образец Курсовика по ОЭП. Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма

Название	Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма
Анкор	образец Курсовика по ОЭП.doc
Дата	31.07.2018
Размер	6.89 Mb.
Формат файла
Имя файла	образец Курсовика по ОЭП.doc
Тип	Курсовая #22295

Калининградский Государственный Технический Университет

Кафедра: «Электрооборудования Судов и Электроэнергетики»
Курсовая работа
на тему:

«Расчёт электропривода грузоподъёмного механизма»

Калининград 2004

Содержание:

Исходные данные для расчётов……………………………………………
Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма

и предварительный выбор мощности двигателя………………………….

Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя………….

2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма…………...

2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя………………………...

2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя…………..

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной

диаграмме…………………………………………………………………...

3. Построение механической и электромеханической характеристики……..

3.1 Расчёт и построение механической характеристики……………………...

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики……………..

4. Построение нагрузочной диаграммы………………………………………..

4.1 Подъём номинального груза………………………………………………..

4.2 Тормозной спуск груза……………………………………………………...

4.3 Подъём холостого гака……………………………………………………..

4.4 Силовой спуск силового гака………………………………………………

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение заданной

производительности лебёдки………………………………………………...

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев…………………………………

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения……..

8. Список используемой литературы…………………………………………..

Исходные данные для расчётов

Род тока	Грузоподъёмность G_гркг	Высота подъёма груза l_п,м	Высота спуска груза l_с,м
Переменный

Продолжение таблицы 1

Вес грузозахватывающего устройства G_х.г,кг	Диаметр грузового барабана D,м	Время пауз нагрузочной диаграммы t_i ,с
Вес грузозахватывающего устройства G_х.г,кг	Диаметр грузового барабана D,м	t_п1	t_п2	t_п3	t_п4

Продолжение таблицы 1

КПД механизма лебёдки η	Скорость подъёма спуска груза υ_п, м/с	Скорость подъёма спуска грузозахватывающего устройства υ_п.х.г, м/с

Продолжение таблицы 1

Посадочная скорость

груза

υ`_с, м/с

Наименование

исполнительного

механизма

Система

управления

Род тока

Асинхронный

двигатель

Преобразователь

частоты с

инвертором напряжения

Сеть

переменного

тока 380В

Таблица -1- Исходные данные для расчётов
2. Построение упрощённой нагрузочной диаграммы механизма

и предварительный выбор мощности двигателя

2.1 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя
Продолжительность включения рассчитываем по формуле:

(1)
где

(2)

(3)

Время работы двигателя при подъёме груза:

(4)

Время работы двигателя при спуске груза:

(5)
Время работы двигателя при подъёме холостого гака:
(6)
Время работы двигателя при спуске холостого гака:

Здесь скорость спуска холостого гака равна скорости подъёма холостого гака

(7)

Суммарное время включённого состояния двигателя:

Определяем продолжительность включения двигателя

2.2 Расчёт статической мощности на выходном валу механизма.
Статическая мощность на выходном валу при подъёме груза:

(8)
Статическая мощность на выходном валу при спуске груза:

(9)

Статическая мощность на выходном валу при посадке груза:

(10)
Статическая мощность на выходном валу при подъёме холостого гака:

(11)
Статическая мощность на выходном валу при спуске холостого гака:

(12)

2.3 Расчёт статической мощности на валу двигателя.
Статическая мощность на валу двигателя при подъёме груза:

(13)
Статическая мощность на валу двигателя при спуске груза:

(14)
Статическая мощность на валу двигателя при посадке груза:

(15)

Статическая мощность на валу двигателя при подъёме холостого гака:

Здесь η_х.г =0,2

(16)

Статическая мощность на валу двигателя при спуске холостого гака:

(17)

2.4 Построение упрощённой нагрузочной диаграммы двигателя.

Рисунок 1 – Упрощённая нагрузочная диаграмма двигателя

2.5 Расчёт требуемой мощности двигателя по упрощённой нагрузочной диаграмме

С

редне квадратичную мощность рассчитываем по формуле:

(18)
где β_i- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи и рассчитывается для всех рабочих участков по формуле:

(19)
Здесь β₀- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи при неподвижном роторе

Для двигателей открытого и защищённого исполнения β₀=0,25÷0,35

Для двигателей закрытого обдуваемого исполнения β₀=0,3÷0,55

Для двигателей закрытых без обдува β₀=0,7÷0,78

Для двигателей с принудительной вентиляцией β₀=1
Принимаем β₀=0,4 и υ_ном= м/с
При подъёме груза:

(20)
При спуске груза до одного метра:
(21)
При посадке груза:

(22)
При подъёме холостого гака:

(23)
При спуске холостого гака:

(24)
Таблица 2 – Сводная таблица данных для расчёта среднеквадратичной

мощности

Участок	Р_с кВт	t_р ,с	υ, м/с	υ_н м/с	β
1
2
2 посадочный
3
4

Запишем выражение для расчёта среднеквадратичной мощности двигателя:

=

(25)

Номинальную мощность двигателя находим по формуле:

(26)
где k_з=1,2 – коэффициент запаса

ПВ_ном=40% - номинальная продолжительность включения

По справочнику выбираем двигатель марки , который имеет следующие характеристики:
Номинальная мощность Р_н= кВт

Номинальное скольжение s_н= %

Частота вращения n= об/мин

Номинальный ток статора I_ном= А

Номинальный КПД η_н= %

Номинальный коэффициент мощности cosφ_н=

Момент инерции J = кг·м²

Число пар полюсов р =

3. Построение механической и электромеханической характеристики.
3.1 Расчёт и построение механической характеристики.

Номинальная угловая скорость вращения:

(26)

Н
(27)
оминальный момент:

Определяем критическое скольжение для двигательного режима:

где

перегрузочная способность λ=

(28)

(29)

Критический момент вращения находим из выражения 29:

(30)

По уравнению Клосса находим М_дв:

(31)
Запишем выражение для угловой скорости:

(32)
где ω₀=157 с ^–1
Используя формулы 31, 32 составим расчётную таблицу:
Таблица 3 – Данные для построения механической характеристики.

S
ω, с^-1
М, Н·м

3.2 Расчёт и построение электромеханической характеристики.
Ток холостого хода:

(33)
где

(34)

Ток, значение которого обусловлено параметрами скольжения и момента на валу:

(35)
Используя формулы 33, 34, 35 составим расчётную таблицу:
Таблица 4 – Данные для построения электромеханической характеристики.

S	0
М, Н·м	0
I₁, A

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики асинхронного

двигателя типа при 2р= .

4. Построение нагрузочной диаграммы
4.1 Подъём номинального груза.
Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

(36)
Передаточное число:

(37)
Момент на валу электродвигателя:

(38)

Время разгона:

(39)
где угловая скорость ω₁ определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М_1ст.
Выбранный двигатель типа снабжён дисковым тормозом типа с М_т = Н·м
Постоянные потери в электродвигателе:

(40)
Тормозной момент, обусловленный постоянными потерями в электродвигателе:

(41)

Суммарный тормозной момент:

(42)

Время остановки поднимаемого груза при отключении двигателя:

(43)

Установившаяся скорость подъёма номинального груза:

(44)

Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

(45)

Время подъёма груза при установившемся режиме:

(46)

Ток, потребляемый двигателем, в пределах допустимых нагрузок пропорционален моменту на валу и может быть найден по формуле:

(47)

4.2 Тормозной спуск груза.
Момент на валу электродвигателя при опускании номинального груза:

(48)

Поскольку в пределах допустимых нагрузок механическую характеристику для генераторного и двигательного режимов можно представить одной линией, скорость рекуперативного торможения определяется по формуле:

(49)
где угловая скорость ω₂ определена по механической характеристике двигателя и соответствует моменту М_2ст.
Если ток тормозного режима I₂ принять равным току двигателя, работающего с моментом М_2ст, то:

(50)

Время разгона при опускании груза с включённым двигателем:

(51)
Тормозной момент при отключении двигателя от сети:

(52)

Время остановки опускаемого груза:

(53)

Скорость опускания груза:

(54)
Путь, пройденный грузом при разгоне и торможении:

(55)
Время опускания груза при установившемся режиме:

(56)

Подъём холостого гака.

Момент на валу электродвигателя при подъёме холостого гака:

(57)
Моменту М_3ст= Н·м соответствует, согласно механической характеристике, скорость двигателя ω₃= рад/с

Ток, потребляемый двигателем:

(58)
Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода:

(59)
Время разгона при подъёме холостого гака:

(60)
Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъёма гака:

(61)

Время остановки поднимаемого гака:

(62)

Скорость подъёма холостого гака:

(63)
Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:
(64)
Время установившегося движения при подъёме холостого гака:

(65)

Силовой спуск силового гака.

Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака:

(66)
Моменту М_4ст= Нм соответствует скорость двигателя ω= рад/с

и потребляемый ток:

(67)
Время разгона при опускании холостого гака:

(68)
Тормозной момент при отключении двигателя:

(69)
Время остановки опускаемого гака:

(70)
Скорость опускания холостого гака:

(71)

Путь, пройденный гаком при разгоне и торможении:

(72)
Время установившегося движения при опускании холостого гака:

(73)
Расчётные данные работы двигателя сводим в таблицу 5.

Таблица 5 – Расчётные данные работы двигателя.

Режим работы	Ток, А	Время, с
Подъём номинального груза: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Горизонтальное перемещение груза……………. Тормозной спуск груза: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Расстроповка груза……………………………….. Подъём холостого гака: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Горизонтальное перемещение гака……………... Силовой спуск холостого гака: разгон………………………………………… установившийся режим……………………… торможение…………………………………… Застроповка груза…………………………………	I_п = I₁= — — I_п = I₂= — — I_п = I₃= — — I_п = I₄= — —	t_1п = t_1у = t_1т = t₀₁ = t_2п = t_2у = t₂_т = t₀₂ = t₃_п = t_3у = t_3т = t₀₃ = t_4п = t_4у = t_4т = t₀₄ =

5. Проверка выбранного двигателя на обеспечение

заданной производительности лебёдки.

Полная продолжительность цикла:

(74)

Число циклов в час:

(75)

6. Проверка выбранного двигателя на нагрев.

Расчётная продолжительность включения:

(76)
Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме,

соответствующий расчётной ПВ% (полагая ток плавно спадающим

от пускового до рабочего, берём для расчёта его среднее значение,

тем более что время переходного процесса ничтожно мало):

(77)

Эквивалентный ток при повторно-кратковременном режиме, пересчитанный на стандартную ПВ% выбранного двигателя, по уравнению:

(78)
Таким образом, I_ε_н = А < I_н = А, т. е. в заданном режиме работы выбранный двигатель перегреваться не будет.

8. Список используемой литературы.

Чекунов К. А. “Судовые электроприводы электродвижение судов”. – Л.:

Судостроение, 1976.- 376с.

2. Теория электропривода. методические указания к курсовой работе для

студентов дневных и заочных факультетов высших учебных заведений по

специальности 1809 “Электрооборудование и автоматика судов”.-

Калининград 1990г.

3. Чиликин М. Г. “Общий курс электропривода”.- М.: Энергия 1981г.

7. Силовая схема преобразователя частоты с инвертором напряжения.

Преобразователь с инвертором напряжения включает следующие основные силовые узлы (рисунок 3): управляемый выпрямитель УВ с LC-фильтром; инвертор напряжения – АИ с группами вентилей прямого ПТ и обратного ОТ тока, отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами; ведомый инвертор ВИ с LC-фильтром. Обмотки дросселя фильтров УВ и ВИ выполнены на общем сердечнике и включены в плечи вентильных мостов, выполняя при этом также функции токоограничения. В преобразователе осуществляется амплитудный метод регулирования выходного напряжения посредством УВ, а АИ выполнен по схеме с одноступенчатой междуфазовой коммутацией и устройством подзаряда конденсаторов от отдельного источника (на схеме не показано). Ведомый инвертор ВИ обеспечивает режим рекуперативного торможения электропривода. При построении преобразователя принято совместное управление УВ и ВИ. Поэтому с целью ограничения уравнительных токов система регулирования должна обеспечить более высокое напряжение постоянного тока ВИ, чем у УВ. Кроме того, система регулирования должна обеспечить заданный закон управления напряжением и частотой преобразователя.

Поясним формирование кривой выходного напряжения. Если первоначально в проводящем состоянии были тиристоры 1 и 2, то при открывании тиристора 3 заряд кондесатора прикладывается к тиристору 1, и онзакрывается. Проводящими оказываются тиристоры 3 и 2. Под действием ЭДС самоиндекции и фазы А открываются диоды 11 и 16, так как разность потенциалов между началами фаз А и В оказывается наибольшей. Если продолжительность включения обратных диодов, определяемая самоиндукцией фазы нагрузки, меньше длительности рабочего интервала, диоды 11 и 16 закрываются.

В звено постоянного тока параллельно инвертору включается конденсатор, ограничивающий пульсации напряжения, возникающие при переключении тиристоров инвертора. В результате звено постоянного обладает сопротивлением для переменной составляющей тока, и напряжение входа и выхода инвертора при постоянных параметрах нагрузки связаны постоянным коэффициентом.

Плечи инвертора обладают двухсторонней проводимостью. Для обеспечения этого в плечах инвертора используются тиристоры, зашунтированные встречно включёнными диодами.