14520

Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Курсовая работа на тему: Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма Содержание: Исходные данные для расчётов Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма и предварительный выбор мощности двигателя Построение упрощённой нагр

Русский

2013-06-06

1.85 MB

84 чел.

Курсовая работа

на тему:

«Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма»


Содержание:

  1.  Исходные данные для расчётов
  2.  Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма и предварительный выбор мощности двигателя
    1.  Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя

2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма

    2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя

     2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя

     2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной                               

           диаграмме…………………………………………………………………...

    3. Построение механической и электромеханической характеристики……..

    3.1 Расчёт и построение механической характеристики……………………...

   3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики……………..

   4. Построение нагрузочной диаграммы………………………………………..

   4.1 Подъём номинального груза………………………………………………..

   4.2 Тормозной спуск груза……………………………………………………...

    4.3 Подъём холостого гака……………………………………………………..

    4.4 Силовой спуск силового гака………………………………………………

   5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной  

       производительности лебёдки………………………………………………...

    6. Проверка выбранного двигателя на нагрев…………………………………

   7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения……..

   8. Список используемой литературы…………………………………………..

  1.  Исходные данные для расчётов

Род тока

Грузоподъёмность

Gгркг

Высота подъёма

груза

lп  

Высота спуска

груза

lс  

 

Переменный

 

 

 

Вес

грузозахватывающего

устройства Gх.г  ,кг

Диаметр

грузового

барабана D

Время пауз нагрузочной

диаграммы ti

tп1

tп2

tп3

tп4

 

  

 

 

 

 

 

      Продолжение таблицы 1

     

    Продолжение таблицы 1

КПД механизма

лебёдки

η

Скорость подъёма

спуска груза

υп, м/с

Скорость подъёма

спуска грузозахватывающего

устройства υп.х.г, м/с

 

 

 

  Продолжение таблицы 1

Посадочная скорость

груза

υ`с, м/с

Наименование

исполнительного

механизма

Система

управления

Род тока

 

Асинхронный

двигатель

Преобразователь

частоты с

инвертором напряжения

Сеть

переменного

тока 380В

         

Таблица -1- Исходные данные для расчётов

2. Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма

и предварительный выбор мощности двигателя

2.1 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)
Время работы двигателя при подъёме холостого гака:

         (6)
Время работы двигателя при спуске холостого гака:

Здесь скорость спуска холостого гака равна скорости подъёма холостого гака

       

              (7)

Суммарное время включённого состояния двигателя:


Определяем продолжительность включения двигателя


2.2 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)

2.3 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 ηх.г =0,2

               (16)


Статическая мощность на валу двигателя при спуске холостого гака:

     (17)


2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя.

Рисунок 1 – Упрощённая нагрузочная диаграмма двигателя

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной диаграмме

Средне квадратичную мощность рассчитываем по формуле:

         (18)
где β
i- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи и рассчитывается для                            всех рабочих участков по формуле:

           (19)
Здесь β
0- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи при неподвижном       роторе

Для двигателей открытого и защищённого исполнения β0=0,25÷0,35

Для двигателей закрытого обдуваемого исполнения β0=0,3÷0,55

Для двигателей закрытых без обдува  β0=0,7÷0,78

Для двигателей с принудительной вентиляцией β0=1

Принимаем β0=0,4  и   υном=         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

Участок

Рс

кВт

tр

υ,  м/с

υн

м/с

β

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

посадочный

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

Запишем выражение для расчёта среднеквадратичной мощности двигателя:



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   ηн=           %

Номинальный коэффициент мощности cosφн=                  


Момент инерции
J =           кг·м2

Число пар полюсов  р =

3. Построение механической и электромеханической характеристики.

3.1 Расчёт и построение механической характеристики.


Номинальная угловая скорость вращения:

   

Номинальный момент:

 

Определяем  критическое скольжение для двигательного режима:


          


Критический момент вращения находим из выражения 29:

                                                               
По уравнению Клосса находим М
дв:

                                            (31)
Запишем выражение для угловой скорости:

                                                                                                     (32)
где ω
0=157 с –1

Используя формулы 31, 32 составим расчётную таблицу:

Таблица 3 – Данные для построения механической характеристики.

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω, с-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М, Н·м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики.

Ток холостого хода:

            (33)
где


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.

S

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М, Н·м

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1, A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики асинхронного   

                     двигателя типа                при 2р=  .          

4. Построение нагрузочной диаграммы 

4.1 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 ω
1 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:

 

Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя:

Установившаяся скорость подъёма номинального груза:

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

          

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)

4.2 Тормозной спуск груза.

Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза:

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 ω
2 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:


Время остановки опускаемого груза:

                                        

                                                                   (53)

Скорость опускания груза:

                                                  (54)
Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

                                         (55)
Время опускания груза при установившемся режиме:

                                          


  1.  Подъём холостого гака.

Момент на валу электродвигателя при подъёме холостого гака:

         (57)
Моменту М
3ст=       Н·м соответствует, согласно механической характеристике, скорость двигателя ω3=          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:


Время остановки поднимаемого гака:

 

Скорость подъёма холостого гака:

                                                       (63)
Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

                                                                                                                              (64)
Время установившегося движения при подъёме холостого гака:

                                                          (65)

  1.  Силовой спуск силового гака.

Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака:

         (66)
Моменту М
4ст=    Нм  соответствует скорость двигателя ω=     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.

Режим работы

Ток, А                              

Время, с

Подъём номинального груза:

     разгон…………………………………………

     установившийся режим………………………

     торможение……………………………………

Горизонтальное перемещение груза…………….

Тормозной спуск груза:

     разгон…………………………………………

     установившийся режим………………………

     торможение……………………………………

Расстроповка груза………………………………..

Подъём холостого гака:

     разгон…………………………………………

     установившийся режим………………………

     торможение……………………………………

Горизонтальное перемещение гака……………...

Силовой спуск холостого гака:

     разгон…………………………………………

     установившийся режим………………………

     торможение……………………………………

Застроповка груза…………………………………

     

Iп =  

I1=  

Iп  =  

I2=    

Iп =  

I3=   

Iп =  

I4  =   

t1п =  

t =  

t =  

t01 =  

t2п =   

t =  

t2т =  

t02 =  

t3п =  

t =  

t =  

t03 =  

t4п =  

t =  

t =  

t04 =  

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

8. Список используемой литературы.

  1.  Чекунов К. А. “Судовые электроприводы электродвижение судов”. – Л.:

Судостроение, 1976.- 376с.

2.  Теория электропривода. методические указания к курсовой работе для            

    студентов дневных и заочных факультетов высших учебных заведений по    

     специальности 1809 “Электрооборудование и автоматика судов”.-

     Калининград 1990г.

3.  Чиликин М. Г. “Общий курс электропривода”.- М.: Энергия 1981г.

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения.

 Преобразователь с инвертором напряжения включает следующие основные силовые узлы (рисунок 3): 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 (на схеме не показано). 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 1 и 2, то при открывании тиристора 3 заряд кондесатора прикладывается к тиристору 1, и онзакрывается. Проводящими оказываются тиристоры 3 и 2. Под действием ЭДС самоиндекции и фазы А открываются диоды 11 и 16, 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 11 и 16 закрываются.

В звено постоянного тока параллельно инвертору включается конденсатор, ограничивающий пульсации напряжения, возникающие при переключении тиристоров инвертора. В результате звено постоянного обладает сопротивлением для переменной составляющей тока, и напряжение входа и выхода инвертора при постоянных параметрах нагрузки связаны постоянным коэффициентом.

Плечи инвертора обладают двухсторонней проводимостью. Для обеспечения этого в плечах инвертора используются тиристоры, зашунтированные встречно включёнными диодами.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23087. Реєстрація спектрів пропускання 137.5 KB
  Опис спектрофотометра СФ5 У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії спектрофотометрів оптикоелектронних приладів призначених для вимірювання спектрів пропускання поглинання особливостями методики вимірювання цих спектрів а також способами визначення кольорових координат. Проходження світла через будьякі середовища завжди супроводжується втратами повязаними з поглинання та розсіюванням. Коефіцієнт екстинкції коефіцієнт поглинання.1 або словами потужність яка віднімається у паралельного пучка світла за...
23088. Реєстрація спектрів випромінювання 167 KB
  Вимірювання форми імпульсу випромінювання. Реєстрація спектрів випромінювання. Терміни та визначення Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла.
23089. Фотоелектронний помножувач 310 KB
  Опис спектрофотометра СФ5 У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з пристроєм принципом дії характеристиками фотоелектронного помножувача ФЕП особливостями методики вимірювання цих характеристик а також способами реєстрації слабких світлових потоків за допомогою ФЕП. Схема включення ФЕП показана на мал. Після nго динода електрони збираються на аноді ФЕП. Якщо струм катода ic то анодний струм ФЕП 1 де темновой струм mго динода.
23090. ФОТОДІОДИ 172 KB
  У рівноважному стані рівні Фермі обох напівпровідників вирівнюються а енергетичні зони утворять потенційний бар'єр для основних носіїв мал. Мал. При прикладанні до pnпереходу зовнішньої напруги в прямій полярності тобто до pобласті та до nобласті бар'єр знижується мал. При зворотному зміщенні pnпереходу зовнішнє поле складається з внутрішнім підвищуючи потенційний бар'єр мал.
23091. ЕЛЕКТРОМЕТР 319.5 KB
  Електрометричний вимірювач струму. Опис спектрофотометра СФ5 Ця лабораторна робота знайомить із принципами вимірювання і будовою електрометричних вимірювачів струму їхньою конструкцією і способами визначення основних характеристик що дозволяють використовувати такі прилади разом з фотоелектронними помножувачами ФЕП і фотодіодами ФД для реєстрації слабких потоків випромінювання. За допомогою електрометричних вимірювачів реалізується метод виміру постійного струму застосовуваний для таких приймачів випромінювання що мають малий рівень...
23092. Рівняння максвела як узагальнення експериментальних фактів 70.5 KB
  Рівняння максвела як узагальнення експериментальних фактів. Рівняння Максвела сформульовані на основі узагальнення емпіричних законів електричних та магнітних явищ. Ці рівняння звязують величини що характеризують електромагнітне поле з його джерелами та з розподілами в просторі електричних зарядів та струмів. Перше рівняння максвела є узагальненням емпіричного закону БіоСавара.
23093. Магнітні властивості речовини 36 KB
  Пара та діа магнетиками називаються речовини які за відсутності магнітного поля завжди не намагнічені і які характеризуються однозначною залежністю між вектором намагнічування I и напруженістю статичного магнітного поля Н. Зокрема у слабких магнітних полях ця залежність лінійна: причому для парамагнетиків χ 0 а для діамагнетиків χ 0. Феромагнетиками називаються тверді тіла які можуть мати спонтанну намагніченість тобто намагнічені вже при відсутності магнітного поля. Магнітна сприйнятливість феромагнетику є функцією напруженості...
23094. Рівняння для електромагнітних потенціалів, їх розв’язок у вигляді запізнювального потенціалу 91.5 KB
  Рівняння для електромагнітних потенціалів їх розвязок у вигляді запізнювального потенціалу. Система рння Максвелла: Перше рівняння М. Підставивши у 3 рння М. Використовуючи те що потенціали вибираються не однозначно рння не зміняться якщо зробити заміну це калібрувальна інваріантність.
23095. Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN как развитие технологии Ethernet 151 KB
  В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий — Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet.