Курсовая работа: Проектирование лифта

                           ∑ Мi2 ∙ ti

Мн >= Мэ = ----------------------------                               (4.2)

                     вп∙tп + вт∙tт + во∙tо + tр

Для обеспечения требуемого технологического режима лифта необходимо выбрать двигатель с достаточно большим пусковым моментом, частыми пусками и реверсами. Такие характеристики имеют двигатели краново-металлургической серии номинального режима S3.

Согласно методу экспертных оценок наилучшими технико-экономическими показателями обладает система УВ-ДПТ. Поэтому по заданным критериям будем выбирать двигатель серии Д. Двигатели этой серии имеют независимую вентиляцию, в связи с чем все коэффициенты ухудшения охлаждения будут иметь значение равное 1-це. Расчёт эквивалентного момента проводим для повторно-кратковременного режима работы.

В соответствие с тахограммой и нагрузочной диаграммой подставляем в выражение (4.2) статических нагрузок и соответствующие им промежутки времени, а также приняв в равным 1-це, получим:

        Мс22 ∙ (tр + tуст + tт1 + tп + tт2)

Мэ= ------------------------------------                                  (4.3)

                    Тц - tост

Определим эквивалентную мощность:

Рэ = k ∙ Мэ ст ∙ wн дв,                                                      (4.5)

где wн дв – номинальная скорость двигателя, рад/с.

Рэ = k ∙ Мэ ст ∙ wн дв = 1,1 ∙ 285 ∙ 68 = 21318 Вт                    (4.6)

Выбираем двигатель из условия:

Рн дв >= Рэ = 21318 Вт                                                  (4.7)

Двигатель, выбранный по условию (4.7), приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Технические данные выбранного двигателя

Проверим выбранный двигатель по перегрузочной способности, т.е. должно соблюдаться условие:

Мдв max >= Мс max,                                                (4.8)

где Мдв max – максимальное значение момента, которое способен развить двигатель, Н∙м;

Мс max – максимальное значение момента нагрузки в течение рабочего цикла, Н∙м.

Выбранный двигатель в течение 10 с может работать с нагрузкой, втрое превышающую номинальную, т.е. Мдв max = 3∙Мн. Номинальный момент двигателя найдём из выражения:

        Рн       22000

Мн = – =     ––––– = 324 Н∙м                                                         (4.9)

       wн             68

Получаем: Мдв max = 3 ∙ 324 = 972 Н∙м. Максимальное значение момента нагрузки при работе лифт режиме «Подъём кабины без груза»: Мс2 = 294 Н∙м, на основании чего можно сделать заключение о выполнении условия (4.8).

Проверим выбранный двигатель по условиям пуска:

Мдв п >= Мс п,                                                                        (4.10)

где Мдв п – значение пускового момента двигателя, Н∙м;

Мс п – статический момент нагрузки на валу двигателя во время пуска, Н∙м.

Пусковой момент двигателя равен Мп = Мдв max=3∙324 = 972 Н∙м. Статический момент нагрузки на валу двигателя во время пуска Мс п = Мс2 = 294 Н∙м. Значит, выбранный двигатель удовлетворяет условиям пуска.

Так как работает в достаточно тяжёлом режиме, характеризующимся частыми пусками, остановами, изменением направления вращения, то возникает необходимость проверить двигатель по допустимому числу включений в час. Согласно паспортным данным двигатель имеет допустимое число включений в час – 2000. Рабочий механизм за цикл работы (Тц = 8 с) требует останова 1 раз. Тогда реальное число включений в час составит:

       1               1

N = – ∙ 3600 = – ∙ 3600 = 450                                               (4.11)

      Тц              8

Из выражения (4.11) видно, что максимальное число включений двигателя в час 450 раз. Исходя из этого приходим к выводу, что выбранный двигатель обеспечивает требуемое рабочим механизмом число включений в час.

Зная момент инерции двигателя, определим момент инерции первой массы по формуле (1.15):

J1 = Jдв + Jвр + Jпр,

где Jдв – момент инерции двигателя, кг∙м2;

Jвр – приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся частей, кг∙м2;

Jпр – приведенный к валу двигателя момент инерции противовеса, кг∙м2.

Подставляя численные значения, получаем:

J1 = Jдв + Jвр + Jпр = 1 + 0,25 + 1,7 = 2,95 кг∙м2

4.2 Расчёт параметров и выбор силового преобразователя

В соответствие с методом экспертных оценок в качестве выбранной системы электропривода лифта используем двигатель постоянного тока с управляемым выпрямителем. Регулирование скорости (т.е. переход на пониженную скорость) осуществляем изменением напряжения, подводимого к якорю двигателя.

Согласно условиям технологического режима в процессе работы необходимо изменять направление вращения двигателя лифта, то устанавливаем реверсивный привод. Кроме изменения направления вращения двигателя лифта, это даст возможность осуществлять торможение путём рекуперации энергии в сеть, т.е. использовать самый экономичный способ электрического торможения. Для уменьшения мощности силового оборудования выбираем управляемый выпрямитель с трёхфазной мостовой схемой. Выбор тиристорного преобразователя должен производиться по следующим критериям:

Iн >= Iн дв; Udн > Uн дв.

Согласно вышеприведенным условиям, выбираем тиристорный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода серии КТЭУ и имеет следующие номинальные параметры:

—  Iн = 200 А;

—  Udн = 230 В.

5. Расчёт статических механических и электромеханических характеристик привода

Рассчитаем номинальные параметры двигателя.

По причине отсутствия в справочных данных на двигатель сопротивлений Rя, Rдп, Rко оп-ределим суммарное сопротивление якоря в нагретом состоянии из условия, что в ДПТ с независимым возбуждением переменные потери приблизительно составляют 50% от полных потерь:

тахограмма электропривод сопротивление

                         Uн

Rя∑ = в ∙ (1-зн) ∙ –                                                                  (5.1)

                         Iн

Номинальное КПД определим следующим образом:

зн = Рн / (Uн ∙ Iн) =22000 / (220 ∙ 116) = 0,86                      (5.2)

По (5.1) определим сопротивление якоря:

                         Uн                                    220

Rя∑ = в ∙ (1-зн) ∙ – = 0,5 ∙ (1 – 0,86) ∙ –     = 0,13 Ом            (5.3)

                          Iн                                     116

Номинальная угловая скорость:

wн = (р ∙ nн) / 30 = (р ∙ 650) / 30 = 68 рад/с                                   (5.4)

Определим момент номинальный на валу двигателя:

Mн = Рн / wн = 22000 / 68 = 324 Н ∙ м                       (5.5)

Номинальный коэффициент ЭДС двигателя:

      Uн – Iн ∙ Rя∑  220 – 116 ∙ 0,13

Сe = ––––––––– = ––––––––––––– = 3,01 В∙с / рад           (5.6)

              wн                            68

Найдём коэффициент связи между Мн и током якоря Iн:

См = Мн / Iн = 324 / 116 = 2,79 В ∙ с / рад                          (5.7)

Естественная статическая механическая характеристика имеет вид:

      Uн          Rя∑

w = –––  M ∙ ––––        ––                                  (5.8)

       Ce          Ce∙См

Так как механическая характеристика привода отличается от механической характеристики двигателя, то перейдём к построению характеристики привода. Общий вид статической механической характеристики системы УВ – ДПТ в режиме непрерывных токов следующий:

       Edo ∙ cosб – ДUв             Rо

w = –––––––––––––––  M ∙ –         –––––                                                        (5.9)

                 Ce                          Ce∙См

Из выражения (5.9) видно, что для построения статической механической характеристики привода в режиме непрерывных токов необходимо определить максимальное выпрямленное напряжение на выходе УВ, угол управления тиристорами б для обеспечения различных скоростей для различных статических моментов и суммарное сопротивлении привода с учётом сопротивления коммутации Rк.

Определим какое значение пониженного напряжения нужно обдавать на якорь двигателя для получения рабочей скорости при различных загрузках.

                                Rя∑

Uk = wр ∙ Ce + Мk ∙ –––––

                                 Cм

В результате подстановки численных значений и вычислений получили следующие характеристики:

—  при Мс пр1 = 147 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U1 = 178 В;

—  при Мс пр2 = 294 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U2 = 185 В;

—  при Мс пр3 = 205 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U3 = 180,5 В;

—  при Мс пр4 = 210 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U4 = 180,7 В.

Из расчетов видно, что максимальное напряжение нужно подавать при работе с момент статическим Мс пр2 = 294 Н∙м. Так как выбранный двигатель имеет номинальное напряжение 220В, то для исключения работы управляемого выпрямителя в зарегулированном режиме устанавливаем на входе преобразователя согласующий трансформатор. По этому режиму и будем рассчитывать выбирать трансформатор.

Найдём максимальное выпрямленное напряжение на выходе УВ:

Edo = kз ∙ U2 = 1,1 ∙ 185 = 203,5 В                    (5.10)

где kз – коэффициент запаса по напряжению.

Определим предварительное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

                     Edo                    203,5

U2л = –––––––––––––––– = –––––––––––––––– = 150,6 В

       √2 ∙ (m/р) ∙ sin (р/m)       √2 ∙ (6/р) ∙ sin (р/6)

Ток при максимальной загрузке распределителя определим следующим образом:

I2 = Мс2 / См = 294 / 2,79 = 105,4 А                            (5.11)

Ток вторичной обмотки:

I2т = √2/3 ∙ I2 ∙ ki = √2/3 ∙ 105,4 ∙ 1,1 = 95 А                         (5.12)

где I2 – ток при максимальной загрузке распределителя, А;

ki – коэффициент непрямоугольности тока.

Исходя из следующих условий выбираем трансформатор:

U2л н >= U2л = 150,6 В; I2т н >= I2т = 95 А.

Номинальные данные выбранного трансформатора представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Номинальные данные выбранного трансформатора

Активное сопротивление фазы трансформатора:

       Pкз                1900

Rт = –––––– = –––––––––––– = 0,0235 Ом                        (5.13)

      m ∙ I22т н         3 ∙ 1642

Полное сопротивление фазы трансформатора:

zт = (U2ф н / I2т н) ∙ (Uк / 100),                              (5.14)

где U2ф н – номинальное фазное значение напряжения вторичной обмотки, В.

U2ф н = U2л н / √3 = 205 / √3 = 118,4 В                         (5.15)

zт = (U2ф н / I2т н) ∙ (Uк / 100) = (118,4 / 164) ∙ (5,5/ 100) = 0,04 Ом         (5.16)

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

XL = √ zт2 – Rт2 = √ 0,042 – 0,02352 = 0,032 Ом          (5.17)

Индуктивность фазы трансформатора:

Lт = XL / (2 ∙ р ∙ f) = 0,032 / (2 ∙ 3,14 ∙ 50) = 0,0001 Гн = 0,1 мГн         (5.18)

С учётом выбора трансформатора определим максимальное выпрямленное напряжение на выходе УВ:

Edo = √2 ∙ U2л ∙ (m/р) ∙ sin (р/m) = √2 ∙205 ∙ (6/р) ∙ sin (р/6) = 276,8 В (5.19)

Находим суммарное сопротивление привода:

Ro = Rя∑ + 2 Rт + Rком + Rсд                                       (5.20)

Сопротивление коммутации определим как:

                    m ∙ XL          6 ∙ 0,032

Rком = –––––––––––– = –––––––– = 0,03 Ом                     (5.21)

                   2 ∙ р                 2 ∙ р

Для выявления необходимости установки дросселя с целью ограничения пульсаций тока на коллекторе определим реальный уровень пульсаций тока на коллекторе по следующему выражению:

         ee ∙ Edo

ie = ––––––––––––––––––     ,                                     (5.22)

         Iн ∙ wo ∙ (Lя + 2∙Lт)

где ee – коэффициент (для мостовых схем принимается равным 0,24).

Индуктивность обмотки якоря определим из формулы Ленвиля-Уманского:

           г ∙ Uн            0,25 ∙ 220

Lя = ––––––––– = –––––––––––––– = 0,0035 Гн               (5.23)

         Iн ∙ wо ∙ p∙      116 ∙ 68 ∙ 2

где г – коэффициент для двигателей, имеющих компенсационную обмотку.

Определим значение ie:

           ee ∙ Edo               0,24 ∙ 276,8

ie = ––––––––––––– = –––––––––––––––––––––––––– = 0,08 = 8       (5.24)

    Iн ∙ wo ∙ (Lя + 2∙Lт)   116 ∙ 2∙р∙50∙6 ∙ (0,0035 + 2∙0,1∙10-3)

Так как ie < 10%, то сглаживающий дроссель для ограничения пульсаций тока на коллекторе не нужен. В связи с этим принимаем Rсд = 0.

Найдём значение Ro:

Ro = Rя∑ + 2 Rт + Rком + Rсд = 0,13 + 2 ∙ 0,0235 + 0,03 = 0,207 Ом      (5.25)

Определим угол управления б при различных приведенных загрузках Мсi для рабочей скорости (wр=56,8 рад / с):

               wp∙Ce + Мсi∙Ro/Cм + ДUв

бi = arccos ––––––––––––––––––                                        (5.26)

                              Edo

Для Мс1 = 147 Н∙м угол управления:

wp∙Ce + Мс1∙Ro/Cм + ДUв                        56,8∙3,01 + 147∙0,207/2,79 + 2

б1=arccos–=arccos–=48о       

Edo                                                                     276,8 (5.27)

Углы управления для обеспечения пониженной скорости определим по формуле (5.26) с заменой рабочей скорости на требуемую пониженную (wп = 10,6 рад / с). Так для Мс1 = 147 Н∙м угол управления:

                           wп∙Ce + Мс1∙Ro/Cм + ДUв                              10,6∙3,01 + 147∙0,207/2,79 + 2

б1п = arccos –----------------------- = arccos ---------------------------- = 81о

Edo                                        276,8

Рассчитанные по выражению (5.26) углы управления б для рабочей и пониженной скорости с различными статическими моментами приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Расчёт углов управления б

Определим токи Id грi, моменты Мd грi и скорости wd грi в режиме граничных токов для различных углов б:

              Edo ∙ sin бi

Id грi = ––––––––––––––– ∙ (1 – р/m ∙ сtg (р/m))                   (5.29)

            2∙XL + 2∙р∙fc∙Lя

Мd грi = Cм ∙ Id грi                                                               (5.30)

             Edo ∙ cosбi – ДUв               Rо

wd гр i = ––––––––––––– Md гр i ∙ ––––––––––                       (5.31)        

                     Ce                               Ce∙См

Рассчитанные значения граничных токов, моментов и соответствующих им угловых скоростей для рабочей и пониженной скорости с различными статическими моментами (с разными углами управления б приведены в таблице 5.3

Таблица 5.3 – Расчёт значений граничных токов, моментов и скоростей для различных углов б

Страницы: 1, 2, 3