Электропривод подъемной установки мостового крана

Министерство образования РФ Омский государственный технический университет.

Кафедра ЭТ Курсовая работа по курсу

" Автоматизированный электропривод"

Тема:

" Электропривод подъемной установки мостового крана"

Выполнил: Студент группы ЭЭ-420

Черемных А.В.

Проверил: Мирошник А.И.

Омск 2004

• Введение
• 1. Определение времени пуска, торможения и время установившегося движения электродвигателя
• 2. Определение моментов статической нагрузки
• 3. Предварительный выбор мощности и типа электродвигателя
• 4. Уточненный выбор мощности электродвигателя
• 5. Проверка двигателя
• 6. Расчет и построение статических естественных механических характеристик электродвигатели для различных режимов его работы
• 7. Расчет пусковых и тормозных резисторов электродвигателя
• 8. Расчет переходных процессов
• 8. Выбор электрической схемы электропривода и ее элементов
• Литература

Развитие различных отраслей народного хозяйства выдвигает самые разнообразные требования к системам автоматизированного привода представляющим собой энергетическую основу механизации и автоматизации производственных процессов, главным образом процессов. Связанных с использованием механической энергии. Специалистами, работающими в этой отрасли, разработана стройная теория, базирующаяся на современных математических методах, оригинальные сложные системы и комплексы, предназначенные для автоматизации отдельных механизмов или технологических процессов, а также методология решения подобного рода инженерных задач. Автоматизированный электропривод практически уже давно оформился в самостоятельную отрасль, как в научном, так и в технических отношениях. Он возник на стыке нескольких научных дисциплин — механики, электротехники, электроники, теории автоматического регулирования вобрав в себя их методы и синтезировав собственную методологию как исследования, так и решения практических задач.

Электропривод определяется как электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Широкое распространение получил крановый электропривод. Электрическое оборудование кранов должно обеспечить надежную работу при повторно кратковременном режиме большой частоте включений. В условиях запыленности, помещений, высокой влажности воздуха, резких изменениях температуры.

Крановое электрооборудование стандартизировано в большей степени чем механическое, вследствие этого задача его изучения упрощается. Весьма различные по конструктивному исполнению краны комплектуются типовыми панелями управления, резисторами и другим электрооборудованием.

Технические данные

1. Грузоподъемность лебедки G₁ = 230кН

2. Вес грузозахватного устройства G₀ = 11,5кН

3. Диаметр барабана D_б = 0,5 м

4. Скорость подъема и спуска груза V_Н = 0,35м/с

5. Ускорение/замедление при работе с грузом а₁ = 0,45м/с²

6. Ускорение/замедление при работе без груза а₀ = 0,5м/с²

7. Кратность полиспаста k_п = 3

8. Передаточное число редуктора i_p = 8,32

9. ПВ механизма ПВ=45%

10. Длительность цикла t_ц = 600с

11. КПД редуктора з_р = 0,85

12. КПД полиспаста з_п = 0,99

13. КПД барабана з_б = 0,95

14. Высота подъема Н = 12 м Рис. 1. Кинематическая схема механизма подъема: 1 — электродвигатель; 2-редуктор; 3-барабан; 4-полиспаст; 5-тормоз; 6-соединительная муфта.

1. Определение времени пуска, торможения и время установившегося движения электродвигателя

Время пуска (торможения) двигателя с грузом:

Время пуска (торможения) двигателя без груза:

Средняя скорость передвижения груза (захватного приспособления) за время пуска и торможения:

Путь, пройденный грузом (захватным приспособлением) за время пуска и торможения:

Путь, приходящийся на движение груза (захватного приспособления) при установившейся скорости:

Время подъема груза (захватного приспособления) с установившейся скоростью:

с

с

2. Определение моментов статической нагрузки

Вес груза и грузозахватного устройства при поднятии и опускании груза, кН,

кН

Момент статической нагрузки при движении с грузом и без груза (для случаев подъема и спуска):

Н· м

Н· м

— вес грузозахватного устройства при поднятии и опускании крюка, кН.

— передаточное число редуктора;

— кратность полиспаста;

— кпд передачи;

где

Подъем с грузом:

Н· м

Спуск с грузом:

Н· м

Определяем для моментов статической нагрузки М_ст3 и М_ст4 при поднятии и опускании грузозахватного устройства. Для этого необходимо определить з, равный отклонению:

Из графика в книге «Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов». Энергия, 1980 определяем,

Подъем грузозахватного устройства:

Н· м

Спуск грузозахватного устройств

Н· м

3. Предварительный выбор мощности и типа электродвигателя

Полное время подъёма (опускания) с грузом:

c

c

Полное время подъёма (опускания) без груза:

c

c

Суммарное время работы:

Определяем статический, среднеквадратический (эквивалентный) момент:

Н•м

Предварительный выбор мощности двигателя, как правило, производится по статистическому среднеквадратичному (эквивалентного) моменту, с учетом коэффициента запаса К_з который учитывает неизвестную на этапе предварительных расчетов динамическую составляющую нагрузки.

Принимаем

Н•м

Действительная продолжительность включения:

Требуемая номинальная скорость двигателя:

об/мин

рад/с

Эквивалентная расчетная мощность двигателя:

кВт

Пересчитанная на стандартную продолжительность включения мощность:

кВт

Номинальная мощность двигателя (Р_n) определяется из условия

По рассчитанной скорости вращения и номинальной мощности с учетом принятой системы электропривода выбирается двигатель марки 4МТН280M8.

Техническая характеристика:

Обмоточные данные электродвигателя:

Обмотка статора:

Обмотка ротора:

электропривод двигатель мостовой кран

Расчетные данные:

Т.к. получившаяся номинальная скорость отличается более чем на 100 об/мин от скорости приведенной в справочнике для наиболее подходящего двигателя, то для меньшего отклонения скорости от приведенной в справочнике изменим диаметр барабана на .

Подъем с грузом:

Н· м Спуск с грузом:

Н· м Подъем грузозахватного устройства:

Н· м Спуск грузозахватного устройства:

Н· м Определяем статический, среднеквадратический (эквивалентный) момент:

Н•м Принимаем

Н•м Требуемая номинальная скорость двигателя:

об/мин рад/с Эквивалентная расчетная мощность двигателя:

кВт Пересчитанная на стандартную продолжительность включения мощность:

кВт Номинальная мощность двигателя (Р_n) определяется из условия .

75>73,52

Оставляем ранее выбранный двигатель 4МТН280M8, т.к. он удовлетворяет требуемым условиям.

4. Уточненный выбор мощности электродвигателя

Следующим этапом расчета является проверка выбранного электродвигателя по условию нагрева и перегрузки. Для этого необходимо рассчитать предварительно и построить нагрузочную диаграмму привода.

Динамический момент зависит от момента инерции привода и его ускорения (а₁, а₀)

где — угловое ускорение, 1/с²

суммарный приведенный момент инерции для нагруженного механизма кг•м^2, кг•м² — момент инерции вращающихся передач.

Массы поступательно движущихся частей:

кг

кг

Радиус приведения кинематической цепи между двигателем и испытательным механизмом:

рад/с

м

Момент инерции вращающихся передач, соединительных муфт и тормозных шкивов привода механизма подъема:

кг•м²

кг•м²

1/с²

1/с²

Динамические моменты:

Н•м

Н•м

Момент сопротивления двигателя при пуске с грузом:

Н•м

Н•м

Момент двигателя при торможении с грузом:

Н•м

Н•м

Момент двигателя при пуске без груза:

Н•м

Н•м

Момент двигателя при торможении без груза:

Н•м

Н•м

По рассчитанным моментам строим нагрузочную диаграмму электропривода. Эквивалентный момент двигателя при ПВ_расч=24,61%

где =0,75 — коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения при пуске и торможении (для двигателей с самовентиляцией).

Приведем эквивалент момент двигателя к стандартной ПВ=40%:

Н•м

Угловая синхронная скорость:

рад/с

Номинальный момент предварительно выбранного двигателя:

Н•м

Коэффициент трансформации от статора к ротору:

Сопротивление фазы обмотки ротора:

Ом.

5. Проверка двигателя

Проверка двигателя по нагреву осуществляется из условия:

Н•м

двигатель 4МТН280M8 проходит по нагреву.

Проверка двигателя по нагрузке осуществляется из условия:

двигатель 4МТН280M8 проходит по перегрузке.

Нагрузочная диаграмма электропривода.

Нагрузочная диаграмма электропривода характеризует зависимость вращающего момента, тока или мощности развиваемой двигателем, от времени. Она является основной характеристикой, описывающей поведение двигателя 4МТН280M8 в заданном технологическом режиме работы механизма. Она учитывает статические и динамические нагрузки, преодолеваемые электроприводом в течение цикла работы.

6. Расчет и построение статических естественных механических характеристик электродвигатели для различных режимов его работы

Зависимость момента от скольжения определяется формулой:

Двигательный режим

Скольжение изменяется от 1 до 0:

Критическое скольжение:

Критический момент:

Н•м

Рекуперативный режим торможения

Скольжение изменяется от 0 до — 1:

Критическое скольжение:. Критический момент:

Н•м

Режим торможения противовключением

Скольжение изменяется от 1 до 2:

Номинальное скольжение двигателя:

7. Расчет пусковых и тормозных резисторов электродвигателя

H· м

H· м

Масштаб:

Ом/мм

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Сопротивление пускового реостата:

Ом

Суммарное сопротивление ротора:

Ом

Сопротивление противовключения:

Ом

8. Расчет переходных процессов

Основными задачами переходного процесса пуска двигателя являются определение времени пуска и нахождение зависимостей скорости, тока и момента от времени. Расчет переходных процессов в электроприводах с нелинейной механической характеристикой АД производится графоаналитическим методом.

Постоянная времени на каждой ступени:

с;

где — находим из пусковой диаграммы двигателя.

с;

с;

с;

с;

с;

с;

с;

Время переходного процесса на каждой ступени:

с;

с;

с;

с;

с;

с;

с;

с;

Начальную и установившуюся скорости вращения можно определить с помощью пусковой диаграммы двигателя.

На 2-й и последующих характеристиках:

Первый этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

Второй этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

рад/с

Третий этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

рад/с

Четвертый этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

рад/с

Пятый этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

рад/с

Шестой этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

рад/с

Седьмой этап пуска:

с

с

Н· м

рад/с

рад/с

рад/с

Для построения характеристики необходимо рассчитать промежуточные точки М и щ для различных моментов времени t.

Первый этап

Второй этап

Третий этап

Четвертый этап

Пятый этап

Шестой этап

Седьмой этап

По данным расчета построим графики зависимостей .

Расчет токов переходного процесса производится для каждого этапа.

A,

A,

A,

A,

;

A,

A,

;

Первый этап:

А, А,

A,

А,

A,

Второй этап:

А, А,

A,

А,

A,

Третий этап:

А, А,

A,

А,

A,

Четвертый этап:

А, А,

A,

А,

A,

Пятый этап:

А, А,

A,

А,

A,

Шестой этап:

А, А,

A,

А,

A,

Седьмой этап:

А, А,

A,

А,

A,

Расчет промежуточных значений зависимости, приведен в таблице:

Первый этап

Второй этап

Третий этап

Четвертый этап

Пятый этап

Шестой этап

Седьмой этап

8. Выбор электрической схемы электропривода и ее элементов

Выбираем схему электропривода МКП — АДФ, крановый магнитный котроллер типа ТСА.

Выбор командоконтроллера.

Командоконтроллер типа ККП 1206;

Число рабочих положений 4−0-4;

Тип магнитного контроллера (панели) ТСА,

Номинальное напряжение — В;

Ток продолжительного режима — 16 А;

Механическая износостойкость — 5· 10⁶ циклов;

Электрическая износостойкость — 1,5· 10⁶ циклов;

Частота включений в час — 600;

Усилие на рукоятке при переключении — 30 Н;

Масса командоконтроллера — 9 кг.

Выбор реле времени.

Реле типа РЭВ811 — РЭВ818, предназначено для работы в схемах — контроль времени пуска и торможения.

Диапазон выдержки времени — 0,4−3,8 с;

Диапазон параметров срабатывания — 60% номинального.

Механическая износостойкость — 10· 10⁶циклов В-О.

Выбор концевых выключателей.

Концевой выключатель тип ВУ-250 (шпиндельный привод от вала барабана, вал барабана связан с валов выключателя).

Выбор тормоза.

Определяем расчетный тормозной момент по выражению:

где [кг]

— скорость подъема

(при М_c1)

Н· м;

— коэффициент запаса тормоза,

Н*М;

Тип тормоза — ТКЛ 500;

Диаметр шкива — 500 мм;

Отход колодок — 1.5 мм;

Тормозной момент — 2000 Н· м;

Электрогидравлический толкатель ТЭ-50,Усилие подъема — 850 Н· м,

Мощность двигателя — 0,2 кВт;

Ток двигателя при 380В — 0,7 А.

Выбор диодов:

В

В

В

В

Выбираем диоды типа ВК-2−10;

Номинальный ток 10 А;

Номинальное обратное напряжение 400 В,

Выбор контактора в цепи ротора.

Выбираем контактор переменного тока КТ 6043 с А.

Допустимый ток:

где, ПВ=0,4.

— номинальный ток контролера при ПВ=100%

А

Необходимо выполнение условия

А, 637,38<691,09

Выбор контактора в цепи статора

Выбираем контактор переменного тока КТ 6043 с А.

Допустимый ток:

А

Пусковой ток статора

где

А

А

Необходимо выполнение

552<691,09

Выбор защитной панели.

А

Выбираем панель ПЗКБ-250 с контактором переменного тока.

Номинальный ток ввода при ПВ=100% - А.

Максимальный коммутационный ток — 1600 А

Максимальное реле тока — РЭО 401;

Рис. Схема кранового магнитного контроллера типа ТСА

Описание работы схемы электропривода

Подается напряжение на схему управления АО. В положении 0 командоконтроллера SA запитывается диодный мост VD1-VD4 и получает питание реле КТ1, через контакт КМ2V, когда командоконтроллер переключается в положение 1 (подъем) включаются контакторы KM6V, KM8V, KM11V, к статору АД подводится напряжение и в тот же момент включается электрогидравлический толкатель тормоза YA и освобождается тормозной шкив, включаясь, контактор KM11V, замыкающий вспомогательным контактом включает реле времени KT2 через замкнувшийся контакт KM8V и нормально замкнутый контакт KM3V. Одновременно с включением KM6V происходит включение контактора KM10, который главными контактами замыкает первую ступень пускового реостата, который находится в цепи ротора АД (ступень сопротивления противовключения). Когда командоконтроллер переключится из положения 1 в положение 2 (подъем), включается контактор KM1 и вторая ступень пускового реостата шунтируется. При переключении командоконтроллера в положение 3 (подъем) срабатывает контактор КМ2 и третья ступень пускового реостата шунтируется контактами КМ2 в цепи ротора АД, контакт КМ2 размыкается в цепи реле времени КТ1, которое запускается, после чего замыкает свой контакт в цепи контактора КМ3. При переключении командоконтроллера в положение 4 (подъем) срабатывает контактор КМ3, замыкая главными контактами четвертую ступень пускового реостата и размыкает контакт в цепи КТ2, которое начинает отсчет времени, после чего контакт замыкается в цепи КМ4 который шунтирует пятую ступень пускового реостата и замыкается контакт в цепи контактора КМ5, который своими контактами шунтирует все сопротивления в цепи ротора АД и двигатель начинает работать на заданной механической характеристике. Установка командоконтроллера из положения 0 в положение 1, а затем в положение 2 не приводит к срабатыванию каких либо аппаратов, привод является отключенным и заторможенным. В положении 3 (спуск) контакт КМ7 замыкается, срабатывает контактор однофазного включения КМ9 и включает своим вспомогательным контактом реле времени КТ2, остающийся после этого включенным в другом положении (спуск). Реле времени КТ2 включает контактор КМ11, тормозной шкив освобождается колодками тормоза схемы магнитного контроллера типа ТСА позволяет осуществить автоматический спуск, реверс и торможение двигателя, а также концевую защиту. На защитной панели находятся аппараты нулевой и максимальной защиты с помощью изменения величины сопротивления реостата введенного в роторную цепь АД, осуществляется пуск и регулирование скорости двигателя, а также изменяется схема включения цепи статора. Посредством контакторов КМ6 и КМ7 двигатель включается на подъем или спуск, режим однофазного включения статора выполняется контактором КМ9. При отключенном АД на тормозной шкив накладываются колодки электромеханического тормоза YА. Двигатель включается на однофазное питание контактором КМ9. В цепи ротора контакты контактора КМ1 замкнуты, но освободившиеся ступени обладают значительным сопротивлением. При переключении командоконтроллера из положения 3 в положение 2 (спуск) контактор КМ9 отключается, а катушка контактора КМ6 питается через контакты КТ2, КМ1, КМ2, и контактор КМ1 включается в работу и статор АД подключается к сети в направлении подъем, т.к. контакты контактора КМ1 отпадают, а контактор КМ10 отключен, в цепи ротора включаются все добавочные сопротивления (для тормозного спуска средних грузов в режиме противовключения). При положении 1 командоконтроллера (спуск) включается контактор КМ 10. Сопротивление цепи ротора уменьшается для осуществления тормозного спуска тяжелых грузов. При переключении командоконтроллера из положения 3 в положение 4 (спуск) получают питание контакторы КМ7 и КМ8 и АД переключается в спуск, т.к. все секции пускового реостата зашунтированы в роторе есть только небольшая постоянно включенная ступень сопротивления и двигатель обеспечивает спуск крюка и тормозной сверхсинхронный спуск грузов.

1. Яуре А. Г., Певзнер Е. М. «Крановый электропривод», Москва, Энергоатомиздат, 1988.

2. М. М Соколов «Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов», Москва, 1976.

3. Справочник по автоматизированному электроприводу под ред.В. А. Елисеева и А. В. Шинянского, Москва, Энергоатомиздат, 1983.

4. Мирошник А. И. «Автоматизированный электропривод», МУ, ОмГТУ, Омск, 1987.