Кинематическая схема подъемного механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте и коммунальном хозяйстве, в быту применяют самые разнообразные технологические процессы, для реализации которых человеком созданы тысячи различных машин и механизмов.

Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод, на долю которого приходится более 60 % потребляемой в стране электроэнергии.

Такое широкое применение электропривода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую наиболее экономично. Большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать ее для работы в сложных условиях.

Возможности использования современных электроприводов продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники.



Задание для курсовой работы

Часть 1

Рис.1. Кинематическая схема подъемного механизма

1.1.Для главного привода подъемного механизма, выполненного покинематической схеме, приведенной на рис.1, в соответствии с индивидуальным заданием выбрать асинхронный электродвигатель (АД) с фазным ротором,тип и марку редуктора. Режим работы электропривода - повторно- кратковременный (S3).

1.2.Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата и определитьпусковой ток в роторе электродвигателя и в сети.

1.3.Разработать схему автоматического управления пуском электродвигателя в функции параметра (тока, времени, скорости), указанного в задании. Количество ступеней пускового реостата должно соответствовать расчету (см.п. 1.2).

Выбрать необходимую аппаратуру защиты и управления.

1.4.Для главного привода подъемного механизма определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора, чтобы груз двигался на подъем и на спуск со скоростью, равной 0,5 заданного значения. Построить искусственные механические характеристики и определить ток в роторе и в сети при указанных режимах работы.

Часть 2

реостат электродвигатель ток

2.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением. Режим работы электропривода - S3. Построить естественную механическую характеристику и характеристики при напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения.

2.2.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором основного исполнения. Режим работыэлектропривода - S3

2.3.Определить время пуска электродвигателя, выбранного в п. 2.2. и построить зависимости щ = ц(t) и Mдв = ш (t).

2.4.Для электродвигателя, выбранного в п. 2.2., определить допустимое число включений в час.

Часть 3

3.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом, считая, что режим работы электропривода - кратковременный (S2) и время работысоставляет 15 мин.

3.2.Определить превышение температуры двигателя в конце указанного времени работы.



Часть 4

4.1.Рассчитать параметры схемы замещения по каталожным даннымасинхронного электродвигателя, выбранного в п. 2.2.

4.2.Построить механические характеристики двигателя при частотномрегулировании скорости по закону для частоты 10, 25, 50 и 100 Гц.

Исходные данные.

Вариант №	Тип схемы	m, кг	V, м/с	d, м			ПВ, %
78	В функции тока	1100	1,5	0,35	14	0,85	20



Часть 1

1.1. С целью правильного выбора мощности электродвигателя подъемного механизма следует построить нагрузочную диаграмму. Для этого необходимо определить мощность сопротивления , время работы и паузы :

(1)

где - масса груза, кг;

- скорость груза, м/с;

- ускорение свободного падения, м/с;

- КПД передачи;

(2)

где - время цикла работы ();

- продолжительность включения, %;

(3)

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

(4)

где - номинальная мощность двигателя, кВт;

- эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая по выражению

(5)

где - коэффициент ухудшения охлаждения двигателя в период паузы ()

Выбираем двигатель с фазным ротором 4АК160М4

Технические данные электродвигателя.

Тип	P н, кВт						Данные ротора
4АК160М4	14,0	27,5	1445	0,885	0,87	3,5	29	300

Для обеспечения надежного пуска двигателя следует сделать проверку по условию:

(6)

где - действительное напряжение при пуске, о.е.;

(7)

- действительное напряжение при пуске, В;

- номинальное напряжение сети, В;

- пусковой момент электродвигателя (), который принимается равным 0,8…0,9 момента критического;

(8)

- момент трогания рабочего органа подъемного механизма (), который приближенно можно определить по выражению

(9)

где - номинальная угловая скорость электродвигателя, с^-1.

(10)

- момент номинальный двигателя

1.1. Расчет сопротивления ступеней пускового реостата

Построение естественной механической характеристики по полной формуле Клосса:

(11)

где - критический (максимальный) момент электродвигателя, ;

(12)

- кратность критического момента;

(13)

- активное сопротивление обмотки статора, Ом;

- приведенное активное сопротивление обмотки статора, Ом;

- текущее значение скольжения электродвигателя;

- критическое скольжение электродвигателя

(14)

- номинальное скольжение электродвигателя

(15)

- синхронная частота вращения, об/мин;

- номинальная частота вращения, об/мин;

Переход от скольжения S к угловой скорости щ производят, используя формулу

(16)

где - синхронная угловая скорость электродвигателя

Таблица 1 - расчет механической характеристики

S, об/мин	0	0,036	0,057	0,1	0,19	0,29	0,49	0,68	0,8	0,9	1
М, Нм	0	50,1	74,9	115,4	162	174,2	158,6	135	124,6	115,41	108
	157	151,24	148	140	126	110	80	50	30	15	0

Построение пусковой диаграммы следует начинать с определения максимального и переключающего (минимального) моментов:

(17)

(18)

где - момент сопротивления подъемного механизма, ;

(19)

После построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления :

(20)

где - номинальное сопротивление ротора, Ом;

(21)

- ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В;

- номинальный ток ротора, А;

- отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм.

Тогда сопротивления ступеней пускового реостата

(22)

всего реостата:

(23)

Пусковой ток ротора :

(24)

Определение пускового тока в сети основывается на соотношении:

(25)

1.2. Для управления асинхронными двигателями широко используются релейно-контактные аппараты. При релейно-контактном управлении электродвигателем процесс его пуска обычно автоматизируется, что устраняет возможные при ручном управлении ошибки. Для пуска электродвигателя от персонала в этом случае требуется лишь нажать кнопку управления или повернуть в рабочее положение рукоятку командоконтроллера. У асинхронных электродвигателей с фазным ротором пусковые резисторы шунтируются по ступеням при помощи контакторов, управление которыми осуществляется в функции тока.

Рис.2. Принципиальная схема автоматического управления трехфазным асинхронным двигателем с фазным ротором по частоте вращения

Токовые реле ускорения 1КА, 2КА, катушки которых включены в цепь ротора, настроены таким образом ,чтобы токи, при которых реле срабатывают, удовлетворяли неравенству I_1КА>I_2КА.

При нажатии кнопка Пуск оказывается под током катушка контактора РУ, замыкаются главные контакты контактора РУ и два блокировочных контакта РУ в цепи управления. Один из них шунтирует кнопку Пуск, а другой включает катушку реле КV. Двигатель разгоняется, а реле KV замыкает свой замыкающий контакт KV и присоединяет , таким образом, к сети цепь катушек контакторов ускорения. В первый момент пуска, когда ток в цепи ротора, а следовательно, и в цепи катушки реле ускорения 1KA велик, реле 1KA удерживает размыкающий контакт 1KA в разомкнутом состоянии, и в катушку контактора 1У ток не поступает. При снижении пускового тока до установленного значения отключения реле 1КА его размыкающий контакт возвращается в замкнутое положение и включает катушку контактора ускорения У. Силовые контакты этого контактора шунтируют первую ступень пускового сопротивления 1СП. Двигатель продолжает разгоняться при двух ступенях пускового реостата до тех пор, пока не снизится ток в обмотках реле 2КА до величины, при которой реле не удержит более в разомкнутом состоянии размыкающий контакт 2КА. При его замыкании происходит включения катушки контактора и шунтирование второй ступени пускового реостата 2СП и т.д. Замыкающие блок-контакты 1У,2У исключают вибрирование, а следовательно, подгорание контактов 1КА и 2КА при токах в катушках реле ускорения, близких к токам уставок.

Для коммутации в цепи автоматического отключения электродвигателя при коротком замыкании предлагается автоматический выключатель. Выбор осуществляется по следующим условиям:

· по номинальному напряжению

(27)

· по номинальному току выключателя

(28)

· по номинальному току теплового расцепителя



(29)

Предлагается автоматический выключатель ВА-13-29-3

Для управления асинхронным двигателем предлагается установить магнитный пускатель, выбираемый по номинальному напряжению:

по номинальному току :

Предлагается пускатель ПМЛ 4220.

Для защиты электродвигателя от перегрузок пускатель комплектуется тепловым реле РТЛ-206104 с током несрабатывания 54…74 А.

1.3. Скольжение двигателя при работе на подъем :

(30)

где - угловая скорость при работе на естественной характеристике при;

на спуске груза:

(31)

Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на подъем:

(32)

где - скольжение при работе на естественной характеристике

(33)

Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на спуск:

(34)

Построение искусственной характеристики при подъеме груза:

(35)

Скольжение при номинальном моменте :

(36)



Часть 2

2.1. Повторность включения , .

Так как продолжительность включения нестандартная, то найденное значение мощности сопротивления пересчитаем на ближайшее большее стандартное значение продолжительности включения

(37)

где - стандартное значение относительной продолжительности включения (), о.е.;

- фактическое значение относительной продолжительности включения, о.е.;

- мощность сопротивления при значении , кВт;

- мощность сопротивления, приведенная к ближайшему большему стандартному значению , кВт;

- коэффициент потерь.

По полученному значению надо выбрать двигатель так, чтобы мощность двигателя при стандартной продолжительности включения удовлетворяла условию :

(38)



так как при

Выбираем двигатель с повышенным скольжением 4АС160S4

По условию надежного пуска:

(39)

Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

Построение естественной механической характеристики по характерным точкам:

(40)

где - кратность минимального момента;

- кратность пускового момента;

- кратность критического момента;

- угловая скорость при минимальном моменте, с^-1.

Критическое скольжение :

(41)

Номинальное скольжение :

Расчет искусственных характеристик :

При

Пересчет моментов производится по формуле :

(42)



Таким образом, при

при

при



2.2. Выбор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором основного исполнения производится аналогично электродвигателю с фазным ротором.

Выбираем двигатель с повышенным скольжением 4АС160S4

По условию надежного пуска:

Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

2.3. Для определения времени пуска построим механическую характеристику двигателя по характерным точкам:

Критическое скольжение :

Номинальное скольжение :

Приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления подъемного механизма :

Приведенный к валу электродвигателя момент энергии системы «двигатель - подъемный механизм»:

(43)



где - коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи (к=1,2)

- момент инерции барабана подъемного механизма, ;

- момент инерции ротора электродвигателя, ;

- передаточное отношение редуктора;

(44)

- номинальная скорость барабана подъемного механизма, с^-1;

(45)

V - скорость подъема груза, м/с;

d - диаметр барабана, м;

m - масса груза, кг.

Используя построенные механические характеристики электродвигателя и подъемного механизма , строят кривую динамического момента на основе соотношения . Затем кривую динамического момента заменяют ступенчатой линией с участками по скорости на которых динамический момент постоянен и равен его средней величине .

Тогда время пуска на каждом участке :

(46)

где - интервал скорости на i-м участке, с^-1;

Таблица 2 - определение времени пуска

Участок	1	2	3	4	5	6	7	8
	149,6-140	140-120	120 -100	100 - 80	80 - 60	60 - 40	40 - 22,4	22,4 - 0
	9,6	20	20	20	20	20	17,4	22,4
	113,6	50,09	79,73	104,73	124,73	134,73	129,73	29,73
	0,022	0,1	0,067	0,048	0,04	0,037	0,034	0,19
от начала пуска	0,19	0,224	0,261	0,301	0,349	0,412	0,512	0,536

Полное время пуска

Запишем ряд нарастающих значений угловой скорости и соответствующие им нарастающие значения времени.

Таблица 3 - зависимость

	22,4	40	60	80	100	120	140	149,6
	0,19	0,224	0,261	0,301	0,349	0,412	0,512	0,536

2.4. Допустимое число включений в час для электродвигателя подъемного механизма рассчитывается по формуле:

(47)

где - номинальные потери мощности, Вт;

- фактические потери мощности (при нагрузке Р_с), Вт;

- коэффициент ухудшения охлаждения;

- потери энергии в двигателе при пуске, Дж.

Номинальные потери мощности:

(48)

где - номинальный КПД электродвигателя.

Фактические потери мощности (при нагрузке Р_с):

(49)

где - постоянные потери мощности в электродвигателе, Вт;

- переменные потери мощности в электродвигателе, Вт.

Постоянные и переменные потери могут быть найдены путем решения системы уравнений :

(50)

где - коэффициент потерь.

Потери энергии при пуске :

(51)

Часть 3

3.1. Для полного использования электродвигателя по нагреву при работе в кратковременном режиме его следует выбирать исходя из условия :

(52)

Выбираем электродвигатель с повышенным пусковым моментом 4АР160M4 :

Для количественной оценки перегрузки используются коэффициенты термической и механической перегрузок :

(53)

(54)

где - время работы, мин;

- постоянная времени нагрева, мин;

- коэффициент потерь.

(55)

гдеС - теплоемкость двигателя, Дж/°С;

(56)

- удельная теплоемкость, ;

- масса электродвигателя, кг;

А - теплоотдача двигателя,

(57)

- номинальные потери мощности в двигателе, Вт;

- допустимое значение превышения температуры, соответствующее классу нагревостойкости изоляции.



Так как двигатель загружен по нагреву, поэтому определяющим является нагрев.

По номинальной мощности и коэффициенту механической перегрузки определяем мощность, которую развить двигатель не перегреваясь:

(58)

Условие

Проверяем двигатель по условию надежного пуска :

Условия выполняются.

3.2. Превышение температуры двигателя в конце работы :



(59)

где - установившееся значение превышения температуры электродвигателя при нагрузке , ;

(60)

- потери мощности при нагрузке , кВт; (61)

- номинальные потери мощности, кВт.

Часть 4

4.1. Активное сопротивление статора определим из уравнения:

(62)

Определяем значение переменных потерь из системы:

Сумму реактивных сопротивлений статора и ротора ()

(63)

где - номинальное фазное напряжение сети, В.

Потери мощности в роторе в номинальном режиме с одной стороны определяются :

(64)

С другой стороны,

(65)

Тогда номинальный ток ротора :

(66)

Номинальный ток ротора можно определить также из упрощенной Г-образной схемы замещения :



(67)

Прировняв правые части выражений (66) и (67) получим :

(68)

4.2. С целью построения механических характеристик при частотном регулировании для каждого значения частоты достаточно определить синхронную частоту , критическое скольжение и соответствующую ему скорость , критический момент .

Механическая характеристика при

(69)

(70)

(71)

(72)

При

При

При

Список использованной литературы

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1999.

2. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: ACADEMIA, 2005

3. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 2000.

Размещено на Allbest.ru