Выбор рода тока и типа электропривода

3. Выбор рода тока и типа электропривода

 

Электропривод лифта должен удовлетворять следующим требованиям:

а) замыкание токоведущих частей электрического устройства привода тормоза (электромагнита и т.п.) на корпус не должно вызывать самопроизвольное включение этого привода и снятие механического тормоза при остановленном лифте и не должно нарушать наложение механического тормоза после отключения электродвигателя;

б) у лифта с номинальной скоростью более 0,71 м/с должна быть обеспечена возможность движения кабины с пониженной скоростью не более 0,4 м/с с учетом требования п. 6.3.33.

Электропривод переменного тока при питании электродвигателя непосредственно от сети должен удовлетворять следующим требованиям:

а) снятие механического тормоза должно происходить одновременно с включением электродвигателя или после его включения;

б) отключение электродвигателя должно сопровождаться наложением механического тормоза;

в) цепь главного тока электродвигателя должна прерываться двумя независимыми электромагнитными аппаратами, один из которых может быть концевым выключателем.

«Правила устройства электроустановок» рекомендуют начинать процесс выбора рода тока с двигателей переменного тока. Для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности, рекомендуется применять электродвигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором.

Для нерегулируемого привода выбор типа двигателя прост. Двигатели переменного тока проще по конструкции, стоимость их ниже, обслуживание тоже требует меньших затрат. При повторно-кратковременном режиме работы с частыми пусками и торможениями рационально использовать двигатели повышенного скольжения.

Электрический привод лифта состоит из электродвигателя, комплекта аппаратуры для управления и промежуточной передачи от двигателя к рабочему механизму. Применяют электродвигатели кранового и металлургического типов, а также общего назначения. Крановые электродвигатели имеют высокую механическую прочность, перегрузочную способность и меньший момент инерции ротора за счет малого его диаметра. В каталогах указываются номинальные данные двигателей при ПВ, равном 15, 25, 40, 60 и 100%.

Выбирается электропривод: металлургический АД с КЗ ротором. Так как для грузового лифта не требуется регулирование скорости в больших пределах, режим работы повторно-кратковременный (S3).

4. Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя; определение передаточного числа, выбор редуктора

  4.1 Выбор двигателя

Выбор двигателя:

 

Фактическая продолжительность включения:

Время работы: t_p = 80 с

Исходя из характера работы двигателя и фактической продолжительности включения, режим работы двигателя S5 – периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением.

Продолжительность включений выбрана меньше полученного, следовательно необходимо проверить выбранный двигатель по нагреву.

Исходя из Р и режима работы электропривода, выбираем двигатель MTKH 311–6, U=380В, f=50 Гц, P=9 кВт, защищенный с независимой вентиляцией (продуваемый), режим ПВ = 60%.

Таблица 4 – Паспортные данные двигателя:

4.2 Выбор редуктора

Для этого определяется скорость подъёма груза:

Vp – скорость подъема клети, м/с;

D – диаметр канатоведущего шкива, м.

Передаточное число редуктора определяется по номинальной скорости вращения выбранного двигателя и основной скорости движения исполнительного органа, по формуле:

По рассчитанным данным наиболее выбирается редуктор:

Тип РГЛ‑200, i=75 (перед. число), =0.95 (К.П.Д).

5. Расчёт приведенных статических моментов (моментов сопротивлений), моментов инерции и коэффициента жёсткости системы

r=D_ш/2·i_p, – радиус приведения поступательно движущихся масс к скорости w_ш.

Будем считать, что при подъеме кабины лифта w>0 и w_ш>0. Статический момент, преодолеваемый электродвигателем при подъеме кабины, если m_кл³m_пв.

M_стат=((m_кл+ m_гр) – m_пв) gr/h_рi_р,

Статический момент, преодолеваемый электродвигателем при подъеме кабины равен: M_cтат = 0.688 Н·м.

Рассчитываем случай подъёма кабины лифта вверх (в данном случае кабина лифта загружена). Масса груза равна 5000 кг.

Приводим грузы к валу двигателя.

Моменты инерции клети, груза и противовеса приведенные к скорости вращения вала двигателя вычисляются по формулам:

Определим суммарный момент инерции:

Определим моменты при подъёме:

Кабина лифта Противовес

Момент потерь в редукторе определяется текущими значениями нагрузки передачи. Его можно приближенно принять постоянным и равным моменту, соответствующему статическому режиму.

Момент сопротивления первой и второй масс соответственно равны:

Определим суммарный момент инерции привода с учетом одномассовости системы:

Определим коэффициент жёсткости:

Clin – линейная жёсткость Н/м²

Определим жёсткость связи между первой и второй массами:

Для этого используется высота подъёма кабины h. (h=6м).

Данной кинематической схеме электропривода лифта соответствует структурная схема:

Рисунок 12 – Структурная схема электропривода лифта

Система уравнений двухмассовой системы (стр. 55 Ключев)

Обозначив d/dt=p, а  запишем:

Частота собственных колебаний двухмассовой упругой системы.

Возможность упрощения модели механической части электропривода тоесть представление последней в виде одномассовой (жесткой) системы можно оценить по значению отношения:

Поскольку значение γ₁₂ незначительно превышает единицу (значение J2 составляет около 15% от значения J1), то можем считать J2 << J1. В таком случае можно представить механическую часть электропривода жестким приведенным звеном (рис13.), суммирующий момент инерции которого равен:

Суммирующий момент нагрузки при движении на подъём равен:

 

Динамический момент равен:

Рисунок 13 – Схема одномассовой системы

Уравнение движения одномассовой системы имеет вид:

 

М-Мс=Jсум·p·ω. (т.е М_акт-М_сум=J_сум·p·ω).

Для построения механической характеристики нагрузки Мс(ω) в данном положении кабины лифта и противовеса нужно определить момент нагрузки предположении, что осуществляется опускание загруженной кабины лифта. В этом случае потенциальные (активные) моменты М₁ и М₂ сохраняют свое направление, а реактивный момент потерь М_р изменяет его на противоположное. Следовательно, при изменении знака скорости момент нагрузки изменяет свое направление:

M'_c = М₁+ (-М₂)+ (-М_р) = 245.25 – 196.2 – 2.582 = 46.468 Н·м.

Механическая характеристика нагрузки показана на рис 14. При опускании кабины с грузом двигатель работает в тормозном режиме. Тормозной момент М= M'_c совместно с моментом потерь М_р уравновешивают движущий активный момент

 

М_акт = М₁+ (-М₂)= 245.25 – 196.2 =49.05Н·м.

обусловленный результирующим усилием на шкиве от разности масс загруженной кабины и противовеса.

Рисунок 14 – Механическая характеристика нагрузки.

   
6. Предварительная проверка двигателя по нагреву и производительности

Определяем номинальную угловую скорость вращения ротора двигателя.

Определяем номинальный момент.

Определяем приведенное ускорение.

Определяем пусковой, установившийся и тормозной моменты:

Определяем время пуска:

Определяем время торможения

Время торможения равняется времени пуска

Путь, проходимый за время пуска (торможения) рабочей машиной (стр. 11, Драчев)

Время установившегося режима движения со средней скоростью.

Рисунок 15 – Нагрузочная диаграмма при подъеме груза

Коэффициент ухудшения теплопроводности: β=0.5

При пуске и торможении скорость изменяется от 0 до ω_ном значит средняя скорость ω_ср=ω_ном/2, ω_ср=ω_ном/2=97,39/2=48,695 рад/сек.

Рассчитываем мощности на разных участках диаграммы.

Для проверки двигателей по нагреву применяются методы эквивалентного момента, эквивалентного тока и эквивалентной мощности.

Проверка выбранного двигателя методом эквивалентной мощности.

Эквивалентная мощность:

Мощность выбранного двигателя (9 кВт) больше рассчитанного, поэтому данный двигатель проходит по нагреву и его можно использовать в данной системе.

Сравнение пускового и максимального моментов с рассчитанными значениями.

Из расчетов можно сделать вывод, что двигатель проходит по всем параметрам.

Расчеты производились при подъеме груза, а значит если данный двигатель сможет поднять груз, то он сможет его и опустить. Данный вывод можно сделать исходя из того, что при поднятии груза mg действует против направления груза, а при опускании – по направлению. Следовательно для опускания груза понадобится меньше мощности.

7. Допустимая частота пусков

Начальное скольжение.

Номинальное скольжение S_н и критическое скольжение S_к двигателя.

Номинальное скольжение:

Критическое скольжение:

Определяем критическую угловую скорость вращения ротора двигателя:

Номинальное напряжение, конструктивный коэффициент, мощность двигателя:

Механические потери:

Коэффициент вязкого трения:

Сопротивление ротора:

Сопротивление статора:

Индуктивность статора и ротора:

Индуктивность статора и индуктивность ротора должны быть приблизительно одинаковы.

 

Индуктивность рассеивания статора и индуктивность рассеивания ротора:

 

Взаимоиндукция:

Проверка конструктивного коэффициента:

Можно принять что С1 (1.068) совпадает с выбранным ранее с1 (1.066), (небольшая разница в полученных данных произошла в результате округлений данных в расчётах), значит конструктивный коэффициент выбран правильно.

Приведенное активное сопротивление ротора:

Потери энергии в статоре:

Потери энергии при нагрузке:

Средний момент:

Потери энергии при пуске и торможении (Дж):

Потери мощности в номинальном режиме:

Допустимая частота включений:

 

Допустимая частота включений (по условию) Z =30, а допустимая частота включений двигателя (рассчитанная Z =530) значит по частоте включений двигатель вполне подходит.

8. Построение механической характеристики, используя формулу Клосса:

Для удобства производится также построение механической характеристики в логарифмическом масштабе.

Рисунок 16 – Механическая характеристика двигателя

 

Графическим способом можно найти скольжение при пусковом и установившемся моментах (что и показано на графиках). S_пуск=0,11 (11%), S_уст=0,035 (3,5%).

Построение характеристики изменения скорости при изменении момента сопротивления на валу двигателя

β – жесткость механической характеристики электропривода.

Линеаризированная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Рисунок 17 – Линеаризированная механическая характеристика

9. Построение переходных процессов

Все полученные в ходе проектирования данные вводятся в виртуальную электронную лабораторию (математический пакет) MATLAB, и производится построение переходных процессов.

Рисунок 18 – Структурная схема ЭП

Все математические вычисления в данном курсовом проекте производились с помощью компьютерной программы (математического пакета) Mathcad 2000 Professional, а моделирование в виртуальной(компьютерной) электронной лаборатории (математическом пакете) MATLAB.
Литература

1. Львов А.П. Справочник электромонтёра. – Киев: Вища школа, Главное издательство, 1980, – 376 стр.

2. П.С. Сергеев Проектирование электрических машин. Издательство «Энергия», 1970 г.

3. М.М. Кацман. Проектирование электрических машин. М. Энергоатомиздат, 1984 г.

4. Ключев В.И.: «Теория электропривода», Москва, Энергоатомиздат, 1985 г.

5. Герман-Галкин С.Г.: «Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0», Санкт-Петербург, Корона Принт, 2001 г.

6. Иванченко Ф.К.: «Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин», Киев, Вища Школа, 1983 г.

7. Драчев Г.И.: «Теория электропривода», Челябинск, ЮУрГУиздат, 2002 г.

8. Борцов Ю. А, Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. – СПб.: Энергоатомиздат, 1992.