Курсовая работа (т): Мостовые электрические краны
.
Время работы
.
Время цикла
.
Нагрузочная диаграмма двигателя представлена на
рис. 2.1.
Рис. 2.1 - Нагрузочная диаграмма двигателя за
цикл работы
Действительная продолжительность включения
.
Среднеквадратичный момент нагрузки при 
.
Ближайшая каталожная продолжительность включения
.
Пересчитываем к этому значению ПВ среднеквадратичный момент
Требуемая номинальная скорость двигателя
.
Требуемая мощность двигателя
,
где 
-
коэффициент запаса, учитывающий неизвестный момент инерции; 
.
Тогда расчётная мощность двигателя
.
Требуемая номинальная скорость двигателя
.
Исходя из расчётов выбираем по каталогу
двигатель типа 4МТМ 280 S8
[6] из условия, что 
и, 
.
Данные двигателя 4МТМ 280 S8
. Номинальная частота вращения 
.
. Номинальная мощность 
.
. Номинальное напряжение 
.
. Момент инерции двигателя 
.
. Перегрузочная способность по моменту 
.
. КПД 
.
. Коэффициент мощности 
.
.3 Расчет и выбор регулировочных резисторов
механизма подъема груза
Исходные данные
Марка двигателя: 4МТМ 280 S8
Режим работы: S3.
Продолжительность включения 
Мощность
двигателя: . ЭДС ротора: 
.
Ток ротора: 
.
Номинальный ток при 
: 
.
Номинальная скорость: .
Частота сети: 
. Момент
критический: 
. Число пар полюсов: 
.
2.3.1 Расчёт естественной механической характеристики асинхронного двигателя
Скорость вращения вращающегося магнитного поля
.
Угловая синхронная скорость двигателя
.
Угловая скорость вращения ротора
.
Номинальное скольжение
.
Номинальный момент двигателя
.
Перегрузочной способности двигателя по моменту
.
Критическое скольжение
.
Текущее значение момента
. (1)
Построение механической характеристики выполняем
в системе Mathcad по (1). Скольжение задаем в пределах 
с
шагом 
.
Естественная механическая характеристика двигателя представлена на рис. 2.2.
Рис. 2.2 -
Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя 4МТМ 280 S8
.3.2 Расчёт ступеней пусковых резисторов
Типовой задачей для ЭП с АД с фазным ротором
является расчет резисторов цепи ротора, обеспечивающих заданную пусковую
диаграмму двигателя. Пусковая диаграмма представляет собой совокупность
нескольких искусственных механических характеристик АД. При построении пусковой
диаграммы АД допустимый момент при запуске двигателя 
обычно
принимается (0,8..0,9)Мк, а момент переключения с одной ступени на другую М2
должен составлять (1,1…1,2)Мн. Принимаем 
и
,
тогда
,
.
Число характеристик (ступеней) пусковой
диаграммы m и значения
моментов 
и
связаны
между собой следующим соотношением
Принимаем число пусковых ступеней 
.
Кратность пускового момента и момента
переключения
.
При заданном количестве ступеней переключения 
целесообразно
пользоваться следующей формулой:
Номинальное сопротивление цепи ротора
.
Активное сопротивление цепи ротора
.
Полные сопротивления цепи ротора на второй,
третьей и четвертой ступенях
;
;
.
Сопротивления секций пускового реостата
;
;
.
Коэффициенты возрастания сопротивления в цепи
ротора на ступенях №2-4
;
;
.
Схема включения регулировочных сопротивлений
представлена на рис. 2.3.
Рис. 2.3 - Схема включения АД с фазным ротором
Текущие значения момента определяем по формулам
;
;
.
Искусственные механические характеристики двигателя представлены на рис. 2.4.
Рис. 2.4 - Регулировочные механические
характеристики двигателя
.4 Расчет и выбор тормозных резисторов
При управлении электроприводом подъёма груза
командоконтроллером возможно реализовать тормозные режимы работы привода. Такие
режимы могут использоваться для быстрого реверса двигателя, экономии
электроэнергии, точной остановки двигателя. На практике при управлении с
помощью командоаппаратов реализуется два основных режима рекуперация и
торможение противовключением.
.4.1 Торможение противовключением
Торможение противовключением осуществляется
двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз,
путем переключения любых двух фаз обмоток двигателя. При этом меняется
направление вращения вращающегося магнитного поля статора, а следовательно и
электромагнитный момент меняет своё направление, при этом ротор сохраняет
направление движения вследствие инерции. Величина скольжения становится больше
единицы 
.
Это приводит к тормозному режиму с очень большими величинами тока и момента.
Кинетическая энергия электропривода переходит в электрическую. Одновременно происходит приток энергии из сети, поэтому торможение получается весьма эффективным. Чтоб уменьшить ток и ослабить резкий толчок от тормозного момента, на время торможения в цепь ротора необходимо включить добавочное сопротивление.
Другой путь перевода асинхронного двигателя в режим торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки. Противовключение при спуске груза возникает, если для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением в цепи ротора. Вследствие превышения моментом нагрузки пускового момента двигателя груз начнет опускаться с некоторой установившейся скоростью.
Принимаем условия для первого случая.
Момент противовключения выбирается из
соотношения 
, но не более
величины перегрузочной способности двигателя по моменту 
.
Исходя из указанных условий принимаем
.
Угловая скорость противовключения в момент
реверса принимается равной номинальной скорости 
.
Скольжение при торможении противовключением
.
Ток ротора при торможении противовключением
.
Полное сопротивление ротора в режиме торможения противовключением
.
Сопротивление тормозной секции, включенной
последовательно с пусковым резистором
Коэффициент изменения сопротивления
.
Текущее значение момента в режиме
противовключения определяется по формуле
.
.4.2 Рекуперативное торможение
Это торможение получается, если скорость ротора
больше скорости поля: 
. При этом величина
скольжения становится отрицательной 
.
Электромагнитный момент тоже будет отрицательным, т.е. направленным против
вращения. При этом кинетическая энергия преобразуется асинхронным двигателем в
электрическую и рекуперируется в сеть. Двигатель начинает работать в
генераторном режиме.
Рекуперативное торможение можно получить двумя путями.
Первый вариант связан с включением двигателя на спуск груза тогда ротор набирает очень большую скорость за счет вращающегося момента и веса груза. В этом случае характеристики рекуперативного торможения располагаются в IV четверти, а двигательного режима в III четверти.
Резким уменьшением синхронной скорости
работающего двигателя за счет быстрого переключения обмоток статора на большее
число пар полюсов или за счет снижения частоты питающего тока. Тогда ротор по
инерции будет вращаться некоторое время со скоростью до
тех пор, пока не затормозится до скорости 
.
Принимаем для первого случая следующие условия и параметры работы:
режим работы двигателя в III и в IV четверти;
скорость двигателя в режиме рекуперации
;
момент рекуперации
.
Скольжение при рекуперативном торможении
.
Ток ротора в начале торможения
Полное сопротивление при рекуперативном
торможении
.
Находим сопротивление тормозной секции
рекуперативного торможения, включаемой последовательно с ротором
.
Коэффициент повышения сопротивления в цепи при
рекуперативном торможении
.
Текущее значение момента определяем по формуле
.
.5 Выбор релейной схемы управления
Схемы электроприводов с силовыми кулачковыми контроллерами и торможением противовключением широко применяются для тихоходных кроной малой и средней грузоподъемности при отсутствии специальных технологических требований в отношении точности остановки и посадки груза из-за простоты, надежности и невысокой стоимости (выше приведённые характеристики полностью удовлетворяет нашим условиям). Регулирование скорости подъема и спуска осуществляется путем изменения величины сопротивления резисторов, включенных в цепь ротора.
На рис. 2.5 приведена схема асинхронного электропривода с кулачковым контроллером. Контроллер имеет пять фиксированных положений для каждого направления движения и обеспечивает ступенчатый спуск, ступенчатое регулирование скорости, реверс и торможение.
Включение электродвигателя и его реверс
производятся контактами К2, К4, К6, К8. Коммутирование ступеней резисторов
выполняется по несимметричной схеме с помощью контактов К7, К9-К12. Контакты К1
служат для обеспечения нулевой блокировки, предотвращающей включение
электродвигателей крана, если рукоятка хотя бы одного контроллера не находится
в нулевом положении.
Рис. 2.5 - Схема управления электропривода
подъёма тележки с применением кулачкового командоконтроллера
При переводе рукоятки контроллера из нулевого в первое положение подъема или спуска к обмотке статора через контакты соответственно К4 и К.8 или К2 и К6 от В и С подводятся две фазы и одна фаза А - напрямую, минуя контакты контроллера. Электродвигатель запускается при полностью введенном сопротивлении в цепи ротора. При переходе на последующие положения постепенно уменьшается сопротивление резисторов в цепи ротора. В последнем положении из цепи ротора выведены все резисторы, и он замкнут накоротко.