Расчет электрического привода механизма подъема башенного крана

t0- время паузы.

Mn- момент пуска;

Mp- момент работы;

Mm- момент торможения.

12. Определение мощности двигателя из условий нагрева.

Электрические машины не должны нагреваться свыше допустимых пределов.

При пере-

греве машины изоляция обмоточных проводов быстро стареет, теряет

изоляционные свойства, становится хрупкой и при дальнейшей работе может

обуглиться, что может привести к короткому замыканию и выходу машины из

строя.

По нагрузочной диаграмме определяем эквивалентный по нагреву момент

двигателя за время его работы без учёта времени пауз

[pic]

где Мn и Мm – моменты, развиваемые двигателем при пуске и торможении.

Эквивалентная мощность

[pic]

После этого производится пересчёт эквивалентной мощности на

ближайшую, стандартную продолжительность включения

[pic]

где ПВд – действительная продолжительность включения двигателя

ПВк – ближайшая по величине стандартная продолжительность включения

по отношению к действительной ПВ.

Если полученная в результате расчёта мощность Рк < Рн двигатель,

который был предварительно выбран, по условиям нагрева проходит.

Если же Рк > Рн, то необходимо задаваться следующим габаритом

двигателя и расчёт производить вновь.

Определяем эквивалентный момент:

[pic]

где Mn = 1.3 Mн = 1.3 . 29.67 = 38.57 (кг . м)

[pic]

где k – поправочный коэффициент (k = 1.5);

(Q+Q0) – вес груза с грузозахватным приспособлением;

Dб – диаметр барабана;

m – число полиспастов;

i – передаточное отношение;

( - кпд привода.

[pic]

Эквивалентная мощность:

[pic]

[pic]

Поскольку Рк = 21.6 кВт < Рн = 22 кВт то двигатель по условию нагрева

проходит.

13. Проверка выбранного электродвигателя на перегрузочную способность

и по пусковому моменту.

Выбранный по каталогу двигатель (МТ51-8) проверяется на перегрузочную

способность на основании неравенства:

[pic]

где ( - перегрузочная способность двигателя (выбирается по каталогу), ( =

3;

Мн – номинальный момент (Мн =29.67 кГ.м )

Мmax - максимальный момент двигателя (выбирается по каталогу ),

Мmax = 85 кГ.м.

Проверка по пусковому моменту осуществляется на основании

неравенства:

[pic]

где [pic]- кратность пускового момента (берется из каталога), [pic]

=2.8;

Мс – момент сопротивления (Мс = 32,45 кГ.м).

Если выбранный двигатель не проходит по перегрузке или пусковому

моменту, то выбирается двигатель большего габарита, который удовлетворял бы

этим неравенствам:

[pic] 3.29.67 = 58 кГ.м

двигатель проходит на перегрузочную способность

[pic]

0.7 . 2.8 . 29.67 = 58 кГ.м > 32.45 кГ.м

двигатель проходит по пусковому моменту.

14. Выбор данных двигателя по каталогу.

Выписываем все каталожные данные двигателя МТ 51- 8

| |Обозначени| |

|Величина |е |Значение |

|Продолжительность включения | ПВ | |

|Мощность на валу |Рн |25% |

|Скорость вращения |nдв |22 кВт |

|Линейный ток статора |I1н |723 об/мин |

|Напряжение сети |U1 |56.5 А |

|Коэффициент мощности |Кр |380 В |

|КПД |( |0.7 |

|Ток ротора |I2н |0.84 |

| |[pic] |70.5 А |

|Кратность максимального момента |U2 | |

| |GDдв2 |3 |

|Напряжение между кольцами ротора | | |

|Маховый момент ротора | |197 В |

| | |4.4 кГ.м2 |

15. Построение естественной механической характеристики двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется, зависимость частоты

вращения n от момента М нагрузки на валу.

Различают естественные и искусственные характеристики

электродвигателей.

Естественной механической характеристикой называется – зависимость

оборотов двигателя от момента на валу при номинальных условиях работы

двигателя в отношении его параметров (номинальные напряжения, частота,

сопротивление и тому подобное). Изменение одного или нескольких параметров

вызывает соответствующее изменение механической характеристики двигателя.

Такая механическая характеристика называется искусственной.

Для построения уравнения механической характеристики асинхронного

двигателя воспользуемся формулой Клоса:

[pic]

где Мk – критический момент двигателя;

[pic] [pic]

Sk – критическое скольжение двигателя;

[pic]

( - перегрузочная способность двигателя (( = 3);

Sн – номинальное скольжение двигателя

[pic]

где nн – скорость вращения ротора;

n1 – синхронная скорость поля статора;

[pic]

где f – промышленная частота тока питающей сети, (f = 50 Гц);

Р – число пар полюсов (для двигателя МТ 51 – 8 Р=4)

[pic]

Номинальное скольжение двигателя МТ 51 - 8

[pic]

Критическое скольжение двигателя

[pic] [pic]

Критический момент двигателя

[pic]

Для построения характеристики в координатах переходят от скольжения к

числу оборотов на основании уравнения

n = n1(1 – S)

Скольжением задаются в пределах от 0 до 1.

Так для S = 0 n = 750 . (1 – 0) = 750 об/мин;

S = 0.1 n = 750 . (1 – 0.1) = 675 об/мин;

S = 0.2 n = 750 . (1 – 0.2) = 600 об/мин;

S = 0.3 n = 750 . (1 – 0.3) = 525 об/мин;

S = 0.4 n = 750 . (1 – 0.4) = 450 об/мин;

S = 0.5 n = 750 . (1 – 0.5) = 375 об/мин;

S = 0.6 n = 750 . (1 – 0.6) = 300 об/мин;

S = 0.7 n = 750 . (1 – 0.7) = 225 об/мин;

S = 0.8 n = 750 . (1 – 0.8) = 150 об/мин;

S = 0.9 n = 750 . (1 – 0.9) = 75 об/мин;

S = 1 n = 750 . (1 – 1) = 0 об/мин.

При тех же скольжениях находим по формуле Клоса соответствующие им моменты:

S = 0 М = 0 кг . м

S = 0.05 [pic] кг . м

S = 0.1 [pic] кг . м

S = 0.15 [pic] кг . м

S = 0.2 [pic] кг . м

S = 0.21 [pic] кг . м

S = 0.3 [pic] кг . м

S = 0.4 [pic] кг . м

S = 0.5 [pic] кг . м

S = 0.6 [pic] кг . м

S = 0.7 [pic] кг . м

S = 0.8 [pic] кг . м

S = 0.9 [pic] кг . м

S = 1 [pic] кг . м

Пользуясь этими значениями переходим к построению естесственной

механической характеристики двигателя МТ 51 – 8 (см. рис.)

16. Расчёт пускового реостата.

При пуске асинхронные электродвигатели потребляют из питающей сети

значительные пусковые токи. В момент пуска скольжение асинхронного

электродвигателя S = 100%, а в номинальном режиме не превышает 5%.

Значит, в момент пуска вращающееся магнитное поле статора в 20 раз

чаще пересекает обмотку ротора. При пуске, продолжительность которого

составляет доли секунды, так возрастает в 5 – 6 раз. За это время обмотка

электродвигателя не успеет перегреться, и пусковой ток для него не опасен.

Однако большие толчки тока приводят к толчкам напряжения, что

неблагоприятно сказывается на режиме работы других потребителей. В связи с

этим принимают меры по ограничению пусковых токов асинхронных

электродвигателей. В то же время эти двигатели, потребляя большие пусковые

токи, развивают сравнительно небольшой вращающий момент. Цель применения

искусственных схем пуска асинхронных двигателей – не только снизить

пусковые токи, но и повысить пусковые моменты.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором сначала определяется

сопротивление фазы ротора:

[pic] [pic]

где U2 – напряжение между кольцами ротора, (U2 = 197 В);

Sн – номинальное скольжение (Sн =0.036);

I2н – ток ротора (I2н = 70.5 А)

Следовательно, сопротивление фазы ротора будет равно:

[pic] (Ом)

Затем определяем коэффициент небаланса [pic]по формуле:

[pic]

где ( - число ступеней пускового реостата, (( = 5)

М% - кратность максимального пускового момента (М% = 280).

Коэффициент небаланса равен:

[pic] [pic] [pic]

Активное сопротивление одной фазы ротора при полностью введённом

реостате (R1) определяется из уравнения:

[pic]

[pic] (Ом)

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на второй ступени (R2)

определяется из уравнения:

R2 = R1. (

R2 = 0.575 . 0.64 = 0.368 (Ом)

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на третьей ступени

(R3);

R3 = R2 . ( = R1. (2

R3 = 0.368 . 0.64 = 0.575 . 0.642 = 0.236

(Ом).

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на четвёртой ступени

(R4);

R4 = R3 . ( = R1 .

(3

R4 = 0.236 . 0.64 = 0.575 . 0.643 = 0.151

(Ом).

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на пятой ступени (R5);

R5 = R4 . ( = R1 .

(4

R5 = 0.151 . 0.64 = 0.575 . 0.644 = 0.096

(Ом).

Сопротивление ступени реостата, закорачиваемого при переходе со

ступени на ступень определяется как разность сопротивлений на двух смежных

ступенях:

(R1 = R1 – R2,

(R1 = 0.575 – 0.368 = 0.207 (Oм);

(R2 = R2 – R3,

(R2 = 0.368 – 0.236 = 0.132 (Ом);

(R3 = R3 – R4,

(R3 = 0.236 – 0.151 = 0.085 (Ом);

(R4 = R4 – R5,

(R4 = 0.151 – 0.096 = 0.055 (Ом).

Критическое скольжение при введённом резисторе в цепь ротора будет:

а) При (R1 = 0.207 (Ом)

[pic]

б) При (R2 = 0.132 (Ом)

[pic]

в) При (R3 = 0.085 (Ом)

[pic]

г) При (R4 = 0.055 (Ом)

[pic].

Определяем уравнение искусственной механической характеристики:

а) При (R1, равном 0.207 (Ом);

[pic]

б) При (R2, равном 0.132 (Ом);

[pic]

в) При (R3, равном 0.085 (Ом);

[pic]

г) При (R4 = 0.055 (Ом);

[pic]

Задаваясь значениями S, подсчитываем соответствующие им моменты.

Таблица 1. Результаты расчёта

моментов.

|Зна| Цифровые показатели. |

|чен| |

|. | |

| S1| 0.1| 0.2| 0.3| 0.4| 0.5| 0.6| 0.7| 0.8| 0.9|0.959| 1|

|M1 | 18.4| 35.6| 50.7| 63.2| 73| 80 | 84.8| 87.6| 88.8| 89 | 87.1|

| S2| 0.1| 0.2| 0.3| 0.4| 0.5| 0.6|0.688| 0.7| 0.8| 0.9| 1|

|M2 | 25.3| 47.7| 65.2| 77.3| 84.7| 88.2| 89| 88.9| 88 | 85.9| 83.1|

| S3| 0.1| 0.2| 0.3| 0.4| 0.5|0.518| 0.6| 0.7| 0.8| 0.9| 1|

|M3 | 33.1| 59.8| 77.2| 86.1| 88.9| 89 | 88| 85.1| 81.2| 77| 72.7|

| S4| 0.1| 0.2| 0.3| 0.4|0.409| 0.5| 0.6| 0.7| 0.8| 0.9| 1|

|M4 | 41.1| 70.2| 84.9| 89 | 89| 87.2| 82.8| 77.5| 72.1| 67| 62.4|

Пользуясь результатами расчётов, строим искусственные механические

характеристики

двигателя МТ 51 – 8. (см. рис.)

17. Выбор схемы управления и защиты двигателя.

Электрической схемой называется чертёж, на котором показаны,

соединения электрических цепей. Электрические крановые схемы дают

возможность проследить прохождение тока по различным участкам цепи и

рассмотреть работу любой части электрооборудования.

В любой из схем электрических соединений крана должны быть

предусмотрены:

1) защита электрооборудования от перегрузки и коротких

замыканий;

2) возможность реверса (изменения направления вращения

электродвигателя);

3) торможение механизма при остановке;

4) автоматическое отключение электродвигателя при подходе

механизма к концу пути;

5) отключение всего электрооборудования или его части для

ремонта;

6) защита от понижения или исчезновения напряжения и

невозможность самозапуска двигателей при восстановлении

напряжения после случайного его снятия.

Надёжность работы кранового электропривода в значительной мере

определяется контактной аппаратурой, которая, как и двигатель, работает в

широком диапазоне изменения нагрузок и частоты включений.

Управление электроприводами башенных кранов осуществляется с помощью

контроллёров. Контроллёром называется многопозиционный аппарат,

предназначенный для управления электрическими машинами путём коммутации

резисторов и обмоток машин; он производит все переключения в цепи

электродвигателя, необходимые для пуска, торможения и регулирования его

частоты вращения.

Из всех применяемых для управления крановыми электродвигателями

контроллёров (барабанных, кулачковых и магнитных) магнитные, или

контакторные, являются наиболее совершенными благодаря их надёжности и

высокой производительности.

Преимущества автоматического, магнитного контроллёра перед ручным

включением заключается в следующем:

1) меньше затрачивается физической силы, вследствие чего

снижается утомляемость крановщика;

2) достигается защита электродвигателей от чрезмерных пусковых и

тормозных токов и вызываемого ими искрообразования на

коллекторе;

3) размеры командоконтроллёров значительно меньше, чем размеры

контроллёров барабанных и кулачковых, в связи с чем, большее

число их можно с удобством разместить в кабине крановщика;

4) магнитный контроллёр позволяет произвести большее число

операций в час, так как нет необходимости задерживать

рукоятку командоконтроллёра при переходе с одного положение

на другое; при этом пуск и торможение происходят в минимально

допустимое время и общая производимость- повышается;

5) снижается расход энергии, затрачиваемой при пуске;

6) сокращается стоимость ухода и ремонта оборудования, так как

не только сам магнитный контроллёр надёжен, но и износ

электродвигателя меньше.

Наконец, для большинства производств решающим фактором является

значительно меньшая вероятность аварийной остановки крана и связанных с

ним агрегатов.

В схемах управления крановыми двигателями широко применяют также

разного рода реле для целей автоматики, защиты и управления.

Реле – это аппарат, приводимый в действие маломощным импульсом и

приводящий в действие за счёт энергии местного источника более мощное

устройство. Реле реагирует на изменение режима работы электрической цепи

или механизма (повышение или понижение напряжения, увеличение или

уменьшение тока, изменение частоты вращения и т.п.) и замыкает или

размыкает свои контакты.

В схемах управления крановыми механизмами работа реле связана с

работой электромагнитных контакторов. Реле, посылая импульсы тока в тяговые

катушки контакторов, включают их, производя тем самым переключения в

силовой цепи и изменяя режим работы электродвигателей.

При выборе аппаратуры управления необходимо учитывать возможные

повышения температуры окружающей среды по сравнению с расчётной. Для

контактов аппаратов можно рекомендовать увеличить номинальный ток на 20%

при повышении температуры на каждые 100С. Однако для контакторов и

пускателей температура воздуха влияет на работу не только контакторов, но и

катушек электромагнитов. Поэтому можно рекомендовать переход на аппараты

тропического исполнения или снижать продолжительность включения так же на

20% при превышении температуры на каждые 100С.

18. Вычерчивание схемы управления электродвигателя и описание ёё

работы (подбор аппаратуры управления по каталогу).

Рис.1.

Рис.2. Механические характеристики электроприводов подъёма с торможением

противовключения.

На рисунке 1 изображена схема электропривода подъёма с панелью

управления ТСАЗ. схемы всех панелей управления обеспечивают автоматический

разгон, реверсирование, торможение и ступенчатое регулирование скорости на

реостатных характеристиках двигателя. Управление осуществляется от

командоконтроллёра (кулачкового контроллёра малых размеров). В схеме

электропривода обозначены: КН и КВ – контакторы реверсора, КЛ – линейный

контактор, КТ – контактор тормоза, КУ1 – КУ4 – контакторы ускорения, КП –

контактор противовключения. Подача питания в схему осуществляется через

рубильник В1,а в цепь управления – через рубильник В2. Защита воздействует

на реле РН и осуществляется: максимальная (обеспечивает автоматическое

отключение двигателя при его перегрузке или возникновении в его цепи

короткого замыкания) посредством реле РМ, конечная (обеспечивает

автоматическое отключение электропривода при переходе механизмом крана

предельно допустимых положений) – конечными включателями ВКВ и ВКН и

нулевая (обеспечивает контроль машиниста за работой механизмов крана,

исключая возможность самопроизвольных пусков двигателей, отключённых

вследствие срабатывания защитных устройств или перерыва подачи

электроэнергии) – непосредственно реле РН. Для защиты панели управления от

токов, возникающих при коротких замыканиях, и значительных (50% и более)

перегрузок предусмотрены также предохранители П.

Первое положение подъёма (см.рис.2) служит для выбора слабины троса и

подъёма малых грузов на пониженных скоростях (характеристика 1n). На втором

положении (характеристика 2n) производится подъём тяжёлых грузов с малой

скоростью. Последующие две характеристики 3n и 4'n являются пусковыми, на

которых разгон производится под контролем реле времени РУ1 и РБ (см.рис.1),

причём характеристика 4'n является нефиксированной. На положениях спуска

производится регулирование скорости двигателя в режимах: противовклю-

чения на первом и втором положениях (характеристики 1с и 2с), силового

спуска или генера –

торного торможения в зависимости от веса груза на третьем положении

(характеристика 3с), на котором все пусковые ступени резисторов выведены.

Переход на характеристику 3с осуществляется по характеристикам 3'с и 3''с

под контролем реле времени. Во всех схемах панелей для механического

торможения до полной остановки используют механический тормоз ТМ.

Для спуска груза на характеристиках противовключения 1с и 2с

оператору необходимо нажать ВН (см.рис.1) при установке рукоятки

командоконтроллёра на соответствующую позицию спуска. Управление с помощью

педали является вынужденным в связи в возможностью подъёма груза вместо

спуска на характеристиках противовключения. Электропривод переводится в

режим противовключения не только при опускании грузов, но и при торможении

с положений спуска в нулевое (при нажатии педали на первом и втором

положениях) или с третьего положения спуска в нулевое, первое или второе

положения (при не нажатой педали). При этом за время выдержки реле РБ

времени наряду с механическим торможением обеспечивается и электрическое на

характеристике, соответствующей второму положению спуска. Помимо

указанного, реле РБ контролирует также правильность сборки схемы.

-----------------------

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2