Розрахунок електропривода вантажно-піднімального механізму

 

ВСТУП

 

Електропривод з трифазним асинхронним двигуном є найбільш масовим видом привода  в промисловості, комунальному та сільському господарстві. Таке положення виявляється  в простоті виготовлення та експлуатації асинхронних двигунів, меншими в  порівнянні з двигунами постійного струму за масою, габаритними розмірами та вартістю, а також високою надійністю в роботі.

В основну загальнопромислової серії 4А входять асинхронні двигуни з потужність від 0,06 до 400 кВт та віссю обертання від 50 до 355 мм, які випускаються в різноманітних модифікаціях та конструкційних виконаннях. Для комплектації електропривода великої потужності випускають АД серії АН-2 (потужністю до 2000 кВт), АВ (потужністю до 8000 кВт), ДАЗО (потужністю до 1250 кВт) та ряд інших.

Для електропривода кранових механізмів виготовляють спеціалізовані асинхронні двигуни серії MTF (з фазним ротором) та MFKF (з коротко замкнутим ротором), а для робочих машин та механізмів металургійного виробництва – АД серії МТН (з фазним ротором) та МТКН (з коротко замкнутим ротором). В складі цих серій випускаються й багатошвидкісні асинхронні двигуни. Двигуни вказаних серій відрізняються більш високою механічною міцністю, більшими пусковими моментами при порівняно невеликих пускових струмах, хорошими динамічними показниками. Кранові та металургійні АД нової серії 4МТ відрізняються покращеними техніко-економічними показниками роботи, більшою шкалою потужностей, більш високим рівнем стандартизації.

Двигуни серії  АИ с потужністю від 0,75 до 160 кВт мають  уніфіковані за міжнародними стандартами параметри.

Крім того, електротехнічна  промисловість випускає АД серії  В та ВР для роботи у вибухонебезпечних  та пожежонебезпечних умовах.

Основною областю  використання АД аж до недавнього часу являвся нерегульований електропривод. В останні роки у зв’язку з розробкою та серійним випуском електротехнічною промисловістю  тиристорних перетворювачів частоти та напруги стали створюватись регульовані асинхронні електроприводи с характеристиками, не поступаючимися за своїми показниками електроприводам постійного струму.

1 РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРОПРИВОДА ВАНТАЖНО-ПІДНІМАЛЬНОГО МЕХАНІЗМУ

 

Величина статичної потужності, у відповідності до номінального навантаження двигуна:

 

    (1.1)

де  – статична потужність двигуна, кВт;

 – швидкість підйому вантажу,  м/c;

 – прискорення вільного  падіння, яке дорівнює 9.81 м/с²;

– ККД вантажно–піднімального механізму, приймаємо 0.85.

 

 

По розрахунковій  потужності вибираємо привідний електродвигун: АД з фазовим ротором типа МТМ 511–8, параметри якого приведені в таблиці.

Таблиця 1.1 –  Параметри АД типу МТМ 511–8

Тип двигуна	МТТ 511–8
Потужність  , кВт	28
Частота обертання  , об/хв	705
Струм статора  , А	71
Коефіцієнт  потужності	0.72
Струм ротора , А	54
Напруга ротора, , В	281
Максимальний  обертовий момент , Н м	1000
Продовження таблиці 1.1
Маховий момент , кг м2	4.3
Маса двигуна, кг	470
ККД, %	83

 

Визначення  статичного моменту навантаження:

 

  (1.2)

де  – номінальна кутова швидкість обраного двигуна, рад/с;

  (1.3)

де    – частота обертання обраного двигуна, об/хв.

 

 

 

Для заданих  значень лінійної швидкості піднімання, прискорення і висоти піднімання знаходимо час роботи та пройдений шлях на окремих ділянках: розгону, сталого руху та гальмування електропривода:

 

  (1.4)

 

  (1.5)

 

  (1.6)

 

  (1.7)

 

 

Час циклу:

 

  (1.8)

де  – час паузи між черговими підйомами, с.

 

По даним  будується діаграма швидкості, зображена на рисунку1.1.

Визначення  дійсної тривалості вмикання електропривода:

 

  (1.9)

 

Визначення  наведеного моменту інерції:

 

                 (1.10)

де  – момент інерції рухомих частин електродвигуна, кг/м²;

 – момент інерції  редуктора, кг/м²;

 – момент інерції  барабану, кг/м²;

 – передавальне число  редуктора.

 

Рисунок1.1-Діаграма швидкості V=f(t)

  (1.11)

 

 

При відсутності  даних про редуктор і барабан  приймаємо:

 

  (1.12)

 

 

Динамічні моменти  при розгоні та гальмуванні:

 

  (1.13)

  (1.14)

 

 

 

Середній пусковий момент та середній момент зупинки:

 

  (1.15)

  (1.16)

 

 

 

За даними розрахунків  будуємо навантажувальну діаграму, зображену на рисунку 1.2.

 

Рисунок 1.2-Навантажувальна  діаграма

 

Величина еквівалентного моменту двигуна:

  (1.17)

 

  (1.18)

де  , – відповідно момент та тривалість ділянки навантажувальної діаграми;

 – коефіцієнт, що враховує  частоту вмикання електродвигуна .

  (1.19)

 

При коефіцієнт

 

 

Далі використовуємо більше значення, тобто 

 

Дійсний еквівалентний  момент:

 

  (1.20)

де  , з паспортних даних.

 

 

Визначення  дійсного еквівалентного моменту:

 

  (1.21)

 

 

Перевірка обраного двигуна за нагрівом. Згідно розрахунковим  даним  менш ніж на 10%, тобто умова виконується, що свідчить про правильність розрахунків.

Перевірка обраного двигуна по перевантажувальній спроможності проводиться порівнянням максимально припустимого моменту двигуна з максимальним моментом навантажувальної діаграми:

 

 

 

тобто умова  виконується, двигун забезпечує задане прискорення на ділянці розгону.

 

 

 

 

 

2 РОЗРАХУНОК  МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

Розрахунок  природної механічної характеристики АД з фазовим ротором:

 

  (2.1)

 

 

Перевантажувальна здатність двигуна:

 

  (2.2)

 

 

Номінальне  ковзання:

 

  (2.3)

де  – синхронна кутова швидкість, рад/с.

  (2.4)

де  – кількість пар полюсів, р=4

 

 

 

 

Критичне ковзання:

  (2.5)

 

Розрахунок  природної механічної характеристики АД виконується за спрощеною формулою механічної характеристики (формула  Клосса):

 

  (2.6)

де  – поточні значення моменту та ковзання.

 

Задані значення ковзання визначає поточне значення моменту та поточне значення швидкості:

 

  (2.7)

 

Дані розрахунків  занесені в таблицю.

Поряд з розрахунками природної механічної характеристики в іменованих одиницях виконується  розрахунок електромеханічної характеристики у відносних одиницях:

  (2.8)

  (2.9)

  (2.10)

 

Дані розрахунків  занесені в таблицю.

 

Таблиця 2.1 –  Дані розрахунків природної механічної та електромеханічної характеристики АД

–1	157	-550.96	2	-1.45	4.9
–0.7	133.45	-724.64	1.7	-1.91	4.7
–0.305	102.05	-1000	1.3	-2.64	3.6
–0.15	90.28	-800	1.15	-2.11	2.3
0	78.5	0	1	0	0
0.06	73.79	384.6	0.94	1.01	1
0.3	54.95	1000	0.7	2.64	3.6
1	0	550.96	0	1.45	4.9
1.5	-39.25	384.62	-0.5	1.01	5.0
2	-78.5	293.26	-1	0.77	5.1

 

За даними таблиці 2.1 на рисунку 2.1 зображуємо механічну характеристику асинхронного двигуна у відносних одиницях, та електромеханічну характеристику асинхронного двигуна у відносних одиницях.

 

Рисунок 2.1-Електро-механічна та механічна характеристики АД у відносних одиницях

 

3 ПОБУДОВА РОДИНИ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

Повний опір фази ротора:

 

  (3.1)

де  – напруга ротора, В;

 – пусковий струм двигуна,  А.

  (3.2)

де  – номінальний струм ротора, А;

 – бажано дорівнює 2.5.

 

 

 

В АД момент, який вони розвивають пропорційний квадрату напруги мережі живлення, тому навіть незначне зниження напруги при пуску значно знижує пусковий момент. З цих міркувань вибраний момент при пуску повинен бути на 15–20% нижче максимального моменту, який розвиває двигун при номінальній напрузі, тобто:

 

  (3.3)

 

 

Для надійного запуску двигуна при номінальному навантаженні момент, що розвиває при перемиканні швидкості пускового реостату вибираємо на 10–20% більше повного номінального статичного моменту опору:

 

  (3.4)

 

 

Для побудови родини механічних характеристик визначаємо масштаб опору:

 

  (3.5)

 

 

Опір секцій:

 

  (3.6)

  (3.7)

  (3.8)

 

 

 

 

Повний опір реостата:

 

  (3.9)

Рисунок 3.1-Родина механічних характеристик

 

4 РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ПУСКОВОЇ ДІАГРАМИ

 

Побудова характеристик  гальмування противвімкнення виконується  за двома точками ( ), ( ).

Вважаючи, кратність  максимального моменту при гальмуванні  противвімкнення дорівнює кратності  максимального моменту при спуску, тобто 

Опір ступеня  противвімкнення визначається за допомогою  пускової діаграми електропривода:

  (4.1)

  (4.2)

 

 

 

Розрахунок  перехідних процесів при пуску двигуна

Для двигуна  змінного струму час розгону двигуна: