Выбор электродвигателя для вертикального подъемника

Содержание Введение

1. Выбор для электродвигателя вертикального подъёмника

1.1 Определение приведённого момента нагрузки

1.2 Определение расчетной мощности и выбор электродвигателя

1.3 Построение пусковой диаграммы электродвигателя

1.4 Определение числа и расчёт величины пусковых резисторов

1.5 Определение приведённого момента инерции подъёмника при движении без груза и с грузом

2. Описание электротехнологической установки цеха

2.1 Назначение и особенности использования вентиляционных установок

2.2 Принцип работы электрической схемы автоматического управления электроприводом вентиляционной установки Заключение Список использованной литературы

Введение

Целями настоящего курсового проекта является выбор двигателя для вертикального подъёмника, и выполнение, анализа принципа работы электрической схемы автоматического управления электроприводом вентиляционной установки.

В рамках первой цели решаются следующие задачи:

— определяется приведённый момент нагрузки ЭД.

— определяется расчётная мощность, и выбирается марка ЭД.

— строится пусковая диаграмма ЭД и определяется число и величина пусковых резисторов.

Итогом расчёта вертикального подъёмника является расчёт приведённого момента инерции кинематической части электропривода при его движении с грузом и без груза.

В рамках второй цели решаются следующие задачи:

— определяется назначение данной схемы.

— определяются основные элементы схемы и органы её управления.

— рассматривается работа схемы в исходном состоянии, при команде пуск «вперёд», команде пуск «назад» и её остановка.

— определяется защита и питание цепей схемы.

1. Выбор электродвигателя для вертикального подъёмника

1.1 Определение приведённого момента нагрузки Схема состоит из электрического двигателя (ЭД) переменного тока с фазным ротором (ЭД), понижающего редуктора который состоит из трёх ступеней понижения числа оборотов. Для передачи вращающего момента в схеме имеются две соединительные муфты: М₁ — муфта соединяет вал ЭД и вал редуктора и муфты М₂ — которая соединяет выходной вал редуктора и ведущий шкив подъёмника.

В схеме имеется электромагнитный тормоз (Т), который затормаживает ротор ЭД при любом отключении питания ЭД. Это сделано для того чтобы неуравновешенный подъёмник не раскрутил ротор двигателя после отключения питания, как в нормальном режиме работы, так и при аварии в системе электроснабжения цеха. На схеме имеются следующие обозначения:

z₁, z₂, z₃, z₄, z₅, z₆ — число зубцов шестерен понижающего редуктора.

М_С,Н•м — момент сопротивления на валу электродвигателя М₁, М₂, М₃, Н•м — моменты на валах понижающего редуктора

m_к,кг — масса кабины подъёмника

m_г,кг — масса противовеса который позволяет снизить момент сопротивления М_С на валу электродвигателя и тем самым снизить мощность и массогабаритные параметры выбираемого ЭД.

Рассчитаем приведённый момент нагрузки М_С при движении груза вверх. Для этого запишем выражение для мощности на валу ЭД (1):

(1)[6]

Запишем выражение для определения мощности исполнительного механизма (2):

(2)[6]

Сам исполнительный механизм показан на рисунке 1:

Рисунок 1 Исполнительный механизм для управления кабиной Рассчитаем исполнительный момент по формуле (3):

(3)[6]

(Н•м) (4)[6]

Запишем уравнение связывающее мощность на валу двигателя и мощность исполнительного механизма учтём при этом КПД каждой механической передачи (5):

(5)[6]

Продолжим расчёт:

где — КПД зубчатой передачи

где — КПД зубчатой передачи

где — КПД зубчатой передачи

— КПД передачи с использованием шкивов.

Рассчитаем момент сопротивления на валу двигателя при движении кабины вверх (6):

(6)[6]

(Н•м) (7)[6]

На рисунке 2 показан исполнительный механизм для управления кабиной:

Рисунок 2 Исполнительный механизм для управления кабиной Рассчитаем момент сопротивления на валу двигателя при движении кабины вниз по формуле (8):

= (8)[6]

= (9)[6]

1.2 Определение расчетной мощности и выбор электродвигателя Рассчитаем момент сопротивления эквивалентный при этом учтём что t_р — время работы ЭД t_п — время паузы за которое производится загрузка или разгрузка кабины по формуле (10):

Продолжим расчёт:

_.= (10)[6]

_.= (11)[6]

_.= (Н•м) (12)[6]

Рассчитаем продолжительность включения ЭД подъёмника по формуле (13):

(13)[6]

(14)[6]

Приступим к выбору ЭД. За основу возьмём асинхронный двигатель с фазным ротором типов МТ или МТВ с номинальной продолжительностью включения:

или 0,25

Рассчитаем момент сопротивления эквивалентный с учётом выбираемых типов двигателя по формуле (15):

(15)[6]

(Н•м) (16)[6]

Выберем ЭД по формуле (17):

(17)[6]

где расчётная мощность ЭД;

— коэффициент запаса на расчётной мощности.

Определяем угловую скорость вала двигателя по формуле (18):

рад/c, (18)[6]

где nчисло оборотов в минуту об/мин;

= 3,14.

Для выбора ЭД заполним следующую таблицу:

Выберем ЭД конкретной марки

1.3 Построение пусковой диаграммы электродвигателя Пусковая диаграмма строится в координатах

где M — момент развиваемый двигателем при пуске

s, отн. ед. — скольжение ротора относительно вектора индукции магнитного поля статора.

Определяем скольжение ротора относительно вектора индукции магнитного поля статора по формуле (19):

(19)[6]

где, рад/c — угловая скорость холостого хода двигателя;

рад/c — угловая скорость двигателя при пуске.

Пусковая характеристика строится по определённым правилам, сначала строят механическую характеристику ЭД и уже на этой характеристике строим пусковую диаграмму.

Механическую характеристику построим по формуле Клосса (19):

(20)[6]

где М_к (Н•м) — критический момент, самый большой момент на механической характеристике.

S_к (отн.ед.) — критическое скольжение;

S (отн.ед.) — текущее скольжение.

Вычислим величинупо формуле (20):

электродвигатель вертикальный подъемник вентиляционный

(21)[6]

Продолжим расчёт:

(Н•м) где U_ф=220 (В) — фазное напряжение сети;

R₁= r_с = 3,67 (Ом) — активное сопротивление одной обмотки статора.

Вычислим угловую скорость двигателя при пуске по формуле (22):

(22)[6]

где p — число пар полюсов;

(рад/c)

Определяем по формуле (23):

(Ом) (23)[6]

Проверим критический момент и максимальный момент нагрузки двигателя по формуле (24):

(24)[6]

— неравенство выполняется.

Определим аналитическим способом механическую характеристику двигателя для этого рассчитаем критическое скольжение по формуле (25):

(25)[]

(отн.ед.)

Рассчитаем характеристику по формуле (26):

(26)[6]

Запишем значения характеристик в таблицу 1.

Таблица 1

Нанесём на диаграмму максимальный момент при пуске двигателя, для этого рассчитаем их по формулам:

(27)[7]

(Н•м)

(28)[6]

(Н•м)

1.4 Определение числа и расчёт величины пусковых резисторов Расчёт будем производить методом отрезков. На пусковой диаграмме имеется 4 механических характеристик, одна из них это характеристика является естественной, а остальные искусственными. Число секций пускового реостата равно числу искусственных характеристик. Исходя, из пусковой диаграммы мы получаем 3 секций пускового реостата.

Рассчитаем сопротивление первой секции пускового реостата по формулам:

(29)[6]

(Ом) (30)[6]

Рассчитаем сопротивление второй секции пускового реостата по формулам:

(31)[6]

(Ом) (32)[6]

Рассчитаем сопротивление третьей секции пускового реостата по формулам:

(33)[6]

(Ом) (34)[6]

1.5 Определение приведённого момента инерции подъёмника при движении без груза и с грузом Для этого запишем уравнение кинетической энергии всей механической части электрического привода (39)

+, (39)[6]

Запишем уравнение кинетической энергии для приведённой системы (40):

(40)[6]

Приравняем кинетическую энергию реальной системы и приведённой, и выразим приведённый момент инерции (41):

+ (41)[6]

Выразим все скорости в формуле через одну скорость по формулам:

(42)[6]

(43)[6]

Подставим все эти выражения в уравнение приведённого момента инерции. Рассчитаем приведённый момент инерции при движении кабины с грузом по формуле (46):

+ (46)[6]

Рассчитаем приведённый момент инерции при движении кабины без груза по формуле (47):

+ (47)[6]

2. Описание электротехнологической установки цеха

2.1 Назначение и особенности использования электропривода механизмов крана Электропривод механизмов крана.

Особенности работы кранового оборудования.

Изменение нагрузки в широких пределах:

— для механизмов передвижения — от 0,5 до 1,0 номинального значения,

— для механизмов подъема — от 0,12 до 1,0 номинального значения.

Режим работы повторно-кратковременный при большом числе включений в час.

Условия работы тяжелые (тряска, влажность, запыленность и колебания температуры).

Основные показатели работы кранового оборудования представлены в таблице 4.

Продолжительность включения ПВ,% - это отношение времени работы двигателя к времени цикла, выраженное в процентах.

Время цикла не должно превышать 10 мин.

(48)[7]

где (- время работы двигателя за цикл, мин; - суммарное время пауз за цикл, мин.

Коэффициент использования:

— по грузоподъемности () — это отношение массы груза, перемещаемого за смену () к номинальной () грузоподъемности, Продолжим описание:

(49)[7]

— в течение года — это отношение числа дней работы в году (А) к числу дней в году (365),

(50)[7]

— в течение суток — это отношение числа часов работы в сутки (В) к числу часов в сутках (24),

Число включений двигателя в час (h).

Основные показатели мостовых кранов запишем в таблицу 4

Таблица 4

2.2 Принцип работы электрической схемы контроллерного управления электроприводом механизмов мостового крана Назначение. Для управления и защиты АД механизмов передвижения и

подъема (спуска) с фазным ротором, управляемым с помощью симметричного кулачкового контроллера.

Основные элементы схемы.

Д с ЭмТ — приводной асинхронный двигатель (АД) с электромагнитным встроенным тормозом.

КЛ — контроллер линейный, для подключения АД к сети.

R_п — блок пусковых сопротивлений, для ступенчатого пуска АД.

РМ — реле максимального тока.

ВЛ — выключатель люка.

Органы управления.

К — контроллер, симметричный т. ККТ-61А (5, 4, 3, 2, 1- 0- 1, 2, 3, 4, 5) кулачкового типа с диаграммой переключений;

Кн.Р — кнопка «работа», для подготовки цепей управления и разрешения работы;

ВА — выключатель цепей управления («откл.» — «вкл.»).

Режимы управления.

Полуавтоматический — от «К» (контроллера).

Работа схемы.

Исходное состояние.

Поданы все виды питания на «защитную панель» (не показано).

К — «О», ВП — «В», люк кабины закрыт (ВЛ),

Кн.Р — запитывается и отключается — собирается цепь КЛ (Кн.Р),

КЛ — запитывается — готовится силовая сеть Д (КЛ:1…3), причем фаза «С» двигателя подключается к сети,

— становится на самопитание <�КЛ:4),

— собирается цепь движения (КЛ:5).

Схема готова к работе и управлению от «К».

Пуск «вперед».

К — «1» — подключается к сети Д на движение «вперед» (КЗ, К7), растормаживается, пускается,

— размыкается цепь «назад» (К9),

— размыкается параллельная цепь (К12) исходного состояния.

Начат разгон Д на 1 ступени при полностью введённом в цепь ротора пусковом сопротивлении «R_п».

Примечание — Перевод рукоятки контроллера при пуске оператор производит с выдержкой времени. Это обеспечивает плавность пуска и исключает возможные броски токов и моментов «Д». Для определения состояния контактов контроллера в зависимости от положения рукоятки использовать диаграмму контроллера.

К — «2» — выводится часть пускового сопротивления «R1−1» из фазы (К2), Д продолжает разгон на 2 ступени.

Примечание. Несимметричный вывод из фаз частей «» позволяет уменьшить число переключающихся контактов «К», обеспечить нужное число ступеней пуска и получить механические характеристики требуемого режима работы механизма.

К — «3» — выводится еще часть пускового сопротивления «R2−1» из другой фазы (К4), Д переходит на 3 ступень и продолжает разгон.

К — «4» — выводится из последней фазы пусковое сопротивление «R3» (Кб), Д переходит на 4 ступень и продолжает разгон.

К — «5» — выводится полностью «R_п» из цепи ротора (К8, К10), Д заканчивает разгон на 5 ступени и выходит на естественную характеристику.

Пуск «Назад».

К — «1» — реверс Д изменением порядка следования двух фаз (К1, К5).

В остальном элементы схемы работают аналогично описанному выше.

Остановка.

Нормальная — переводом контроллера — «О».

Экстренная — снятием питания с цепей управления, переводом ВА — «откл.», после чего установить К — «О».

Защита.

Все виды защиты введены в цепь контактора КЛ:

— силовой цепи — от токов КЗ и перегрузки (РМ),

— цепей управления — от токов КЗ (Пр. 1 и Пр.2),

— в случае открытия люка кабины (ВЛ),

— от самозапуска (не установлен контроллер в положение «О»).

Питание цепей.

3~ 380 В, 50 Гц — силовая цепь,

1 — 380 В, 50 Гц, линейное — цепи управления.

Заключение

В результате расчёта вертикального подъёмника была разработана нагрузочная диаграмма ЭД. С Н•м, Н•м.

Была разработана пусковая диаграмма ЭД с H•м, H•м, число ступеней пускового реостата равно 3. Выбран ЭД марки МТ-11−6, кВт. Определено сопротивление каждой секции пускового реостата: Ом, Ом, Ом. Проведён анализ электрической схемы автоматического управления электроприводом вентиляционной установки. В рамках анализа мной были изучены следующие цели:

— определил назначение данной схемы.

— определил основные элементы схемы и органы её управления.

— рассмотрел работу схемы в исходном состоянии, при команде пуск «вперёд», команде пуск «назад» и её остановка.

— определил защиту и питание цепей схемы.

1. ГОСТ 2.301 — 68 ЕСКД. Форматы.

2. ГОСТ 2. 104 — 68 ЕСКД. Основные надписи.

3. ГОСТ 2. 109 — 73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.

4. ГОСТ 2. 004 — 88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ.

5. Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Изд. 6-е, исправленное. М., «Энергия», 1997.432с. с ил.

6. Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. пособие для сред. проф. образования — М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. — 368с

7. Шеховцов В. А. Электрическое и электромеханическое оборудование: Учебник.- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М. 2004. 407с.: ил.- (Профессиональное образование).