Расчет мощности двигателя и регулироввочных характеристик электропривода переменного и постоянного тока

Задание

 

Состоит из трех разделов:

1. разработка электропривода механизма подъема мостового крана;
2. расчет механических характеристик и переходных процессов двигателя постоянного тока;
3. расчет механических характеристик и переходных процессов системы  
   Г-Д.

 

 

Исходные данные для расчета

Технические данные механизма  подъема

 

Грузоподъемность лебедки  G, кН	Вес грузозахватного устройства Go, кН	Диаметр барабана Дб, м	Момент инерции барабана Jб, кгм²	Кратность, К	Скорость подъемного груза, Vп.г., м/с	Скорость опускания груза, Vоп.г., м/с	Ускорение (замедление) при  подъеме груза а п.г., м/сек²	Ускорение (замедление) при  опускании груза а оп.г., м/сек²	Скорость подъема пустого  крюка, Vпо., м/с	Скорость опускания пустого  крюка, Vопус., м/с	Ускорение (замедление) при  подъеме груза а по., м/сек²	Ускорение (замедление) при  опускании пустого крюка а опус., м/сек²
80	6,4	0,5	32	3	0,5	0,6	0,5	0,5	0,55	0,5	0,06	0,08

 

 

Высота подъема Нп, м	Высота опускания Ноп, м	Длина провеса каната Lпр, м	Время горизонт. перемещ. груза, сек	Время горизонт. перемещ. пустого крюка, сек	Время загрузки t загр., сек	Время разгрузки t разг., сек
9,6	8,6	1,4	70	60	80	45

 

 

 

Рис. 1 Кинематическая схема механизма подъема мостового крана

 

 

Тахограммы одного цикла работы даны на рис. 2.

1. – время загрузки (t заг.);

1-2 – время разгона  при подъеме с грузом (t р.г.);

  2-3 – время установившейся  скорости (t у.г.);

  3-4 – время торможения (t т.г.);

  1-4 – время подъема  груза;

  4-5 – время горизонтального  торможения груза, т.е. движение  моста (t г.г.);

  5-6 – время разгона  при опускании груза (t р.о.г.);

  6-7 – установившееся  движение (t у.о.г.);

  7-8 – торможение;

  5-8 – время спуска  груза;

  8-9 – время разгрузки  (t раз.);

  9-12 – время подъема  пустого крюка; 

  12-13 – время движения  моста без груза (t г.п.);

  13-16 – время опускания  пустого крюка;

Для привода механизма  подъема используется асинхронный  двигатель с фазным ротором, напряжение сети 380В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка электропривода механизма подъема мостового крана

 

 

Время разгона (торможения): 

- путь разгона (торможения): 

- время установившегося  движения:

где Н – высота подъема (м)

      Lпр – длина уровня каната

      Lp; Lт – соответственно путь разгона и торможения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведённые статические  моменты Мс к валу двигателя при подъеме и спуске груза будут определяться по формулам:

При подъеме:

 

При спуске: 

где - к.п.д. подъемного механизма. 

- к.п.д. редуктора;

- к.п.д. барабана;

- к.п.д. подшипника;

К.п.д. подъемного механизма принять равным – 0.9.

 

Номинальная скорость краново-металлургического  двигателя от 550 до 950 об/мин.

При подъеме пускового  крюка:

 

При спуске:

 

К.п.д. механизма зависит от его загрузки, без груза определяется по формуле:

где Кз – коэффициент загрузки;

При подъеме пустого крюка:

 

 

 

 

По рассчитанным значениям  времени и статических элементов  строится нагрузочная диаграмма  (t) за один цикл и определяется среднеквадратичный момент

где и - значение момента и времени на i-том участке.

 

 

Активная мощность будет  рассчитываться по формуле:

 

Из документации по техническим  характеристикам асинхронных двигателей с фазным ротором выбираю двигатель  по полученной расчетной активной мощности.

Наиболее близким к  полученному значению является двигатель: МТЕ412-8.

Параметры двигателя:

Номинальная мощность:

Номинальная скорость вращения:

 

Данные статора: =71А;

Данные ротора:

Коэффициент трансформации  напряжения: 2,03

Момент инерции: J=3,0кгм²

Проверяем двигатель по двум условиям:

 

 

 

 

Следовательно, и первое условия выполняется, т.е. выбранный двигатель проходит по нагреву.

Вторым условием будет  проверка перегрузочной способности  двигателя:

 

 

По полученным результатам  видно, что двигатель проходит по перегрузочной способности.

Двигатель выбран правильно, т.к. удовлетворяет двум условиям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет пускорегулировочного реостата

При подъеме груза время  разгона до установившейся скорости определяется средним значением  динамического момента:

 

Где – частота вращения, соответствующая установившемуся движению

 – средний пусковой момент, который равен:

 

Где – момент переключения;

 

 – пусковой момент, который принимает не более 0,9 момента критического:

 

 
Нм

 

 

Среднее значение динамического  момента равно:

 

 

Соотношением  определяют число ступеней реастата.

 

Следовательно, количество ступеней реостата должно быть 3. Торможение при подъеме груза осуществляется противовключением характеристик.

По заданному времени  торможения можно определить среднее  значение тормозного момента:

 

 

При времени торможения 1,2сек.

Если статистический момент обеспечивает заданное время торможения, то исключать характеристику противовключению не стоит, т.к. при торможении пустого крюка она может понадобиться.

Опускание груза осуществляют в режиме рекуперативного торможения на естественной характеристике двигателя.

Перед спуском груза снимается  механический тормоз лебедки. Двигатель  включается в направлении опускания  груза. По заданному времени разгона  определяют среднее значение пускового  момента при опускании:

 

 

Пусковой момент требуемой  характеристики определяют из уровня:

 

 

Если, , то разгон при опускании следует осуществлять в тормозном режиме, а в точке Р перейти на естественную характеристику.

Среднее значение тормозного момента определится из выражения:

 

 

Пусковой момент тормозной  характеристики П1 можно считать равным

 

Торможение при спускании  груза в режиме противовключения. В точке L двигатель отключается от сети и накладывается механические тормоза. Средний тормозной момент при опускании груза определяется временем торможения:

 

 

Пусковой момент характеристики можно считать равным

 

Сопротивления характеристик  противовключения П1 и П2 следует выбирать так, чтобы они использовались при торможении на подъем, опускания груза и торможение при опускании.

Подъем и спуск пустого  крюка желательно осуществлять на тех  же характеристиках, что и с грузом.

Величины сопротивлений  для получения требуемых характеристик  могут быть рассчитаны графически или  аналитически.

Нагрузочные диаграммы и тахограмма подъемной лебедки см. Приложение 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Двигатель постоянного тока продолжительного режима работы, типа П, 220В, защищенный, параллельного возбуждения с регулированием частоты вращения, число пар полюсов 2р=4.

Тип двигателя:П52

Номинальная мощность: Pн=8,0кВт

Скорость вращения: n= 1500об/мин

Номинальный ток: Iн=43,5А

Сопротивление якоря: Rя=0,27Ом

Сопротивление возбуждения: Rв=150Ом

Число витков на полюс: ω=1500 витков

Магнитный поток: Фн=8,2мВб

Номинальный ток возбуждения: Iвн = 1,11А

Момент инерции: J=,4кгм²

Характеристики строятся по 2 точкам на базе уравнений:

 

 

 

 

Где Фн – номинальный поток двигателя

Rц – сопротивление якорной цепи.

Rц=Rя+Rд

Rц=0,27+150=150,27Ом

 

 

Скорость хх определяется выражением:

 

 

Пусковой ток определяется:

 

 

Номинальный электромагнитный момент:

 

В режиме противовключения начальное значение тока якоря(момента)равно:

 

 

В режиме динамического торможения:

 

 

Рис. Механические характеристики двигателя постоянного тока

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Механические характеристики переходные процессы системы Г-Д

При: Ег=0; Ег=0,5Ен; Ег=Ен, магнитный поток двигателя номинальный Фдв=Фн. Одну характеристику при Ег=Ен и Фдв=0,6Фн. В качестве двигателя и генератора использовать одинаковые машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. Механические характеристики системы Г-Д

 

 

 

 

 

 

 

1.  Расчет переходного процесса

Переходный процесс в  системе Г-Д определяется постоянной времени обмотки возбуждения генератора 0В и механической постоянной времени.

Включение добавочного сопротивления  в цепь ОВГ снижает величину постоянной времени обмотки:

 

Где – индуктивность ОВГ;

 – сопротивление ОВГ;

 – добавочное сопротивление.

Индуктивность ОВГ  зависит от генераторов магнитной цепи машины. Величину можно определить по формуле:

 

Где 2Р – число пар  полюсов

W – число витков одного полюса;

 

Ф – полезный магнитный  поток одного полюса, Вб;

 

Постоянные времени определяют для двух значений коэффициента α(при  α=1;Rд=0 и α=2 при Rд=Rв) и строят зависимости изменения Eг(t). Интервалы берутся обычно долевыми относительно постоянной времени(t=0,25T;0,5T;0,75T и т.д.).

Включение добавочного сопротивления  в цепь ОВГ снижает величину постоянной времени обмотки:

 

Где – индуктивность ОВГ;

 

 – добавочное сопротивление.

Это повышает быстродействие процесса нарастания тока возбуждения  в ОВГ, но при введение сопротивления, чтобы величина тока возбуждения оставалась прежней, необходимо увеличить пропорционально питающее напряжение.

Коэффициент форсировки находится из соотношения:

 

 

 

 

При включении в сеть ток  в ОВГ нарастает по экспоненциальному  закону:

 

 

 

 

 

ЭДС генератора можно считать пропорциональной току возбуждения. Следовательно, и  ЭДС генератора Ег нарастает по экспоненциальному закону:

 

 

Зависимости ω(T) и рассчитываются по выражению:

 

 

Где B = – механическая постоянная привода

 

 – суммарный коэффициент  инерции, 

 – постоянная машины,

 

 – ток короткого  замыкания, 

 

Максимальное значение тока определяется по формуле:

 

 

 

Переходные процессы(скорость,ЭДС, ток) см. Приложение 2

 

Вывод: в проекте был разработан электропривод механизма подъема  мостового крана. Также построен график механических характеристик  двигателя постоянного тока. Рассчитаны и построены переходные процессы в системе Г-Д.