Электротехника. Пояснительная записка к курсовой работе Расчёт и выбор электрооборудования грузового лифта

• Название: Пояснительная записка к курсовой работе Расчёт и выбор электрооборудования грузового лифта
• Дата: 23.02.2022
• Размер: 453.5 Kb.
• Имя файла: Электротехника.doc
• Тип: Пояснительная записка; #370727

Петербургский Государственный Университет

Путей Сообщения

Кафедра «Электротехника»
Расчетно-пояснительная записка

к

курсовой работе

«Расчёт и выбор электрооборудования грузового лифта»


Выполнил:

студент гр. ПТМ-511

Петров К.А.
Проверил:

Хожаинов А.И.
Санкт- Петербург

2008г
Содержание:
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУЗОВОГО ЛИФТА И ЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.1. Грузовые лифты …………………………………………………………..3

1.2. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемных лебедок ………………………………………………………………….……... 3

2.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ГРУЗОВОГО ЛИФТА

2.1. Расчет мощности электродвигателя в первом приближении ………....6

2.2. Выбор электродвигателя из каталога ……………………………….......8

2.3. Расчет времени пуска и торможения электропривода …………….…12

2.4. Построение нагрузочной диаграммы электропривода и определение мощности электродвигателя во втором приближении ……………………17

2.5. Система управления электроприводом лифта с двухскоростным асинхронным двигателем …………………………...………………………..20

Список использованной литературы…………………………………………..25

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУЗОВОГО ЛИФТА И ЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1.1. Грузовые лифты

Лифтами как средством вертикального перемещения гру­зов оборудуются здания промышленных и ремонтных пред­приятий, а также жилищные и складские помещения.

Грузовые лифты устанавливаются в вертикальной шахте; обычно вверху над шахтой размещается машинное отделение.

Грузовые лифты изготавливаются различной грузоподъ­емности, на две и бо­лее остановок и могут быть выполнены для работы с проводником или без него. Кабины лифтов вы­полняются разных размеров в зависимости от грузоподъем­ности, габаритов перевозимых грузов, имеют одну или две двери (сквозные кабины).

Перемещение кабины лифта осуществляется подъемной лебедкой, обеспе­чивающей передачу усилий от приводного электродвигателя кабине с помощью подъемного каната
1.2. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемных лебедок
По принципу работы лебедки подразделяются на одноконцевые и двуконцевые, а по конструкции органа навивки каната — на барабанные лебедки и лебедки с канатоведущими шкивами.

Одноконцевые лебедки являются неуравновешенными ме­ханизмами, нагрузка электропривода которых определяется суммой масс всех поднимаемых частей — каната, кабины и полезного груза. Такие механизмы постоянно совершают до­полнительную работу по подъему кабины, являющейся бал­ластным грузом. При спуске двигателя должен тормозить не только опускающийся полезный груз, но и балластный груз. Эти факторы приводят к завышению мощности приводного электродвигателя и увеличению удельного расхода электро­энергии на единицу полезного груза.

Перечисленные недостатки устраняются использованием двуконцевых подъемных лебедок, при которых наряду с ра­бочей кабиной навешивается балластный контргруз — про­тивовес. Кинематическая схема такой лебедки приведена на рис. 1, где приняты следующие обозначения: ЭД — электро­двигатель; Т —тормоз; Р —редуктор; КШ — канатоведущий шкив; К — кабина; Пр — противовес; ПК — подъемный ка­нат; УК — уравновешивающий канат; Н — высота подъема.

Рис.1

2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ГРУЗОВОГО ЛИФТА
Для полного представления о нагрузке, создаваемой ис­полнительным механизмом на валу электродвигателя в про­цессе его работы, прибегают к построению нагрузочных диаграмм электропривода, под которыми понимают зависимость вращающего момента, тока или мощности электродвигателя от времени в течение рабочего цикла. Обычно строят нагрузочную диаграмму М = F(t).

Уравнение движения электропривода



показывает, что момент электродвигателя М равен алгебраической сумме момента сопротивления М_с и динамического момента M_дин. Применительно к электроприводам лифтов M_с = const и нагрузочная диаграмма М = F(t) определяется характером протекания переходных процессов.

Для определения M_дин необходимо располагать зависимостью n(t), но кроме того, необходимо знать приведенный к валу электродвигателя суммарный момент инерции I_Σ , который включает в себя и момент инерции ротора двигателя.

Получается неопределенность: пока не выбран электродвигатель, нельзя построить нагрузочную диаграмму, а без нагрузочной диаграммы нельзя правильно выбрать электродвигатель. Эту неопределенность приходится разрешать методом последовательных приближений, который заключается в следующем.

Сначала мощность электродвигателя рассчитывается в первом приближении (P_p1) по среднеквадратичному значению момента сопротивления (P_ск) за цикл работы и установившейся частоте вращения (n_у). По этой мощности двигатель выбирается из каталога и строится нагрузочная диаграмма электропривода, которую используют для расчета мощности электродвигателя во втором приближении.
2.1. Расчет мощности электродвигателя в первом приближении
Используется следующая формула для расчета мощности электродвигателя:



где коэффициент запаса k₃ приближенно позволяет учесть влияние динамических нагрузок, k₃ = 1,1—1,5. В зависимости от соотношения времени пуска (tп) к времени установивше­гося движения (t_у) при t_п/t_y < 0,05 следует брать меньшее из указанных значений, а при t_п/t_y > 0,2—0,3— большее.



Оценка времени пуска (t_п) и торможения (t_T) произво­дится по ускорению, задаваемому в пределах а = 0,5— 1,5 м/с, и установившейся скорости подъема лифта



По заданной высоте подъема груза H определяются путь, проходимый лифтом с установившейся скоростью (H_y), и время установившегося движения










К_з

t_п/t_у

1,5

1,1


0 0,15 0,3

Время работы электродвигателя при подъеме и спуске лифта принимается одинаковым

t_р1=t_р2=t_y+2t_п=5,17+2•1,5=8,17с

По заданному числу циклов в час определяется время одного цикла

В соответствии с заданным циклом работы грузового лиф­та (подъем груза, пауза, спуск пустой кабины, пауза) определяется среднеквадратичный момент нагрузки:



-грузоподъемность





Так же продолжительность включения



Как правило, ПВ отличается от стандартных значений (ПВ_СТ = 15, 25, 40, 60%), поэтому мощность электродвига­теля приводится к стандарт­ному значению ПВ_СТ:



2.2. Выбор электродвигателя из каталога
Электродвигатель выбирается из каталога в соответствии с условиями



В большинстве случаев в качестве приводных электродви­гателей лифтов применяются одно- и двухскоростные асин­хронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Наиболее проста система электропривода с односкоростным электродвигателем, который выполняется с повышенным скольжением, обладает при относительно больших значениях пускового момента небольшим пусковым током. Пуск элек­тродвигателя осуществляется непосредственным подключе­нием обмотки статора к питающей сети, остановка — отклю­чением электродвигателя от сети с одновременным наложе­нием колодок механического тормоза. Недостаток этой сис­темы электропривода — наложение механического тормоза на полной рабочей скорости, что вызывает ускоренный износ колодок тормоза. Кроме того, не может быть получена высо­кая точность остановки кабины на заданном уровне, так как при постоянной величине тормозного усилия механического тормоза путь торможения при различных загрузках кабины различен. Такие системы электроприводов применяются для тихоходных лифтов (до 0,75 м/с) при малой высоте подъема и небольшой интенсивности работы.

Наиболее распространена система электропривода лифта, в которой используются специализированные лифтовые двух­скоростные асинхронные электродвигатели с двумя независи­мыми обмотками на статоре, обеспечивающими соотношение скоростей 1:3 или 1:4. Эти электродвигатели имеют повы­шенные пусковые моменты; ограниченные значения макси­мальных моментов как в двигательном, так и в генераторном режимах; ограниченные значения пусковых токов и др. Двускоростной электродвигатель позволяет снижать в несколько раз рабочую скорость лифта перед остановкой, что умень­шает износ тормозного устройства и увеличивает точность остановки. Пуск лифта в такой системе осуществляется под­ключением к сети обмотки большой скорости.

При этом лифт разгоняется и переходит на рабочую скорость. Перед оста­новкой лифта производится отключение от сети этой обмотки и включение обмотки малой скорости. Электродвигатель пе­реходит в режим генераторного торможения, скорость лифта снижается (в 3 или 4 раза), и лифт подходит к заданному уровню высоты. Остановка осуществляется отключением от сети обмотки малой скорости и наложением механического тормоза. Обмотка малой скорости обеспечивает также пере­мещение лифта на сниженной скорости в режиме ревизии.

Тип электродвигателя расшифровывается следующим об­разом: первая цифра — порядковый номер серии; А — асин­хронный; Н — защищенного исполнения; Ф — с пристроенным вентилятором; цифры 11—52 и 160—250 —габарит; последу­ющие цифры —число полюсов обмоток (для двухскоростных двигателей в числителе указано число полюсов обмотки боль­шой скорости, в знаменателе —малой скорости); Н —мало­шумный; Л —лифтовой; Б —со встроенной температурной защитой.

Лифтовые электродвигатели работают от сети переменно­го тока частотой 50 Гц, напряжением 220 и 380 В.

Средний срок службы лифтовых электродвигателей — 15 лет при общей наработке 40 000 ч с заменой подшипников через каждые 12 000 ч и обмоток через 20 000 ч.

Выбираем 4АН–250–6/24НЛБ

Р=20,0/5,0 кВт–номинальная мощность;

N=1000/250 об/мин–синхронная частота вращения;

Скольжение 5/12%; η=90,0/38%; cosφ=0,72/0,35–при номинальной нагрузке;

–начальный пусковой момент;

–максимальный вращательный момент;

Кратность пускового тока 6,0/2,0;

ПВ=60%

Момент инерции ротора 1,0кг•м²;

Допустимое число включений 90;

M=510 кг–масса

Расчет механических характеристик асинхронных двига­телей лифтов может быть выполнен с использованием фор­мулы Клосса



где М_к — критический (максимальный) момент электродви­гателя;

s — скольжение; ;

n₁ -частота вращения магнитного поля статора р — число пар полюсов; n- — частота вращения вала электродвигателя.

f₁ –частота питающего тока

Критическое скольжение s_к определяется по формуле

Для большей скорости









Для меньшей скорости









где k_м — кратность максимального момента;

М_н и S_н— номинальные значения момента электродвигателя.

Знак «плюс» в формуле относится к двигательному режиму, знак «минус» — к генераторному.

Задаваясь различными значениями скольжения (s = 0,l; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9), по формуле рассчитывается за­висимость М(s), и по формуле

осуществляется переход к механической характеристике элек­тродвига-

теля — n = F (М).

Необходимо иметь в виду, что формула Клосса является приближенной, дающей ощутимую погрешность в определе­нии пускового момента М_п(s=1,0), в связи с чем его зна­чение необходимо брать непосредственно из каталога.

Для расчета механической характеристики двухскоростного асинхронного двигателя при работе с обмоткой малой скорости используются те же формулы, но в режиме генера­торного торможения надо задаваться отрицательными значе­ниями скольжения (s =-0,1; -0,2; -0,4; -0,6; -0,8; -1,0 и т. д.);



где n_1M и n_1б –частоты вращения магнитного поля статора при работе соответственно с обмоткой малой и большой скорости.

Механические характеристики двухскоростного асинхрон­ного двигателя лифта приведены на рис. 1


Большая скорость, двигательный режим

Табл.1

s	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	0,9
	900	800	600	400	200	100
	371,19	570,27	591,76	492,61	404,68	369,21

Малая скорость, двигательный режим

Табл.2

S	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	0,9
	225	200	150	100	50	25
	185,67	319,85	411,51	387,11	339,13	315,77

Малая скорость,генераторный режим

Табл.3

S	-0.1	-0,5	-1	-1,5	-2	-2,5	-3
	275	375	500	625	750	875	1000
	-185,67	-405,81	-294,18	-213,95	165,73	134,63	113,14

2.3. Расчет времени пуска и торможения электропривода
Уравнение движения электропривода можно записать следующим образом



где — угловая скорость вращения магнитного поля статора. После разделения переменных и интегрирования при s_нач. = 1 получим следующую зависимость для расчета времени в функции от скольжения двигателя при пуске электропривода:

1)Лифт с грузом

—электромеханическая постоянная времени привода лифта, равная времени разбега привода вхолостую из неподвижного состояния до синхронной скорости вра­щения под действием критического момента М_к.





–момент инерции ротора (из каталога двигателей);



Так как мощность электродвигателя определяется разностью концевых нагрузок, а момент инерции связан с суммой всех масс, особенностью двуконцевых подъемных лебедок является большой момент инерции механизма, превышающий в 2—5 раз момент инерции двигателя.

Момент инерции имеет размерность [I]=кг•м². Часто в каталогах для электродвигателей приводятся не мо­менты инерции роторов, а маховые моменты [ ] = кг•м²; переход к моментам инерции в этом случае осуществляется по формуле



m_Σ = m_пр + m₀ + m_гр + m_к=



–угловая скорость вращения вала электродвигателя;

Для s=1:





;



Следует иметь в виду, что при |Х| < 1



Поэтому при <1 и <1 выражение приводится к виду:

S	1	0,092
R	-4,92	-0,45
X1	-0,671	-0,974
X2	-0,671	-0,671
t	0	1,22

Табл.4


2)Лифт с пустой кабиной










I_Σ = m_пр + m₀ + m_к=





Для s=1:





;

S	1	0,092
t	0	1,19

Табл.5

Задаваясь значениями скольжения (s=l; Sкон) и определяя время, можно построить пусковую диаграмму n(t) определить время пуска электропривода t_п и ускорение лифта при разгоне.

При проведении расчетов по формуле необходимо при пуске лифта с грузом и пустой кабиной подставлять соответственно моменты сопротивления М_с1 и M’_c2 Причем в последнем случае при определении I_Σ по следует принять mгр = 0.

Пуск электропривода заканчивается при s = S_кон, соответствующему 95% n_у; определяемой по механическим характеристикам для M_c1 и M’_c2:



В целях сокращения времени тормозная диаграмма n(t) применительно к работе двухскоростного электродвигателя с обмоткой малой скорости в генераторном режиме может быть построена в предположении |а_п| = |а_т|; при этом частота вращения электродвигателя должна изменяться от n_у до n_1м.

Диаграммы пуска и торможения электропривода лифта приведены на рис.2, рис.3

2.4. Построение нагрузочной диаграммы электропривода и определе­ние мощности электродвигателя во втором приближении
Последовательность построения графиков для получения нагрузочной диаграммы электропривода М = F(t) приведена на рис. 6.

В соответствии с данными расчетов диаграмм пуска и торможения строится зависимость n(t) за цикл работы лифта (подъем груза — пауза — спуск пустой кабины — пауза) при этом расчетная кривая, соответствующая режиму пуска, за­меняется прямой линией.

Построение графика n(t) осуществляется следующим образом.

По диаграммам пуска и торможения определяются ускорение при пуске и замедление при торможении

С грузом:



Без груза:



Рассчитывается пройденный лифтом путь при пуске и торможении

С грузом:





Без груза:





Частота вращения электродвигателя в установившемся режиме определяется по механической характеристике или по формуле



Таким образом, все исходные данные для построения графика n(t) становятся известными.

C учетом построенного графика n(t) строится график зависимости динамического момента от времени М_дин(t).

Подъем груза:



Спуск пустой кабины:



График Mc(t) является заданным, так как M_c1 = const и M_c2= const.

Нагрузочная диаграмма M=F(t) строится путем алгебраического суммирования динамического момента и момента сопротивления.

По нагрузочной диаграмме определяется действительное значение относительной продолжительности включения и эквивалентный момент



M₁=M_c1+ M_Дин1=61,31+231,5=292,81Нм

M₂=M_c1=61,31Нм

M₃=M_c1– M_Дин1=61,31-231,5=-170,19Нм

M₄=M’_c2– M_Дин2=-61,31–213,32=-274,63Нм

M₅=M’_c2=-61,31Нм

M₆=M’_c2+ M_Дин2=-61,31+213,32=152,01Нм



Определяются путь, проходимый лифтом с установившейся скоростью (H_y), и время установившегося движения:

Подъем с грузом



Спуск пустой кабины:







Частота вращения электродвигателя в установившемся режиме:

;



Определяется мощность электродвигателя во втором приближении

.

По формуле Р_p2 приводится к стандартному значению ПВ. Электродвигатель выбирается из каталога. Как правило, на этом расчет мощности электродвигателя лифта завершается.



Выбираем 4АН–250–6/24НЛБ

Р=20,0/5,0 кВт–номинальная мощность;

N=1000/250 об/мин–синхронная частота вращения;

Скольжение 5/12%; η=90,0/38%; cosφ=0,72/0,35–при номинальной нагрузке;

–начальный пусковой момент;

–максимальный вращательный момент;

Кратность пускового тока 6,0/2,0;

ПВ=60%

Момент инерции ротора 1,0кг•м²;

Допустимое число включений 90;

M=510 кг–масса
2.5. Система управления электроприводом лифта с двухскоростным асинхронным двигателем.
На рис. 5 представлена электрическая схема системы управления электроприводом лифта с двухскоростным асинхронным двигателем с вызовом на любую из пяти этажных площадок. Силовая схема двухскоростного асинхронного двигателя получает питание от сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В через автомат АВ. Концевой выключатель (KB) при переходе кабиной крайних положений разрывает цепь главного тока в трех фазах двухскоростного АД. Независимые обмотки большом и малой скорости асинхронного двигателя подключаются к трехфазной сети переменного тока соответственно контактором Б_ (большой скорости) или М (малой скорости). Реверсирование АД осуществляется контакторами В («Вперед») и Н («Назад»). Тормозной электромагнит ТМ получает питание при включении контактора В пли Н и освобождает механический тормоз. В силовую цепь асинхронного двигателя включены тепловые реле (1РТ—4РТ).

Цепь управления питается переменным током через предохранитель Пр. 1. Кнопки приказов (КП) и кнопки вызовов (КБ) подключают к питающей сети катушки соответствующих этажных реле (РЭ). Реле механических этажных переключателей выполняет центральный этажный переключатель (ЭП), установленный в машинном помещении. Двери шахты снабжены замком с контактами ДШ и ригельным затвором с контактами РК. Подвижная отводка, воздействующая на дверные замки и затворы, приводится в движение электромагнитом МРО (магнит ригельной отводки). Остановка кабины на этаже осуществляется посредством этажного выключателя (ЭВ), установленного на кабине. Контакт этажного выключателя, с одной стороны, управляется электромагнитом МЭВ (магнит этажного выключателя), а с другой (через шток с роликом) отводками, установленными в шахте на каждом этаже. Электромагниты МРО и МЭВ питаются постоянным током через выпрямитель В. Для включения освещения кабины и сигналов «Занято», установленных на всех этажах, где имеются вызывные аппараты, схемой предусматривается специальное световое реле СР.

Пуск лифта производится нажатием на кнопку приказа КП этажа, на который должен быть доставлен груз. При этом по цепи: контакт ограничителя скорости ОС, контакты тепловых реле РТ, дверные контакты ДШ, кнопка «1 стоп» в вызывном аппарате первого этажа, контакт фиксатора кабины ФК, дверной контакт кабины ДК, кнопка «Стоп» в кабине, замкнутые контакты контакторов «Вперед» (В) и «Назад» (Н), нажатая кнопка приказа (1КП—5КП)—подается питание катушке реле РЭ соответствующего этажа. Реле РЭ, срабатывая, замыкает свои контакты и подает питание катушке контактора Б, а также подготавливает цепь питания реверсивных контакторов через ригельные контакты РК и контакты переключателя ЭП. При включении контактора Б подключается на шины реверсирующих контакторов обмотка большой скорости асинхронного электродвигателя. Одновременно его вспомогательные контакты Б замыкают цепь выпрямителя В и включают электромагниты МРО и МЭВ. Первый (МРО) замыкает ригельные контакты РК этажей, а второй (МЭВ) втягивает шток с роликом этажного выключателя и размыкает контакт ЭВ. С замыканием ригельных контактов (1РК 5РК) создается цепь для включения катушки контактора В («Вперед»).

Главные контакты контактора В в силовой электрической цепи замыкаются и (по ранее подготовленной цепи) через контакты Б подсоединяют к сети электродвигатель (АД). Одновременно включается тормозной электромагнит, и освобожденная от механического тормоза кабина приходит в движение. Когда кнопку приказа (1КП—5КП) отпускают, ее контакт размыкается и цепь питания контакторов Б, В и этажного реле после кнопки «Стоп» проходит через замкнутый контакт Ml замкнутый контакт В и далее разветвляется на две цепи: Т) через замкнутый контакт Н получает питание катушка контактора В; 2) через этажный переключатель ЭП, замкнутые контакты этажного реле (1РЭ—5РЭ), ригельные контакты (1РК—5РК), замкнутый контакт М по­лучает питание катушка контактора Б. Катушки этажных реле (1РЭ—5РЭ) питаются через собственный замкнутый контакт.

Перед подходом кабины к заданному этажу размыкается контакт этажного переключателя (ЭП) и отключает контактор Б и этажное реле РЭ. Контакт Б в цепи контактора малой скорости (М) замыкается, и катушка контактора М включается по ранее подготовленной цепи: контакт ОС, контакты 1РТ—4РТ, замкнутый контакт В, замкнутый контакт Б контактора большой скорости. Главными контактами контактор малой скорости М подключает к сети обмотку малой скорости асинхронного двигателя. Одновременно с отключением контактора Б отключается выпрямитель В, и электромагниты МРО и МЭВ теряют питание.

При отключении МРО ригельная отводка под действием пружины выходит на уровень роликов ригелей и в дальнейшем, с приходом кабины на этаж, поворачивает ригель и тем самым размыкает ригельный контакт (1РК—5РК). С отключением МЭВ контакт этажного выключателя ЭВ в цепи ре­версивных катушек контакторов В и Н замыкается и тем самым поддерживает цепь питания катушки контактора В вместо разомкнувшего контакта М.

С приходом кабины на заданный этаж отводка, установленная в шахте, воздействует на ролик этажного выключателя и размыкает его контакт ЭВ. Цепь катушки контактора В разрывается и контактор В размыкает свои контакты, отключая электродвигатель и тормозной электромагнит.

Работа схемы при управлении лифтом посредством установленных на этажных площадках вызывных кнопок KB не отличается от описанного. Вызвать кабину можно на любой этаж лишь в том случае, если, кабина свободна от груза. Это контролируется контактом ПК, который включен последовательно с кнопками вызова (KB) и замкнут при пустой кабине. Лампа освещения кабины (ОСК) и сигнальные лампы («1 Занято» — «5 Занято») включаются контактом светового реле СР. Отключение реле СР в нормальных условиях работы лифта происходит при открывании дверей шахты вследствие размыкания дверного контакта (1ДШ—5ДШ). После размещения в кабине груза размыкается подпольный контакт ПК, что исключает возможность включения светового реле при закрытии дверей шахты и замыкании дверного контакта. Таким образом, лампа ОСК и сигналы «1 Занято» — «5 За­нято», загораясь при открывании дверей шахты, будут гореть до тех пор, пока в кабине находится груз.
Рис.5

Список использованной литературы.
1.Методические указания к курсовой работе «Электропривод грузового лифта» С-Петербург, 1992
2.Конспект лекций по дисциплине «Электроприводы машин».