Введение
Подъёмныемашины прерывистого режима работы в различных конструктивных исполненияхнаходят широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. К числунаиболее распространённых разновидностей механизмов вертикального транспортаотносятся лифты, применение которых в городском хозяйстве и на промышленныхпредприятиях приобретает всё большее значение.
Лифтыявляются механизмами вертикального транспорта, предназначенными длятранспортировки пассажиров и грузов в жилых, производственных и административныхзданиях. Эти установки выполняются с высокой степенью автоматизации. Ониотличаются общедоступностью пользования, комфортабельностью и безусловнойбезопасностью. Все основные операции при открывании и закрывании дверей,передвижении, замедлении и точной остановке кабины лифта осуществляются спомощью электропривода. Причём необходимо установить такую системуэлектропривода, которая выполняла те высокие требования, которым должныотвечать современные лифты.
Такимобразом, в данном курсовом проекте необходимо разработать электропривод лифта сучётом обеспечения всех требований согласно заданию.
1. Анализи описание системы «электропривод – рабочая машина»
1.1 Количественная оценка вектора состоянияили тахограммы требуемого процесса движения
Электропривод лифта получает питание оттрёхфазной сети переменного тока c частотой 50 Гц и напряжением 380 В.
Работа лифтазаключается в том, чтобы доставить груз на требуемую высоту или спустить грузвниз. Однако, во время вызова лифта на этаж, он движется без груза. Этодвижение лифт с порожней кабиной может быть как вверх, так и вниз. Такимобразом, получаем четыре режима работы лифт:
– подъёмкабины с грузом;
– подъёмкабины без груза;
– спусккабины с грузом;
– спусккабины без груза.
На выходевала двигателя установлен червячный редуктор, являющийся самотормозящей парой.Поэтому в независимости от направления движения лифта, двигатель будет работатьтолько в двигательном режиме, и статические характеристики привода будутнаходиться в первом и третьем квадрантах. Кабина лифта имеет противовес, равныймассе кабины лифта и половине номинального груза.
Цикл работылифта состоит из следующих этапов:
– разгонпривода до рабочей скорости;
– работа наустановившейся рабочей скорости;
– торможениедо пониженной скорости;
– работа спониженной скоростью;
– торможениедо нулевой скорости (дотяжка).
За цикл работы, покоторому производится выбор двигателя, принимается самый тяжёлый режим работы, т.е.перемещение кабины между двумя этажами с максимальным статическим моментом.Время паузы будем рассчитывать исходя из времени открытия-закрытия дверей ивремени входа-выхода пассажиров.
Учитывая вышеописанный технологический режим работы лифта, сформулируем требования, которыедолжен обеспечивать электропривод лифта:
– электроприводлифта должен обеспечивать пониженную скорость, которая рассчитывается исходя иззаданной точности останова, чем определяется диапазон регулирования скоростилифта;
–электропривод лифта должен обеспечивать максимальное быстродействие (минимальноевремя разгона и торможения), что необходимо для обеспечения высокойпроизводительности работы лифта;
–электропривод лифта должен обеспечивать ограничения ускорения и рывка, чтосвязано с комфортабельностью пользования лифтом пассажиров;
–электропривод лифта должен обеспечивать при различных его загрузках одну и туже рабочую скорость, что связано с производительностью лифта.
–электропривод лифта должен быть реверсивным.
Кроме того, кдругим важным требованиям, которые предъявляются к электроприводу лифта,относятся высокая надёжность его работы, обеспечивающая точность реверсированияи связанную с этим чёткую работу аппаратуры управления. Также электроприводдолжен работать не превышая заданный уровень шума.
С учётомперечисленных выше требований, приходим к заключению, что для обеспечения этихтребований необходимо строить замкнутую систему стабилизации скорости
Выбирая туили иную систему электропривода, следует учитывать её экономичность, т.е.потери энергии за цикл, а также коэффициент мощности. Кроме того, необходимоучитывать и окупаемость тех затрат, которые связаны с созданием привода и егоэксплуатацией.
Исходнымиданными являются:
– Vр = 1,5 м/с – скоростьперемещения кабины;
– Н = 45 м – максимальная высота подъёма;
– N = 12 – максимальное количество остановок;
– М = 20 мм – точность остановок;
– Gг = 10 кН – вес груза;
– Gк = 19 кН – вес кабины;
– К1= 0,85 – коэффициент загрузки лифта;
– К2= 4 – число несущих канатов;
– КПД = 80% –КПД системы;
– i = 21,2 – передаточноечисло редуктора;
– R = 0,56 м – радиуснесущего канатного шкива;
– С = 2,13 ∙106 Н∙м – жёсткость одного метра каната;
– Jпр вращ = 0,25 ∙ Jдв – приведенный моментинерции вращающихся частей.
Электроприводдолжен обеспечивать кроме нормальной работы режим наладки при скорости 25% отноминальной. Зададимся допустимыми ускорениями и рывком: адоп = 2 м/с;сдоп = 5 м/с.
Определим времяразгона до рабочей скорости:
tp= Vр / адоп = 1,5 / 2 = 0,75 с (1.1)
Путь,проходимый за время tp:
Lp= адоп ∙ tp2 / 2 = 2∙0,752/ 2 = 0,56 м (1.2)
Определимпониженную скорости для обеспечения точности останова:
Vп = √2 ∙ √∆L ∙ адоп = √2 ∙ √ 2 ∙ 0,02 =0,28 м/с (1.3)
Найдём времяперехода привода с рабочей скорости на пониженную скорость:
tт1= (Vр-Vп) / адоп = (1,5–0,28) / 2 = 0,61 с
Путь,проходимый за время tт1:
Lт1= Vр∙ tт1 – адоп ∙ tт12/ 2 = 1,5∙0,61 – 2∙0,612 / 2 = 0,54 м (1.4)
Времяперехода с пониженной скорости до полной остановки (механическое торможение):
tт2= Vп / адоп = 0,28 / 2 = 0,14 с (1.5)
Расстояние,проходимое лифтом на пониженной скорости:
Lп= Vп ∙ tп = 0,28 ∙ 0,1 = 0,028 м (1.6)
Путь,проходимый лифтом между двумя соседними этажами, определим как:
L = H / N = 45 / 12 = 3,75 м
Примем L = 3,5 м.
Путь,проходимый лифтом за время разгона, перехода на пониженную скорость, работы напониженной скорости и торможения до полной остановки:
L0= Lр + Lт1 + Lп + Lт2 = 0,56 + 0,54+ 0,028 + 0,02 = 1,4 м (1.7)
Найдём путь,проходимый лифтом между двумя соседними этажами с установившейся рабочейскоростью:
Lраб= L – L0= 3,5 – 1,4 = 2,1 м (1.8)
Время работыс установившейся рабочей скоростью:
tуст =Lраб / Vраб = 2,1 / 1,5 = 1,4 с (1.9)
Времяостановки (паузы) будем рассчитывать исходя из времени открытия-закрытия дверейи времени входа-выхода пассажиров. Время открытия-закрытия дверей по 0,5 с.Вместимость кабины 4 пассажира. Время входа-выхода одного пассажира 0,5 с.Итого суммарное время паузы получим tост=5 с.
Время цикланайдём как:
Tц=tр + tуст+tт1 +tп +tт2 +tост =0,75+1,4+0,61+0,1+0,14+5=8с (1.10)
Определимрасчётную продолжительность включения:
ПВр=(tр+tуст +tт1 + tп + tт2)/Tц=(0,75+1,4+0,61+0,1+0,14)/8=0,375 (1.11)
Из выражения(1.11) следует, что режим работы лифта повторнократковременный. Значит, двигательбудем выбирать номинального режима S3.
1.2Количественная оценка моментов и сил сопротивления
Нагрузка лифта являетсяпотенциальной.
Определим статическиемоменты для различных режимов работы лифта по общей формуле:
Мс1 пр = (Gк + К1∙Gг — Gпр)∙103∙R/ (з∙i), (1.12)
где з – КПД червячногоредуктора;
Gпр – вес потивовеса, кН.
Вес потивовеса определимкак:
Gпр = Gк + 0,5∙ Gг = 19 + 0,5∙10 = 24кН
1. Подъём кабины сгрузом:
Мс1 пр= (Gк + К1∙Gг — Gпр)∙103∙R/ (зпр ∙ i) = (19 + 0,85∙10 – 24)∙ 103∙0,56 / (21,2∙0,63) = 147 Н∙м
2. Подъём кабины безгруза:
Мс2 пр = (-Gк + Gпр)∙103∙R/ (зобр ∙ i) = (-19 + 24)∙ 103∙ 0,56 / (21,2∙0,45)= 293,5 Н∙м
3. Спуск кабины с грузом:
Мс3 пр =(Gк + К1∙Gг — Gпр)∙103∙R/ (зобр ∙ i) = (19 + 0,85∙10 – 24)∙ 103∙0,56 / (21,2∙0,45)= 205 Н∙м
4. Спуск кабины безгруза:
Мс4 пр = (-Gк + Gпр)∙103∙R/ (зпр ∙ i) = (-19 + 24)∙ 103∙ 0,56 / (21,2∙0,63)= 210 Н∙м
Из приведенных расчётоввидно, что самым большим моментом является Мс2 пр. Следовательно,самым тяжёлым режимом является подъём кабины без груза. По этому режимуи будем выбирать двигатель.
1.3 Составлениерасчётной схемы механической части электропривода
Для теоретическогоисследования реальную механическую часть электропривода заменяем динамическиэквивалентной приведенной расчётной схемой, состоящей из сосредоточенныхинерционных элементов, соединённых между собой упругими связями, и обладающейтаким же энергетическим запасом, как и исходная реальная система привода.Параметрами эквивалентной приведенной расчётной схемы являются суммарныеприведенные моменты инерции масс, образованные приведенными массами, связимежду которыми приняты жёсткими, и эквивалентные приведенные жёсткостимеханических упругих связей.
Составляем кинематическуюсхему для случая, когда кабина лифта находится на первом этаже. Тогда получаемдвухмассовую консервативную расчётную схему, одна масса который включает в себякабину лифта с грузом или без груза, а другая всю остальную механическую часть(вместе с противовесом). Жёсткость определим как:
С12 = С / Н ∙Rпр ∙ К2, (1.13)
где Rпр – радиус приведения, м.
Радиус приведения найдёмпо следующей формуле:
Rпр = R / i = 0,56 / 21,2 = 0,0264 м (1.14)
Тогда жёсткость:
С12 = С / Н ∙Rпр ∙ К2 =2,13 ∙ 106 / 45 ∙ 0,02642 ∙ 4 = 132 Н∙м
Определение приведенныхпараметров механической части к валу двигателя осуществляем по следующимвыражениям.
Момент инерции первоймассы:
J1 = Jдв +Jвр + Jпр, (1.15)
где Jдв – моментинерции двигателя, кг∙м2;
Jвр – приведенныйк валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся частей, кг∙м2;
Jпр – приведенныйк валу двигателя момент инерции противовеса, кг∙м2.
Согласно заданиюприведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся частей составляет 25%от момента инерции двигателя, т.е. Jвр = 0,25∙ Jдв.
Момент инерциипротивовеса:
Jпр = mпр ∙ Rпр2 = Gпр ∙103/g ∙ Rпр2 = 24∙103/ 10 ∙ 0,02642 = 1,7 кг∙м2
Момент инерции второймассы:
J2 = mк ∙ Rпр2 = Gк ∙103/g ∙ Rпр2 = 19∙103/ 10 ∙ 0,02642 = 1,3 кг∙м2
Определим приведенные квалу двигателя значения точности останова, скоростей, ускорения, пути.
Точность останова:
∆ц = ∆S / Rпр = 0,02 / 0,0264 = 0,76рад (1.16)
Рабочая скорость:
wр = Vр/ Rпр = 1,5 / 0,0264 = 56,8 рад/с (1.17)
Пониженная скорость:
wп = Vп/ Rпр = 0,28 / 0,0264 = 10,6 рад/с (1.18)
Допустимое ускорение:
едоп = адоп/ Rпр = 2 / 0,0264 = 75,7рад/с2 (1.19)
Угол поворота двигателяпри перемещении кабины между двумя этажами:
ц = S / Rпр = 3,5 / 0,0264 = 132,6рад (1.20)
1.4 Построениенагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины
Нагрузочная диаграммамеханизма представляет собой зависимость приведенного к валу двигателя моментав функции времени за цикл работы.
Изприведенных выше анализа получено, что лифт может работать в четырёх режимах:
– подъёмкабины с грузом;
– подъёмкабины без груза;
– спусккабины с грузом;
– спусккабины без груза.
При этом самым тяжёлымявляется подъём кабины без груза. По этому режиму и будем выбирать двигатель.
Таким образом, нагрузкаявляется активной и в процессе движения не изменяется (до следующей остановки).По этому описанию строим нагрузочные диаграммы для каждого из режимов.
Механическаяхарактеристика рабочей машины есть зависимость статического момента от скоростирабочего вала. Так как на выходе вала двигателя установлен червячный редуктор,являющийся самотормозящей парой, то механические характеристики привода будутнаходиться в первом и третьем квадрантах.
Механическаяхарактеристика лифта изображена в приложении Б.
2. Анализи описание системы «электропривод-сеть» и «электропривод-оператор»
2.1 Анализ и описаниесистемы «электропривод – сеть»
Анализ и описание системы«электропривод – сеть» необходимо проводить для оценки влияния параметровпитающей сети на работу электропривода. Стандартами допускаются отклонения напряженияи частоты в заданных пределах, поэтому рассмотрим особенности каждой из систем,которые может быть выбраны в качестве наилучших.
Если в качественаилучшего из вариантов будет выбран электропривод постоянного тока, то в этомслучае важным вопросом является согласование выбора схемы выпрямления стребуемым значением выпрямленного напряжения. Кроме того, при выборе схемывыпрямления необходимо учитывать мощность электропривода, режимы его работы, атакже предварительную стоимость. Для обеспечения высоких динамическихпоказателей выпрямитель должен иметь достаточный запас по напряжению. Длясогласования сети и выпрямителя устанавливаются токоограничивающие реакторы илисогласующий трансформатор. В случае выбора двигателя с номинальным напряжением440В устанавливаются реакторы. Если двигатель изготовлен на номинальноенапряжение 220В, то во избежание работы выпрямителя в зарегулированном режиме,предпочтительнее использовать трансформатор. Если в результате проведенияметодом экспертных оценок будет выбран в качестве наилучшего вариантаасинхронный привод (двигатель), то уменьшение напряжения сети вызовет резкоеуменьшение момента критического (при снижении напряжения на 10% моментуменьшится на 19%). Это обстоятельство может привести к остановке двигателя, т.е.к не обеспечению требуемого технологического режима. При увеличении напряженияв сети механическая характеристика привода (двигателя) становится жёстче,вследствие чего при постоянном статическом моменте происходит увеличениескорости, что может противоречить требованиям, предъявляемым рабочим органом кпроектируемому электроприводу. Изменение частоты напряжения в сети приводит вразомкнутых системах к изменению заданной скорости вращения, т.е. уменьшениюточности системы, а также к нежелательному изменению других показателейрегулирования.
2.2 Анализ и описаниесистемы «электропривод – оператор»
Анализ и описание системы«электропривод – оператор» нужен для проектирования схемы управления с той илииной степенью, учёта требований охраны труда и техники безопасности иобеспечения качественного протекания технологических процессов.
Лифтотносится к механизмам, работающим всё время в относительно тяжёлыхдинамических условиях, характеризующихся частыми пусками, остановами,изменениями направления скорости вращения со значительной статической нагрузкойна валу двигателя. В связи с этим требуется разработать схему управления,которая обеспечивала бы автоматический пуск и останов привода, перевод его напониженную скорость для обеспечения точности останова.
Длявыполнения этой задачи в схеме управления нужно использовать кнопки,контакторы, реле времени и путевые датчики. Кроме того, разработанная схемауправления должна обеспечивать пассажирам и обслуживающему персоналу безопаснуюработу и хорошие условия при эксплуатации наладке лифта.
3. Выборпринципиальных решений
3.1Построение механической части привода
Для упрощениямеханической части, уменьшения габаритов и потерь, а также осуществленияблагоприятного динамического режима, следует осуществлять передачу движения отдвигателя к рабочему органу как можно более децентрализованным путём и безиспользования промежуточных звеньев в виде редукторов или других механизмов.Однако обеспечить лифту скорость 1,5 м/с представляет собой значительныетрудности, т.к. для этого необходимо изготовить двигатель по спецзаказу. А этообойдётся значительно дороже. Вместе с тем повышение номинальной скоростивращения двигателей уменьшает их массу, габариты, себестоимость, что влияет натехнико-экономические показатели лифта в целом.
Поэтому при эксплуатациидля согласования скоростей двигателя и нагрузки используют червячный редуктор,являющийся самотормозящей парой. Кроме того, редуктор должен удовлетворятьопределённым требованиям в отношении габаритов, КПД, люфта, кинематическойточности, инерционности, жёсткости и надёжности. Так как лифт являетсяпозиционным механизмом, то главным требованием к редуктору являетсякинематическая точность. Также для реверсивных передач величина бокового зазорадолжна быть минимальной.
3.2 Выбортипа привода (двигателя) и способа регулирования координат
Основой для выбора типапривода (двигателя) и способа регулирования координат являются требования,предъявляемые механической частью, обеспечиваемые технологические режимы, атакже условия эксплуатации.
В данном случаенеобходимо производить регулирование скорости, которые состоит в переводеэлектропривода на пониженную скорость. Этим определяется диапазонрегулирования:
wр 56,8
D = – = – = 5,34 (3.1)
wп 10,6
При этом следуетучитывать энергетический аспект выбора способа регулирования скорости. Этозначит, что минимальный габарит двигателя и его полное использование по нагревуимеет место тогда, когда способ регулирования скорости по показанию допустимойнагрузки соответствует зависимости нагрузки от скорости.
Так как механическаяхарактеристика механизма является крановой нагрузкой, то целесообразноиспользовать способ регулирования скорости при постоянном моменте, т.е.регулирование с Мс = const. В случае применения такого способа двигателюобеспечивается наилучший тепловой режим.
Регулирование скоростипри постоянном моменте обеспечивают следующие системы:
— двигательпостоянного тока с шунтированием якоря.
— двигательпостоянного тока с реостатным управлением;
— асинхронныйдвигатель с фазным ротором (АД с ФР);
— системагенератор – двигатель (Г-Д);
— АД спереключением числа параметры полюсов и коробкой передач;
— асинхронныйдвигатель с частотным управлением (АИН-АД);
— двигательпостоянного тока с управляемым выпрямителем (УВ-ДПТ).
Системы «двигательпостоянного тока с реостатным управлением» и «двигатель постоянного тока сшунтированием якоря» являются наихудшими способами регулирования с точки зренияобеспечения наилучшего теплового режима. Это объясняется тем, что такой способрегулирования является параметрическим, а значит неполноценным. (не изменяетсяскорость холостого хода). Система генератор – двигатель является моральноустаревшей.
В связи с этим в качестверассматриваемых вариантов приводов оценим три оставшиеся системы.
3.3 Оценкаи сравнение выбранных вариантов
Проделаем сравнительнуюоценку следующих систем:
— АД спереключением числа параметры полюсов и коробкой передач;
— асинхронныйдвигатель с частотным управлением (АИН-АД);
— двигательпостоянного тока с управляемым выпрямителем (УВ-ДПТ).
Из нескольких вариантовсистем электропривода проведение строгих технико-экономических расчётов непредставляется возможным из-за отсутствия требуемых исходных данных. Поэтомувоспользуемся приблизительным «методом экспертных оценок». Сравнениепредварительных результатов или вариантов решения производится относительно nхарактеристик системы, путём сравнения определённых значений соответствующихпоказателей качества qi. Показатели качества служат для количественнойхарактеристики степени выполнения требований задания на проектированиеэлектропривода, а также других требований рабочей машины. Показатели качествалежат в пределах от 1-цы до 5-ти. На основе этих показателей может бытьохарактеризована степень выполнения каждого отдельного требования путёмназначения соответствующей оценки.
Выбор варианта в качественаилучшего зависит от того насколько равноправными являются характеристикисистемы, т.е. нужно оценить их значимость для выполнения необходимых требований,предъявляемых со стороны рабочего механизма. Для этого вводятся весовыекоэффициенты лi, которые можно охарактеризовать следующим образом:
— 5 – i-яхарактеристика системы имеет определяющее значение для достижения поставленнойцели;
— 4 – i-яхарактеристика системы имеет большое значение;
— 3 – i-яхарактеристика системы имеет достаточно важное значение;
— 2 – i-юхарактеристику системы желательно учесть;
— 1 – i-яхарактеристика системы является несущественной для выполнения задачи.
Выбор наилучшего решенияпроизводится определением взвешенной суммы. Наилучший вариант имеет большуюсумму:
S = ∑ лi∙qi (3.2)
Для системы АД спереключением числа параметры полюсов и коробкой передач взвешенная сумма:
S = 5∙2+5∙2+4∙3+5∙4+5∙2+5∙5+3∙4+4∙4+4∙5+5∙3+4∙5= 170
Для системы АИН – АДвзвешенная сумма:
S = 5∙5+5∙5+4∙3+5∙4+5∙5+5∙3+3∙2+4∙3+4∙5+5∙5+4∙4= 201
Для системы УВ – ДПТвзвешенная сумма:
S = 5∙5+5∙5+4∙4+5∙5+5∙5+5∙4+3∙3+4∙4+4∙4+5∙5+4∙4= 221
Система УВ – ДПТ имеетнаибольшую взвешенную сумму. Таким образом, система УВ – ДПТ подлежитдальнейшему расчёту.
4. Расчётсилового электропривода4.1 Расчётпараметров и выбор двигателя
Расчётмощности двигателя по нагреву сводится к определению наибольшей температурыперегрева его изоляции Тmax и сравнению её с допустимой Тдоп:
Тдоп>= Тmax (4.1)
Этот методдля практических расчётов либо затруднён из-за сложности построения кривойнагрева двигателя, либо вообще невозможен, что характерно для предварительногоэтапа выбора двигателя. Поэтому на практике применяют метод средних потерь,считая его относительно точным. Однако в данном случае по причине не знаниятоков, протекающих по якорной цепи двигателя, использовать этот метод непредставляется возможным. В процессе работы постоянные потери двигателяизменяются только при переходе и работе на пониженной скорости. А так какработа на пониженной скорости происходит на малом временном интервале посравнению с работой на рабочей скорости, то изменением постоянных потерь можнопренебречь. Сопротивления привода и обмотки возбуждения двигателя в течениицикла работы остаются неизменными. Поэтому, принимая во внимания выше принятыедопущения, вместо метода средних потерь для оценки нагрева можно использоватьметод эквивалентного тока.
Оба последнихметода можно использовать для проверки двигателя по нагреву, но дляпредварительного выбора двигателя ими пользоваться нельзя. Поэтому дляпредварительного выбора двигателя применим метод эквивалентного момента. Общеевыражение метода эквивалентного момента определяется как:
∑ Мi2∙ ti
Мн >= Мэ =---------------------------- (4.2)
вп∙tп+ вт∙tт + во∙tо + tр
Для обеспечениятребуемого технологического режима лифта необходимо выбрать двигатель сдостаточно большим пусковым моментом, частыми пусками и реверсами. Такиехарактеристики имеют двигатели краново-металлургической серии номинальногорежима S3.
Согласно методуэкспертных оценок наилучшими технико-экономическими показателями обладаетсистема УВ-ДПТ. Поэтому по заданным критериям будем выбирать двигатель серии Д. Двигателиэтой серии имеют независимую вентиляцию, в связи с чем все коэффициентыухудшения охлаждения будут иметь значение равное 1-це. Расчёт эквивалентногомомента проводим для повторно-кратковременного режима работы.
В соответствие стахограммой и нагрузочной диаграммой подставляем в выражение (4.2) статическихнагрузок 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 эквивалентнуюмощность:
Рэ = k ∙Мэ ст ∙ wн дв, (4.5)
где wн дв – номинальнаяскорость двигателя, рад/с.
Рэ = k ∙Мэ ст ∙ wн дв = 1,1 ∙ 285 ∙ 68 = 21318Вт (4.6)
Выбираем двигатель изусловия:
Рн дв >= Рэ=21318 Вт (4.7)
Двигатель, выбранный поусловию (4.7), приведен в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Техническиеданные выбранного двигателя
Тип
Двигателя
Рн,
кВт
Iн,
А
n
об/мин
Мmax
Н∙м
Uн
В
J
кг∙м2 Д806 22 116 650 981 220 1
Проверим выбранныйдвигатель по перегрузочной способности, т.е. должно соблюдаться условие:
Мдвmax>= Мсmax, (4.8)
где Мдвmax– максимальное значение момента, которое способен развить двигатель, Н∙м;
Мсmax– максимальное значение момента нагрузки в течение рабочего цикла, Н∙м.
Выбранный двигатель втечение 10 с может работать с нагрузкой, втрое превышающую номинальную, т.е. Мдвmax = 3∙Мн. Номинальный момент двигателя найдём извыражения:
Рн 22000
Мн = – = ––––– = 324 Н∙м (4.9)
wн 68
Получаем: Мдвmax= 3 ∙ 324 = 972 Н∙м. Максимальное значение момента нагрузки приработе лифт режиме «Подъём кабины без груза»: Мс2 = 294 Н∙м,на основании чего можно сделать заключение о выполнении условия (4.8).
Проверим выбранныйдвигатель по условиям пуска:
Мдвп>= Мсп, (4.10)
где Мдвп– значение пускового момента двигателя, Н∙м;
Мсп– статический момент нагрузки на валу двигателя во время пуска, Н∙м.
Пусковой момент двигателяравен Мп = Мдвmax=3∙324 = 972 Н∙м.Статический момент нагрузки на валу двигателя во время пуска Мс п =Мс2 = 294 Н∙м. Значит, выбранный двигатель удовлетворяетусловиям пуска.
Так как работает вдостаточно тяжёлом режиме, характеризующимся частыми пусками, остановами,изменением направления вращения, то возникает необходимость проверить двигательпо допустимому числу включений в час. Согласно паспортным данным двигательимеет допустимое число включений в час – 2000. Рабочий механизм за цикл работы(Тц = 8 с) требует останова 1 раз. Тогда реальное число включений вчас 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 изэтого приходим к выводу, что выбранный двигатель обеспечивает требуемое рабочиммеханизмом число включений в час.
Зная моментинерции двигателя, определим момент инерции первой массы по формуле (1.15):
J1 = Jдв +Jвр + Jпр,
где Jдв – моментинерции двигателя, кг∙м2;
Jвр – приведенныйк валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся частей, кг∙м2;
Jпр – приведенныйк валу двигателя момент инерции противовеса, кг∙м2.
Подставляячисленные значения, получаем:
J1 = Jдв +Jвр + Jпр = 1 + 0,25 + 1,7 = 2,95 кг∙м2
4.2 Расчётпараметров и выбор силового преобразователя
Всоответствие с методом экспертных оценок в качестве выбранной системыэлектропривода лифта используем двигатель постоянного тока с управляемымвыпрямителем. Регулирование скорости (т.е. переход на пониженную скорость) осуществляемизменением напряжения, подводимого к якорю двигателя.
Согласноусловиям технологического режима в процессе работы необходимо изменятьнаправление вращения двигателя лифта, то устанавливаем реверсивный привод.Кроме изменения направления вращения двигателя лифта, это даст возможностьосуществлять торможение путём рекуперации энергии в сеть, т.е. использоватьсамый экономичный способ электрического торможения. Для уменьшения мощностисилового оборудования выбираем управляемый выпрямитель с трёхфазной мостовойсхемой. Выбор тиристорного преобразователя должен производиться по следующимкритериям:
Iн >=Iн дв; Udн > Uн дв.
Согласновышеприведенным условиям, выбираем тиристорный преобразователь, входящий всостав комплектного тиристорного электропривода серии КТЭУ и имеет следующиеноминальные параметры:
— Iн= 200 А;
— Udн= 230 В.
5. Расчётстатических механических и электромеханических характеристик привода
Рассчитаемноминальные параметры двигателя.
По причинеотсутствия в справочных данных на двигатель сопротивлений Rя, Rдп, Rко оп-ределим суммарноесопротивление якоря в нагретом состоянии из условия, что в ДПТ с независимымвозбуждением переменные потери приблизительно составляют 50% от полных потерь:
тахограммаэлектропривод сопротивление
Uн
Rя∑ = в ∙ (1-зн)∙ – (5.1)
Iн
НоминальноеКПД 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
Номинальнаяугловая скорость:
wн= (р ∙ nн) / 30 = (р ∙ 650) / 30 = 68 рад/с (5.4)
Определиммомент номинальный на валу двигателя:
Mн = Рн / wн= 22000 / 68 = 324 Н ∙ м (5.5)
Номинальныйкоэффициент ЭДС двигателя:
Uн – Iн ∙ Rя∑ 220 – 116 ∙ 0,13
Сe = ––––––––– = –––––––––––––= 3,01 В∙с / рад (5.6)
wн 68
Найдёмкоэффициент связи между Мн и током якоря Iн:
См = Мн / Iн = 324 / 116 = 2,79 В ∙с / рад (5.7)
Естественнаястатическая механическая характеристика имеет вид:
Uн Rя∑
w = ––– M ∙ –––– –– (5.8)
Ce Ce∙См
Так какмеханическая характеристика привода отличается от механической характеристикидвигателя, то перейдём к построению характеристики привода. Общий видстатической механической характеристики системы УВ – ДПТ в режиме непрерывныхтоков следующий:
Edo ∙cosб – ДUв Rо
w = ––––––––––––––– M ∙ – ––––– (5.9)
Ce Ce∙См
Из выражения(5.9) видно, что для построения статической механической характеристики приводав режиме непрерывных токов необходимо определить максимальное выпрямленноенапряжение на выходе УВ, угол управлениятиристорами б дляобеспечения различных скоростей для различных статических моментов и суммарноесопротивлении привода с учётом сопротивления коммутации Rк.
Определимкакое значение пониженного напряжения нужно обдавать на якорь двигателя дляполучения рабочей скорости при различных загрузках.
Rя∑
Uk = wр ∙ Ce + Мk ∙ –––––
Cм
В результатеподстановки численных значений и вычислений получили следующие характеристики:
— при Мспр1 = 147 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U1 = 178 В;
— при Мспр2 = 294 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U2 = 185 В;
— при Мспр3 = 205 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U3 = 180,5 В;
— при Мспр4 = 210 Н∙м для wр=56,8 рад/с: U4 = 180,7 В.
Из расчетоввидно, что максимальное напряжение нужно подавать при работе с моментстатическим Мс пр2 = 294 Н∙м. Так как выбранный двигательимеет номинальное напряжение 220В, то для исключения работы управляемоговыпрямителя в зарегулированном режиме устанавливаем на входе преобразователясогласующий трансформатор. По этому режиму и будем рассчитывать выбиратьтрансформатор.
Найдёммаксимальное выпрямленное напряжение на выходе УВ:
Edo = kз∙ U2 = 1,1 ∙ 185 = 203,5 В (5.10)
где kз– коэффициент запаса по напряжению.
Определимпредварительное 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 примаксимальной загрузке распределителя определим следующим образом:
I2 = Мс2 / См= 294 / 2,79 = 105,4 А (5.11)
Ток вторичнойобмотки:
I2т = √2/3 ∙ I2 ∙ ki = √2/3 ∙105,4 ∙ 1,1 = 95 А (5.12)
где I2 – ток при максимальнойзагрузке распределителя, А;
ki – коэффициентнепрямоугольности тока.
Исходя изследующих условий выбираем трансформатор:
U2л н >= U2л = 150,6 В; I2т н >= I2т = 95 А.
Номинальныеданные выбранного трансформатора представлены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 –Номинальные данные выбранного трансформатора
Тип
Трансформатора
Номинальныая
мощность, кВ ∙ А
U1л н,
В
U2л н,
В
I2т н,
А
Ркз,
Вт
Uкз,
% ТСП-63/0,7 – УХЛ4 58 380 205 164 1900 5,5
Активноесопротивление фазы трансформатора:
Pкз 1900
Rт = –––––– = ––––––––––––= 0,0235 Ом (5.13)
m ∙ I22т н 3 ∙ 1642
Полноесопротивление фазы трансформатора:
zт = (U2ф н / I2т н) ∙ (Uк / 100), (5.14)
где U2ф н – номинальное фазноезначение 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)
Индуктивноесопротивление фазы трансформатора:
XL= √ zт2 – Rт2 = √ 0,042– 0,02352 = 0,032 Ом (5.17)
Индуктивность фазытрансформатора:
Lт = XL/ (2 ∙ р ∙ f) = 0,032 / (2 ∙3,14 ∙ 50) = 0,0001 Гн = 0,1 мГн (5.18)
С учётомвыбора трансформатора определим максимальное выпрямленное напряжение на выходеУВ:
Edo= √2 ∙ U2л ∙ (m/р) ∙ sin (р/m) = √2 ∙205∙ (6/р) ∙ sin (р/6) = 276,8 В (5.19)
Находимсуммарное сопротивление привода:
Ro = Rя∑+ 2 Rт + Rком + Rсд (5.20)
Сопротивлениекоммутации определим как:
m∙ XL 6 ∙ 0,032
Rком= –––––––––––– = –––––––– = 0,03 Ом (5.21)
2∙ р 2 ∙ р
Для выявлениянеобходимости установки дросселя с целью ограничения пульсаций тока наколлекторе определим реальный уровень пульсаций тока на коллекторе последующему выражению:
ee∙ Edo
ie= –––––––––––––––––– , (5.22)
Iн ∙wo ∙ (Lя + 2∙Lт)
где ee –коэффициент (для мостовых схем принимается равным 0,24).
Индуктивностьобмотки 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 – коэффициентдля двигателей, имеющих компенсационную обмотку.
Определимзначение 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
Найдём значениеRo:
Ro = Rя∑+ 2 Rт + Rком + Rсд = 0,13 + 2 ∙ 0,0235 +0,03 = 0,207 Ом (5.25)
Определимугол управления б при различных приведенных загрузках Мсi длярабочей 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)
Углыуправления для обеспечения пониженной скорости определим по формуле (5.26) сзаменой 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) углыуправления б для рабочей и пониженной скорости с различными статическимимоментами приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 –Расчёт углов управления б
Мсi, Н∙м wi, рад/с 147 294 205 210 56,8
48о
45о
47,2о
47о 10,6
81о
78о
79,8о
79,7о
Определимтоки Idгрi, моменты Мdгрi и скорости wdгрi в режиме граничных токовдля различных углов б:
Edo ∙ sin бi
Idгрi = ––––––––––––––– ∙(1 – р/m ∙сtg (р/m)) (5.29)
2∙XL + 2∙р∙fc∙Lя
Мdгрi = Cм ∙ Idгрi (5.30)
Edo ∙ cosбi – ДUв Rо
wdгр i = ––––––––––––– Md гр i ∙ –––––––––– (5.31)
Ce Ce∙См
Рассчитанныезначения граничных токов, моментов и соответствующих им угловых скоростей длярабочей и пониженной скорости с различными статическими моментами (с разнымиуглами управления б приведены в таблице 5.3
Таблица 5.3 –Расчёт значений граничных токов, моментов и скоростей для различных углов б
Угол управления б, о
Граничный ток Id гр i, А
Граничный момент Md гр i, Н∙м
Граничная скорость wd гр i, рад/с
48о 15,79 44,06 59,34
45о 15,01 41,88 63,01
47,2о 15,49 43,23 60,79
47о 15,47 43,15 61,91
81о 20,85 58,17 12,79
78о 20,69 57,74 16,42
79,8о 20,79 58,01 14,22
79,7о 20,78 57,99 14,35
Из таблицы5.3 видно, что на пониженной скорости максимальный момент, развиваемыйдвигателем, Md гр = 58,17 Н∙м. В свою очередь минимальныйстатический момент, который нужно преодолеть лифту, составляет Мс1 =147 Н∙м. Поэтому для ограничения зоны прерывистых токов сглаживающийдроссель устанавливать не требуется.
Рассчитаемтоки Iчi, противо ЭДС Eчi, моменты Мчi искорости wчi в режиме прерывистых токов для различных углов б:
m Edo
Iчi= –– ∙ ––––––––– ∙ sin(ч/2)∙sin(ч/2–р/m+б)∙[1–ч/2∙ctg(ч/2)] (5.32)
р 2∙XL + 2∙р∙fc∙L
Edo
Eчi= – ∙ [sin (ч/2 – р/m+бi) – sin (бi – р/m)] – ДUв –Ro∙Iя (5.33)
ч
Мчi= См ∙ Iчi (5.34)
wчi= Eчi / Сe (5.35)
Подставляя вформулы (3.42) – (3.45) различные значения длительности протекания тока ч, дляфиксированных углов управления тиристорами б определим токи Iчi,противо ЭДС Eчi, моменты Мчi и скорости wчi врежиме прерывистых токов.
Таблица 5.4 –Расчёт режима прерывистых токов
Расчёт для рабочей скорости (wр = 56,8 рад/с)
б1 = 48о Ч
Iчi
Мчi
Ечi
wчi 0.20 0.06088 0.170 250.96 83.38 0.40 0.59347 1.656 237.29 78.83 0.60 2.33526 6.515 220.36 73.21 0.80 6.24746 17.430 200.34 66.56 1.00 13.42441 37.454 177.42 58.94
б1 = 45о Ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.05355 0.149 256.44 85.20 0.40 0.53767 1.500 244.05 81.08 0.60 2.15873 6.023 228.31 75.85 0.80 5.86168 16.354 209.37 69.56 1.00 12.74273 35.552 187.4 62.26
б1 = 47,2о Ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.05894 0.164 252.49 83.88 0.40 0.57875 1.615 239.15 79.45 0.60 2.28879 6.386 222.54 73.93 0.80 6.14621 17.148 202.80 67.38 1.00 13.24615 36.957 180.13 59.85
б1 = 47о ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.05846 0.163 252.87 84.01 0.40 0.57505 1.604 239.61 79.61 0.60 2.27711 6.353 223.08 74.1 0.80 6.12072 17.077 203.41 67.58 1.00 13.20118 36.831 180.81 60.07
Расчёт для пониженной скорости (wп = 10,6 рад/с)
б1 = 81о ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.12650 0.353 149.57 49.69 0.40 1.06999 2.985 124.91 41.50 0.60 3.76227 10.497 98.53 32.73 0.80 9.16510 25.571 70.75 23.51 1.00 18.16119 50.670 41.93 13.93
б1 = 78о ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.12198 0.340 161.46 53.64 0.40 1.03932 2.900 137.51 45.68 0.60 3.67831 10.262 111.66 37.10 0.80 9.01426 25.150 84.2 27.98 1.00 17.96268 50.116 55.57 18.46
б1 = 79,8о ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.12473 0.348 154.38 51.29 0.40 1.05807 2.952 129.99 43.19 0.60 3.72991 10.406 103.82 34.49 0.80 9.10776 25.411 76.17 25.31 1.00 18.08773 50.465 47.41 15.75
б1 = 79,7о ч
Iчi
Eчi
Мчi
wчi 0.20 0.12458 0.348 154.77 51.42 0.40 1.05705 2.949 130.42 43.33 0.60 3.72714 10.399 104.26 34.64 0.80 9.10280 25.397 76.62 25.45 1.00 18.08125 50.447 47.86 15.90
6. Расчётпереходных процессов в электроприводе за цикл
работы
Чтобырассчитать переходных процессов за цикл работы, представим электропривод какэлектромеханическую систему в виде последовательно соединённых между собойзвеньев. Это означает, что каждый элемент, входящий в электропривод, опишем емусоответствующим звеном.
Дляограничения рывка нужно плавно задавать скорость, т.е. напряжение заданиядолжно изменяться до установившейся величины по определённому закону. Для этогона входе системы устанавливаем задатчик интенсивности, который описываетсяинтегрирующем звеном и имеет передаточную функцию в виде:
1
W(p) = –, (6.1)
Tи∙p
где Tи – постоянная времениинтегрирующего звена, с.
Постояннуювремени интегрирующего звена определим исходя из времени, в течении которогонапряжение задания должно достигнуть установившегося значения. В свою очередьнапряжение задания достигнет установившегося значения, когда ускорение будетпостоянным. Отсюда находим постоянную времени Tи.
адоп
Tи = –––, (6.2)
rдоп
где адоп– допустимое ускорение, м\с2;
rдоп – допустимый рывок, м\с3.
адоп 2
Tи = ––– = –––– = 0,4 с
rдоп 5
Для того,чтобы проектируемый электропривод мог обеспечивать максимальное быстродействиепри ограничении ускорения и рывка, необходимый диапазон регулирования дляобеспечения заданной точности останова, а также при различных загрузках лифтаиметь одну и ту же рабочую скорость, необходимо строить замкнутую системустабилизации скорости. При этом для стабилизации скорости регулятор скоростипри настройке контура скорости на симметричный оптимум, а для достижениямаксимального быстродействия при минимальном перерегулировании и ограниченияускорения нужно рассчитать регулятор тока и настроить контур тока на модульныйоптимум.
Управляемыйвыпрямитель описывается апериодическим звеном первого порядка, коэффициентпередачи которого Kтп, постоянная времени Ттп. Двигательтакже представляет собой инерционное звено. Датчик тока и датчик скоростиописываются безинерционными звеньями.
Выясним можноли пренебречь упругими звеньями кинематических звеньев, чтобы принять расчётнуюсхему механической части одномассовой.
В случаеодномассовой расчётной схемы должно соблюдаться условие:
J1 ∙ J2
tрег жел >= 40∙ р ––––––– , (6.3)
C (J1 + J2)
где tрег жел – желаемое времярегулирования, с;
J1 – приведенный моментинерции первой массы, кг∙м2;
J2 – приведенный моментинерции второй массы, кг∙м2;
С – приведеннаяжёсткость, Н∙м.
Подставляем вформулу (6.3) численные значения:
J1 ∙ J2 2,95∙1,3
tрег жел >= 40∙ р ––––––– =40∙ р –––––––––– = 10,4 с
C (J1 + J2) 132 ∙(2,95+1,3)
Из первогопункта расчётов получили, что желаемое время регулирования tрег жел = 0,75 с. Значит,условие (6.3) не выполняется. Поэтому принимаем расчётную схему механическойчасти двухмассовой консервативной и проводим расчёт для этой системы. Расчётнаясхема механической части включает три интегрирующих звена и имеет две обратныесвязи: по скорости и по моменту.
Для расчётапараметров регулятора тока нужно записать желаемую передаточную функциюразомкнутого контура тока и приравнять её к передаточной функции реальнойпередаточной функции разомкнутой системы, умноженной на передаточную функциюрегулятора тока. В результате преобразований найдём передаточную функциюрегулятора тока:
Tоp + 1
W(p)рт = ––––––––––––––––, (6.4)
a1Tмp kтпkот / Rо
где Tм – некомпенсируемаяпостоянная времени (Tм = Tтп), с;
а1– коэффициент демпфирования по току (для модульного оптимума принимается а1=2);
kтп – коэффициент передачиуправляемого выпрямителя;
kот – коэффициент обратнойсвязи по току, В/А;
Rо – суммарное сопротивлениепривода, Ом;
Tо – постоянная временипривода, с.
При расчёте контура скорости передаточная функцияконтура тока представляет собой:
1 / koт
W(p)= –––––––––––––––– (6.5)
a1Tм2p2 + a1Tмp+ 1
Так как членa1Tм2p2 мал посравнениюс a1Tмp, то при расчёте регулятора скорости учитывать егоне будем. После преобразований передаточная функция регулятора скорости имеетвид:
J ∙ kот 8 Tмp + 1
W(p)рс= –––––– ∙ –––––––––, (6.6)
Cм ∙ kос 4Tм ∙ 8 Tмp
где J – суммарныйприведенный момент инерции привода, кг ∙ м2;
kос –коэффициент обратной связи по скорости, В∙с/рад.
Такимобразом, в результате расчёта системы получили ПИ-регулятор тока и ПИ-регуляторскорости.
Структурнаясхема замкнутой системы стабилизации скорости представлена в приложении В.
Рассчитаемпараметры системы.
Коэффициентпередачи тиристорного преобразователя:
kтп= Edo / Uy = 276,8 / 10 = 27,68 (6.7)
Рассчитаемкоэффициенты обратных связей по току и скорости.
Коэффициентобратной связи по току:
kот= Uзт max / Imax = 10 / (3 ∙ 168) = 0,0287 В/А (6.8)
Коэффициентобратной связи по скорости:
kос= Uзс max / wp =10 / 56,8 = 0,176 В∙с/рад (6.9)
Сопротивлениепривода: Ro = 0,27 Ом.
Постояннаявремени находится так:
Lя + 2 ∙ LТ 0,0035+ 2 ∙ 0,1 ∙ 10-3
To = ––––––– = ––––––––––––––––––––= 0,018 с (6.10)
Rо 0,207
Коэффициентсвязи тока и момента двигателя на валу: См = 2,79 В∙с/рад.
Составляемдетализированную структурную схему астатической системы УВ-ДПТ с учетом типовыхнелинейностей для регуляторов системы управления. Затем на основании полученнойструктурной схемы системы составляем программную модель электропривода.Разработанную математическую модель электропривода для дальнейшегоэкспериментального исследования преобразовываем в программную модель на языкепрограммирования Turbo Pascal 7.0 в системе моделирования Runge_4.
Математическая модельсистемы приведена ниже:
iz(Uz, a[1], dx[1]);
ifABS (x[1])
ifx[1]>10 then x[10]:=10;
ifx[1]
pir(x[10], x[11], a[2], a[3], dx[2], x[2], x[12]); x[11]:=x[6]*a[16];
pir(x[12], x[13], a[4], a[5], dx[3], x[3], x[14]); x[13]:=x[5]*a[15];
az(x[14], a[6], a[7], dx[4], x[4]);
x[15]:=x[4] –a[12]*x[6];
az(x[15], 1/a[8], a[9], dx[5], x[5]);
x[16]:=x[5]*a[10];
x[17]:=Mc1;
x[18]:=x[16] –reaktiv (x[17], x[6]);
iz(x[18], a[11], dx[6]);
x[19]:=x[6] –x[8];
iz(x[19], 1/a[13], dx[7]);
x[20]:=Mc2;
x[21]:=x[7] –x[20];
iz(x[21], a[14]/Rpr, dx[8]);
iz (x[8], 1, dx[9]).
В этихвыражениях a[1]… a[16] – параметры системы, х[1]… х[21] – переменные модели.
Значенияпараметров системы:
Порядоксистемы: 9
Числопеременных модели: 21
Числопараметров модели: 16
A[1]= 1.0000000000E+00; Тзи
A[2]= 1.0980000000E+01; Крс
A[3]= 1.2900000000E-02; Трс
A[4]= 2.3450000000E-01; Крт
A[5]= 7.7000000000E-02; Трт
A[6]= 2.7680000000E+01; Ктп
A[7]= 1.0000000000E-02; Ттп
A[8]= 2.0700000000E-01; R0
A[9]= 1.8000000000E-02; Т0
A[10]= 2.7900000000E+00; См
A[11]= 4.2500000000E+00; J1
A[12]= 3.0100000000E+00; Се
A[13]= 1.3200000000E+05; С
A[14]= 1.3000000000E+00; J2
A[15]= 5.9500000000E-02; Кот
A[16] = 1.7600000000E-01; Кос
y – Начальныеусловия нулевые
Конечноевремя = 4.0000000000E+00;
Шагинтегрирования = 1.0000000000E-03;
Из графиков следует, чтопри нарастании скорости момент увеличивается, а затем с некоторымзапаздыванием, обусловленным инерционностью регулятора, ограничиваетсянасыщением последнего. При достижении скоростью установившегося значениямомент, развиваемый двигателем, становится равным моменту нагрузки. Припереходе на пониженную скорость осуществляется рекуперативное торможение, врезультате чего момент двигателя изменяет свой знак. После срабатывания датчикаточного останова двигатель отключается от сети и налаживается механическийтормоз. В результате действия тормозного момента, а также реактивногостатического момента, происходит останов двигателя с заданной точностью.
7. Проверкаправильности расчёта мощности и окончательный выбор двигателя
Длянахождения загрузки двигателя воспользуемся системой моделирования Runge_4. Наосновании прогонки программной модели и получения графиков переходных процессовопределим средне-квадратичное значение момента за цикл работы. Нахождениесредне-квадратичного значение момента обусловлено тем, что в течении циклаработы полезный поток машины не изменяется, а следовательно применение методовэквивалентного тока и момента равноценны. Проведём анализ результатов расчета.
Результатырасчета переменной X[16] – Момент, развиваемый двигателем за цикл работы.
Анализрезультатов расчета
Введите номерпеременной (максимальный 21) 16
Результатырасчета переменной X[16]
Средне-квадратичноезначение переменной 3.2601600933E+02
Это означает, что Мсркв = 326 Н∙м.
Посредне-квадратичному значению момента Мср кв ст за цикл работы сучётом приведения к стандартному ПВст и номинальному значениюмомента двигателя Мн определим загрузку двигателя:
Мсркв ст 315,6
K = ––––––– ∙100% = –––––– ∙ 100% = 97% (7.2)
Мн 324
Такимобразом, выбранный двигатель проходит по условию нагрева.
8.Разработка схемы электрической принципиальной
8.1Разработка схемы силовых цепей, цепей управления и защиты
Согласнозадания в качестве источника питания имеется трёхфазную сеть напряжением 380 Ви частотой 50 Гц. На входе потока силовой энергии устанавливаем автоматическийвыключатель с расцепителем тока короткого замыкания и тепловым расцепителем.Его функция состоит в размыкании силовой цепи в случае аварийного режима илидлительного действия токов перегрузки. Для согласования напряжения с входнымнапряжением тиристорного преобразователя комплектного электропривода.Тиристорный преобразователь имеет мостовую схему, что обеспечивает лучшиехарактеристики электроприводу в целом. К выходу тиристорного преобразователяподключаем выбранный двигатель краново-металлургической серии номинальногорежима S3. Независимая вентиляция обеспечивается асинхронным двигателем М2. Дляпитания обмотки возбуждения этого двигателя используем тиристорный возбудитель.С валом двигателя соединяем тахогенератор, напряжение с которого подаётся всистему управления управляемого выпрямителя. К комплектному электроприводуподключается схема, обеспечивающая разгон двигателя до рабочей скорости,переход на пониженную скорость и с изменением направления вращения.
Согласнозаданному технологическому режиму и требованиям, предъявляемым кэлектроприводу, в течение цикла работы разрабатываемая схема управления должнаобеспечить пуск, переход на пониженную скорость с целью обеспечения заданнойточности останова, перемещение кабины лифта в нужном направлении, остановдвигателя, требуемую выдержку времени для открытия-закрытия дверей ивхода-выхода пассажиров. Для осуществления этой задачи в схеме использованыследующие аппараты управления: кнопочные выключатели, промежуточные реле, релевремени, путевые выключатели, резисторы.
Промежуточныереле необходимы для замыкания и размыкания цепей управления при подаче накатушку напряжения с целью обеспечения электроприводу требуемой скорости. Релевремени используются для обеспечения требуемой выдержки времениоткрытия-закрытия дверей и входа-выхода пассажиров. Кнопочные выключателиприменяются для пуска двигателя в начале работы, для обеспечения режима ревизиии для аварийного останова двигателя в процессе работы. Путевые выключатели вданной схеме предназначены для задания момента времени перевода электроприводана пониженную скорость и отключения двигателя от сети с последующем наложениеммеханического тормоза, в зависимости от пройденного пути кабиной лифта.
После нажатияна кнопку SB2 на катушку промежуточного реле KV подаётся напряжение и релезамыкает свой контакт в схеме, подключённой к преобразователю, тем самымразгоняя привод до рабочей скорости. Для перехода электропривода на пониженнуюскорость с целью обеспечения точности остановка необходимо, чтобы сработалопромежуточное реле KV2, которое разомкнёт свой контакт в схеме, подключенной кпреобразователю, и ток потечёт через резистор R1. При этом до установленияпониженной скорости двигатель работает в режиме рекуперации энергии в сеть. Дляосуществления останова двигателя применяем другой путевой выключатель SQ2.После срабатывания этого аппарата двигатель отключается от сети и происходитналожение механического тормоза. Аналогично электропривод работает в другомнаправлении.
Дляобеспечения режима ревизии используются кнопочные выключатели SB4 и SB5 ипромежуточные реле KV9 и KV10, нормально замыкающие контакты которых находятсяв схеме управления, подключённой к преобразователю. При нажатии на кнопку «Ревизиявверх» и последующем её удержании кабина лифта движется вверх со скоростью0,25Vном. При нажатии на кнопку «Ревизия вниз» и последующем еёудержании кабина лифта движется вниз со скоростью 0,25Vном.
8.2 Выборэлементов схемы
Выбор автоматического выключателя производимсогласно следующим требованиям:
– Uн ав>= Uc;
— Iустmax расц >= (1,5 – 1,8) ∙ Iп;
– Iн ав>= Iдлит;
— Iнтепл расц >= Iн длит.
Рассчитываемзначения токов и напряжений:
Uc= 380 В; Iдлит = Iн = 116 А; Iп= 3∙Iн = 3 ∙ 116 =348 А, 1,8∙ Iп = 626А.
По рассчитанным параметрам выбираемавтоматический выключатель серии А374 5Б У3 с номинальными параметрами:
– Uн ав =220 В;
– Iн ав= 160 А;
– Iуст maxрасц = 960 А;
— Iнтепл расц = 125 А.
Выбираемрезисторы R1, R2, R3, R4, R5. Задаёмся сопротивлением резистора R3=1000 Ом.После проделанных расчётов получили R1=2749 Ом, R2=1937 Ом. При этоммаксимальный ток, протекающий через контакты промежуточных реле, будет равен Iконт=Umaxз/R3 =10/1000=0,01 А. Выбираем резисторы R1, R2, R3, R4, R5 типа ПЭВс номинальной мощностью Рн=10 Вт и выше рассчитанными величинамисопротивлений.
Знаямаксимальный ток, протекающий через контакты промежуточных реле проделаем выборпромежуточных реле осуществляем согласно следующим условиям:
– Uн =Uc;
– Iконт>= Iн нагр;
– по числу иисполнению контактов.
Принимая вовнимание, что Uc = 220 В и Iконт=0,01 А, выбираемпромежуточные реле типа РПЛ 22 с номинальными параметрами: Uн=220 В,Iконт = 10 А, Рн=9 В∙А.
Реле времени выбираем по следующим условиям:
– Uн =Uc;
– Iн>= Iконт;
– по заданнойвыдержке времени.
Исходя изусловий выбираем реле времени РВП-72 со следующими номинальными параметрами: Uн=220В, Iконт = 1 А и выдержкой времени 5,14 с.
Выбор путевых выключатей осуществляем исходя изследующих условий:
— Uнпв >= Uс;
— Iнпв >= Iнагр.
Ток черезконтакты концевых выключателей определим исходя из номинальной мощностивыбранных промежуточные реле: Iн пв= Рн/Uс=9/220=0,04А.
Устанавливаемпутевой выключатель ВП16П с номинальными параметрами Uн=220 В, Iн= 0,2 А.
Кнопочные выключатели выбираем из условий:
– Uн >=Uc;
– Iн>= Iдлит;
Выбираемкнопочные выключатели серии КЕ с номинальными параметрами Uн=220 В,Iн = 3 А.
Выбор тахогенератора проводим согласноследующим условиям:
– – wн тг >= wmax;
— коэффициентпередачи тахогенератора должен обеспечивать все режимы работы привода.
Скорость wmaxсоответствует рабочей скорости wр = 56,8 рад/с.
Выбираемтахогенератор ПТ 31/1 с номинальными данными:
— n =600 об/мин;
— U =230 В;
— Iя=0,5 А;
— Rя =31,1 Ом;
— I в= 0,52 А;
— Rв =94 Ом.
Заключение
В результатерасчёта разработан электропривод лифта высотного здания, обеспечивающий всепредъявляемые к нему требованиям: пуск до рабочей скорости, стабилизацияскорости, точный останов с помощью перехода на пониженную скорость с еёпоследующей стабилизацией и перемещение кабины лифта на заданную высоту.Процесс расчёта переходных процессов и последующий расчёт средне-квадратичногомомента за цикл работы показали, что спроектированный электроприводобеспечивает хороший тепловой режим, следовательно двигатель по мощности выбранверно.
Литература
1. Павлов В.Н. Лифтыи подъёмники – М.: Энергия, 1989. – 247 с.
2. Ключев В.И. Теорияэлектропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомииздат, 1985. – 560 с.
3. Теория электрическогопривода. Методические указания по курсовому проектированию. – ч. 1 – ч. 5.Могилёв: ММИ, 1991.
4. Комплектные тиристорныеэлектроприводы: Справочник. Под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. –М.: Энергоатомииздат, 1988. – 319 с.
5. Чиликин М.Г. и др.Теория автоматизированного электропривода: Учеб. Пособие для вузов / Чиликин М.Г.,Ключев В.И., Сандлер А.С. – М.: Энергия, 1979. – 616 с.