Курсовая работа: Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма

Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма

1. Исходные данные для расчётов

Таблица 1

2. Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма и предварительный выбор мощности двигателя

Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя

Продолжительность включения рассчитываем по формуле:

(1)

где

(2)

(3)

Время работы двигателя при подъёме груза:

(4)

Время работы двигателя при спуске груза:

(5)

(6)

Время работы двигателя при подъёме холостого гака:

Время работы двигателя при спуске холостого гака:

Здесь скорость спуска холостого гака равна скорости подъёма холостого гака

(7)

Расчёт статической мощности на выходном валу механизма.

Статическая мощность на выходном валу при подъёме груза:

(8)

Статическая мощность на выходном валу при спуске груза:

(9)

Статическая мощность на выходном валу при посадке груза:

(10)

Статическая мощность на выходном валу при подъёме холостого гака:

(11)

Статическая мощность на выходном валу при спуске холостого гака:

(12)

Расчёт статической мощности на валу двигателя.

Статическая мощность на валу двигателя при подъёме груза:

(13)

Статическая мощность на валу двигателя при спуске груза:

(14)

Статическая мощность на валу двигателя при посадке груза:

(15)

Статическая мощность на валу двигателя при подъёме холостого гака:

Здесь зх.г =0,2

(16)

Статическая мощность на валу двигателя при спуске холостого гака:

(17)

Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя.

Рисунок 1 - Упрощённая нагрузочная диаграмма двигателя

Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной диаграмме

Средне квадратичную мощность рассчитываем по формуле:

(18)

где вi - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи и рассчитывается для всех рабочих участков по формуле:

(19)

электродвигатель теплоотдача тормозной

Здесь в0- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи при неподвижном роторе.

Для двигателей открытого и защищённого исполнения в0=0,25ч0,35.

Для двигателей закрытого обдуваемого исполнения в0=0,3ч0,55.

Для двигателей закрытых без обдува в0=0,7ч0,78.

Для двигателей с принудительной вентиляцией в0=1.

Принимаем в0=0,4 и хном= м/с.

При подъёме груза:

(20)

При спуске груза до одного метра:

(21)

При посадке груза:

(22)

При подъёме холостого гака:

(23)

При спуске холостого гака:

(24)

Таблица 2 - Сводная таблица данных для расчёта среднеквадратичной мощности

Запишем выражение для расчёта среднеквадратичной мощности двигателя:

(25)

Номинальную мощность двигателя находим по формуле:

(26)

где kз=1,2 - коэффициент запаса

ПВном=40% - номинальная продолжительность включения

По справочнику выбираем двигатель марки, который имеет следующие характеристики:

Номинальная мощность Рн= кВт

Номинальное скольжение sн= %

Частота вращения n= об/мин

Номинальный ток статора Iном= А

Номинальный КПД зн= %

Номинальный коэффициент мощности cosцн=

Момент инерции J = кг·м2

Число пар полюсов р =

3. Построение механической и электромеханической характеристики.

Расчёт и построение механической характеристики.

Номинальная угловая скорость вращения:

(27)

Номинальный момент:

(28)

Определяем критическое скольжение для двигательного режима:

перегрузочная способность л=

(29)

Критический момент вращения находим из выражения 29:

(30)

По уравнению Клосса находим Мдв:

(31)

Запишем выражение для угловой скорости:

(32)

где щ0=157 с -1

Используя формулы 31, 32 составим расчётную таблицу:

Таблица 3 - Данные для построения механической характеристики.

Расчёт и построение электромеханической характеристики.

Ток холостого хода:

(33)

где

(34)

Ток, значение которого обусловлено параметрами скольжения и момента на валу:

(35)

Используя формулы 33, 34, 35 составим расчётную таблицу:

Таблица 4 - Данные для построения электромеханической характеристики.

Рисунок 2 - Механическая и электромеханическая характеристики асинхронного двигателя типа при 2р

4. Построение нагрузочной диаграммы

Подъём номинального груза.

Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

(36)

Передаточное число:

(37)

Момент на валу электродвигателя:

(38)

Время разгона:

(39)

где угловая скорость щ1 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М1ст.

Выбранный двигатель типа снабжён дисковым тормозом типа с Мт = Н?м

Постоянные потери в электродвигателе:

(40)

Тормозной момент, обусловленный постоянными потерями в электродвигателе:

Суммарный тормозной момент:

(42)

Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя:

(43)

Установившаяся скорость подъёма номинального груза:

(44)

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

(45)

Время подъёма груза при установившемся режиме:

(46)

Ток, потребляемый двигателем, в пределах допустимых нагрузок пропорционален моменту на валу и может быть найден по формуле:

(47)

Тормозной спуск груза.

Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза:

(48)

Поскольку в пределах допустимых нагрузок механическую характеристику для генераторного и двигательного режимов можно представить одной линией, скорость рекуперативного торможения определяется по формуле:

(49)

где угловая скорость щ2 определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М2ст.

Если ток тормозного режима I2 принять равным току двигателя, работающего с моментом М2ст, то:

(50)

Время разгона при опускании груза с включённым двигателем:

(51)

Тормозной момент при отключении двигателя от сети:

(52)

Время остановки опускаемого груза:

(53)

Скорость опускания груза:

(54)

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

(55)

Время опускания груза при установившемся режиме:

Подъём холостого гака.

Момент на валу электродвигателя при подъёме холостого гака:

(57)

Моменту М3ст= Н?м соответствует, согласно механической характеристике, скорость двигателя щ3= рад/с

Ток, потребляемый двигателем:

(58)

Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

(59)

Время разгона при подъёме холостого гака:

(60)

Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъёма гака:

(61)

Время остановки поднимаемого гака:

(62)

Скорость подъёма холостого гака:

(63)

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

(64)

Время установившегося движения при подъёме холостого гака:

(65)

Силовой спуск силового гака.

Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака:

(66)

Моменту М4ст= Нм соответствует скорость двигателя щ= рад/с и потребляемый ток:

(67)

Время разгона при опускании холостого гака:

(68)

Тормозной момент при отключении двигателя:

(69)

Время остановки опускаемого гака:

(70)

Скорость опускания холостого гака:

(71)

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

(72)

Время установившегося движения при опускании холостого гака:

(73)

Расчётные данные работы двигателя сводим в таблицу 5.

Таблица 5 - Расчётные данные работы двигателя

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной производительности лебёдки

Полная продолжительность цикла:

(74)

Число циклов в час:

(75)

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев

Расчётная продолжительность включения:

(76)

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, соответствующий расчётной ПВ% (полагая ток плавно спадающим от пускового до рабочего, берём для расчёта его среднее значение, тем более что время переходного процесса ничтожно мало):

(77)

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, пересчитанный на стандартную ПВ% выбранного двигателя, по уравнению:

(78)

Таким образом, Iен = А < Iн = А, т. е. в заданном режиме работы выбранный двигатель перегреваться не будет.

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения

Преобразователь с инвертором напряжения включает следующие основные силовые узлы: управляемый выпрямитель УВ с LC-фильтром; инвертор напряжения - АИ с группами вентилей прямого ПТ и обратного ОТ тока, отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами; ведомый инвертор ВИ с LC-фильтром. Обмотки дросселя фильтров УВ и ВИ выполнены на общем сердечнике и включены в плечи вентильных мостов, выполняя при этом также функции токоограничения. В преобразователе осуществляется амплитудный метод регулирования выходного напряжения посредством УВ, а АИ выполнен по схеме с одноступенчатой междуфазовой коммутацией и устройством подзаряда конденсаторов от отдельного источника. Ведомый инвертор ВИ обеспечивает режим рекуперативного торможения электропривода. При построении преобразователя принято совместное управление УВ и ВИ. Поэтому с целью ограничения уравнительных токов система регулирования должна обеспечить более высокое напряжение постоянного тока ВИ, чем у УВ. Кроме того, система регулирования должна обеспечить заданный закон управления напряжением и частотой преобразователя.

Поясним формирование кривой выходного напряжения. Если первоначально в проводящем состоянии были тиристоры, то при открывании тиристора заряд кондесатора прикладывается к тиристору 1, и онзакрывается. Проводящими оказываются тиристоры. Под действием ЭДС самоиндекции и фазы А открываются диоды, так как разность потенциалов между началами фаз А и В оказывается наибольшей. Если продолжительность включения обратных диодов, определяемая самоиндукцией фазы нагрузки, меньше длительности рабочего интервала, диоды закрываются.