Электропривод_1 / Курсовик / Лапковский

Содержание:

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУЗОВОГО ЛИФТА И ЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.1. Грузовые лифты ………………………………………………………………..3

1.2. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемных лебедок ………………………………………………………………….…………... 3

2.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ГРУЗОВОГО ЛИФТА

2.1. Расчет мощности электродвигателя в первом приближении ……………....5

2.2. Выбор электродвигателя из каталога ………………………………………...7

2.3. Расчет времени пуска и торможения электропривода …………….………11

2.4. Построение нагрузочной диаграммы электропривода и определение мощности электродвигателя во втором приближении …………………………15

2.5. Система управления электроприводом лифта с двухскоростным асинхронным двигателем …………………………...……………………………..19

Список использованной литературы………………………………………………...23

Электропривод грузового лифта

Лист

2

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУЗОВОГО ЛИФТА И ЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.1. Грузовые лифты

Лифтами как средством вертикального перемещения гру­зов оборудуются здания промышленных и ремонтных пред­приятий, а также жилищные и складские помещения.

Грузовые лифты устанавливаются в вертикальной шахте; обычно вверху над шахтой размещается машинное отделение.

Грузовые лифты изготавливаются различной грузоподъ­емности, на две и бо­лее остановок и могут быть выполнены для работы с проводником или без него. Кабины лифтов вы­полняются разных размеров в зависимости от грузоподъем­ности, габаритов перевозимых грузов, имеют одну или две двери (сквозные кабины).

Перемещение кабины лифта осуществляется подъемной лебедкой, обеспе­чивающей передачу усилий от приводного электродвигателя кабине с помощью подъемного каната

1.2. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемных лебедок.

По принципу работы лебедки подразделяются на одноконцевые и двуконцевые, а по конструкции органа навивки каната — на барабанные лебедки и лебедки с канатоведущими шкивами.

Одноконцевые лебедки являются неуравновешенными ме­ханизмами, нагрузка электропривода которых определяется суммой масс всех поднимаемых частей — каната, кабины и полезного груза. Такие механизмы постоянно совершают до­полнительную работу по подъему кабины, являющейся бал­ластным грузом. При спуске двигателя должен тормозить не только опускающийся полезный груз, но и балластный груз.

Электропривод грузового лифта

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Эти факторы приводят к завышению мощности приводного электродвигателя и увеличению удельного расхода электро­энергии на единицу полезного груза. Перечисленные недостатки устраняются использованием двухконцевых подъемных лебедок, при которых наряду с ра­бочей кабиной навешивается балластный контргруз — про­тивовес. Кинематическая схема такой лебедки приведена на рис. 1, где приняты следующие обозначения: ЭД — электро­двигатель; Т —тормоз; Р —редуктор; КШ — канатоведущий шкив; К — кабина; Пр — противовес; ПК — подъемный ка­нат; УК — уравновешивающий канат; Н — высота подъема.

Рис.1

Электропривод грузового лифта

Лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ГРУЗОВОГО ЛИФТА

Для полного представления о нагрузке, создаваемой ис­полнительным механизмом на валу электродвигателя в про­цессе его работы, прибегают к построению нагрузочных диаграмм электропривода, под которыми понимают зависимость вращающего момента, тока или мощности электродвигателя от времени в течение рабочего цикла. Обычно строят нагрузочную диаграмму М = F(t).

Уравнение движения электропривода

показывает, что момент электродвигателя М равен алгебраической сумме момента сопротивления М_с и динамического момента M_дин. Применительно к электроприводам лифтов M_с = const и нагрузочная диаграмма М = F(t) определяется характером протекания переходных процессов.

Для определения M_дин необходимо располагать зависимостью n(t), но кроме того, необходимо знать приведенный к валу электродвигателя суммарный момент инерции I_Σ , который включает в себя и момент инерции ротора двигателя.

Получается неопределенность: пока не выбран электродвигатель, нельзя построить нагрузочную диаграмму, а без нагрузочной диаграммы нельзя правильно выбрать электродвигатель. Эту неопределенность приходится разрешать методом последовательных приближений, который заключается в следующем.

Сначала мощность электродвигателя рассчитывается в первом приближении (P_p1) по среднеквадратичному значению момента сопротивления (P_ск) за цикл работы и установившейся частоте вращения (n_у). По этой мощности двигатель выбирается из каталога и строится нагрузочная диаграмма электропривода, которую используют для расчета мощности электродвигателя во втором приближении.

Электропривод грузового лифта

Лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2.1. Расчет мощности электродвигателя в первом приближении

Используется следующая формула для расчета мощности электродвигателя:

где коэффициент запаса k₃ приближенно позволяет учесть влияние динамических нагрузок, k₃ = 1,1—1,5. В зависимости от соотношения времени пуска (tп) к времени установивше­гося движения (t_у) при t_п/t_y < 0,05 следует брать меньшее из указанных значений, а при t_п/t_y > 0,2—0,3— большее.

Оценка времени пуска (t_п) и торможения (t_T) произво­дится по ускорению, задаваемому в пределах а = 0,5— 1,5 м/с, и установившейся скорости подъема лифта

По заданной высоте подъема груза H определяются путь, проходимый лифтом с установившейся скоростью (H_y), и время установившегося движения

Рис.1

Электропривод грузового лифта

Лист

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Время работы электродвигателя при подъеме и спуске лифта принимается одинаковым

t_р1 = t_р2 = t_y+2t_п = 2,64+2•1,8=6,24(с)

По заданному числу циклов в час определяется время одного цикла

В соответствии с заданным циклом работы грузового лиф­та (подъем груза, пауза, спуск пустой кабины, пауза) определяется среднеквадратичный момент нагрузки:

-грузоподъемность

Так же продолжительность включения

Как правило, ПВ отличается от стандартных значений (ПВ_СТ = 15, 25, 40, 60%), поэтому мощность электродвига­теля приводится к стандарт­ному значению ПВ_СТ:

Электропривод грузового лифта

Лист

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2.2. Выбор электродвигателя из каталога

Электродвигатель выбирается из каталога в соответствии с условиями

В большинстве случаев в качестве приводных электродви­гателей лифтов применяются одно- и двухскоростные асин­хронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Наиболее проста система электропривода с односкоростным электродвигателем, который выполняется с повышенным скольжением, обладает при относительно больших значениях пускового момента небольшим пусковым током. Пуск элек­тродвигателя осуществляется непосредственным подключе­нием обмотки статора к питающей сети, остановка — отклю­чением электродвигателя от сети с одновременным наложе­нием колодок механического тормоза. Недостаток этой сис­темы электропривода — наложение механического тормоза на полной рабочей скорости, что вызывает ускоренный износ колодок тормоза. Кроме того, не может быть получена высо­кая точность остановки кабины на заданном уровне, так как при постоянной величине тормозного усилия механического тормоза путь торможения при различных загрузках кабины различен. Такие системы электроприводов применяются для тихоходных лифтов (до 0,75 м/с) при малой высоте подъема и небольшой интенсивности работы.

Наиболее распространена система электропривода лифта, в которой используются специализированные лифтовые двух­скоростные асинхронные электродвигатели с двумя независи­мыми обмотками на статоре, обеспечивающими соотношение скоростей 1:3 или 1:4. Эти электродвигатели имеют повы­шенные пусковые моменты; ограниченные значения макси­мальных моментов как в двигательном, так и в генераторном режимах; ограниченные значения пусковых токов и др. Двускоростной электродвигатель позволяет снижать в несколько раз рабочую скорость лифта перед остановкой, что умень­шает износ тормозного устройства и увеличивает точность остановки. Пуск лифта в такой системе осуществляется под­ключением к сети обмотки большой скорости.

Электропривод грузового лифта

Лист

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

При этом лифт разгоняется и переходит на рабочую скорость. Перед оста­новкой лифта производится отключение от сети этой обмотки и включение обмотки малой скорости. Электродвигатель пе­реходит в режим генераторного торможения, скорость лифта снижается (в 3 или 4 раза), и лифт подходит к заданному уровню высоты. Остановка осуществляется отключением от сети обмотки малой скорости и наложением механического тормоза. Обмотка малой скорости обеспечивает также пере­мещение лифта на сниженной скорости в режиме ревизии.

Тип электродвигателя расшифровывается следующим об­разом: первая цифра — порядковый номер серии; А — асин­хронный; Н — защищенного исполнения; Ф — с пристроенным вентилятором; цифры 11—52 и 160—250 —габарит; последу­ющие цифры —число полюсов обмоток (для двухскоростных двигателей в числителе указано число полюсов обмотки боль­шой скорости, в знаменателе —малой скорости); Н —мало­шумный; Л —лифтовой; Б —со встроенной температурной защитой.

Лифтовые электродвигатели работают от сети переменно­го тока частотой 50 Гц, напряжением 220 и 380 В.

Средний срок службы лифтовых электродвигателей — 15 лет при общей наработке 40 000 ч с заменой подшипников через каждые 12 000 ч и обмоток через 20 000 ч.

Выбираем двигатель 4АН-250-6/24 НЛБ

P = 12,0/3,0 (кВт) – номинальная мощность

N = 1000/250 (об/мин) – синхронная частота вращения

S = 5/12 – скольжение

ɳ = 88/35%

cosφ = 0,7/0,35

294/255 (Нм) – начальный пусковой момент

372/255 (Нм) – максимальный вращающий момент

Кратность пускового тока 6,0/2,0;

ПВ=60%

Момент инерции ротора 0,8 кг•м²;

Допустимое число включений 200;

M=440 (кг) – масса

Электропривод грузового лифта

Лист

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Расчет механических характеристик асинхронных двига­телей лифтов может быть выполнен с использованием фор­мулы Клосса

где М_к — критический (максимальный) момент электродви­гателя;

s — скольжение; ;

n₁ -частота вращения магнитного поля статора р — число пар полюсов; n- — частота вращения вала электродвигателя.

f₁ –частота питающего тока

Критическое скольжение s_к определяется по формуле:

Для большей скорости

Для меньшей скорости

где λ — кратность максимального момента;

М_н и S_н— номинальные значения момента электродвигателя.

Знак «плюс» в формуле относится к двигательному режиму, знак «минус» — к генераторному.

Электропривод грузового лифта

Лист

10

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Задаваясь различными значениями скольжения (s = 0,l; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9), по формуле рассчитывается за­висимость М(s), и по формуле

осуществляется переход к механической характеристике элек­тродвига-

теля — n = F (М).

Необходимо иметь в виду, что формула Клосса является приближенной, дающей ощутимую погрешность в определе­нии пускового момента М_п(s=1,0), в связи с чем его зна­чение необходимо брать непосредственно из каталога.

Для расчета механической характеристики двухскоростного асинхронного двигателя при работе с обмоткой малой скорости используются те же формулы, но в режиме генера­торного торможения надо задаваться отрицательными значе­ниями скольжения (s =-0,1; -0,2; -0,4; -0,6; -0,8; -1,0 и т. д.);

где n_1M и n_1б –частоты вращения магнитного поля статора при работе соответственно с обмоткой малой и большой скорости.

Механические характеристики двухскоростного асинхрон­ного двигателя лифта приведены на рис.2:

Электропривод грузового лифта

Лист

11

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Большая скорость, двигательный режим

Табл.1

Малая скорость, двигательный режим

Табл.2

Малая скорость, генераторный режим

Табл.3

2.3. Расчет времени пуска и торможения электропривода

Уравнение движения электропривода можно записать следующим образом

где — угловая скорость вращения магнитного поля статора. После разделения переменных и интегрирования при s_нач. = 1 получим следующую зависимость для расчета времени в функции от скольжения двигателя при пуске электропривода:

Электропривод грузового лифта

Лист

12

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1)Лифт с грузом

—электромеханическая постоянная времени привода лифта, равная времени разбега привода вхолостую из неподвижного состояния до синхронной скорости вра­щения под действием критического момента М_к.

–момент инерции ротора (из каталога двигателей);

Так как мощность электродвигателя определяется разностью концевых нагрузок, а момент инерции связан с суммой всех масс, особенностью двуконцевых подъемных лебедок является большой момент инерции механизма, превышающий в 2—5 раз момент инерции двигателя.

Момент инерции имеет размерность [I]=кг•м². Часто в каталогах для электродвигателей приводятся не мо­менты инерции роторов, а маховые моменты [] = кг•м²; переход к моментам инерции в этом случае осуществляется по формуле:

m_Σ = m_пр + m₀ + m_гр + m_к =

–угловая скорость вращения вала электродвигателя;

Электропривод грузового лифта

Лист

13

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Для s=1:

;

Следует иметь в виду, что при |Х| < 1

Поэтому при <1 и <1 выражение приводится к виду:

Таблица 4.

Электропривод грузового лифта

Лист

14

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2)Лифт с пустой кабиной

m_Σ = m_пр + m₀ + m_к=

Для s=1:

Таблица 5.

Задаваясь значениями скольжения (s=l; Sкон) и определяя время, можно построить пусковую диаграмму n(t) определить время пуска электропривода t_п и ускорение лифта при разгоне.

При проведении расчетов по формуле необходимо при пуске лифта с грузом и пустой кабиной подставлять соответственно моменты сопротивления М_с1 и M’_c2 Причем в последнем случае при определении I_Σ по следует принять mгр = 0.

Электропривод грузового лифта

Лист

15

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Пуск электропривода заканчивается при s = S_кон, соответствующему 95% n_у; определяемой по механическим характеристикам для M_c1 и M’_c2:

В целях сокращения времени тормозная диаграмма n(t) применительно к работе двухскоростного электродвигателя с обмоткой малой скорости в генераторном режиме может быть построена в предположении |а_п| = |а_т|; при этом частота вращения электродвигателя должна изменяться от n_у до n_1м.

Диаграммы пуска и торможения электропривода лифта приведены на рис.3 Рис.3

2.4. Построение нагрузочной диаграммы электропривода и определе­ние мощности электродвигателя во втором приближении.

Последовательность построения графиков для получения нагрузочной диаграммы электропривода М = F(t) приведена на рис. 6.

В соответствии с данными расчетов диаграмм пуска и торможения строится зависимость n(t) за цикл работы лифта (подъем груза — пауза — спуск пустой кабины — пауза) при этом расчетная кривая, соответствующая режиму пуска, за­меняется прямой линией.

Электропривод грузового лифта

Лист

16

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Построение графика n(t) осуществляется следующим образом.

По диаграммам пуска и торможения определяются ускорение при пуске и замедление при торможении

С грузом:

Без груза:

Рассчитывается пройденный лифтом путь при пуске и торможении

С грузом:

Без груза:

Частота вращения электродвигателя в установившемся режиме определяется по механической характеристике или по формуле

Таким образом, все исходные данные для построения графика n(t) становятся известными.

C учетом построенного графика n(t) строится график зависимости динамического момента от времени М_дин(t).

Электропривод грузового лифта

Лист

17

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Подъем груза:

Спуск пустой кабины:

График Mc(t) является заданным, так как M_c1 = const и M_c2= const.

Нагрузочная диаграмма M=F(t) строится путем алгебраического суммирования динамического момента и момента сопротивления.

По нагрузочной диаграмме определяется действительное значение относительной продолжительности включения и эквивалентный момент

M₁=M_c1+ M_Дин1=196,2+344,54=540,74(Нм)

M₂=M_c1=196,2(Нм)

M₃=M_c1– M_Дин1=196,2-344,54=-148,34(Нм)

M₄=M’_c2– M_Дин2=-196,2–402,72=-598,92(Нм)

M₅=M’_c2=-196,2(Нм)

M₆=M’_c2+ M_Дин2=-196,2+402,72=206,52(Нм)

Определяются путь, проходимый лифтом с установившейся скоростью (H_y), и время установившегося движения:

Подъем с грузом

Электропривод грузового лифта

Лист

18

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Спуск пустой кабины:

Частота вращения электродвигателя в установившемся режиме:

;

Определяется мощность электродвигателя во втором приближении

.

По формуле Р_p2 приводится к стандартному значению ПВ. Электродвигатель выбирается из каталога. Как правило, на этом расчет мощности электродвигателя лифта завершается.

Выбираем двигатель 4АН-250-6/24НЛБ

P = 20/5 (кВт)

N = 1000/250 об/мин – синхронная частота вращения;

Скольжение 5/12%; η=90,0/38%; cosφ=0,75/0,35–при номинальной нагрузке;

–начальный пусковой момент;

–максимальный вращательный момент;

Кратность пускового тока 6,0/2,0;

ПВ=60%

Момент инерции ротора 1,0(кг•м²⁾;

Допустимое число включений 90;

M=510 (кг) – масса

Электропривод грузового лифта

Лист

19

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

20

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата