Проектирование электропривода механизма подъема крана

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

. Выбор электродвигателя переменного тока

. Расчет величин сопротивлений добавочных резисторов в цепи ротора

. Построение механических характеристик электропривода

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

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

. 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)

. 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 ωi, далее для каждого значения ωi 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.

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.

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