Учебная работа. Проектирование электропривода механизма подъема крана

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Проектирование электропривода механизма подъема крана

исходные ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Разработать электропривод механизма подъема крана, работающего на переменном токе.

исходные данные:

§высота подъема ;

§масса груза ;

§масса крана ;

§скорость движения ;

§радиус подъемного барабана ;

§время загрузки;

§время выгрузки;

§разгон электропривода с асинхронным двигателем пятиступенчатый;

§торможение электропривода с асинхронным двигателем противовключением.

РЕФЕРАТ

пояснительная записка 47 страниц, 5 рисисунков, 3 источника, 21 таблица.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, КРАНОВЫЙ МЕХАНИЗМ, СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ, критический МОМЕНТ, МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ДИАГРАММА ДВИЖЕНИЯ

Проектируемым объектом является электропривод механизма крана.

Цель работы — разработать крановый механизм подъема груза с разгоном в пять этапов и торможением противовключением.

В курсовом проекте рассмотрены следующие вопросы:

§выбор электродвигателя ( асинхронный двигатель 220/380 В);

§расчет добавочных сопротивлений в цепи ротора;

§построение механических характеристик электропривода;

§построение переходных процессов в приводе;

§выбор схемы управления.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Выбор электродвигателя переменного тока

. Расчет величин сопротивлений добавочных резисторов в цепи ротора

. Построение механических характеристик электропривода

. Расчет тока ротора двигателя на различных этапах подъема и спуска кранового механизма

. Построение переходных процессов и определение интервалов времени разгона по ступеням и при торможении

. Расчет потерь энергии в электроприводе механизма подъема крана и определение коэффициента полезного действия электропривода

7. Выбор схемы управления двигателем крана

список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Достижение высокой степени механизации и автоматизации производственных процессов многих промышленных предприятий связано не только с выполнением главных технологических операций, но и со вспомогательными операциями по транспортировке сырья, готовой продукции и топлива, которые выполняются во многих случаях электрическими кранами. Эти механизмы первыми монтируются на строительных площадках и в корпусах заводов, они выполняют вначале функции монтажных кранов, а по окончанию строительства обычно работают как технологические.

электрические краны различных конструкций встречаются почти во всех отраслях народного хозяйства. В цехах металлургических и машиностроительных заводов работают мостовые краны, на различных дворах заводов и угольных складах электрических станций — портальные и козловые перегрузочные краны, на строительстве — башенные, кабельные и т.д.

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО тока

Мощность двигателя подъемной лебедки в статическом режиме работы подъема груза рассчитывается по формуле:

, (1.1)

где ,

.

выбираем краново-металлургический двигатель переменного тока серии МТ с фазным ротором (50 Гц, 220/380 В) по /3/.

Технические данные двигателя:

§тип двигателяМТН613-10

§номинальная мощность

§номинальная скорость

§отношение максимального момента к номинальному

§значение в номинальном режиме

§§номинальное значение тока статора

§значение тока статора в режиме холостого хода

§активное фазное сопротивление обмотки статора

§индуктивное фазное сопротивление обмотки статора

§номинальное §номинальное значение тока ротора

§активное фазное сопротивление обмотки ротора

§индуктивное фазное сопротивление обмотки ротора

§коэффициент трансформации

§момент инерции ротора

Передаточное число редуктора рассчитываем по формуле:

, (1.2)

где — скорость идеального холостого хода электродвигателя, рад/с.

,

Момент сопротивления электропривода при подъеме груза:

,(1.3)

.

момент сопротивления электропривода при спуске крюка:

,(1.4)

момент инерции электропривода при подъеме груза:

,(1.5)

.

момент инерции электропривода при спуске крюка:

,(1.6)

.

2. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИН СОПРОТИВЛЕНИЙ дополнительных РЕЗИСТОРОВ В ЦЕПИ РОТОРА

Механические характеристики электропривода с асинхронным двигателем описываются выражениями ( по Клоссу):

,(2.1)

где — критическое значение момента двигателя:

;(2.2)

— критическое значение скольжения ротора:

;(2.3)

— параметр асинхронного двигателя:

;(2.4)

— скольжение асинхронного двигателя:

;(2.5)

М — момент двигателя, Н∙м;

Uф — — угловая скорость электропривода, рад/с;

— активное приведенное к обмотке статора добавочное сопротивление, включенное в обмотку ротора, Ом.

Формула Клосса выведена для Г-образной схемы замещения электродвигателя (рис.1). Найдем параметры Т-образной схемы замещения (рис.2).

,

.

Найдем параметры Т-образной схемы замещения.

,,

,.

Рисунок 1 — Т-образная схема замещения асинхронной машины

Рисунок 2 — Г-образная схема замещения асинхронной машины

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя в номинальном режиме описывается следующее выражением:

,(2.6)

, (2.7)

где;(2.8)

;

;

Тогда ,

,

,

.

Критическое значение момента в двигательном режиме:

.

критическое значение момента в генераторном режиме:

.

Критическое .

Критическое .

Параметр асинхронного двигателя:

.

Тогда

,

.

Значение скольжения, при котором происходит закорачивание дополнительных резисторов, а также критических скольжений на каждом этапе разгона и на участке динамического торможения определяется по формулам:

,(2.9)

,(2.10)

где ;

(2.11)

а дополнительных резисторов, М2, определяется по формуле:

.(2.12)

.

Значения резисторов определяются по формулам:

(2.13)

Установившееся ,(2.14)

Установившееся

, (2.15)

максимальное значение момента двигателя при подъеме груза в режиме торможения:

.(2.16)

.

минимальное значение момента двигателя при подъеме груза в режиме торможения и спуске крюка в режиме торможения:

.(2.17)

.

максимальное значение момента двигателя при спуске крюка в режиме торможения:

.(2.18)

.

3. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ характеристик ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Механическая характеристика электропривода на первом участке разгона описывается выражением (по Клоссу):

.(3.1)

Изменяя

Таблица 3.1

s00,10,20,40,60,81,01,1М051194418482530304033943521s1,21,31,41,51,61,6551,71,8М3620369437463780379838023893795

На втором участке разгона:

.(3.2)

Изменяя

Таблица 3.2

s00,10,20,40,60,81,01,1341,21,3М075014292514322036103736380237973772

На третьем участке разгона:

.(3.3)

Изменяя значение s, находим

Таблица 3.3

s00,040,060,080,10,20,3М0453672885109120052708s0,40,50,60,70,7630,81,0М3205352637093790380237983685

На четвертом участке разгона:

.(3.4)

Изменяя

Таблица 3.4

s00,010,030,050,060,070,08М017050482598011321239s0,090,10,20,30,40,51340,7М1422156026913372370236023649

На пятом участке разгона:

.(3.5)

Изменяя значение s, находим

Таблица 3.5

s00,010,020,030,040,050,060,07М0252499739971119514101615s0,080,090,10,20,30,34550,40,5М18101995216933583770380237673588

На шестом (естественная характеристика) участке разгона:

.(3.6)

Изменяя значение s, находим Таблица 3.6

s00,010,020,030,040,050,06М03727301072139516961976s0,070,080,090,10,20,2330,3М2232246626762864376438023699

На участке динамического торможения:

.(3.7)

Изменяя

s00,10,40,81,01,21,41,61,8М0259994184822112530280630403235s2,02,22,42,62,83,03,23,343,6М339435213620369437463780379838023795Таблица 3.7

По данным таблицам строим механическую характеристику механизма подъема крана.

4. РАСЧЕТ тока РОТОРА ДВИГАТЕЛЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПОДЪЕМА И СПУСКА КРАНОВОГО МЕХАНИЗМА

Электромеханическая характеристика электропривода с асинхронным двигателем:

,(4.1)

где — значение тока ротора, приведенное к обмотке статора, А.

Максимальное

,(4.2)

производится закорачивание дополнительных резисторов, при подъеме груза и спуске крюка:

,(4.3)

Установившееся ,(4.4)

максимальное значение тока ротора двигателя при подъеме груза в режиме торможения:

,(4.5)

минимальное значение тока ротора двигателя при подъеме груза в режиме торможения и спуске крюка в режиме торможения:

,(4.6)

Установившееся

,(4.7)

максимальное значение тока ротора двигателя при спуске крюка в режиме торможения:

,(4.8)

. ПОСТРОЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ процессов И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ РАЗГОНА ПО СТУПЕНЯМ И ПРИ ТОРМОЖЕНИИ

Механическая характеристика электропривода с асинхронным двигателем нелинейная. Поэтому, для построения переходных процессов и определения интервалов времени разгона по ступеням и торможения, целесообразно ее линеаризовать.

Координаты электропривода при подъеме груза на первом участке разгона:

,(5.1)

,(5.2)

,(5.3)

.(5.4)

длительность подъема груза на первом участке разгона:

.(5.5)

,

,

,

,

,

.

, .

Изменяя далее для каждого значения ωi находим скольжение si и через скольжение находим

Таблица 5.1

t, с00,010,020,040,060,08H(t), м00,000120,000460,00180,00410,0072ω(t), рад/с00,7271,4472,8644,255,606M(t), Н∙м33943371,3113348,8653304,6893261,4543219,14s(t)10,98840,9770,95440,93240,9108Ip(s), А401,88398,512395,219388,602382,049375,506t, с0,10,150,20,250,30,3346H(t), м0,01120,02480,04340,06660,09440,116ω(t), рад/с6,93410,13213,16216,03318,75420,552M(t), Н∙м3177,7253078,0042983,5032893,952809,0862753s(t)0,88960,83870,79050,74490,70150,6729Ip(s), А368,977352,868337,038321,538306,31296,01Координаты электропривода на втором участке разгона:

,(5.6)

,(5.7)

,(5.8)

.(5.9)

длительность подъема груза на втором участке разгона:

.(5.10)

,

,

,

,

,

,

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.2.

Таблица 5.2

t, с00,010,020,040,06H(t), м0,1160,11610,11650,11780,1201ω(t), рад/с20,55221,27821,99223,38624,736M(t), Н∙м33943360,3713327,2763262,6513200,059s(t)0,67290,66140,650,62780,6063Ip(s), А401,8396,914391,988382,206372,493t, с0,080,10,150,20,2252H(t), м0,12310,1270,14020,1580,1685ω(t), рад/с26,04427,31130,30733,07234,382M(t), Н∙м3139,4363080,7212941,8862813,7142753s(t)0,58550,56530,51770,47360,4528Ip(s), А362,868353,302329,9307,122296,01Координаты электропривода на третьем участке разгона:

,(5.11)

,(5.12)

,(5.13)

.(5.14)

Длительность подъема груза на третьем участке разгона:

.(5.15)

,

,

,

,

.

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.3.

Таблица 5.3

t, с00,010,020,04H(t), м0,16850,16860,1690,1703ω(t), рад/с34,38235,10535,81137,173M(t), Н∙м33943344,2143295,5963201,757s(t)0,45280,44130,43010,4084Ip(s), А401,8394,488387,277372,758t, с0,060,080,10,1515H(t), м0,17250,17550,17930,1923ω(t), рад/с38,47239,7140,89243,687M(t), Н∙м3112,2723026,9392945,5642753s(t)0,38770,3680,34920,3047Ip(s), А358,452344,373330,509296,01

Координаты электропривода на четвертом участке разгона:

,(5.16)

,(5.17)

,(5.18)

.(5.19)

длительность подъема груза на четвертом участке разгона:

.(5.20)

,

,

,

,

.

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.4.

электродвигатель резистор электропривод торможение

Таблица 5.4

t, с00,010,020,04H(t), м0,19230,19240,19280,1941ω(t), рад/с43,68744,40645,146,415M(t), Н∙м33943344,2143295,5963201,757s(t)0,30470,29330,28220,2613Ip(s), А401,8390,908380,066358,81t, с0,060,080,102H(t), м0,19620,19910,2031ω(t), рад/с47,64248,78549,951M(t), Н∙м3112,2723026,9392753s(t)0,24180,22360,205Ip(s), А337,964317,607296,01

Координаты электропривода на пятом участке разгона:

,(5.21)

,(5.22)

,(5.23)

.(5.24)

Длительность подъема груза на пятом участке разгона:

.(5.25)

,

,

,

,

.

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.5.

Таблица 5.5

t, с00,010,020,03H(t), м0,20310,20320,20350,2041ω(t), рад/с49,95150,66351,33951,981M(t), Н∙м33943320,4643249,4773180,952s(t)0,2050,19370,18290,1727Ip(s), А401,8385,73369,758354,022t, с0,040,050,060,0686H(t), м0,20480,20580,20690,208ω(t), рад/с52,58953,16753,71554,161M(t), Н∙м3114,8023050,9462889,3032753s(t)0,1630,15380,14510,138Ip(s), А338,569323,374308,509296,01

Координаты электропривода на последнем участке разгона:

,(5.26)

,(5.27)

,(5.28)

.(5.29)

За время 3Тв разгон заканчивается и считается установившееся движение электропривода:

.(5.30)

,

,

,

,

.

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.6.

Таблица 5.6

t, с00,050,10,20,3H(t), м0,2080,2950,38360,56410,7483ω(t), рад/с54,16155,17656,0357,35458,291M(t), Н∙м33943057,782774,5852336,452026,018s(t)0,1380,12180,10830,08720,0723Ip(s), А401,8366,116334,253280,198238,435t, с0,40,50,60,70,8691H(t), м0,93491,12341,31311,50371,8274ω(t), рад/с58,95459,42459,75759,99360,245M(t), Н∙м1806,2041650,5561540,3441462,3031378,598s(t)0,06170,05420,04890,04520,0412Ip(s), А207,141184,144167,456155,443142,383

Координаты электропривода при подъеме груза на участке торможения:

,(5.31)

,(5.32)

,(5.33)

.(5.34)

длительность подъема груза на участке торможения:

.(5.35)

,

,

,

,

.

,

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Высота, на которую поднимется груз к концу последнего (шестого) участка разгона:

,(5.36)

.

Длительность подъема груза на последнем участке разгона:

,(5.37)

Длительность подъема груза на заданную высоту:

,(5.38)

.

Координаты электропривода при спуске крюка на первом участке разгона:

,(5.39)

,(5.40)

,(5.41)

.(5.42)

длительность спуска крюка на первом участке разгона:

.(5.43)

,

,

,

,

,

,

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.8.

Таблица 5.8

t, с00,020,040,060,080,10,120,140,167H(t), м3231,99931,99731,99231,98731,97931,9731,9631,944ω(t), рад/с0-2,69-5,314-7,873-10,37-12,806-15,181-17,499-20,54M(t), Н∙м-3394-3310-3228-3148-3071-2995-2921-2848-2753s(t)10,9570,9150,8750,8350,7960,7580,7210,673Ip(s), А401,8389,43376,92364,32351,66338,94326,17313,39296,1

Координаты электропривода при спуске крюка на втором участке разгона:

,(5.44)

,(5.45)

,(5.46)

.(5.47)

длительность спуска крюка на втором участке разгона:

.(5.48)

,

,

,

,

,

,

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.9.

Таблица 5.9

t, с00,020,040,060,080,10,113H(t), м31,94431,9331,91431,89731,87831,85831,844ω(t), рад/с-20,55-23,224-25,8-28,282-30,675-32,98-34,4M(t), Н∙м-3394-3270-3151-3036-2925-2818-2753s(t)0,6730,630,5890,550,5120,4750,452Ip(s), А401,8383,35364,68345,85326,91307,92296

Координаты электропривода при спуске крюка на третьем участке разгона:

,(5.49)

,(5.50)

,(5.51)

.(5.52)

Длительность спуска крюка на третьем участке разгона:

.(5.53)

,

,

,

,

,

,

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.10.

Таблица 5.10

t, с00,010,020,030,040,050,060,076H(t), м31,84431,83331,82131,80931,79731,78431,77131,749ω(t), рад/с-34,4-35,727-37,035-38,308-39,547-40,752-41,92443,68M(t), Н∙м-3394-3301-3211-3124-3038-2955-2874-2753s(t)0,4530,4310,4110,390,3710,3510,3330,304Ip(s), А401,8388,07374,225360,278346,251332,163318,034296

Координаты электропривода при спуске крюка на четвертом участке разгона:

,(5.54)

,(5.55)

,(5.56)

.(5.57)

длительность спуска крюка на четвертом участке разгона:

.(5.58)

,

,

,

,

,

,

,

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.11.

Таблица 5.11

t, с00,010,020,030,040,051H(t), м31,74931,73531,7231,70531,6931,673ω(t), рад/с-43,68-45,023-46,306-47,538-48,72-49,96M(t), Н∙м-3394-3257-3126-3000-2879-2753s(t)0,3040,2830,2630,2430,2250,205Ip(s), А401,7381,286360,6339,731318,749296Координаты электропривода при спуске крюка на пятом участке разгона:

,(5.59)

,(5.60)

,(5.61)

.(5.62)

Длительность спуска крюка на пятом участке разгона:

.(5.63)

,

,

,

,

,

,

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.12.

Таблица 5.12

t, с00,010,020,030,034H(t), м31,67331,65731,6431,62331,617ω(t), рад/с-49,951-51,272-52,514-53,684-54,16M(t), Н∙м-3394-3193-3004-2826-2753s(t)0,2050,1840,1640,1460,138Ip(s), А401,8371,377340,494309,357296

Координаты электропривода при спуске крюка на последнем (шестом) участке разгона:

,(5.64)

,(5.65)

,(5.66)

.(5.67)

Длительность спуска крюка на последнем (шестом) участке разгона:

.(5.68)

,

,

,

,

,

,

, .

Результаты расчетов внесем в табл. 5.13.

Таблица 5.13

t, с00,050,10,20,30,40,50,60,644H(t), м31,61731,5331,44131,25931,07330,88330,69130,49730,411ω(t), рад/с-54,161-55,343-56,356-57,965-59,144-60,008-60,642-61,107-61,269M(t), Н∙м-3394-2902-2481-1812-1322-962,2-698,65-505,46-437,71s(t)0,1380,1190,1030,0770,0590,0450,0350,0270,025Ip(s), А401360,055321,488253,301197,949154,63121,52596,59287,725

Координаты электропривода при спуске крюка на участке торможения:

,(5.69)

,(5.70)

,(5.71)

.(5.72)

длительность спуска крюка на участке торможения:

.(5.73)

,

,

,

,

,

,

,

.

Результаты расчетов внесем в табл. 5.14.

Таблица 5.14

t, с00,10,20,30,40,50,573H(t), м0,5280,350,2120,1110,0430,00770ω(t), рад/с-62,378-49,458-37,475-26,363-16,059-6,5050M(t), Н∙м3394314929222711251623342271s(t)21,7931,61,4231,2571,11Ip(s), А402,2382,4351,3320,1278,8250,5228,7

Высота, до которой спустится крюк к концу последнего участка разгона:

, (5.74)

Длительность спуска крюка на последнем участке разгона:

,(5.75)

.

Длительность спуска крюка с заданной высоты:

,(5.76)

.

Длительность цикла:

,(5.77)

.

По таблицам 5.1-5.14 строим диаграмму механизма подъема крана, изображенную на рис.4.

6. РАСЧЕТ потерь ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА КРАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО действия ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Полезная работа по подъему груза:

,(6.1)

.

Мощность, потребляемая из сети двигателем, при номинальной загрузке:

,(6.2)

.

Потери мощности при номинальной загрузке:

,(6.3)

.

Переменные потери мощности при номинальной загрузке:

,(6.4)

.

Постоянные потери мощности при номинальной загрузке:

,(6.5)

.

Потери энергии в электроприводе при подъеме груза:

·на первом участке разгона:

,(6.6)

·на втором участке разгона:

,(6.7)

·на третьем участке разгона:

,(6.8)

·на четвертом участке разгона:

,(6.9)

·на пятом участке разгона:

,(6.10)

·на последнем участке разгона:

,(6.11)

·в установившемся движении:

,(6.12)

·на участке торможения:

,(6.13)

·суммарные:

,(6.14)

потери энергии в электроприводе при спуске крюка:

·на первом участке разгона:

,(6.15)

·на втором участке разгона:

,(6.16)

·на третьем участке разгона:

,(6.17)

·на четвертом участке разгона:

,(6.18)

·на пятом участке разгона:

,(6.19)

·на последнем участке разгона:

,(6.20)

·в установившемся движении:

,(6.21)

·на участке торможения:

,(6.22)

·суммарные:

,(6.23)

потери энергии в электроприводе механизма подъема крана за цикл:

,(6.24)

.

Коэффициент полезного действия электропривода механизма подъема крана:

,(6.25)

.

.

7. ВЫБОР СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ двигателем КРАНА

Согласно /1, табл. 25/ применим контроллерное управление с силовым контроллером с ручным приводом. выбираем симметричную схему, так как в условии не требуется, чтобы двигатель работал на различных характеристиках при спуске и подъеме груза. выбираем по /1, с. 90/ схему управления крановым асинхронным двигателем с кулачковым контроллером типа ККТ-61А, изображенном на рис.3.

Питание к двигателю подводится через защитную панель типа ПЗК и контроллер кулачкового типа. Контроллер имеет симметричную схему включения; четыре его контакта предназначены для переключений в статорной цепи, пять — в роторной. Для изменения направления вращения двигателя реверсирующие контакты устанавливаются в двух линейных проводах, третий подводится непосредственно к статору. Напряжение к двигателю подается через три контактных провода, другие три провода служат для связи колец ротора двигателя с регулировочным реостатом и контроллером. К статорным выводам двигателя подключается трехфазный электромагнит тормоза ЭТ, который разводит тормозные колодки, как только на статор подается напряжение.

В приведенной схеме управления плавный пуск и регулирование скорости достигается постепенным поворотом маховичка контроллера вправо и влево от нулевого до пятого положения.

При управлении двигателем посредством контроллера оператор должен переводить рукоятку из одного положения в другое с некоторым интервалом времени, так как в противном случае могут возникнуть недопустимые броски токов, особенно при переходе в режим противовключения. целесообразно в роторной цепи установить амперметр для контроля тока, что повысит точность управления движением.

список ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 М.М.Соколов. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов.-М.:Энергия, 1976.

Электротехнический справочник. В 3-х томах. Т.3.кн.2. использование электрической энергии /Под общ. Ред. В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского и др.-М.:Энергоиздат., 1982.

С.Н. Вешеневский. характеристики двигателей в электропривода.-М.:Энергия, 1977.

Учебная работа. Проектирование электропривода механизма подъема крана