Проектирование электропривода механизма подъема крана

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Разработать электропривод механизма подъема крана, работающего на переменном токе.

Исходные данные:

§ высота подъема ;

§ масса груза ;

§ масса крана ;

§ скорость движения ;

§ радиус подъемного барабана ;

§ время загрузки ;

§ время выгрузки ;

§ разгон электропривода с асинхронным двигателем пятиступенчатый;

§ торможение электропривода с асинхронным двигателем противовключением.

РЕФЕРАТ Пояснительная записка 47 страниц, 5 рисисунков, 3 источника, 21 таблица.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, КРАНОВЫЙ МЕХАНИЗМ, СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ, КРИТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ, МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ДИАГРАММА ДВИЖЕНИЯ Проектируемым объектом является электропривод механизма крана.

Цель работы — разработать крановый механизм подъема груза с разгоном в пять этапов и торможением противовключением.

В курсовом проекте рассмотрены следующие вопросы:

§ выбор электродвигателя (асинхронный двигатель 220/380 В);

§ расчет добавочных сопротивлений в цепи ротора;

§ построение механических характеристик электропривода;

§ построение переходных процессов в приводе;

§ выбор схемы управления.

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Выбор электродвигателя переменного тока

2. Расчет величин сопротивлений добавочных резисторов в цепи ротора

3. Построение механических характеристик электропривода

4. Расчет тока ротора двигателя на различных этапах подъема и спуска кранового механизма

5. Построение переходных процессов и определение интервалов времени разгона по ступеням и при торможении

6. Расчет потерь энергии в электроприводе механизма подъема крана и определение коэффициента полезного действия электропривода

7. Выбор схемы управления двигателем крана Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Достижение высокой степени механизации и автоматизации производственных процессов многих промышленных предприятий связано не только с выполнением главных технологических операций, но и со вспомогательными операциями по транспортировке сырья, готовой продукции и топлива, которые выполняются во многих случаях электрическими кранами. Эти механизмы первыми монтируются на строительных площадках и в корпусах заводов, они выполняют вначале функции монтажных кранов, а по окончанию строительства обычно работают как технологические.

Электрические краны различных конструкций встречаются почти во всех отраслях народного хозяйства. В цехах металлургических и машиностроительных заводов работают мостовые краны, на различных дворах заводов и угольных складах электрических станций — портальные и козловые перегрузочные краны, на строительстве — башенные, кабельные и т. д.

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Мощность двигателя подъемной лебедки в статическом режиме работы подъема груза рассчитывается по формуле:

(1.1)

где ,

.

Выбираем краново-металлургический двигатель переменного тока серии МТ с фазным ротором (50 Гц, 220/380 В) по /3/.

Технические данные двигателя:

§ тип двигателя МТН613−10

§ номинальная мощность

§ номинальная скорость

§ отношение максимального момента к номинальному

§ значение в номинальном режиме

§ значение в режиме холостого хода

§ номинальное значение тока статора

§ значение тока статора в режиме холостого хода

§ активное фазное сопротивление обмотки статора

§ индуктивное фазное сопротивление обмотки статора

§ номинальное значение ЭДС ротора

§ номинальное значение тока ротора

§ активное фазное сопротивление обмотки ротора

§ индуктивное фазное сопротивление обмотки ротора

§ коэффициент трансформации

§ момент инерции ротора

Передаточное число редуктора рассчитываем по формуле:

(1.2)

где — скорость идеального холостого хода электродвигателя, рад/с.

Момент сопротивления электропривода при подъеме груза:

(1.3)

.

Момент сопротивления электропривода при спуске крюка:

(1.4)

Момент инерции электропривода при подъеме груза:

(1.5)

.

Момент инерции электропривода при спуске крюка:

(1.6)

.

2. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИН СОПРОТИВЛЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ В ЦЕПИ РОТОРА Механические характеристики электропривода с асинхронным двигателем описываются выражениями (по Клоссу):

(2.1)

где — критическое значение момента двигателя:

; (2.2)

— критическое значение скольжения ротора:

; (2.3)

— параметр асинхронного двигателя:

; (2.4)

— скольжение асинхронного двигателя:

; (2.5)

М — момент двигателя, Н•м;

Uф — значение фазного напряжения сети, В;

— угловая скорость электропривода, рад/с;

— активное приведенное к обмотке статора добавочное сопротивление, включенное в обмотку ротора, Ом.

Формула Клосса выведена для Г-образной схемы замещения электродвигателя (рис.1). Найдем параметры Т-образной схемы замещения (рис.2).

.

Найдем параметры Т-образной схемы замещения.

,

.

Рисунок 1 — Т-образная схема замещения асинхронной машины Рисунок 2 — Г-образная схема замещения асинхронной машины Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя в номинальном режиме описывается следующее выражением:

(2.6)

(2.7)

где; (2.8)

;

;

Тогда ,

.

Критическое значение момента в двигательном режиме:

.

Критическое значение момента в генераторном режиме:

.

Критическое значение скольжения ротора в двигательном режиме:

.

Критическое значение скольжения ротора в генераторном режиме:

.

Параметр асинхронного двигателя:

.

Тогда

.

Значение скольжения, при котором происходит закорачивание дополнительных резисторов, а также критических скольжений на каждом этапе разгона и на участке динамического торможения определяется по формулам:

(2.9)

(2.10)

где ;

(2.11)

а значение момента двигателя, при котором производится закорачивание дополнительных резисторов, М2, определяется по формуле:

. (2.12)

.

Значения резисторов определяются по формулам:

(2.13)

Установившееся значение скольжения ротора двигателя при подъеме груза:

(2.14)

Установившееся значение скольжения ротора двигателя при спуске крюка:

(2.15)

Максимальное значение момента двигателя при подъеме груза в режиме торможения:

. (2.16)

.

Минимальное значение момента двигателя при подъеме груза в режиме торможения и спуске крюка в режиме торможения:

. (2.17)

.

Максимальное значение момента двигателя при спуске крюка в режиме торможения:

. (2.18)

.

3. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА Механическая характеристика электропривода на первом участке разгона описывается выражением (по Клоссу):

. (3.1)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.1.

Таблица 3.1

На втором участке разгона:

. (3.2)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.2.

Таблица 3.2

На третьем участке разгона:

. (3.3)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.3.

Таблица 3.3

На четвертом участке разгона:

. (3.4)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.4.

Таблица 3.4

На пятом участке разгона:

. (3.5)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.5.

Таблица 3.5

На шестом (естественная характеристика) участке разгона:

. (3.6)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.6.

Таблица 3.6

На участке динамического торможения:

. (3.7)

Изменяя значение s, находим значение соответствующих моментов М, занося их в табл. 3.7.

Таблица 3.7

По данным таблицам строим механическую характеристику механизма подъема крана.

4. РАСЧЕТ ТОКА РОТОРА ДВИГАТЕЛЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПОДЪЕМА И СПУСКА КРАНОВОГО МЕХАНИЗМА Электромеханическая характеристика электропривода с асинхронным двигателем:

(4.1)

где — значение тока ротора, приведенное к обмотке статора, А.

Максимальное значение тока ротора двигателя, при подъеме груза и спуске крюка:

(4.2)

Значение тока ротора двигателя, при котором производится закорачивание дополнительных резисторов, при подъеме груза и спуске крюка:

(4.3)

Установившееся значение тока ротора двигателя при подъеме груза:

(4.4)

Максимальное значение тока ротора двигателя при подъеме груза в режиме торможения:

(4.5)

Минимальное значение тока ротора двигателя при подъеме груза в режиме торможения и спуске крюка в режиме торможения:

(4.6)

Установившееся значение тока ротора двигателя при спуске крюка:

(4.7)

Максимальное значение тока ротора двигателя при спуске крюка в режиме торможения:

(4.8)

5. ПОСТРОЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ РАЗГОНА ПО СТУПЕНЯМ И ПРИ ТОРМОЖЕНИИ Механическая характеристика электропривода с асинхронным двигателем нелинейная. Поэтому, для построения переходных процессов и определения интервалов времени разгона по ступеням и торможения, целесообразно ее линеаризовать.

Координаты электропривода при подъеме груза на первом участке разгона:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

.(5.4)

Длительность подъема груза на первом участке разгона:

.(5.5)

.

.

Изменяя значение времени t от 0 до tв1, находим значения высоты Нi, момента Мi и скорости щi, далее для каждого значения щi находим скольжение si и через скольжение находим значение токов Ii. Результаты расчетов внесем в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Координаты электропривода на втором участке разгона:

(5.6)

(5.7)

(5.8)

.(5.9)

Длительность подъема груза на втором участке разгона:

.(5.10)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Координаты электропривода на третьем участке разгона:

(5.11)

(5.12)

(5.13)

.(5.14)

Длительность подъема груза на третьем участке разгона:

.(5.15)

.

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Координаты электропривода на четвертом участке разгона:

(5.16)

(5.17)

(5.18)

.(5.19)

Длительность подъема груза на четвертом участке разгона:

.(5.20)

.

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.4.

электродвигатель резистор электропривод торможение Таблица 5.4

Координаты электропривода на пятом участке разгона:

(5.21)

(5.22)

(5.23)

.(5.24)

Длительность подъема груза на пятом участке разгона:

.(5.25)

.

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Координаты электропривода на последнем участке разгона:

(5.26)

(5.27)

(5.28)

.(5.29)

За время 3Тв разгон заканчивается и считается установившееся движение электропривода:

.(5.30)

.

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.6.

Таблица 5.6

Координаты электропривода при подъеме груза на участке торможения:

(5.31)

(5.32)

(5.33)

.(5.34)

Длительность подъема груза на участке торможения:

.(5.35)

.

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Высота, на которую поднимется груз к концу последнего (шестого) участка разгона:

(5.36)

.

Длительность подъема груза на последнем участке разгона:

(5.37)

Длительность подъема груза на заданную высоту:

(5.38)

.

Координаты электропривода при спуске крюка на первом участке разгона:

(5.39)

(5.40)

(5.41)

.(5.42)

Длительность спуска крюка на первом участке разгона:

.(5.43)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.8.

Таблица 5.8

Координаты электропривода при спуске крюка на втором участке разгона:

(5.44)

(5.45)

(5.46)

.(5.47)

Длительность спуска крюка на втором участке разгона:

.(5.48)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.9.

Таблица 5.9

Координаты электропривода при спуске крюка на третьем участке разгона:

(5.49)

(5.50)

(5.51)

.(5.52)

Длительность спуска крюка на третьем участке разгона:

.(5.53)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.10.

Таблица 5.10

Координаты электропривода при спуске крюка на четвертом участке разгона:

(5.54)

(5.55)

(5.56)

.(5.57)

Длительность спуска крюка на четвертом участке разгона:

.(5.58)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.11.

Таблица 5.11

Координаты электропривода при спуске крюка на пятом участке разгона:

(5.59)

(5.60)

(5.61)

.(5.62)

Длительность спуска крюка на пятом участке разгона:

.(5.63)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.12.

Таблица 5.12

Координаты электропривода при спуске крюка на последнем (шестом) участке разгона:

(5.64)

(5.65)

(5.66)

.(5.67)

Длительность спуска крюка на последнем (шестом) участке разгона:

.(5.68)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.13.

Таблица 5.13

Координаты электропривода при спуске крюка на участке торможения:

(5.69)

(5.70)

(5.71)

.(5.72)

Длительность спуска крюка на участке торможения:

.(5.73)

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.14.

Таблица 5.14

Высота, до которой спустится крюк к концу последнего участка разгона:

(5.74)

Длительность спуска крюка на последнем участке разгона:

(5.75)

.

Длительность спуска крюка с заданной высоты:

(5.76)

.

Длительность цикла:

(5.77)

.

По таблицам 5.1−5.14 строим диаграмму механизма подъема крана, изображенную на рис. 4.

6. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА КРАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА Полезная работа по подъему груза:

(6.1)

.

Мощность, потребляемая из сети двигателем, при номинальной загрузке:

(6.2)

.

Потери мощности при номинальной загрузке:

(6.3)

.

Переменные потери мощности при номинальной загрузке:

(6.4)

.

Постоянные потери мощности при номинальной загрузке:

(6.5)

.

Потери энергии в электроприводе при подъеме груза:

· на первом участке разгона:

(6.6)

· на втором участке разгона:

(6.7)

· на третьем участке разгона:

(6.8)

· на четвертом участке разгона:

(6.9)

· на пятом участке разгона:

(6.10)

· на последнем участке разгона:

(6.11)

· в установившемся движении:

(6.12)

· на участке торможения:

(6.13)

· суммарные:

(6.14)

Потери энергии в электроприводе при спуске крюка:

· на первом участке разгона:

(6.15)

· на втором участке разгона:

(6.16)

· на третьем участке разгона:

(6.17)

· на четвертом участке разгона:

(6.18)

· на пятом участке разгона:

(6.19)

· на последнем участке разгона:

(6.20)

· в установившемся движении:

(6.21)

· на участке торможения:

(6.22)

· суммарные:

(6.23)

Потери энергии в электроприводе механизма подъема крана за цикл:

(6.24)

.

Коэффициент полезного действия электропривода механизма подъема крана:

(6.25)

.

.

7. ВЫБОР СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ КРАНА Согласно /1, табл. 25/ применим контроллерное управление с силовым контроллером с ручным приводом. Выбираем симметричную схему, так как в условии не требуется, чтобы двигатель работал на различных характеристиках при спуске и подъеме груза. Выбираем по /1, с. 90/ схему управления крановым асинхронным двигателем с кулачковым контроллером типа ККТ-61А, изображенном на рис. 3.

Питание к двигателю подводится через защитную панель типа ПЗК и контроллер кулачкового типа. Контроллер имеет симметричную схему включения; четыре его контакта предназначены для переключений в статорной цепи, пять — в роторной. Для изменения направления вращения двигателя реверсирующие контакты устанавливаются в двух линейных проводах, третий подводится непосредственно к статору. Напряжение к двигателю подается через три контактных провода, другие три провода служат для связи колец ротора двигателя с регулировочным реостатом и контроллером. К статорным выводам двигателя подключается трехфазный электромагнит тормоза ЭТ, который разводит тормозные колодки, как только на статор подается напряжение.

В приведенной схеме управления плавный пуск и регулирование скорости достигается постепенным поворотом маховичка контроллера вправо и влево от нулевого до пятого положения.

При управлении двигателем посредством контроллера оператор должен переводить рукоятку из одного положения в другое с некоторым интервалом времени, так как в противном случае могут возникнуть недопустимые броски токов, особенно при переходе в режим противовключения. Целесообразно в роторной цепи установить амперметр для контроля тока, что повысит точность управления движением.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 М. М. Соколов. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов.-М.:Энергия, 1976.

2 Электротехнический справочник. В 3-х томах. Т.3.кн.2. Использование электрической энергии /Под общ. Ред. В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского и др.-М.:Энергоиздат., 1982.

3 С. Н. Вешеневский. Характеристики двигателей в электропривода.-М.:Энергия, 1977.