Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова»
Кафедра: «Электроэнергетика»
Курсовая работа по дисциплине:
«Электрический привод»
на тему:
«Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма»
Выполнил студент
группы ЭЛд – 21у Иванов И.С.
Проверил:
доцент, к.т.н. Виноградов А.А.
Белгород 2008
Содержание:
- Исходные данные для расчётов……………………………………………
- Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма
и предварительный выбор мощности двигателя………………………….
- Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя………….
2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма…………...
2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя………………………...
2.4 Построение
упрощённой нагрузочной
2.5 Расчёт требуемой
мощности двигателя по
диаграмме………………………………………………………
3. Построение механической
и электромеханической
3.1 Расчёт
и построение механической
3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики……………..
4. Построение нагрузочной диаграммы………………………………………..
4.1 Подъём номинального груза………………………………………………..
4.2 Тормозной спуск груза……………………………………………………...
4.3 Подъём холостого гака……………………………………………………..
4.4 Силовой спуск силового гака………………………………………………
5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной
производительности лебёдки…………
6. Проверка выбранного
двигателя на нагрев……………………………
7. Список используемой литературы…………………………………………..
- Исходные данные для расчётов
|
Продолжение таблицы 1
Продолжение таблицы 1
Продолжение таблицы 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Посадочная скорость груза υ`с, м/с |
Наименование исполнительного механизма |
Система управления |
Род тока | |||||||||||||||||||||||||||||||
|
№ студента х 0,1 |
Асинхронный двигатель |
Преобразователь частоты с инвертором напряжения |
Сеть переменного тока 380 В | |||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица -1- Исходные данные для расчётов
2. Построение упрощённой
и предварительный выбор мощности двигателя
2.1 Построение упрощённой
Продолжительность включения рассчитываем по формуле:
(1)
где
(2)
= 6+4+7+7 = 24с
(3)
Время работы двигателя при подъёме груза:
= 6,67с
Время работы двигателя при спуске груза:
8,3с (5)
Время работы двигателя при подъёме холостого
гака:
с (6)
Время работы двигателя при спуске холостого
гака:
Здесь скорость спуска холостого гака равна скорости подъёма холостого гака
с (7)
Суммарное время включённого состояния двигателя:
6,67+8,3+1,67+2,67 = 19,31с
Определяем продолжительность включения двигателя:
ПВ%= % = 45 %
2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма.
Статическая мощность на выходном валу при подъёме груза:
=
кВт
Статическая мощность на выходном валу
при спуске груза:
= кВт (9)
Статическая мощность на выходном валу
при посадке груза:
=
кВт
(10)
Статическая мощность на выходном валу
при подъёме холостого гака:
=
кВт
(11)
Статическая мощность на выходном валу
при спуске холостого гака:
=
кВт
(12)
2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя.
Статическая мощность на валу двигателя при подъёме груза:
=
кВт
(13)
Статическая мощность на валу двигателя
при спуске груза:
= 10·0,8 = 8 кВт (14)
Статическая мощность на валу двигателя
при посадке груза:
= 1,67·0,8 = 1,34 кВт
Статическая мощность на валу двигателя при подъёме холостого гака:
Здесь ηх. г =0,2
= кВт (16)
Статическая мощность на валу двигателя при спуске холостого гака:
=1,47·0,2 = 0,3 кВт (17)
2.4 Построение упрощённой
нагрузочной диаграммы
Рисунок 1 – Упрощённая
нагрузочная диаграмма
2.5 Расчёт требуемой
мощности двигателя по
Средне квадратичную мощность рассчитываем по формуле:
(18)
где βi- коэффициент, учитывающий
ухудшение теплоотдачи и рассчитывается
для
всех рабочих участков по формуле:
(19)
Здесь β0- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи при неподвижном роторе
Для двигателей открытого и защищённого исполнения β0=0,25÷0,35
Для двигателей закрытого обдуваемого исполнения β0=0,3÷0,55
Для двигателей закрытых без обдува β0=0,7÷0,78
Для двигателей с принудительной вентиляцией β0=1
Принимаем β0=0,4 и υном=1,2м/с
При подъёме груза:
(20)
При спуске груза до одного метра:
(21)
При посадке груза:
(22)
При подъёме холостого гака:
(23)
При спуске холостого гака:
(24)
Таблица 2 – Сводная таблица
данных для расчёта
мощности
Участок |
Рс кВт |
tр ,с |
υ, м/с |
υн м/с |
β |
1 |
12,35 |
6,67 |
1,2 |
1,2 |
1,0 |
2 |
8 |
3,3 |
1,2 |
1,2 |
1,0 |
2 посадочный |
1,34 |
5 |
0,2 |
1,2 |
0,5 |
3 |
7,35 |
1,67 |
3,0 |
1,2 |
1,9 |
4 |
0,3 |
2,67 |
3,0 |
1,2 |
1,9 |
Запишем выражение для расчёта среднеквадратичной мощности двигателя:
=
= 8,66 кВт
Номинальную мощность двигателя находим по формуле:
где kз = 1,2 – коэффициент запаса
ПВном = 46 % - номинальная продолжительность включения
P (ПВ ) = 1,2 11 кВт
По справочнику выбираем двигатель
марки МАП521-4 , который имеет следующие характеристики:
Номинальная мощность Рн=12 кВт
Номинальное скольжение sн=4%
Частота вращения n=1390 об/мин
Номинальный ток статора Iном=24,5 А
Номинальный КПД ηн=89%
Номинальный коэффициент мощности cosφн=0,89
Момент инерции J = 0,2 кг·м2
Число пар полюсов р = 4
3. Построение механической и электромеханической характеристики.
3.1 Расчёт и построение механической характеристики.
Номинальная угловая скорость вращения:
= =
Номинальный момент:
=
Определяем критическое скольжение для двигательного режима:
Критический момент вращения находим
из выражения 29:
2,5·82,8=207Н·м
По уравнению Клосса находим Мдв:
Запишем выражение для угловой скорости:
где ω0=157 с –1
Используя формулы 31, 32 составим расчётную таблицу:
Таблица 3 – Данные для построения механической характеристики.
|
S |
0 |
0,01 |
0,04 |
0,05 |
0,07 |
0,09 |
0,1 |
0,12 |
0,33 |
|
ω, с-1 |
157 |
155,4 |
150,7 |
149 |
146 |
142,8 |
141,3 |
138,1 |
105,2 |
|
М, Н·м |
0 |
12,5 |
50 |
61,3 |
83 |
106,1 |
115 |
133,1 |
414 |
3.2 Расчёт и построение
Ток холостого хода:
(33)
где
I 24,5·
Ток, значение которого обусловлено параметрами скольжения и момента на валу:
(35)
Используя формулы 33, 34, 35 составим расчётную
таблицу:
Таблица 4 – Данные для
построения электромеханической
|
S |
0 |
0,01 |
0,04 |
0,05 |
0,07 |
0,09 |
0,1 |
0,12 |
0,166 |
1 |
|
М, Н·м |
0 |
12,5 |
50 |
61,3 |
84,5 |
106,1 |
115 |
133,1 |
207 |
124,3 |
|
I1, A |
6,4 |
7,2 |
15,2 |
18,3 |
27,8 |
31 |
34 |
39,8 |
81,4 |
170 |
Рисунок 2 – Механическая
и электромеханическая
двигателя типа МАП 422-4 при 2р=8.
4. Построение нагрузочной диаграммы
4.1 Подъём номинального груза.
Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:
= 1,2·0,2+
0,06 кг·м
(36)
Передаточное число:
=
Момент на валу электродвигателя:
(38)
Время разгона:
где угловая скорость ω1 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М1ст.
Выбранный двигатель типа МАП 422-4 снабжён дисковым тормозом типа ТМТ-42 с Мт = 120 Н· м
Постоянные потери в электродвигателе:
Тормозной момент, обусловленный постоянными
потерями в электродвигателе:
Суммарный тормозной момент:
Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя:
Установившаяся скорость подъёма номинального груза:
Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:
Время подъёма груза при установившемся режиме:
Ток, потребляемый двигателем, в пределах
допустимых нагрузок пропорционален моменту
на валу и может быть найден по формуле:
(47)
4.2 Тормозной спуск груза.
Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза:
Поскольку в пределах допустимых нагрузок механическую характеристику для генераторного и двигательного режимов можно представить одной линией, скорость рекуперативного торможения определяется по формуле:
где угловая скорость ω2 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М2ст.
Если ток тормозного режима I2 принять равным току двигателя, работающего с моментом М2ст, то:
(50)
Время разгона при опускании груза с включённым двигателем:
(51)
Тормозной момент при отключении двигателя от сети:
Время остановки опускаемого груза:
Скорость опускания груза:
Путь, пройденный грузом при разгоне
и торможении:
(55)
Время опускания груза при установившемся
режиме:
- Подъём холостого гака.
Момент на валу электродвигателя при подъёме холостого гака:
(57)
Моменту М3ст=5,1 Н · м соответствует, согласно механической характеристике, скорость двигателя ω3 =153 рад/с
Ток, потребляемый двигателем:
(58)
Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:
(59)
Время разгона при подъёме холостого гака:
Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъёма гака:
Время остановки поднимаемого гака:
Скорость подъёма холостого гака:
Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:
Время установившегося движения при подъёме холостого гака:
- Силовой спуск силового гака.
Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака:
(66)
Моменту М4ст = 21,4 Н·м соответствует скорость двигателя ω = 158 рад/с
и потребляемый ток:
Время разгона при опускании холостого гака:
Тормозной момент при отключении двигателя:
(69)
Время остановки опускаемого гака:
Скорость опускания холостого гака:
Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:
Время установившегося движения при опускании холостого гака:
Расчётные данные работы двигателя сводим в таблицу 5.
Таблица 5 – Расчётные данные работы двигателя.
Режим работы |
Ток, А |
Время, с |
|
Подъём номинального груза: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Горизонтальное перемещение груза……………. Тормозной спуск груза: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Расстроповка груза……………………………… Подъём холостого гака: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Горизонтальное перемещение гака……………... Силовой спуск холостого гака: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Застроповка груза…………………………………
|
Iп = 142 I1 = 24 — —
Iп = 142 I2 = 14,5 — —
Iп = 142 I3 = 1,4 — —
Iп = 142 I4 = 0,8 — — |
t1п = 0,2 t1у = 6,5 t1т = 0,04 t01 = 6
t2п = 0,05 t2у = 6,7 t2т = 0,1 t02 = 4
t3п = 0,3 t3у = 6 t3т = 0,2 t03 = 7
t4п = 0,3 t4у = 5,8 t4т = 0,3 t04 =7 |
5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение
заданной производительности лебёдки.
Полная продолжительность
Число циклов в час:
>
6. Проверка выбранного двигателя на нагрев.
Расчётная продолжительность включения:
Эквивалентный ток при
повторно-кратковременном
соответствующий расчётной ПВ% (полагая ток плавно спадающим
от пускового до рабочего, берём для расчёта его среднее значение,
тем более что время переходного процесса ничтожно мало):
(77)
Эквивалентный ток при
повторно-кратковременном
(78)
Таким образом, Iεн = 16 А < Iн = 24,5А, т. е. в заданном режиме работы выбранный двигатель перегреваться не будет.
8. Список используемой литературы.
- Чекунов К. А. “Судовые электроприводы электродвижение судов”. – Л.:
Судостроение, 1976.- 376с.
2. Теория электропривода. Методические указания к курсовой работе для
студентов дневных и заочных факультетов высших учебных заведений по
специальности 1809 “Электрооборудование и автоматика судов”.-
Калининград 1990г.
3. Чиликин М. Г. “Общий курс электропривода”.- М.: Энергия 1981г.
