Курсовая работа: Разработка электропривода лифта
а) вводное устройство должно быть рассчитано на отключение электрических цепей под нагрузкой;
б) выключатель для дистанционного отключения должен быть несамовозвратным;
в) около каждого выключателя для дистанционного отключения вводного устройства должна быть предусмотрена сигнализация о его положении: «Включено», «Отключено»;
г) должна быть исключена возможность дистанционного отключения при нахождении в кабине людей;
д) доступ посторонних лиц к выключателю дистанционного отключения должен быть исключен.
5. В качестве вводного устройства может быть использован автоматический выключатель, если он оборудован ручным приводом; при этом его включение должно быть возможно только вручную.
6. Вводное устройство должно отключать все питающие фазы и полностью снимать напряжение с электрических цепей, за исключением цепей:
освещения шахты, машинного и блочного помещений; освещения кабины; вентиляции кабины; вызова обслуживающего персонала из кабины; двусторонней переговорной связи из кабины; ремонтной связи.
При этом для отключения указанных цепей должны быть предусмотрены отдельные выключатели, расположенные в машинном помещении, а при его отсутствии – в запираемом шкафу. Выключатель освещения блочного помещения должен быть расположен в блочном помещении.
Цепи освещения кабины и ее вентиляции, вызова обслуживающего персонала из кабины, двусторонней переговорной связи из кабины и ремонтной связи допускается подключать после вводного устройства, если предусмотрены дополнительные специальные выключатели для отключения силовой цепи и цепи управления. При этом вводное устройство не должно быть оборудовано приводом для дистанционного отключения, и в качестве вводного устройства не должен применяться автоматический выключатель.
Цепи вспомогательного освещения кабины, вызова обслуживающего персонала из кабины, двусторонней переговорной связи из кабины и ремонтной связи могут подключаться к другим электрическим сетям здания или сооружения.
7. На одной из посадочных (погрузочных) площадок допускается установка выключателя для дистанционного отключения (включения) силовой цепи и (или) цепей управления при включенном вводном устройстве; при этом должны быть предусмотрены мероприятия, исключающие возможность отключения электрических цепей при нахождении в кабине людей. Доступ посторонних лиц к этому выключателю должен быть исключен.
8. Напряжение силовых электрических цепей должно быть:
не более 660 В ‑ в машинном помещении;
не более 415 В переменного тока частотой 50 Гц, 440 В переменного тока частотой
60 Гц и 460 В постоянного (выпрямленного) тока – в кабине, шахте и на посадочных (погрузочных) площадках, а также на площадках, где установлено электрооборудование при отсутствии машинного помещения. Напряжение цепей управления, освещения и сигнализации должно быть не более 254 В.
9. Напряжение цепи переносных ламп должно быть не более 42 В. Применение автотрансформаторов или потенциометров с целью понижения напряжения для этой цели не допускается.
10. Для питания цепей управления, освещения и сигнализации допускается использование фазы и нулевого провода сети с глухозаземленной нейтралью источника тока (включение на фазное напряжение). При использовании фазы и нулевого провода между ними должно быть не более 254 В.
11. При включении на фазное напряжение цепей, имеющих выключатели безопасности, один вывод обмоток электромагнитных аппаратов (контакторов, пускателей, реле и т.п.) в этих цепях должен быть наглухо соединен с нулевым проводом.
12. При питании переменным током от понижающего трансформатора цепей, имеющих выключатели безопасности, один вывод вторичной обмотки трансформатора должен быть заземлен. Один вывод обмотки электромагнитных аппаратов в этих цепях должен быть наглухо присоединен к заземленному выводу трансформатора.
13. При питании от понижающего трансформатора через выпрямительное устройство цепей управления постоянного тока, имеющих выключатели безопасности, один из полюсов этого устройства на стороне выпрямленного напряжения должен быть заземлен. При этом один вывод обмотки электромагнитных аппаратов в цепи управления должен быть наглухо подключен к заземленному полюсу. Вторичную обмотку понижающего трансформатора в этом случае заземлять не допускается.
14. Защитное заземление или зануление должны отвечать требованиям «Правил устройства электроустановок».
15. Установка в заземляющих (зануляющих) проводниках предохранителей, контактов и других размыкающих элементов, в том числе бесконтактных, не допускается.
16. Токоведущие части выключателей с ручным приводом: вводного устройства, выключателей, устанавливаемых в приямке, блочном и машинном помещениях, выключателей дистанционного включения (отключения) электрических цепей должны быть защищены от случайного прикосновения, если напряжение на них может быть более 42 В переменного тока или более 60 В постоянного тока. Положение этих выключателей должно быть обозначено соответствующими символами или надписями: «Вкл.»; «Откл.».
3. Выбор рода тока и типа электропривода
Электропривод лифта должен удовлетворять следующим требованиям:
а) замыкание токоведущих частей электрического устройства привода тормоза (электромагнита и т.п.) на корпус не должно вызывать самопроизвольное включение этого привода и снятие механического тормоза при остановленном лифте и не должно нарушать наложение механического тормоза после отключения электродвигателя;
б) у лифта с номинальной скоростью более 0,71 м/с должна быть обеспечена возможность движения кабины с пониженной скоростью не более 0,4 м/с с учетом требования п. 6.3.33.
Электропривод переменного тока при питании электродвигателя непосредственно от сети должен удовлетворять следующим требованиям:
а) снятие механического тормоза должно происходить одновременно с включением электродвигателя или после его включения;
б) отключение электродвигателя должно сопровождаться наложением механического тормоза;
в) цепь главного тока электродвигателя должна прерываться двумя независимыми электромагнитными аппаратами, один из которых может быть концевым выключателем.
«Правила устройства электроустановок» рекомендуют начинать процесс выбора рода тока с двигателей переменного тока. Для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности, рекомендуется применять электродвигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором.
Для нерегулируемого привода выбор типа двигателя прост. Двигатели переменного тока проще по конструкции, стоимость их ниже, обслуживание тоже требует меньших затрат. При повторно-кратковременном режиме работы с частыми пусками и торможениями рационально использовать двигатели повышенного скольжения.
Электрический привод лифта состоит из электродвигателя, комплекта аппаратуры для управления и промежуточной передачи от двигателя к рабочему механизму. Применяют электродвигатели кранового и металлургического типов, а также общего назначения. Крановые электродвигатели имеют высокую механическую прочность, перегрузочную способность и меньший момент инерции ротора за счет малого его диаметра. В каталогах указываются номинальные данные двигателей при ПВ, равном 15, 25, 40, 60 и 100%.
Выбирается электропривод: металлургический АД с КЗ ротором. Так как для грузового лифта не требуется регулирование скорости в больших пределах, режим работы повторно-кратковременный (S3).
4.1 Выбор двигателя
Выбор двигателя:
Фактическая продолжительность включения:
Время работы: tp = 80 с
Исходя из характера работы двигателя и фактической продолжительности включения, режим работы двигателя S5 – периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением.
Продолжительность включений выбрана меньше полученного, следовательно необходимо проверить выбранный двигатель по нагреву.
Исходя из Р и режима работы электропривода, выбираем двигатель MTKH 311–6, U=380В, f=50 Гц, P=9 кВт, защищенный с независимой вентиляцией (продуваемый), режим ПВ = 60%.
Таблица 4 Паспортные данные двигателя:
4.2 Выбор редуктора
Для этого определяется скорость подъёма груза:
Vp – скорость подъема клети, м/с;
D – диаметр канатоведущего шкива, м.
Передаточное число редуктора определяется по номинальной скорости вращения выбранного двигателя и основной скорости движения исполнительного органа, по формуле:
По рассчитанным данным наиболее выбирается редуктор:
Тип РГЛ‑200, i=75 (перед. число), =0.95 (К.П.Д).
5. Расчёт приведенных статических моментов (моментов сопротивлений), моментов инерции и коэффициента жёсткости системы
r=Dш/2·ip, радиус приведения поступательно движущихся масс к скорости wш.
Будем считать, что при подъеме кабины лифта w>0 и wш>0. Статический момент, преодолеваемый электродвигателем при подъеме кабины, если mкл³mпв.
Mстат=((mкл+ mгр) – mпв) gr/hрiр,
Статический момент, преодолеваемый электродвигателем при подъеме кабины равен: Mcтат = 0.688 Н·м.
Рассчитываем случай подъёма кабины лифта вверх (в данном случае кабина лифта загружена). Масса груза равна 5000 кг.
Приводим грузы к валу двигателя.
Моменты инерции клети, груза и противовеса приведенные к скорости вращения вала двигателя вычисляются по формулам:
Определим суммарный момент инерции:
Определим моменты при подъёме:
Кабина лифта Противовес
Момент потерь в редукторе определяется текущими значениями нагрузки передачи. Его можно приближенно принять постоянным и равным моменту, соответствующему статическому режиму.
Момент сопротивления первой и второй масс соответственно равны:
Определим суммарный момент инерции привода с учетом одномассовости системы:
Определим коэффициент жёсткости:
Clin
линейная жёсткость 
Н/м2
Определим жёсткость связи между первой и второй массами:
Для этого используется высота подъёма кабины h. (h=6м).
Данной кинематической схеме электропривода лифта соответствует структурная схема:
Рисунок 12 – Структурная схема электропривода лифта
Система уравнений двухмассовой системы (стр. 55 Ключев)
Обозначив
d/dt=p, а 
запишем:
Частота собственных колебаний двухмассовой упругой системы.
Возможность упрощения модели механической части электропривода тоесть представление последней в виде одномассовой (жесткой) системы можно оценить по значению отношения:
Поскольку значение γ12 незначительно превышает единицу (значение J2 составляет около 15% от значения J1), то можем считать J2 << J1. В таком случае можно представить механическую часть электропривода жестким приведенным звеном (рис13.), суммирующий момент инерции которого равен:
Суммирующий момент нагрузки при движении на подъём равен:
Динамический момент равен:
Рисунок 13 – Схема одномассовой системы
Уравнение движения одномассовой системы имеет вид:
М-Мс=Jсум·p·ω. (т.е Макт-Мсум=Jсум·p·ω).
Для построения механической характеристики нагрузки Мс(ω) в данном положении кабины лифта и противовеса нужно определить момент нагрузки предположении, что осуществляется опускание загруженной кабины лифта. В этом случае потенциальные (активные) моменты М1 и М2 сохраняют свое направление, а реактивный момент потерь Мр изменяет его на противоположное. Следовательно, при изменении знака скорости момент нагрузки изменяет свое направление:
M'c = М1+ (-М2)+ (-Мр) = 245.25 – 196.2 – 2.582 = 46.468 Н·м.
Механическая характеристика нагрузки показана на рис 14. При опускании кабины с грузом двигатель работает в тормозном режиме. Тормозной момент М= M'c совместно с моментом потерь Мр уравновешивают движущий активный момент
Макт = М1+ (-М2)= 245.25 – 196.2 =49.05Н·м.
обусловленный результирующим усилием на шкиве от разности масс загруженной кабины и противовеса.
Рисунок 14 – Механическая характеристика нагрузки.
6. Предварительная проверка двигателя по нагреву и производительности
Определяем номинальную угловую скорость вращения ротора двигателя.
Определяем номинальный момент.
Определяем приведенное ускорение.
Определяем пусковой, установившийся и тормозной моменты:
Определяем время пуска:
Определяем время торможения
Время торможения равняется времени пуска
Путь, проходимый за время пуска (торможения) рабочей машиной (стр. 11, Драчев)
Время установившегося режима движения со средней скоростью.
Рисунок 15 – Нагрузочная диаграмма при подъеме груза
Коэффициент ухудшения теплопроводности: β=0.5
При пуске и торможении скорость изменяется от 0 до ωном значит средняя скорость ωср=ωном/2, ωср=ωном/2=97,39/2=48,695 рад/сек.
Рассчитываем мощности на разных участках диаграммы.
Для проверки двигателей по нагреву применяются методы эквивалентного момента, эквивалентного тока и эквивалентной мощности.
Проверка выбранного двигателя методом эквивалентной мощности.
Эквивалентная мощность:
Мощность выбранного двигателя (9 кВт) больше рассчитанного, поэтому данный двигатель проходит по нагреву и его можно использовать в данной системе.
Сравнение пускового и максимального моментов с рассчитанными значениями.
Из расчетов можно сделать вывод, что двигатель проходит по всем параметрам.
Расчеты производились при подъеме груза, а значит если данный двигатель сможет поднять груз, то он сможет его и опустить. Данный вывод можно сделать исходя из того, что при поднятии груза mg действует против направления груза, а при опускании по направлению. Следовательно для опускания груза понадобится меньше мощности.
7. Допустимая частота пусков
Начальное скольжение.
Номинальное скольжение Sн и критическое скольжение Sк двигателя.
Номинальное скольжение:
Критическое скольжение:
Определяем критическую угловую скорость вращения ротора двигателя:
Номинальное напряжение, конструктивный коэффициент, мощность двигателя:
Механические потери:
Коэффициент вязкого трения:
Сопротивление ротора:
Сопротивление статора:
Индуктивность статора и ротора:
Индуктивность статора и индуктивность ротора должны быть приблизительно одинаковы.
Индуктивность рассеивания статора и индуктивность рассеивания ротора:
Взаимоиндукция:
Проверка конструктивного коэффициента:
Можно принять что С1 (1.068) совпадает с выбранным ранее с1 (1.066), (небольшая разница в полученных данных произошла в результате округлений данных в расчётах), значит конструктивный коэффициент выбран правильно.
Приведенное активное сопротивление ротора:
Потери энергии в статоре:
Потери энергии при нагрузке:
Средний момент:
Потери энергии при пуске и торможении (Дж):
Потери мощности в номинальном режиме:
Допустимая частота включений:
Допустимая частота включений (по условию) Z =30, а допустимая частота включений двигателя (рассчитанная Z =530) значит по частоте включений двигатель вполне подходит.
8. Построение механической характеристики, используя формулу Клосса:
Для удобства производится также построение механической характеристики в логарифмическом масштабе.
Рисунок 16 Механическая характеристика двигателя
Графическим способом можно найти скольжение при пусковом и установившемся моментах (что и показано на графиках). Sпуск=0,11 (11%), Sуст=0,035 (3,5%).
Построение характеристики изменения скорости при изменении момента сопротивления на валу двигателя
β – жесткость механической характеристики электропривода.
Линеаризированная механическая характеристика асинхронного двигателя.
Рисунок 17 Линеаризированная механическая характеристика
9. Построение переходных процессов
Все полученные в ходе проектирования данные вводятся в виртуальную электронную лабораторию (математический пакет) MATLAB, и производится построение переходных процессов.
Рисунок 18 – Структурная схема ЭП
Все математические вычисления в данном курсовом проекте производились с помощью компьютерной программы (математического пакета) Mathcad 2000 Professional, а моделирование в виртуальной(компьютерной) электронной лаборатории (математическом пакете) MATLAB.
Литература
1. Львов А.П. Справочник электромонтёра. – Киев: Вища школа, Главное издательство, 1980, – 376 стр.
2. П.С. Сергеев Проектирование электрических машин. Издательство «Энергия», 1970 г.
3. М.М. Кацман. Проектирование электрических машин. М. Энергоатомиздат, 1984 г.
4. Ключев В.И.: «Теория электропривода», Москва, Энергоатомиздат, 1985 г.
5. Герман-Галкин С.Г.: «Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0», Санкт-Петербург, Корона Принт, 2001 г.
6. Иванченко Ф.К.: «Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин», Киев, Вища Школа, 1983 г.
7. Драчев Г.И.: «Теория электропривода», Челябинск, ЮУрГУиздат, 2002 г.
8. Борцов Ю. А, Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. – СПб.: Энергоатомиздат, 1992.
