Выбор электродвигателя для вертикального подъемника
Содержание
Введение
. Выбор для электродвигателя вертикального подъёмника
.1 Определение приведённого момента нагрузки
.2 Определение расчетной мощности и выбор электродвигателя
.3 Построение пусковой диаграммы электродвигателя
.4 Определение числа и расчёт величины пусковых резисторов
.5 Определение приведённого момента инерции подъёмника при
движении без груза и с грузом
. Описание электротехнологической установки цеха
.1 Назначение и особенности использования вентиляционных установок
.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: 1,
z2, z3, z4, z5,
z6 - число зубцов шестерен понижающего редуктора.
МС,Н∙м - момент
сопротивления на валу электродвигателя
М1, М2, М3,Н∙м
- моменты на валах понижающего редуктора к,кг - масса кабины
подъёмника г,кг - масса противовеса который позволяет снизить момент
сопротивления МС на валу электродвигателя и тем самым снизить
мощность и массогабаритные параметры выбираемого ЭД.
Рассчитаем приведённый момент
нагрузки МС 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]
.2 Определение расчетной
мощности и выбор электродвигателя
Рассчитаем момент сопротивления
эквивалентный при этом учтём что tр - время работы ЭД tп -
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:
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 n -число оборотов в
минуту об/мин;
= 3,14.
Для выбора ЭД заполним
следующую таблицу:
МаркаЭД
|
МТ-11-6
|
МТ-12-6
|
МТ-21-6
|
МТ-22-6
|
МТ-31-6
|
МТ-31-8
|
МТ-41-8
|
МТ-42-8
|
МТ-51-8
|
МТ-52-8
|
МТ-61-10
|
МТ-62-10
|
МТ-63-10
|
МТ-71-10
|
МТ-72-10
|
МТ-73-10
|
,
кВт 2,23,557,5117.51116223030456080100125
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n, об/мин
|
885
|
910
|
946
|
945
|
953
|
702
|
715
|
718
|
723
|
725
|
574
|
577
|
577
|
582
|
584
|
585
|
,
рад/c92,695,298,498,999,773,574,875,275,775,960,160,460,460,961,161,2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pрасч., кВт
|
0,99
|
1,01
|
1,05
|
1,06
|
1,06
|
0,78
|
0,80
|
0,80
|
0,80
|
0,81
|
0,64
|
0,65
|
0,65
|
0,65
|
0,65
|
1,32
|
Выберем ЭД конкретной
марки
1.3 Построение пусковой диаграммы
электродвигателя
Пусковая диаграмма строится в
координатах
где M - момент развиваемый
двигателем при пуске
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 Мк (Н∙м)
- критический момент, самый большой момент на механической характеристике.
Sк (отн.ед.) -
критическое скольжение;(отн.ед.) - текущее скольжение.
Вычислим величинупо
формуле (20):
электродвигатель
вертикальный подъемник вентиляционный
, (21)[6]
Продолжим расчёт:
(Н∙м)
где Uф=220
(В) - фазное напряжение сети;1= rс = 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
S
|
0
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
M, Н∙м
|
0
|
20,66
|
38,37
|
51,24
|
59,34
|
63,43
|
64,7
|
Нанесём на диаграмму максимальный
момент при пуске двигателя, для этого рассчитаем их по формулам:
, (27)[7]
(Н∙м)
, (28)[6]
(Н∙м)
.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]
.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]
+
(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
.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
Режим работы
|
ПВ, %
|
h,вкл/час
|
Область применения
|
Л - лёгкий
|
10…15
|
60…100
|
Строительно-монтажные работы
|
С - средний
|
15…25
|
120…200
|
Механосборочные работы
|
Т - тяжёлый
|
25…40
|
300…400
|
Крупно - серийное производство
|
ВТ - весьма тяжёлый
|
40…60
|
400…600
|
Металлургические заводы
|
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.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.
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 «Rп».
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 «Rп» 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.
~ 380 В, 50 Гц - силовая
цепь,
- 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.
Список использованной
литературы
1. ГОСТ 2.301 - 68 ЕСКД. Форматы.
. ГОСТ 2. 104 - 68 ЕСКД. Основные надписи.
. ГОСТ 2. 109 - 73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.
. ГОСТ 2. 004 - 88 ЕСКД. Общие требования к выполнению
конструкторских и технологических документов на печатающих и графических
устройствах вывода ЭВМ.
. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе.
Изд. 6-е, исправленное. М., «Энергия», 1997.432с. с ил.
. Москаленко В.В.Электрический привод: Учеб. пособие для сред.
проф. образования - М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. - 368с
. Шеховцов В.А. Электрическое и электромеханическое оборудование:
Учебник.- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М. 2004.- 407с.: ил.- (Профессиональное
образование).