Выбор электродвигателя для вертикального подъемника

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.

М_С,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 М_С на валу электродвигателя и тем самым снизить мощность и массогабаритные параметры выбираемого ЭД.

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

,  (1)[6]

Запишем выражение для определения мощности исполнительного механизма (2):

, (2)[6]

Сам исполнительный механизм показан на рисунке 1:

Рисунок 1 Исполнительный механизм для управления кабиной

Рассчитаем исполнительный момент по формуле (3):

 (3)[6]

(Н∙м) (4)[6]

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

  (5)[6]

Продолжим расчёт:

где - КПД зубчатой передачи

где  - КПД зубчатой передачи

где - КПД зубчатой передачи

- КПД передачи с использованием шкивов.

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

 , (6)[6]

 (Н∙м) (7)[6]

На рисунке 2 показан исполнительный механизм для управления кабиной:

Рисунок 2 Исполнительный механизм для управления кабиной

Рассчитаем момент сопротивления на валу двигателя при движении кабины вниз по формуле (8):

=   (8)[6]

=  (9)[6]

.2 Определение расчетной мощности и выбор электродвигателя

Рассчитаем момент сопротивления эквивалентный при этом учтём что t_р - время работы ЭД t_п - время паузы за которое производится загрузка или разгрузка кабины по формуле (10):

Продолжим расчёт:

_.=  (10)[6]

_.=   (11)[6]

_.=  (Н∙м) (12)[6]

Рассчитаем продолжительность включения ЭД подъёмника по формуле (13):

,  (13)[6]

  (14)[6]

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

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:

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 М_к (Н∙м) - критический момент, самый большой момент на механической характеристике.

S_к (отн.ед.) - критическое скольжение;(отн.ед.) - текущее скольжение.

Вычислим величинупо формуле (20):

электродвигатель вертикальный подъемник вентиляционный

,  (21)[6]

Продолжим расчёт:

(Н∙м)

где U_ф=220 (В) - фазное напряжение сети;₁= r_с = 3,67 (Ом) - активное сопротивление одной обмотки статора.

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

, (22)[6]

где p - число пар полюсов;

 (рад/c)

Определяем  по формуле (23):

 (Ом) (23)[6]

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

  (24)[6]

- неравенство выполняется.

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

 (25)[]

 (отн.ед.)

Рассчитаем характеристику по формуле (26):

 (26)[6]

Запишем значения характеристик в таблицу 1.

Таблица 1

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

, (27)[7]

(Н∙м)

, (28)[6]

(Н∙м)

.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

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 «R_п».

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

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

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

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

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

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

Пуск «Назад».

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

В остальном элементы схемы работают аналогично описанному выше.

Остановка.

Нормальная - переводом контроллера - «О».

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

Защита.

Все виды защиты введены в цепь контактора КЛ:

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

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

в случае открытия люка кабины (ВЛ),

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

Питание цепей.

~ 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).