочее положение рукоятку командоконтроллера. У асинхронных электродвигателей с фазным ротором пусковые резисторы шунтируются по ступеням при помощи контакторов, управление которыми осуществляется в функции  скорости.

Рис.4. Принципиальная схема автоматического управления трехфазным асинхронным двигателем с фазным ротором по частоте вращения 

Схема управления пуском трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором в функции частоты вращения. При таких схемах управления к валу двигателя присоединено реле частоты вращения SR с контактами SR, которые замыкаются при определенной частоте вращения (рис. 4). При нажатии на кнопку SB2 ток проходит по катушке пускателя КM1, который в свою очередь при помощи двух контакторов вспомогательной цепи шунтирует кнопку. SB2 и присоединяет катушку реле блокировки КL к сети. Реле блокировки замыкает свои контакты и подготавливает схему для дальнейшей работы. При пуске двигателя в цепи обмотки ротора включено все сопротивление пускового резистора. Через некоторый промежуток времени, при достижении определенной частоты вращения, замыкаются контакты SR1, по катушке контактора ускорения КМ2 протекает ток и его контакты закорачивают часть сопротивлений, при дальнейшем увеличении частоты вращения SR2 и срабатывает контактор КМ3 и его контакты закорачивают оставшиеся пусковые сопротивления. Контакт вспомогательной цепи контактора КМ3 шунтирует контакты реле частоты вращения SR.

Для коммутации в цепи автоматического отключения электродвигателя при коротком замыкании предлагается автоматический выключатель. Выбор осуществляется по следующим условиям:

• по номинальному напряжению

                                                                                  (27)

• по номинальному току выключателя

                                                                                      (28)

• по номинальному току теплового расцепителя

                                                                                           (29)

Предлагается  автоматический выключатель ВА-51Г-31

Для управления асинхронным двигателем предлагается установить магнитный пускатель, выбираемый по номинальному напряжению:

по номинальному  току : 

Предлагается  пускатель  ПМЛ 322002.

Для защиты электродвигателя от перегрузок пускатель комплектуется  тепловым реле  РТЛ-205304  с током несрабатывания 23…32 А. 

4. Скольжение  двигателя при  работе на подъем :

                                                         (30)

где  - угловая скорость при работе  на естественной характеристике  при ;

на спуске  груза: 

                                                           (31)

Добавочное  сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на подъем: 

                                             (32)

где  - скольжение при работе на естественной характеристике

                                                                          (33)

Добавочное  сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на спуск: 

                                               (34)

Построение  искусственной характеристики при подъеме груза: 

                                                (35)

Скольжение  при номинальном моменте : 

                                                         (36)

Рис.5. Механическая характеристика (рабочие участки) естественная (1) и искусственная (2) 

Часть 2 

2.1. Повторность  включения  ,   .

Так как продолжительность  включения нестандартная, то найденное  значение мощности сопротивления пересчитаем на ближайшее большее стандартное значение продолжительности включения: 

                                                                                    (37)

где  - стандартное значение относительной продолжительности включения ( ), о.е.;

       - фактическое значение относительной продолжительности включения, о.е.;

       - мощность сопротивления при значении , кВт;

       - мощность сопротивления, приведенная к ближайшему большему стандартному значению , кВт;

       - коэффициент потерь.

По полученному  значению надо выбрать двигатель так, чтобы мощность двигателя при стандартной продолжительности включения удовлетворяла условию : 

                                                                                                               (38)

 так как  при  

Выбираем двигатель  с повышенным скольжением  4АС160S4

По условию  надежного пуска: 

                                                                                        (39)

Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

Построение естественной механической характеристики по характерным  точкам: 

  (40) 

где  - кратность минимального момента;

        - кратность пускового момента;

        - кратность критического момента;

        - угловая скорость при минимальном моменте, с^-1.

Критическое скольжение : 

                                                            (41)

Номинальное скольжение : 

Расчет  искусственных характеристик :

При 

Пересчет  моментов  производится  по  формуле :

                                                                                                    (42)

Таким образом при

при

при

Рис.6. Семейство  механических характеристик двигателя 4АС160S4 
 

2.2. Выбор асинхронного  электродвигателя с короткозамкнутым ротором основного исполнения производится аналогично электродвигателю с фазным ротором.

Выбираем двигатель с повышенным скольжением  4А160S4

По условию  надежного пуска: