Проектирование автоматизированного электропривода лебедки пассажирского лифта грузоподъемностью 630 кг

Среди обязательных элементов многоэтажных строений существует множество всевозможных приборов и устройств, без которых функционирования строения было бы просто невозможным. Среди важнейших технических элементов многоэтажных жилых домов, торговых центров и промышленных помещений, можно выделить лифт, который обеспечивает комфортный, а также, весьма быстрый способ перемещения в помещении относительно разных этажей строения. На сегодняшний день, лифт присутствует практически в каждом высотном здании, количество этажей которого превышает, как минимум, два. Причем в отдельных случаях лифт представляет собой элемент определенной роскоши, а в отдельных случаях его наличие, просто необходимо, а потому, лифт переходит из разряда роскоши в обязательный и, просто необходимый элемент, в задачи которого входит транспортировка людей и определенных грузов. Как правило, кабина лифта совершает движения по вертикали, хотя на сегодняшний день, становятся популярными различные виды эскалаторов и траволаторов, которые способны совершать движения по горизонтали или под определенным углом наклона. Последние, чаще всего, используются в торговых центрах, аэропортах и прочих общественных заведениях.

На сегодняшний день, разрабатывается великое множество самых разнообразных конструкций лифтов, которые могут обладать самыми неоднозначными размерами, формами и модификациями, а также, могут быть предназначены для различных типов строений, даже для коттеджей. Среди преимуществ современных лифтов выделяют их надежность, экономичность, бесшумность работы, комфорт, а также, высокие показатели мощности, производительности и грузоподъемности. Подобные технические устройства являются воплощением последних достижений в области электроники, гидравлики и механики, обеспечивая мягкий и плавный ход, с прекрасными техническими характеристиками и безупречными эстетичными свойствами.

1. Специальная часть

1.1 Технологический раздел

Анализ технологического процесса Лифт предназначен для подъема и спуска людей. В отдельных случаях допускается, в сопровождении пассажира, подъем и спуск грузов, вес и габариты которых вместе не превышают номинальную грузоподъемность лифта и не повреждают оборудование и отделку его кабины.

Принцип работы лифта следующий. При нажатии кнопки вызывного аппарата в устройство управления лифтом подается электрический сигнал (вызов). Если кабина находится на остановке, с которой поступил вызов, открываются двери кабины и шахты на данной остановке. Если кабина отсутствует, то подаётся команда на её движение. В обмотку электродвигателя лебедки и в катушку электромагнита тормоза подается напряжение, колодки тормоза разжимаются, и ротор электродвигателя начинает вращаться, обеспечивая с помощью червячного редуктора вращение канатоведущего шкива, который за счет сил трения приводит в движение кабину и противовес посредством тяговых канатов.

При подходе к нужному этажу устройство управления лифтом переключает электродвигатель лебедки на работу с пониженной частотой вращения ротора. Скорость движения кабины снижается, и в момент, когда порог пола кабины совместился с уровнем порога двери шахты, кабина останавливается, включается в работу привод дверей, двери кабины и двери шахты открываются. Включается выдержка времени 3 или 5 секунд (в зависимости от положения перемычки). При входе пассажиров в кабину срабатывает датчик наличия пассажира в кабине (контакт размыкается). Датчик наличия груза в кабине срабатывает, если масса груза превышает 15 кг. Если кабина оказалась загружена на 110% грузоподъемности, срабатывает датчик загрузки 110% (контакт размыкается), приказы не регистрируются, включается световое табло «ПЕРЕГРУЗКА», двери не закрываются. В кабинах с неподвижным полом включается выдержка 5 секунд. Если в течение этого времени не будет зарегистрирован приказ, то двери кабины закрываются и устройство переходит в исходное состояние, т. е. готово к выполнению вызова.

При нажатии на кнопку приказа кнопочного поста, расположенного в кабине, закрываются двери кабины и шахты, и кабина отправляется на этаж, кнопка приказа которого нажата.

По прибытии на требуемый этаж и выхода пассажиров двери закрываются, и кабина стоит на остановке до тех пор, пока не будет вновь нажата кнопка любого вызывного аппарата.

Описание промышленной установки Лифт ЛП-631Б состоит из составных частей, размещенных в шахте и машинном помещении. Машинное помещение и шахту лифта образуют строительные конструкции знания (кирпичная кладка, бетонные блоки и т. д.).

Основными составными частями лифта являются: лебедка, кабина, противовес, направляющие кабины и противовеса, двери шахты, ограничитель скорости, узлы и детали приямка, электрооборудование и электроразводка.

Транспортировка пассажиров и грузов производится в кабине, которая перемещается по вертикальным направляющим.

Передвижение кабины и противовеса осуществляется лебедкой, установленной в машинном помещении, с помощью тяговых канатов. Там же располагается ограничитель скорости, устройство управления, вводное устройство.

В нижней части шахты (приямке) расположено натяжное устройство каната ограничителя скорости, связанное посредством каната с ограничителем скорости, а также буферные устройства кабины и противовеса.

Для входа в кабину и выхода из неё шахта по высоте имеет ряд проёмов, закрытых дверьми шахты. Открывание и закрывание дверей производится с помощью привода, установленного на кабине. Двери шахты открываются только тогда, когда кабина находится на данном этаже. В случае отсутствия кабины на этаже отрывание двери шахты снаружи возможно только специальным ключом.

Лебедка установлена в машинном помещении лифта и предназначена для приведения в движение кабины и противовеса.

Основными составными частями лебедки являются: редуктор, тормоз, рама, двигатель, канатоведущий шкив, отводной шкив.

Кабина лифта подвешена на тяговых канатах в шахте и предназначена для перевозки пассажиров. Кабина лифта состоит из верхней балки, потолка, пола, створок дверей кабины, привода дверей и балки нижней.

Ловитель клиновой установленный на балке нижней предназначен для остановки и удержания кабины на направляющих при превышении скорости движения кабины вниз относительно номинальной до определенных пределов. Он рассчитан на совместную работу с ограничителем скорости. Взвешивающее устройство предназначено для контроля степени загрузки кабины и обеспечения попутных вызовов. При этом контролируется величина груза 90% и 110% номинальной грузоподъемности 630 кг. При загрузке кабины на 90% номинальной грузоподъемности автоматически исключается остановка по попутному вызову.

Взвешивающее устройство состоит из опоры, к которой на оси крепиться качалка. Уравновешивание подвижной системы взвешивающего устройства осуществляется пружинами, закрепленных на тяге.

Автоматическая дверь кабины гарантирует безопасность пользования кабиной. Положение створок (раздвинуты или закрыты) контролируется электрическим выключателем.

Двери шахты предназначены для предотвращения доступа в шахту. Дверь шахты — раздвижная, автоматическая, приводимая в движение дверью кабины состоит из балки, поперечины, стоек, порога. К верхней части стоек крепятся балка и поперечина, к нижней — порог. На балке установлены линейки, на которых установлены каретки с закрепленными к ним с помощью шпилек створками. Каждая каретка перемещается по линейке на роликах. Подшипники исключают возможность подъема и смещения кареток с линеек. Наклон линеек обеспечивает закрывание дверей под действием собственного веса.

Противовес предназначен для уравновешивания веса кабины и половины номинальной грузоподъемности. Противовес размещается в шахте лифта и с помощью подвески подвешен на тяговых канатах.

Противовес состоит из каркаса, в который уложены грузы.

Направляющие установлены в шахте лифта на всем пути движения кабины и противовеса и закреплены к строительной части шахты. Направляющие исключают разворот кабины и противовеса вокруг вертикальных осей, а также раскачивание кабины и противовеса при движении. Кроме этого, направляющие кабины воспринимают нагрузку при посадке кабины на ловители.

Натяжное устройство каната ограничителя скорости состоит из кронштейна, на котором на пальце шарнирно установлен рычаг с блоком и грузом. Блок подвешен на петле каната ограничителя скорости. Груз служит для натяжения каната. Угол наклона рычага контролируется выключателем.

Шунты и выключатели установлены как на кабине, так и в шахте лифта на разных отметках по высоте. Они предназначены для обеспечения автоматической работы лифта. При взаимодействии шунта с выключателем в схему управления лифтом выдается команда на изменение скорости движения кабины, либо на её остановку.

Конечный выключатель предназначен для отключения лифта в случае перехода кабиной крайних положений, ограниченных уровнем верхнего и нижнего этажей.

Приямок находится ниже уровня отметки нижней остановки. В нем расположены буфера кабины и противовеса.

Кинематическая схема лифта ЛП-631Б представлена в графической части листа 1.

Кинематическая схема даёт наиболее общее представление о движении кабины при вращении канатоведущих органов и способах уравновешивания кабин с грузом при помощи противовеса.

При наличие канатоведущего (4) и отводного (3) шкива тяговые канаты укладываются в лунки шкива, а их концы с одной стороны диаметра прикрепляются к кабине (8), а с другой — к противовесу (12). Натяжение канатов от веса кабины с грузом и веса противовеса создает в лунках канатоведущего и отводного шкива нормальное давление и трение при вращении шкивов, что в конечном счете приводит к необходимому тяговому усилию.

Применение противовеса обусловлено двумя основными причинами: экономия энергии за счет уравновешивания силы тяжести кабины и части массы груза и обеспечение достаточных сил сцепления канатов с ободом шкива в лебедках. Для лифтов с канатоведущими шкивами противовес является также необходимым условием обеспечения тягового усилия, поэтому лифт с канатоведущим шкивом, но без противовеса невозможен.

К нижней части противовеса прикрепляется цепь компенсирующая (13), которая применяется при высоте подъёма более 45 м.

Вращение канатоведущих органов то в одну, то в другую сторону осуществляется реверсивным электродвигателем (7) через редуктор (5).

Часть шахты, расположенная ниже уровня нижней посадочной площадки образует приямок, в котором размещаются упоры или буферы, ограничивающие ход кабины (противовеса) вниз и останавливающие с допустимым ускорением замедления.

Для предотвращения аварийного падения кабины (противовеса) лифт оборудуется автоматической системой включения ловителей от ограничителя скорости (1), срабатывающей при аварийном превышении скорости.

В приямке устанавливается натяжное устройство ограничителя скорости (10). Ограничитель скорости может устанавливаться в машинном, блочном помещении, на кабине и противовесе.

Подъемные механизмы всех лифтов, независимо от их назначения, снабжаются тормозными устройствами (6). Назначение тормоза — быстро поглотить кинетическую энергию вращающихся и движущихся частей лифта, остановить и удерживать кабину в требуемом месте. На лифтах с электроприводом, работающим на переменном токе, наложение тормоза осуществляется после снятия напряжения с электродвигателя. Тормоз обычно устанавливается на скоростном валу (вал двигателя), т.к. тормозной момент здесь относительно небольшой.

Соединение электрического оборудования кабины со станцией управления обеспечивается посредством подвесного кабеля питания (11), смонтированного в шахте. Станция управления работой лифта, приборы и аппараты находятся в машинном помещении.

1.2 Литературный обзор по теме дипломного проекта

технологический двигатель электропривод Анализ существующих схем электропривода В лифтовых установках применяются электродвигатели, обладающие жесткой механической характеристикой и достаточной перегрузочной способностью. К таким двигателям можно отнести трехфазные асинхронные двигатели и двигатели постоянного тока с независимым возбуждением.

Электропривода постоянного тока находили применение в скоростных лифтах, в которых скорость перемещения более 2 м/с. Это обусловлено необходимостью плавного регулирования скорости при пуске и торможении кабины лифта. Первыми системами электропривода в таких лифтах бала система генератор — двигатель. Регулирование скорости в такой системе производится за счет изменения ЭДС генератора путем управления током в обмотке возбуждения генератора. К достоинству системы Г-Д можно отнести плавное регулирование скорости движения кабины лифта. В тоже время имеются и существенные недостатки, такие как большие габариты и масса приводной установки, завышенная мощность электрических машин системы Г-Д, низкий кпд, сложность схемы управления, частые профилактические мероприятия.

С появлением тиристоров система Г-Д была полностью вытеснена системой тиристорный преобразователь — двигатель постоянного тока. Эта система лишена ряда существенных недостатков системы Г-Д, поэтому она на долгие годы стала основной системой регулируемого электропривода лифтовых установок. Регулирование скорости в системе ТП-ДПТ осуществляется за счет изменения величины выпрямленного напряжения. Применение управляемых выпрямителей позволяет работать двигателю в генераторном режиме с рекуперацией энергии в сеть, что является одним из достоинств данной системы. Вместе с тем применение ТП приводит к усложнению системы управления из-за наличия режима прерывистых токов. А наличие щеточно-коллекторного узла в конструкции ДПТ в настоящее время привело к полному вытеснению привода постоянного тока приводом переменного тока.

Привод переменного тока лифтовых установок можно разделить на регулируемый и не регулируемый. Не регулируемый привод применялся в тихоходных лифтах со скоростью менее 1 м/с. Для обеспечения точной остановки производится переход на пониженную скорость изменением механической характеристики или переключением двигателя на пониженную скорость. В первом случае используются асинхронный двигатель с микроприводом или асинхронный двигатель с фазным ротором (в настоящее время не применяются). Во втором случае используются лифтовые двухскоростные двигатели, которые применяются и в настоящее время. Применение двухскоростных двигателей не позволяет оптимально регулировать скорость кабины лифта, но позволяет незначительно уменьшить потери энергии при переходе на пониженную скорость за счет рекуперативного торможения.

Современный регулируемый электропривод лифтовых установок строится на основе системы преобразователь частоты — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, которая по своим характеристикам не уступает системе ТП-ДПТ. В зависимости от условий применения преобразователи частоты строятся на основе автономного инвертора напряжения с управляемым или неуправляемым выпрямителем. Преобразователи с неуправляемым выпрямителем применяются, как правило, в приводах мощностью менее 30кВт. Однако выбор того или иного преобразователя зависит от условий работы привода.

Для регулирования скорости в системе ПЧ-АД используются два основных способа:

1) скалярное управление;

2) векторное управление.

Скалярное управление заключается в согласованном изменении амплитуды и частоты питающего напряжения (тока), что позволяет плавно регулировать скорость вращения двигателя. Существует два вида систем скалярного управления: разомкнутые (вольтчастоные) и замкнутые (системы стабилизации потокосцепления). Системы скалярного управления имеют хорошие регулировочные свойства электропривода в статических режимах работы. Динамические же свойства определяются функцией задания частоты в переходном процессе и параметрами самого электропривода, в первую очередь отношением электромеханической постоянной времени к электромагнитной.

Векторное или амплитудно-фазовое управление позволяет добиться наилучших энергетических и регулировочных свойств, как в статических, так и в динамических режимах работы. Высокие показатели получаются за счет раздельного управления магнитного потока и электромагнитного момента с помощью составляющих тока статора, по аналогии с ДПТ НВ. Векторные системы управления применяются для механизмов с высокими требованиями к динамике. К таким механизмам можно отнести и лифты, поскольку в большинстве случаев формирование переходных процессов должно происходить с учетом ограничения ускорения и рывка.

Такие фирмы как Omron, Siemens, ABB выпускают преобразователи частоты ориентированные на применение их для управления скоростью движения лифтов. Причем в преобразователях реализованы как скалярные, так и векторные способы управления асинхронным двигателем.

Формулирование требований к автоматизированному электроприводу и автоматизации промышленной установки Формулирование требований к автоматизированному электроприводу выполняется исходя из обеспечения нормального протекания технологического процесса. В дальнейшем на основе требований будет производиться проектирование функциональной схемы электропривода и выбор комплектного преобразователя.

Электропривод лифта должен обеспечить:

1) реверсивную работу.

2) плавный пуск и торможение при условии, чтобы ускорения и замедления, а также их производные не превышали установленные нормы:

— среднее значение ускорения кабины при пуске и замедлении в нормальных режимах работы составляет 1 м/с²;

— максимальное значение ускорения кабины при пуске и замедлении в нормальных режимах работы составляет 1,5 м/с²;

— максимальное замедление при остановке кнопкой «Стоп» не должно превышать 4 м/с²;

— максимальное значение рывка (скорость изменения ускорения) не должно превышать 2 м/с³.

Ограничение ускорения и рывка определяется нормальным самочувствием пассажиров независимо от их возраста и состояния здоровья, а также необходимо в целях снижения динамических нагрузок на несущие канаты и кабину лифта.

3) постоянство скорости движения кабины вне зависимости от массы перевозимого груза. При этом относительный перепад скорости должен быть не более ±5%.

4) точную остановку кабины против уровня пола этажа. Для обеспечения удобства и безопасного входа и выхода пассажиров кабина лифта после торможения должна останавливаться против уровня этажной площадки с заданной степенью точности (не более 5 мм). Для обеспечения точной остановки кабины может быть предусмотрена пониженная скорость равная 10−20% от номинальной.

5) перегрузочную способность не менее 1,5. При этом снятие механического тормоза должно происходить только при величине тока двигателя, при котором обеспечивается необходимый момент для удержания кабины. Отключение электродвигателя должно сопровождаться наложением механического тормоза.

6) повторно-кратковременный режим работы двигателя с числом включений в час 180.

Питание силовых электрических цепей лифта должно производиться от сети переменного тока напряжением не более 380 В с частотой 50 Гц, а цепей управления, освещения и сигнализации — напряжением не более 220 В переменного тока и 24 В постоянного тока.

Электропривод должен отвечать всем требованиям противопожарной и электробезопасности, а также требованиям охраны труда. Во время работы привод не должен создавать повышенный шум и вибрации на несущие конструкции здания. Так как уровень допускаемого шума не должен превышать более 50 дБ.

Помимо вышеуказанных требований можно выделить такие требования как минимальные габариты и масса, удобство наладки и диагностики, удобство монтажа и ремонта, а также минимальная стоимость электрооборудования.

При автоматизации подъемной установки какие-либо действия оператора исключаются, и управление процессом точной остановки полностью возлагается на электропривод и систему управления. Система управления также должна обеспечить надежную работу электропривода при возникновении аварийной ситуации с соответствующей визуальной сигнализацией.

Подводя итог можно сделать заключение, что наиболее оптимальной системой электропривода является система ПЧ-АД, а для обеспечения высоких динамических свойств будем применять векторное управление.

Таблица 1 — Технические данные лифта ЛП-631Б

1.3 Расчётная часть

Предварительный расчёт мощности двигателя Для предварительного выбора двигателя рассчитаем массу противовеса. Расчёт времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгонов и замедлений (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен). Масса противовеса:

(1.1)

Примем, что при перемещении с 11 этажа на 1 масса груза составила 630 кг; с 1 этажа на 5 — 225 кг; с 5 на 2 — 375 кг; с 2 на 8 — 150 кг.

Активные составляющие момента статического сопротивления на канатоведущем шкиве:

= (1180 + 6 301 004 Нм (1.2)

325 * 9,81=287Нм (1.3)

= (1180 + 375 191 Нм (1.4)

= (1180 + 150 Нм

(1.5)

Реактивные составляющие момента статического на канатоведущем шкиве:

= (1180 + 630*

(1.6)

= (1180 + 225*

(1.7)

= (1180 + 375*

(1.8)

= (1180 + 150*

(1.9)

Моменты статического сопротивления на канатоведущем шкиве:

(двигательный режим) (1.10)

(двигательный режим) (1.11)

(тормозной режим) (1.12)

(тормозной режим) (1.13)

Угловая скорость канатоведущего шкива:

(1.14)

Расстояние между этажами:

(1.15)

Время движения при перемещении на 10 этажей (приблизительно):

(1.16)

Время движения при перемещении на 1 этаж (приблизительно):

(1.17)

Время движения при перемещении на 3 этажа (приблизительно):

(1.18)

Время движения при перемещении на 4 этажа (приблизительно):

(1.19)

Время движения при перемещении на 6 этажа (приблизительно):

(1.20)

Время работы в цикле (приблизительно):

172,5 с (1.21)

Время стоянки на этаже (приблизительно):

(1.22)

Предварительный выбор электродвигателя Ориентируемся на выбор двигателя серии 4А, рассчитанного на номинальный повторно-кратковременный режим работы с

Эквивалентный статический момент на канатоведущем шкиве за время работы в цикле (с учетом потерь в передачах):

=

= (1.23)

Учет влияния потерь в передачах выполняется подстановкой значений:

— в тормозном режиме (знаки момента и скорости различны);

— в двигательный режим (знаки момента и скорости одинаковы).

(1.24)

(1.25)

(1.26)

(1.27)

Расчетная мощность двигателя:

(1.28)

где, — коэффициент запаса (принимаем

Выбираем двигатель серии 4А. Асинхронный двигатель 4А80В2У3 имеет следующие технические данные []:

Таблица 2 — Технические данные двигателя типа 4А80В2У3

Построение нагрузочной диаграммы Для проверки выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (без учета электромагнитных переходных процессов). Для построения нагрузочной диаграммы произведем расчет передаточного числа редуктора, приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, примем динамический момент и ускорение электропривода с учетом перегрузочной способности двигателя и заданного допустимого ускорения.

Передаточное число редуктора:

(1.29)

Моменты статического сопротивления, приведенные к валу двигателя:

(1.30)

для XY = 111, 15, 52, 28,

где — функция знака скорости:

(1.31)

(1.32)

(1.33)

(1.34)

Суммарный момент инерции привода:

(1.35)

где — коэффициент, учитывающий моменты инерции полумуфт и редуктора (принимаем равным 1,2).

Примечание: считаем, что момент инерции не зависит от массы груза в кабине, поэтому подставляем в формулу массу номинального груза.

Модуль динамического момента двигателя по условию максимального использования двигателя по перегрузочной способности:

(1.36)

— максимальный по модулю статический момент, приведённый к валу двигателя.

Ускорение вала двигателя в переходных режимах:

(1.37)

Ускорение кабины лифта:

(1.38)

Ускорение кабины лифта менее максимально-допустимого.

Разбиваем нагрузочную диаграмму на 16 интервалов: 4, 8, 12, 16 — интервалы пауз; 1, 5, 9, 13 — интервалы разгона; 3, 7, 11, 15 — интервалы замедления; 2, 6, 10, 14 — интервалы работы с установившейся скоростью.

Продолжительность интервалов разгона-замедления:

(1.39)

(1.40)

Путь кабины при разгоне-замедлении:

(1.41)

Путь кабины при перемещении на 10 этажей, пройденный на постоянной скорости:

(1.42)

Путь кабины при перемещении на 1 этаж, пройденный на постоянной скорости:

(1.43)

Путь кабины при перемещении на 3 этажа, пройденный на постоянной скорости:

(1.44)

Путь кабины при перемещении на 4 этажа, пройденный на постоянной скорости:

(1.45)

Путь кабины при перемещении на 6 этажей, пройденный на постоянной скорости:

(1.46)

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на 10 этажей:

(1.47)

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на 1 этаж:

(1.48)

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на 3 этажа:

(1.49)

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на 4 этажа:

(1.50)

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на 6 этажей:

(1.51)

Время работы в цикле:

(1.52)

Время стоянки на этаже:

(1.53)

Моменты двигателя на интервалах разгона:

(1.54)

(1.55)

(1.56)

(1.57)

Моменты двигателя на интервалах движения с постоянной скоростью:

(1.58)

(1.59)

(1.60)

(1.61)

Моменты двигателя на интервалах движения с постоянной скоростью:

Проверка выбранного электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности Для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента. Используя нагрузочную диаграмму, находим эквивалентный по нагреву момент за время работы в цикле. Затем приводим эквивалентный момент к номинальной продолжительности включения двигателя. Для нормального теплового состояния двигателя необходимо, чтобы приведённый к номинальной ПВ эквивалентный момент был не больше номинального момента двигателя.

Эквивалентный момент за время работы в цикле (по нагрузочной диаграмме):

=5,58Нм (1.62)

Приведенный к номинальной ПВ эквивалентный момент:

(1.63)

Так как условие выполняется (то выбранный двигатель проходит по нагреву.

Запас по нагреву:

(1.64)

Запас более 11%

Расчёт параметров и выбор силовых элементов электропривода Из справочника выбираем двигатель типа 4А80В2У3, технические данные которого приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Технические данные двигателя типа 4А80В2У3

Произведем предварительный расчет механической части электропривода.

Находим номинальный момент электродвигателя

(1.65)

гдещ_ном — номинальная угловая скорость вращения вала двигателя

(1.66)

где щ₀ — угловая скорость вращения вала двигателя при холостом ходу

(1.67)

Находим максимальную угловую скорость вращения вала двигателя

(1.68)

Находим минимальную угловую скорость вращения вала двигателя

(1.69)

Находим приведенный момент механической передачи

(1.70)

гдеM_мех — механический момент;

i_п — отношение начального пускового тока к номинальному.

(1.71)

Находим момент нагрузки, приведенный к валу двигателя

(1.72)

Находим максимальный момент

(1.73)

Находим пусковой момент

(1.74)

Находим минимальный момент

(1.75)

Находим момент инерции механизма

(1.76)

Определим потери в двигателе

(1.77)

(1.78)

(1.79)

(1.80)

(1.81)

(1.82)

Находим момент холостого хода

(1.83)

(1.84)

где M_э.ном — эквивалентный номинальный момент

(1.85)

(1.86)

Находим ток статора

(1.87)

Находим активное сопротивление статора

(1.88)

Находим полное сопротивление короткого замыкания

(1.89)

Находим индуктивное сопротивление короткого замыкания

(1.90)

(1.91)

Находим сопротивление ротора

(1.92)

Ом Находим индуктивное сопротивление статора и ротора

(1.93)

Находим критическое скольжение двигателя

(1.94)

Находим ток холостого хода

(1.95)

Находим приведенный ток ротора

(1.96)

Находим активное сопротивление взаимной индукции

(1.97)

(1.98)

Находим индуктивное сопротивление взаимной индукции

(1.99)

Находим индуктивность статора

(1.100)

Находим индуктивность ротора

(1.101)

Находим взаимную индукцию

(1.102)

Находим эквивалентное сопротивление цепи статора

(1.103)

Находим эквивалентную индуктивность цепи статора

(1.104)

Находим суммарный момент инерции ЭП

(1.105)

Выбор силовых ключей инвертора.

В качестве силовых ключей рекомендуется использовать модули IGBT, в состав которых входят биполярные транзисторы с изолированными затворами и обратные диоды.

Предварительный выбор.

Находим номинальный фазный ток статора

(1.106)

Находим средний ток через силовой ключ

(1.107)

гдеk_з — коэффициент запаса, учитывающий перегрузку по току при коммутации ключа; k_з = 2;

I_max — амплитудное значение тока в плече силовой цепи инвертора.

(1.108)

Находим рабочее напряжение на силовом ключе

(1.109)

гдеU_max — амплитудное значение напряжения в силовой цепи инвертора;

ДU_п.н — коммутационное перенапряжение на ключе.

(1.110)

гдеU_л — линейное напряжение сети; U_л = 380 В.

С учетом рекомендаций принимаем значение перенапряжения U_п.н = 600 В.

На основании выражений (1) и (2) по каталогу был выбран силовой модуль типа 202GB1280, технические параметры которого приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Технические параметры силового модуля типа 202GB1280

Выбор силовых вентилей выпрямителя Выбор тиристоров по току.

Находим действующее значение тока фазы

(1.111)

Находим действующее значение тока

(1.112)

Находим действующее значение тока через вентиль

(1.113)

Предварительно выбираем вентиль по соотношению

(1.114)

гдеk_зо — коэффициент, учитывающий отклонение условий работы вентилей от номинальных; k_зо = 1,15;

k_зрi — коэффициент запаса по току в рабочем режиме; k_зрi= 1,45.

Из справочника был выбран тиристор типа Т112−10 с охладителем типа О111−60, технические данные которых приведены в таблице 5.

Таблица 5 — Технические данные тиристора типа Т112−10 и охладителя типа О111−60

Для выбранного тиристора рассчитываем максимальный допустимый средний ток при заданном режиме и условиях работы

(1.115)

гдеU_T(TO) — пороговое напряжение;

k_фi — коэффициент формы тока;

r_T — дифференциальное сопротивление;

T_jm — максимально допустимая температура;

T_a — температура охлаждающей среды;

R_thja — тепловое сопротивление «переход — среда»;

(1.116)

(1.117)

гдеR_thch — тепловое сопротивление «корпус — контактная поверхность охладителя»;

R_thjc — тепловое сопротивление «переход — корпус»;

R_thha — тепловое сопротивление «контактная поверхность охладителя — охлаждающая среда»

Выбранный тиристор должен удовлетворять условию

(1.118)

Условие выполняется.

Максимально допустимое напряжение, прикладываемое к вентилю, не должно превышать допустимого значения повторяющегося импульсного напряжения

(1.119)

гдеk_зu — коэффициент запаса по напряжению; k_зu= 1,3;

k_c — коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети; k_c= 1,1;

U_обр.m — максимальное обратное напряжение на вентиле.

(1.120)

Тиристоры выбраны верно.

Выбор конденсаторов силового фильтра.

Находим суммарную емкость конденсаторов силового фильтра

(1.121)

гдеU_d — среднее значение выпрямленного напряжения;

T_э — постоянная времени нагрузки;

R_э — активное сопротивление нагрузки;

ДU_c — допустимое повышение напряжения на конденсаторе.

(1.122)

гдеk_сх — коэффициент схемы; k_сх = 0,9.

(1.123)

(1.124)

Находим максимальное допустимое напряжение на конденсаторе

(1.125)

На основе результатов выбираем конденсатор силового фильтра.

Конденсатор К78−99.

Выбор аппаратуры защиты и коммутации Для того чтобы во всех случаях гарантировать сохранность двигателя, в современных электроприводах применяются различные виды защит. Защита должна обладать свойством универсальности. При любых ситуациях, угрожающих аварией, она должна либо действовать на сигнал, либо отключать двигатель. Известно много разнообразных устройств, предназначенных для защиты асинхронных двигателей. Все они имеют определенные достоинства и недостатки. Однако осуществить принцип универсальности в полной мере не удаётся. Для защиты асинхронных двигателей применяют плавкие предохранители, реле с биметаллическими пластинами (тепловые реле), встроенную температурную защиту.

Плавкие предохранители — самое простое и наиболее распространенное устройство защиты. Их работа основана на принципе разрыва электрического тока в специально ослабленном месте. Плавкие вставки в цепях короткозамкнутых двигателей выбирают по рабочему току и проверяют по пусковому.

Для защиты асинхронного двигателя выбираем блок защиты СиЭЗ-4И-1−25.

Устройство защиты электродвигателей СиЭЗ-4И-1−25 предназначено для защиты 3-х фазных электродвигателей с номинальными (рабочими) токами в диапазоне 1 ч 25 А (ориентировочной мощностью 0,35 ч 12 кВт).

иЭЗ-4И-1−25 обеспечивает: индикацию токов по трем или одной фазам по выбору; цифровую установку номинального (рабочего) тока защиты; индикацию вида аварии; индикацию токов аварийных режимов при срабатывании защиты; установку токо-временной характеристики защиты в зависимости от режимов работы электродвигателя и его технических характеристик; установку времени задержки контроля токо-временной характеристики защиты на время пуска электродвигателя в зависимости от режимов работы электродвигателя и его технических характеристик; цифровую установку тока защиты по минимальному току; возможность включения и отключения необходимых параметров защит; управление по релейному выходу пускателем электродвигателя; подключение внешней индикации по релейному выходу аварийной сигнализации; режим автоматической разблокировки устройства (снятие режима «Авария») при необходимости по истечении заданного времени.

Таблица 6 — Технические характеристики блока защиты СиЭЗ-4И-1−25.

1.4 Проектирование электрической функциональной схемы электропривода

На основании сформулированных требований, рассчитанной силовой схемы выбираем автоматический регулятор скорости вращения Varispeed L7 фирмы OMRON.

Для управления скоростью электропривода будем применять частотное регулирование, потому что данный способ является наиболее оптимальным. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту питающего двигатель напряжения, можно изменять его частоту вращения холостого хода, получая тем самым различные искусственные характеристики. Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне.

Исходя из высоких требований к динамике принимаем векторное управления электроприводом лифта.

Любая система частотного управления состоит из силового преобразователя и системы управления. В качестве преобразователя частоты выбираем автономный инвертор напряжения на IGBT транзисторах с не управляемым выпрямителем на входе. Регулирование частоты напряжения осуществляется путем изменения частоты переключения ключей инвертора.

Электрическая функциональная схема преобразователя частоты OMRON.

Основным «мозговым» узлом, в задачу которого входит исполнение программного кода, находящегося в памяти является процессор. Он непосредственной связью соединён со всеми блоками частотного преобразователя.

Пульт управления преобразователя частоты является инструментом обмена информацией между преобразователем частоты и пользователем. С помощью пульта управления устанавливаются значения параметров, считываются данные о текущем состоянии и подаются управляющие команды.

Коммуникационный модуль позволяет осуществлять системную сеть передачи данных.

В основе построения интерфейса RS 232/485 лежит дифференциальный способ передачи сигнала, когда напряжение, соответствующее уровню логической единицы или нуля, отсчитывается не от «земли», а измеряется как разность потенциалов между двумя передающими линиями: Data+ и DataПри этом напряжение каждой линии относительно «земли» может быть произвольным, но не должно выходить за диапазон −7…+12 В.

Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования и людей от поражения электрическим током.

Аналоговый интерфейс предназначен для передачи информации, необходимой для автоматизации согласования параметров.

Драйверы осуществляют трансляцию однотипных для всех устройств обращений к ним из процессов и из других модулей ОС в специфические для устройства управляющие воздействия и управляют выполнением этих воздействий.

Дискретный интерфейс — это канал связи, обеспечивающий передачу информации в дискретной форме.

В современных преобразователях также можно косвенно измерять скорость. В этом случае ошибка по скорости составляет 2% и диапазон регулирования скорости не превышает D=100. В нашем случае для контроля положения используется фотоэлектрический импульсный датчик, сигналы которого можно использовать и для определения скорости.

Для регулирования основных величин в системе управления применяются соответственно регуляторы скорости, потокосцепления и составляющих вектора тока статора.

Выходной фильтр помех применяется для ослабления электромагнитных помех, генерируемых в выходной цепи работающего преобразователя частоты.

2. Экономическая часть

Использование в производственном процессе автоматизированного электропривода блока регулятора тока частотного преобразователя OMRON необходимо оптимизировать не только с точки зрения его технических характеристик (надежность, долговечность, рациональность), но и с экономической точки зрения. Данный аспект проблемы возникает в связи с тем, что затраты, связанные с эксплуатацией электропривода, в том числе осуществлением наладочных работ, в конечном счете, являются частью денежных затрат предприятия на производство и реализацию продукции. В соответствии с «Основными положениями по составу затрат, включаемых в себестоимость продукции (работ, услуг)» затраты на наладку и эксплуатацию производственного оборудования будут включены в себестоимость конечной продукции, отразятся на цене реализации и в итоге на финансовом результате деятельности предприятия. В связи с этим существенное значение имеет расчет себестоимости наладочных работ, и выявление возможностей минимизации затрат предприятия в этом направлении.

Для принятия оптимальных управленческих и финансовых решений, необходимо знать состав затрат предприятия. Анализ издержек позволяет определить:

— эффективность расходов,

— уточнить оптимальный размер затрат,

— проверить хозяйственные показатели

— ведение счетно-учетных операций;

— способствовать выработке тактических решений по регулированию и контролю расходов,

— способствовать выработке стратегических решений по регулированию и контролю расходов.

Анализ издержек выявляет различные виды расходов и определяет пути их регулирования. Знание структуры затрат и тенденции их изменений способствует принятию мер по повышению эффективности и постепенному снижению расходов.

Величину и структуру затрат, образующих себестоимость наладочных работ, наиболее целесообразно определять в соответствии с калькуляционной классификацией. Калькуляционная классификация отражает место возникновения затрат и применяется для определения затрат на единицу продукции (работ, услуг). Группировка затрат по статьям калькуляции осуществляется в зависимости от их функциональной роли в производственном процессе. Типовая классификация затрат на машиностроительных предприятиях рекомендована Основными положениями по планированию, учету и калькулированию себестоимости на промышленных предприятиях, разработанными Министерством промышленности республики. Затраты, связанные с осуществлением наладочных работ, целесообразно группировать в зависимости от их экономической роли в процессе производства. Исходя из этого затраты подразделяются на основные и накладные. Основные затраты связаны непосредственно с процессом производства, а накладные затраты — с организацией, управлением, технической и технологической подготовкой производства и его обслуживанием. Структура затрат, сформированная по статьям калькуляции, дает возможность установить трудоемкость и материалоемкость производимых наладочных работ; определить удельный вес каждой группы затрат и разработать конкретные мероприятия по минимизации данного вида затрат.

Наладочные работы представляют собой услугу производственного назначения, и в соответствии с законодательством Республики Беларусь расчет полной себестоимости наладочных работ электропривода может быть произведен по следующим статьям затрат:

Таблица 6 — Расчёт полной себестоимости наладочных работ автоматизированного электропривода

Наладочные работы в процессе эксплуатации электропривода являются достаточно трудоемким этапом, что отражается на их себестоимости. В связи с этим, предварительно определяем трудоемкость наладочных работ электропривода. Технико-экономические расчеты затрат, составляющих себестоимость наладочных работ, производим с учетом расчетов трудоемкости.

Расчёт трудоёмкости наладочных работ электропривода блока регулятора тока частотного преобразователя OMRON приведён в таблице 7.

Таблица 7 — Расчёт трудоёмкости

Стоимость материальных ресурсов, включаемых в затраты на производство наладочных работ по статье затрат «Материальные затраты», формируется, исходя из фактически произведенных расходов на покупку материальных ресурсов. При расчете стоимости материальных ресурсов учитывается стоимость покупных комплектующих изделий и материалов. Стоимость принимается по действующим прейскурантам []

Таблица 8 — Стоимость комплектующих изделий

Стоимость принимается по действующим прейскурантам [].

Таблица 9 — Стоимость комплектующих материалов определяется из видов материала и их количества

В статью затрат «Материальные затраты», кроме того, входит стоимость электроэнергии затраченной в процессе производства наладочных работ.

Затраты на электрическую энергию состоят из затрат на потребляемую энергию паяльника и лампы местного освещения, но так как энергоёмкость данных приборов невелика, затраты являются несущественными и их можно не учитывать.

Таблица 10 — Калькуляция материальных затрат (Зм)

В статью затрат «Трудовые затраты» включаются общая заработная плата наладчика и отчисления от заработной платы.

Общая заработная плата наладчика определяется как сумма основной заработной платы и дополнительной:

ЗПобщ=ЗПосн+ЗПдоп (2.1)

Основная заработная плата (ЗП_осн) — оплата за фактически отработанное время; дополнительная (ЗП_доп) — оплата за неотработанное время, т. е. отпускные, вознаграждение за выслугу лет, надбавки за высокое профессиональное мастерство и т. д.

Основная заработная плата определяется как произведение часовой тарифной ставки соответствующей разряду наладочных работ (в рублях) и трудоёмкости выполнения наладочных работ (в часах):

ЗПосн=Тч*Тс*Кпр (2.2)

где Тч — часовая тарифная ставка;

Тс — трудоёмкость выполнения работ;

Кпр — коэффициент премирования, равный 1,3.

Разряды работ устанавливаются в соответствии с «Единым тарифно-квалификационным справочником». Наладчик, осуществляющий наладку автоматизированных электроприводов, в соответствии с ЕТКС тарифицируется по 4-ому разряду.

Часовая тарифная ставка наладчика 4 разряда рассчитывается по формуле Тч= Т1*k*Котр / Тср (2.3)

где Т1 — тарифная ставка первого разряда, которая на 01.01.2013 г. составляет 240 000 рублей согласно Постановления Совета Министров РБ от 28 декабря 2012 года № 1230.

k — тарифный коэффициент наладчика 4-го разряда, который в соответствии с Единой тарифной сеткой работников республики Беларусь, действующей на 01.01.2013 г. равен 1,57;

Котр — отраслевой коэффициент. Для дифференциации труда работников в различных отраслях промышленности, выполняющих определенные технологические виды работ, установлены отраслевые коэффициенты повышения заработной платы. Они показывают, во сколько раз тарифные ставки на определенных видах технологических работ в данной отрасли выше тарифных ставок по Единой тарифной сетке и изменяются от 1,0 до 1,9.

В соответствии с пунктом 7 Постановления Министерства труда и социальной защиты № 40 от 23. 09. 2009 г. Отраслевой коэффициент принимаем равным 1,65.

Тср — среднее число часов работы в месяц, т.к. на предприятии установлена пятидневная сорокачасовая рабочая неделя, продолжительность смены — 8 часов, среднее количество рабочих дней в месяце -22, то среднее число часов работы в месяц составляет 176 часов.

Рассчитаем часовую тарифную ставку:

Тч=240 000*1,57*1,65/176=3532 рублей Зная размер часовой тарифной ставки, трудоемкость наладочных работ АЭП, коэффициент премирования, рассчитаем основную заработную плату:.

ЗПосн=3532*7*1,3=32 141 рублей Далее следует рассчитать дополнительную заработную плату.

Дополнительная заработная плата определяется по формуле:

ЗПдоп=ЗПосн*Кдоп/100% (2.4)

где Кдоп — процент дополнительной заработной платы, равный 15%

ЗПдоп= 32 141*15%/100%=4821 рублей Зная основную и дополнительную заработную плату, рассчитываем общую: ЗПобщ=32 141+4821=36 962

В статью затрат «Трудовые затраты» также включаются обязательные отчисления по установленным нормативам в фонд социальной защиты населения. Отчисления производятся от всех видов оплаты труда работников, занятых в производстве, независимо от источников выплат, кроме тех, на которые страховые взносы не начисляются. Кроме того, от фонда оплаты труда производятся отчисления по обязательному страхованию, размер, которых устанавливается в зависимости от типа производства и условий труда. Рассчитаем отчисления на социальные нужды.

Таблица 11 — Отчисления на социальные нужды

Зная все элементы затрат по статье «Трудовые затраты», составляем калькуляцию затрат по данной статье.

Таблица 12 — Калькуляция трудовых затрат (Зт)

Произведя расчеты основных затрат на наладочные работы, рассчитаем накладные затраты. Накладные затраты рассчитываются в процентном отношении к величине основной заработной платы. Расчёт накладных затрат произведем по формуле:

Зн=ЗПосн*Кзн/100% (2.5)

где Кзн — коэффициент накладных затрат в процентах (120−180);.

Величина накладных расходов составит:

Зн=32 141*120/100=38 569

Рассчитав основные и накладные расходы, составляем калькуляцию себестоимости наладочных работ автоматизированного электропривода.

Таблица 13 — Калькуляция себестоимости наладочных работ

Для поиска резервов снижения затрат организации на эксплуатацию и обслуживание оборудования целесообразно провести анализ структуры себестоимости наладочных работ (таблица 14).

Таблица 14 — Калькуляция себестоимости наладочных работ

Рассчитанная сумма издержек по организации и производству наладочных работ как часть общепроизводственных расходов будет включена в себестоимость конечной продукции производимой на данном участке. Рыночная среда хозяйствования, современная экономическая ситуация ставят предприятие в условия, когда их эффективная деятельность напрямую зависят от экономии затрат.