Розробка системи електроприводу механізму циклічної дії

Реферат

Об'єкт проектування — електрообладнання механізму циклічної дії працюючого в повторно короткочасному режимі.

Мета роботи — розрахунок і вибір електродвигуна для приводу механізму, вибір регулюючого приладу, вибір релейної контакторної схеми керування.

Метод виконання — виконання розрахунків із застосуванням комп’ютерної техніки, використання таблиць, графіків і даних технічної літератури і довідників електротехнічного профілю.

У результаті виконаної роботи застосовуються сучасні енергозберігаючі двигуни. Тиристорні перетворювачі забезпечують економію електроенергії та ефективність роботи електроприводу.

Результати виконаної роботи можуть бути використані при дипломному проектуванні, а також при виконанні реальних проектних робіт при практичній діяльності на підприємствах.

Вступ

Електрифікація є основою будівництва економіки, грає важливу роль в розвитку всіх галузей промисловості. В арсеналі електричних засобів, що використовуються при електрифікації народного господарства, головну роль грають електричні машини, які широко використовуються, як в процесі виробництва електричної енергії, так і в процесі її споживання.

Електрична машина представляє собою електромеханічний пристрій, який здійснює взаємне перетворення механічної та електричної енергії.

В процесі споживання електричної енергії проходить її перетворення в інші види енергії (теплову, механічну, хімічну). Близько 70% електричної енергії використовується для перетворення її в механічну. Це перетворення здійснюється електричними машинами — електродвигунами.

Електродвигуни — основний елемент електричного приводу робочої машини. Простота передачі електричної енергії дозволили широко використовувати в промисловості електричний привод робочих машин.

Електричні двигуни широко використовують на транспорті в якості тягових двигунів, що приводять в обертання колісні пари електровозів, електричних поїздів, тролейбусів та ін.

Електричні машини поділяються за принципом дії на: колекторні та безколекторні. Електричні машини різного принципу дії різняться як конструкцією так і робочими властивостями.

Колекторні машини використовуються, головним чином, для роботи на постійному струмі як в якості генераторів так і в якості двигунів. Лише колекторні машини малої потужності використовують для роботи в якості двигунів змінного струму.

Безколекторні машини поділяються на асинхронні та синхронні. Асинхронні машини поділяються на машини з фазним та коротко замкнутим ротором. Ці машини, працюють виключно на змінному струмі. Асинхронні машини використовують головним, чином в якості генераторів та двигунів.

Умови в яких працюють електричні машини класифікуються за рядом ознак:

— напрямок осі валу;

— навколишнє середовище.

В залежності від умов роботи випускаються машини різних конструктивних виконань.

Відкрите. Електричні машини, що не мають спеціальних пристроїв для запобігання від випадкового доторкання до частин, що обертаються та струмоведучих частин, а також від попадання в середину сторонніх речей.

Закрите. Електричні машини у яких внутрішня частина відокремлена від середовища оболонкою, що захищає внутрішні частини від попадання пилу, а також від випадкового доторкання до обертаючихся та струмоведучих частин.

Вибухозахищене. Електричні машини з одним із виконань допустимих для використання в вибухозахищених приміщеннях. Вибухозахищене виконання виключає можливість виникнення іскри та займання газів в незахищеній оболонці.

Для постачання приводів металургійного обладнання та інших стаціонарних установок використовують постійний струм з напругою 220 В, та змінний струм з напругою 380 В. Придатність двигуна для даного приводу визначається наступними факторами:

— навколишнім середовищем, умовами праці, вимогами до регулювання швидкості;

— відповідність механічних характеристик електричного двигуна вимогам приводу;

— нагрівом двигуна при роботі з даним приводом.

Мета даної роботи — навчитися розраховувати й обирати електродвигун для механізму циклічної дії, який працює в повторно-короткочасному режимі (S3). Найхарактернішим механізмом циклічної дії є механізм головного підйому мостового крану з двома ступенями максимального навантаження. До обраного двигуна необхідно обрати перетворювач, передбачаючий автоматизацію процесів пуску і гальмування, а також релейно-контакторну схему управління в якості резервної.

Виконання курсового проекту засновано і тісно пов’язано з дисциплінами, що вивчаються в технікумі такими як: електричний привод, електричні апарати, електричні машини, системи керування електричним приводом та іншими.

1. Загальна частина

1.1 Класифікація електроприводів промислових механізмів. Механізми циклічної дії

Метою розв’язання даного питання є визначення механізму циклічної дії і класифікація його згідно діючих нормативів.

Поставлені задачі - визначення електроприводу, класифікація електроприводів та класифікація виробничих механізмів.

Електроприводом називається машинний пристрій, що здійснює перетворення електричної енергії в механічну й забезпечує електричне керування, перетвореною механічною енергією.

Електропривод складається із двох основних частин:

1) силової частини, що включає електродвигун і пристрій для передачі механічної енергії робочому органу;

2) системи керування, що містить командні органи, пристрої для формування властивостей електропривода й захисні засоби.

Електропривод часто містить і перетворювачі електричної енергії (системи з перетворювачами частоти, вентильні установки, системи генератор-двигун й ін.).

При автоматичному керуванні електроприводом досягається висока продуктивність механізму й поліпшується якість продукції, що випускається.

З урахуванням історичного розвитку різноманітні електроприводи, що застосовувались у виробництві, можна розділити на три основних типи, а саме: груповий електропривод, одиночний і багатодвигунний.

Груповим електроприводом називається такий привід, у якому від одного електродвигуна за допомогою однієї або декількох трансмісій рух передається групі робочих машин. Такий привід іноді називають трансмісійним приводом. Внаслідок своєї технічної недосконалості цей тип приводу в цей час майже не використовується.

Одиночним електроприводом називається привід, що за допомогою одного електродвигуна надає руху окремій машині. Прикладами застосування одиночного електропривода є одношпиндельний свердлильний верстат, численні електроінструменти, а також інші прості металообробні верстати й різні нескладні механізми. У багатьох випадках привід здійснюється від електродвигуна спеціального виконання, що конструктивно представляє одне ціле із самим механізмом.

Багатодвигунним електроприводом називається привід, що складається з декількох одиночних електроприводів, кожний з яких призначений для приведення в дію окремих робочих елементів виробничого агрегату.

До числа машин і механізмів загальнопромислового застосування належить велика група промислових установок, що відрізняються значним різноманіттям конкретних різновидів. До числа найбільш важливих класифікаційних ознак належать призначення установки, її конструктивне виконання, область застосування й характер технологічного процесу.

По призначенню загальнопромислові установки розділяються на:

— підйомно-транспортні машини;

— землерийні машини;

— машини для транспортування рідких середовищ і газів, а також для стиску газів.

Кожна із цих груп містить машини, різні по конструктивному виконанню. До числа підйомно-транспортних, машин належать мостові, козлові й поворотні крани, перевантажувальні мости, кабель-крани, промислові маніпулятори й роботи, стаціонарні вертикальні й похилі піднімальні установки дискретної дії, канатні дороги, горизонтальні й похилі конвеєри, вертикальні ковшові транспортери й т.п.

По галузі застосування розрізняють машинобудівні, металургійні, гірські, будівельні, суднові й інші машини й установки, основні механізми яких можуть бути віднесені до числа загальнопромислових. При цьому в більшості випадків область застосування робить більш-менш значний вплив на конструктивне виконання машин.

По характеру технологічного процесу загальнопромислові механізми можна розділити на дві великі групи:

— механізми циклічної (перериваної) дії, робочий процес яких складається з повторюваних однотипних циклів;

— механізми безперервної дії, технологічний процес яких має безперервний характер.

Типовими прикладами перших можуть служити крани, шахтні підіймальні машини, ліфти, а других — ескалатори, землесоси, конвеєри. Характер технологічного процесу впливає на режими роботи електропривода й визначає головні вимоги, що висуваються до нього відносно потужності й перевантажувальної здатності, динамічних якостей, необхідності й точності регулювання координат електромеханічної системи, рівня автоматизації й т.п. Ці вимоги визначаються, головним чином, конкретним характером технологічного процесу. Із всіх розглянутих класифікаційних ознак цим завданням найбільше повно відповідає класифікація загальнопромислових механізмів по характеру технологічного процесу.

Велика група загальнопромислових установок циклічної дії містить у собі піднімальні крани, одноковшеві екскаватори, стаціонарні підйомники різних конструкцій і призначення, маятникові канатні дороги, конвеєри циклічної дії, різні маніпулятори й промислові роботи. Загальним для цих установок є режим роботи, при якому технологічний процес складається з ряду повторюваних однотипних циклів, кожний з яких являє собою закінчену операцію завантаження робочого органа, переміщення його з вихідної точки в пункт призначення.

Основні механізми таких установок, як правило, мають реверсивний електропривод, розрахований для роботи в інтенсивному повторно-короткочасному режимі. У кожному робочому циклі мають місце несталі режими роботи електропривода: пуски, реверси, гальмування, що роблять істотний вплив на продуктивність механізму, на динамічні навантаження приводу й механізму, на коефіцієнт корисної дії установки й на ряд інших факторів. Всі ці умови пред’являють до електропривода складні вимоги, у значній мірі спільні для всієї розглянутої групи механізмів.

Висновок: згідно визначення електроприводу він представляє собою комплекс який складається з перетворювача, системи управління їм, електродвигуна і робочого органу пристрою.

Механізм циклічної дії представляє собою пристрій, працюючий в повторно-короткочасному режимі, яскравим прикладом якого є підіймально-транспортні механізми зокрема приводи механізмів «підйому-спускання» вантажів.

1 — електродвигун, ДПТ;

2 — з'єднувальна муфта двигун-редуктор, напівжорстка;

3 — понижуючий циліндричний редуктор;

4 — з'єднувальна муфта редуктор-робоча машина, напівжорстка;

5 — робоча машина.

Рис. 1.1 — Кінематична схема електроприводу циклічної дії

Таблиця 1.1 — Дані для розрахунку

Механізм працює згідно діаграми статичних моментів та швидкісної діаграми представлених на рис. 2.2.

Рис. 1.2 — Діаграма навантаження та швидкісна діаграма електроприводу

1.2 Основні положення щодо розрахунку і вибору електродвигунів

Мета поставленого питання — вибір методики для визначення виду електродвигуна для приводу механізму циклічної дії.

Поставлені задачі:

— особливості вибору і розрахунку електродвигунів для різних режимів роботи виробничих механізмів;

— вплив виду ізоляції на вибір електродвигуна.

Правильний вибір потужності двигунів має велике народногосподарське значення, багато в чому визначаючи початкові витрати й вартість експлуатаційних витрат в електроприводах. Застосування двигуна недостатньої потужності може привести до порушення нормальної роботи механізму, до зниження його продуктивності, виникненню аварій і передчасному виходу двигуна з ладу. У свою чергу використання двигунів завищеної потужності погіршує економічні показники установки, веде до її подорожчання й більших втрат енергії. У цьому випадку не тільки підвищується початкова вартість електропривода, але збільшуються й втрати енергії за рахунок зниження к. к. д. двигуна, а в установках змінного струму, крім того, погіршується коефіцієнт потужності, величина якого безпосередньо впливає на непродуктивне завантаження розподільних мереж і генераторів електричних станцій, що виробляють енергію. Потужність електродвигуна вибирається, виходячи з необхідності забезпечити виконання заданої роботи електропривода, при дотриманні нормального теплового режиму й припустимого механічного перевантаження двигуна.

Вибір потужності електродвигунів вимагає також розрахунку навантаження привода не тільки при сталій роботі, але й у періоди перехідних режимів. Із цією метою звичайно будуються так називані навантажувальні діаграми, під якими розуміються залежності обертаючого моменту, потужності й струму двигуна від часу.

У кожному окремому випадку двигун, обраний відповідно до заданої навантажувальної діаграми, повинен бути повністю завантажений і при цьому працювати, не перегріваючись понад припустимі межі. Так само він повинен забезпечувати нормальну роботу при можливих тимчасових перевантаженнях і мати достатній пусковий момент для забезпечення необхідної тривалості пуску робочого механізму.

У переважній більшості випадків вибір потужності двигуна виробляється по нагріванню, а потім він перевіряється по перевантажувальній здатності, як показано нижче.

Нагрівання двигуна відбувається за рахунок втрат, що виникають у ньому при перетворені електричної енергії в механічну. Втрати енергії в сталі, міді й втрати на тертя викликають нагрівання різних частин машини; при цьому відбувається також взаємне нагрівання окремих частин машини.

Внаслідок виділення тепла при навантаженні температура двигуна поступово підвищується, і якби двигун не віддавав тепла в навколишнє середовище, вона могла б досягти нескінченно великої величини. Однак розсіювання тепла поверхнею двигуна (тепловіддача) у навколишнє середовище, що все збільшується зі зростанням температури двигуна, обмежує його нагрівання, і підвищення температури після закінчення деякого часу припиняється. Відбувається це тоді, коли кількість тепла, що віддає двигуном у навколишнє середовище в одиницю часу, стає рівним кількості тепла, що виділяється у двигуні за той ж час. Такий тепловий режим, при якому досягається сталість температури (стала температура), утворюється при тривалій роботі двигуна. У багатьох випадках робота припиняється раніше, ніж буде досягнута стала температура, або відбувається зниження навантаження, а, отже, зменшення втрат і зниження температури двигуна.

Відповідно до цього при виборі потужності двигуна за умовами нагрівання розрізняють три основних режими роботи.

Тривалий режим роботи. У цьому режимі робочий період настільки великий, що температура двигуна досягає свого сталого значення. Як приклади тут можуть служити довгостроково працюючі двигуни вентиляторів, насосів, перетворювальних установок і т.п., де періоди роботи виміряються годинами або навіть добами. Спрощений графік роботи для цього режиму представлений на рис. 1.3.

Рис. 1.3 — Тривалий режим роботи Короткочасний режим роботи. Цей режим роботи характеризується тим, що в робочий період температура двигуна не встигає досягти сталого значення, а пауза настільки тривала, що температура двигуна знижується до температури навколишнього середовища. Такий режим зустрічається, наприклад, у приводах поворотного залізничного кола, розвідних мостів, шлюзів й ін., де пауза в роботі значно перевищує тривалість робочого періоду. Спрощений графік навантаження для такого режиму наведений на рис. 1.4.

Рис. 1.4 — Короткочасний режим роботи Повторно-короткочасний режим роботи. При цьому режимі в жодному з періодів роботи температура двигуна не досягає сталого значення, а під час паузи двигун не встигає охолонути до температури навколишнього середовища. Типовим прикладом для подібних приводів є крани, ліфти, транспортні пристрої, деякі металорізальні верстати й ін. Спрощений графік навантаження для такого режиму показаний на рис. 1.5.

Рис. 1.5 — Повторно-короткочасний режим роботи Повторно-короткочасний режим роботи характеризується коефіцієнтом відносної тривалості робочого періоду, під яким розуміється відношення часу робочого періоду до тривалості робочого циклу (сумарному часу робочого періоду й паузи)

Методики вибору потужності двигунів для кожного із трьох зазначених режимів роботи трохи розрізняються, оскільки умови нагрівання машин для них різні. Рішення завдання ускладнюється ще й тим, що графіки навантаження в такому виді, як вони представлені на мал. 1.3−1.5, у практичних випадках не зустрічаються. Звичайно механізми працюють при навантаженні, що безупинно змінюється, як це буває, наприклад, у прокатному стані, стругальному верстаті, у приводах пресів, піднімальних кранах і т.п. На підставі загальної теорії нагрівання двигунів вдається одержати задовільну методику розрахунку потужності двигунів для різних випадків.

Припустиме нагрівання двигунів визначається нагрівостійкістю застосовуваних ізоляційних матеріалів. Більш нагрівостійкі матеріали ізоляції дозволяють при тих же розмірах двигуна збільшувати його потужність. Краще використання двигуна може бути досягнуте також за рахунок застосування більш досконалої системи його охолодження.

Всі ізолюючі матеріали, що застосовуються в електричних машинах, діляться на наступні основні класи.

Клас нагрівостійкості А. У нього входять бавовняні тканини, пряжа, папір та волокнисті матеріали із целюлози й шовку, просочені або занурені в рідкий електроізоляційний матеріал. Гранично припустима температура 105° С.

Клас нагрівостійкості Е. Деякі синтетичні органічні плівки, а також відповідні даному класу інші матеріали. Гранично припустима температура 120° С.

Клас нагрівостійкості В. Він включає матеріали зі слюди, азбесту й скловолокна, що містять органічні зв’язувальні речовини. Гранично припустима температура 130° С.

Клас нагрівостійкості F. Ті ж матеріали, застосовувані в сполученні із синтетичними составами, що просочують. Гранично припустима температура 155° С.

Клас нагрівостійкості Н. Ті ж матеріали, але в сполученні із кремнійорганічними составами, що просочують. Гранично припустима температура 180° С.

Клас ізоляції С. Слюда, керамічні матеріали, скло, кварц, застосовувані без сполучних составів або з неорганічними сполучними составами. Гранично припустима температура більше 180° С і обмежується фізичними, хімічними або електричними властивостями матеріалу.

Перевищення зазначених температур неприпустимо, тому що це веде до руйнування ізоляції й скороченню терміну служби двигунів.

Для спрощення теплових розрахунків приймається стандартна температура навколишнього середовища, рівна +40° С. Отже, потужність двигуна, зазначена на його щитку, відповідає температурі навколишнього середовища, рівної +40° С. При значно більш низькій температурі навколишнього середовища двигун може бути навантажений трохи вище номінальної потужності, а при більш високій температурі навколишнього середовища завантаження двигуна варто зменшити, якщо не застосувати спеціальних мір для посилення охолодження двигуна.

Що ж стосується перевірки двигунів по перевантажувальній здатності й пусковому моменту, то її варто робити незалежно від результатів теплового розрахунку.

Таблиця 1.2 — Коефіцієнт миттєвого перевантаження двигуна

На підставі аналізу кривих нагрівання двигунів було встановлено, що при короткочасному режимі роботи двигун може бути навантажений більше, ніж у тривалому режимі.

Можливе підвищення навантаження при цьому визначається коефіцієнтами теплового й механічного перевантаження й може бути підраховане по формулах або по відповідних кривих.

Використання для роботи в короткочасному режимі двигунів нормальних серій, призначених для тривалої роботи, є небажаним. Насамперед виявляється, що нормальні двигуни можуть бути використані з повним навантаженням по нагріванню лише в рідких випадках, тому що майже завжди межі обмежуються перевантажувальною здатністю двигуна, що допускає по електричних і механічних властивостях машини.

Ці обставини приводять до того, що електричні двигуни для короткочасної роботи розраховуються заводами-виготовлювачами інакше, ніж двигуни для тривалого режиму роботи. Двигуни для короткочасного режиму забезпечують більшу перевантажувальну здатність; колектор й обмотки збудження їх повинні бути посилені.

Тривалість роботи цих двигунів нормується стандартними значеннями 15, 30 й 60 хв; вони повинні вибиратися по спеціальному каталогу серії двигунів, призначених для короткочасного режиму роботи.

Висновок: правильний вибір потужності й типу електродвигуна визначає економічні й енергетичні показники роботи всього електроприводу. Головним напрямком є рішення питань пов’язаних з економією електроенергії.

2. Спеціальна частина

2.1 Види електродвигунів для електроприводів

Ціль розгляду даного питання — вибрати вид електродвигуна для механізму циклічної дії.

Завдання поставлені даним питанням — розглянути види електродвигунів, їхні переваги й недоліки, обґрунтувати вибір виду двигуна.

Електрична машина являє собою електромеханічний пристрій, що здійснює взаємне перетворення механічної й електричної енергії.

У процесі споживання електричної енергії відбувається її перетворення в інші види енергій (теплову, механічну, хімічну). Близько 70% електроенергії використовується для надавання руху верстатів, механізмів, транспортних засобів, тобто для перетворення її в механічну енергію. Це перетворення здійснюється електричними машинами — електродвигунами.

Електродвигун — основний елемент електропривода робочих машин. Гарна керованість електричної енергії, простота її розподілу дозволили широко застосувати в промисловості багатодвигунний електропривод робочих машин, коли окремі ланки робочої машини приводяться в рух самостійними двигунами. Багатодвигунний привод значно спрощує механізм робочої машини (зменшується число механічних передач, що зв’язують окремі ланки машини) і створює більші можливості в автоматизації різних технологічних процесів. Електродвигуни широко застосовують на транспорті як тягові двигуни, що приводять в обертання колісні пари електровозів, електропоїздів, тролейбусів й ін.

За останнім часом значно зросло застосування електричних машин малої потужності - мікромашин потужністю від часток до декількох сотень ватів. Такі електричні машини використовують у пристроях автоматики й обчислювальної техніки.

Особливий клас електричних машин становлять двигуни для побутових електричних пристроїв — пилососів, холодильників, вентиляторів й ін. Потужність цих двигунів невелика (від одиниць до сотень ватів), конструкція проста й надійна, і виготовляють їх у більших кількостях.

Синхронні машини це безколекторні машини змінного струму. Синхронні машини відрізняються синхронною частотою обертання ротора при будь-якому навантаженні, а також можливістю регулювання коефіцієнта потужності, установлюючи таке його значення, при якому робота синхронної машини стає найбільш економічною. Синхронні машини оборотні й можуть працювати як у режимі генератора, так й у режимі двигуна. Синхронні генератори становлять основу електротехнічного обладнання електростанцій, тобто практично вся електроенергія виробляється синхронними генераторами. Одинична потужність сучасних синхронних генераторів досягає мільйона кіловатів і більше. Синхронні двигуни застосовуються головним чином для привода пристроїв великої потужності. Такі двигуни по своїх техніко-економічних показниках перевершують двигуни інших типів. У великих електроенергетичних установках синхронні машини іноді використовуються як компенсатори — як генератори реактивної потужності, що дозволяють підвищити коефіцієнт потужності всієї установки.

Асинхронні машини одержали найбільш широке застосування в сучасних електричних установках й являються найпоширенішим видом безколекторних електричних машин змінного струму. Як і будь-яка електрична машина, асинхронна машина оборотна й може працювати як у генераторному режимі, так і в режимі двигуна. Однак переважне застосування мають асинхронні двигуни, що складають основу сучасного електропривода. Галузі застосування асинхронних двигунів досить широкі - від привода пристроїв автоматики й побутових електроприладів до привода великого гірського встаткування (екскаваторів, дробарок, млинів і т.п.). Відповідно до цього потужність асинхронних двигунів, що випускають електромашинобудівною промисловістю, становить діапазон від часток ватів до тисяч кіловатів при напрузі живильної мережі від десятків вольтів до 10 кВ. Найбільше застосування мають трифазні асинхронні двигуни, розраховані на роботу від мережі промислової частоти (50 Гц). Асинхронні двигуни спеціального застосування виготовляються на підвищені частоти змінного струму (200, 400 Гц і більше).

Електричні машини постійного струму використовуються як генератори, так й як двигуни. Області застосування й діапазони потужності двигунів постійного струму досить широкі: від часток ватт (для привода пристроїв автоматики) до декількох тисяч кіловатів (для привода прокатних станів, шахтних підйомників й інших механізмів). Двигуни постійного струму широко використовуються для привода підіймальних засобів як кранові двигуни й привода транспортних засобів як тягові двигуни. Основні переваги двигунів постійного струму в порівнянні з безколекторними двигунами змінного струму — гарні пускові й регулювальні властивості, можливість одержання частоти обертання більше 3000 об/хв, а недоліки — відносно висока вартість, деяка складність у виготовленні й зниженій надійності. Всі ці недоліки машин постійного струму обумовлені наявністю в них щітково-колекторного вузла, що до того ж є джерелом радіоперешкод і пожежонебезпеки. Ці недоліки обмежують застосування машин постійного струму. Також створені двигуни постійного струму, у яких механічний колектор замінений безконтактним комутатором на напівпровідникових елементах.

По потужності машини розподіляються на:

— двигуни малої потужності (до 100 кВт);

— двигуни середньої потужності (100−1000 кВт);

— двигуни великої потужності (більше 1000 кВт).

По виконанню стандартні електричні машини діляться на відкриті, захищені, закриті, вибухобезпечні, герметично закриті.

1. Відкриті машини не мають спеціальних захисних пристосувань, що охороняють від влучення в машини сторонніх предметів, пилу, вологи, і т.п.

2. Захищені машини мають спеціальні пристосування (у вигляді щитків із дрібними отворами або сіток), що захищають від влучення в машини дрібних предметів.

3. Захищені від дощу й бризів машини мають спеціальні захисні козирки, що прикривають отвори в корпусі й перепиняють шлях падаючим зверху краплям вологи або бризам.

4. Закриті машини. Закриті з усіх боків досить щільно але не герметично, отже, від проникнення зовнішнього повітря, газів або парів двигун не захищений.

Електричні машини закритого типу виготовляються в трьох різних по системі охолодження виконаннях:

а) із природним охолодженням шляхом теплопередачі через зовнішню поверхню корпусу;

б) що продувають, у які чисте холодне повітря засмоктується ззовні вентилятором, що сидить на валу усередині самої машини, або подається примусово окремим незалежним вентилятором;

в) що обдувають, що мають форсоване зовнішнє охолодження, створюване потоком повітря від лопатевого вентилятора, розташованого зовні на валу машини й діючого в аксіальному напрямку стосовно корпуса.

5. Вибухобезпечні машини застосування, що забезпечують безпеку їх, в умовах вибухонебезпечних приміщень.

6. Герметично закриті машини мають корпус, закритий з усіх боків герметично зі спеціальними ущільненнями, що не допускають проникнення вологи усередину при повнім зануренні двигуна у воду на строк до чотирьох годин.

При виборі конструкції електричної машини, залежно від навколишнього середовища, відповідно до ПТЕ та ПТБ рекомендується керуватися наступним.

У сирих приміщеннях застосовувати електричні машини з вологостійкою ізоляцією й із захистом від капежу.

У курних приміщеннях, коли пил або волокна, що осідають на обмотках електричної машини, порушують нормальне охолодження або ж шкідливо діють на ізоляцію, застосовувати машини закриті або продуву чистим повітрям.

У курних приміщеннях, при непровідному негорючому пилу допускається застосування відкритих електричних машин.

У приміщеннях сирих та одночасно пильних, а також у приміщеннях, із провідним або горючим пилом необхідно застосовувати закриті електричні машини.

У приміщеннях з їдкими парами або газами застосовувати закриті електричні машини в герметичному виконанні, або закриті продуваємі машини, з кислототривкою ізоляцією.

Висновок: для електроприводів механізмів циклічної дії необхідно вибрати асинхронний електродвигун з фазним ротором (згідно завдання на проектування), який працює в повторно-короткочасному режимі.

2.2 Попередній розрахунок потужності електродвигуна

Ціль розгляду даного питання — попередній розрахунок і вибір асинхронного електродвигуна з фазним ротором, визначення його типу й параметрів.

Завдання поставлені даним питанням — на основі вихідних даних попередньо розрахувати потужність електродвигуна й, користуючись каталогами, вибрати попередньо тип двигуна й описати його параметри.

Передчасний розрахунок і вибір електродвигуна по потужності виконується на підставі навантажувальної діаграми механізму (рис. 1.2).

Визначаємо час роботі двигуна з загрузкою Мс1 та Мс2

рс1+ рс2=Тц*ПВ=105*0,27=28,35 с.

рс1= рс2=28,35/2=14,175 с.

Визначається еквівалентний статичний момент на валу механізму

Н· м, (2.1)

де — більший статичний момент навантаження згідно завдання на проектування, Н· м;

tр1 — час роботи двигуна з більшим навантаженням, с.

— менше навантаження двигуна на протязі циклу, Н· м;

tр2 — час роботи двигуна на протязі циклу з меншим навантаженням, с.

Визначається еквівалентна потужність навантаження на валу електродвигуна

рад/с, (2.2)

де — робоча швидкість електродвигуна згідно завдання на проект, рад/с.

Визначається еквівалентна потужність на валу електродвигуна з ККД

кВт, (2.3)

де — ККД передаточного пристрою згідно завданню.

Визначається розрахункова потужність на валу електродвигуна

кВт, (2.4)

де — коефіцієнт запасу, який враховує вплив динамічних моментів та інших неврахованих факторів.

Приведення розрахункової потужності до стандартного значення тривалості ввімкнення вказане в каталозі на двигуни визначається по формулі

кВт, (2.5)

де ПВМ=ПВдв=0,26 — тривалість ввімкнення двигуна в циклі береться згідно довідникових даних на ДТП;

ПВст.=0,4 — стандартне значення ПВ для двигуна вказане в каталогах.

По каталогу обирається асинхронний двигун з фазним ротором, який має дані: об/хв., кВт, В, А, cosц=0,72, ККД=83%, І2=64 А, U2ф=281 В, Ммах=1000 Н*м, f=50 Гц, кг· м2 .

Режим роботи — S3, ПВ=40%

Висновок: передчасно вибір двигуна за потужністю показує, що для приводу механізму циклічної дії можливе застосування двигуна марки МТН511−8.

2.3 Приведення статичні моментів та моментів інерції до валу двигуна

Мета поставлена даним питанням — перевірити вибраний двигун по перевантажувальній здатності.

Задачі, які вирішуються питанням:

— приведення статичних моментів навантаження до валу двигуна;

— приведення моментів інерції обертаючихся мас електроприводу до валу двигуна.

Визначається передаточне число редуктора

(2.6)

н = рад/с. (2.7)

ККД передаточного пристрою при дії моменту МС1 приймається рівним згідно завдання на курсовий проект: .

ККД передаточного пристрою при дії моменту МС2 визначається по кривим залежності .

— коефіцієнт завантаження електроприводу.

Визначається приведене значення першого статичного моменту навантаження

Н· м. (2.8)

Визначається приведене значення другого статичного моменту навантаження

Н· м.

Визначається приведене значення моменту інерції першої вісі валу виробничого механізму

кг· м2, (2.9)

де — момент інерції обертаючихся мас двигуна згідно каталогу;

— момент інерції першої сполученої муфти;

— момент інерції робочого механізму згідно завдання;

— момент інерції другої сполученої муфти;

=1,02? 1,08 — коефіцієнт, що враховує моменти інерції передаточного пристрою;

Визначається приведене значення моменту інерції другої вісі валу виробничого механізму

кг· м2 ,

Висновок: знайдені приведені значення застосовуються при побудові уточненої навантажувальної діаграми електродвигуна.

Визначається час циклу виробничого механізму

с, (2.10)

де , — час роботи механізму з відповідними моментами навантаження та згідно завдання;

ПВ згідно даних табл. 1.1.

Час пуску двигуна при дії статичного моменту

с, (2.11)

де — початкова швидкість розгону двигуна;

Н•м — прийнятий пусковий момент двигуна.

Н· м. (2.12)

Визначається час пуску двигуна при статичному моменті

с.

Визначається час гальмування двигуна при дії моменту

с. (2.13)

Визначається час гальмування двигуна при дії моменту

с.

Визначається час пауз в роботі електродвигуна с. (2.14)

Визначається час роботи двигуна при сталих моментах

с. (2.15)

с.

Проводиться перевірка двигуна за перевантажувальній здатності. Двигун задовольняє перевантажувальній здатності, якщо взятий найбільший момент з вище наведеного ряду задовольняє умові

758>415,8

Висновок: двигун типу МТН511−8 задовольняє перевантажувальній здатності.

2.4 Розрахунок і побудова механічної характеристики асинхронного електродвигуна

Мета поставлена питанням: аналітичним методом розрахувати і побудувати механічну характеристику асинхронного двигуна з фазним ротором.

Завдання:

— аналітично розрахувати механічну характеристику двигуна;

— побудувати механічну характеристику двигуна графічним і аналітичним методом;

— провести аналіз стійкості роботи системи електроприводу на підставі аналізу механічної характеристики двигуна і механізму.

Одним з найважливіших умов роботи електроприводу є визначення стійкості роботи електроприводу при порушенні нормального режиму роботи. Механічною характеристикою називають залежність швидкості обертання від величини статичного моменту на валу.

У електродвигунів розрізняють наступні види механічних характеристик (рис. 2.1).

a — абсолютно жорстка механічна характеристика;

b, c — жорстка механічна характеристика;

d — м’яка механічна характеристика.

Рис. 2.1 — Види механічних характеристик двигунів.

Абсолютно жорстку механічну характеристику (а) мають синхронні двигуни у яких будь яке змінення навантаження — Мс не призводить до зміни швидкості. електропривод двигун схема механізм Жорстку характеристику (b, c) мають асинхронні двигуни та двигуни постійного струму змішаного або незалежного збудження. Для цих двигунів характерна незначна зміна швидкості з ростом навантаження (двигуни працюють тільки на прямолінійній ділянці характеристики). Це найпоширеніші двигуни для приводу більшості промислових механізмів.

М’яка механічна характеристика (d) властива двигунам постійного струму послідовного збудження. При будь-яких змінах навантаження швидкість обертання двигуна змінюється достатньо сильно. Таку механічну характеристику бажано мати для транспортних і підйомних механізмів.

Механічна характеристика механізму пересування має вид (рис. 2.2).

Для аналізу порівняємо механічні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором і механічну характеристику приводу.

Привод працює стійко в точці а, так як в цій точці дотримується рівність моментів — статичного моменту опору Мс та обертаючого електромагнітного моменту двигуна М.

Припустимо в силу якихось причин швидкість двигуна зросла до значення, при цьому момент навантаження не змінився, а обертаючий момент двигуна впав до значення. Надлишковим статичним моментом двигун почне гальмуватися і повернеться в точку стійкої роботи а.

Рис. 2.2 — Механічна характеристика електроприводу механізму пересування.

При зменшенні швидкості до значення двигун почне розганятися надлишковим обертаючим моментом і двигун повернеться на роботу в точку стійкості а.

Рис. 2.3 — Аналіз стійкості системи Висновок: асинхронний двигун з фазним ротором з точки зору стійкості підходить для приводу механізму пересування мостового крану.

Нижче наводиться аналітичний розрахунок і побудова механічної характеристики двигуна.

Механічною характеристикою електродвигуна називають графічне вираження залежності швидкості обертання ротора або якоря від величини навантажувального моменту на валу електродвигуна.

Особливістю механічної характеристики асинхронного електродвигуна від двигуна постійного струму є те, що у двигуна постійного струму замість швидкості обертання ротора, береться величина ковзання, що представляє збій різниця швидкостей обертання магнітного поля статора й ротора, виражене у відносних одиницях.

Виконується розрахунок механічних характеристик двигуна.

Рівняння механічної характеристики двигуна змінного струму, має зависимість електромагнітного моменту від ковзання двигуна та користується рівнянням формули Клосса

(2.16)

де Мкр — критичний момент електродвигуна; s — номінальне ковзання; sкр — критичне ковзання.

Хід розрахунку механічної характеристики електродвигуна. Визначається синхронна швидкість обертання щс = 0.105-n0 = 0,105*750=78,75 1/с (2.17)

Визначається номінальна швидкість обертання щн = щс *(1 -Sном) = 78,75*(1−0,06)=74 1/с (2.18)

Визначаються координати трьох крапок механічної характеристики асинхронного електродвигуна.

Перша крапка: момент М=0; ковзання S=0.

Друга крапка: номінальний момент електродвигуна МН0М=379 Н. м [див. ф. 2.12]

номінальне ковзання

(2.19)

максимальний момент електродвигуна Ммах =2,8*Мн =2,8*379=1061 Нм (2.20)

критичне ковзання, що відповідає значенню максимального моменту

(2.21)

Задаючись величиною ковзання S у частках згідно даних і підставляючи ці значення в рівняння механічної характеристики

Нм (2.22)

визначаються відповідні значення моментів.

Визначається значення швидкості, що відповідає заданому ковзанню, по формулі

щ= щн *(1 -S) = 74*(1−0,06)=69,5 1/с (2.23)

Результати розрахунку зводяться в таблицю 2.1 і будується природна механічна характеристика.

Табл. 2.1 Параметри механічної характеристики електродвигуна

Рис. 2.4 — Механічна характеристика АД з фазним ротором.

Висновок: Механічні характеристики АД дозволяють визначити швидкість обертання двигуна при різних значеннях опору в ланцюзі якоря двигуна.

2.5 Перевірка обраного електродвигуна по нагріву

Двигуни, обрані розрахунковим шляхом в обов’язковому порядку повинні бути перевірені по нагріву. Допускається не перевіряти по нагріву двигуни тривалого режиму роботи з будь-яким видом навантаження — незмінна, змінна, різко змінна. Це пояснюється тим, що двигуни тривалого режиму роботи розраховуються й обираються за максимальним робочим моментом навантаження, в той час, як двигуни повторно-короткочасного та короткочасного режимів обираються за еквівалентним значенням потужності, моменту та струму. Існує два методи перевірки: прямий та непрямий. Прямий метод полягає у визначенні кількості тепла, виділеного в електричній машині при роботі й відданого в оточуюче середовище. Метод досить складний через велику кількість різних матеріалів, які входять в електродвигун й мають різні теплові характеристики. На практиці частіше користуються непрямим методом, який полягає у тому, що визначаються повні еквівалентні значення моменту, струму або потужності, які порівнюються з аналогічними величинами приведеними до валу двигуна. При визначенні еквівалентних величин необхідно враховувати усі динамічні моменти, що виникають як при пуску, так і при гальмуванні, а також при регулюванні швидкості. В даному проекті регулювання швидкості при роботі не передбачається, тому необхідно враховувати тільки пуски та гальмування. Розрахунок повного еквівалентного моменту робиться на основі уточненої навантажувальної діаграмі електродвигуна (дивись рис. 2.5).

Рис. 2.5 — Уточнена навантажувальна діаграма Рис. 2.5 — Уточнена навантажувальна діаграма

Визначається уточнене значення еквівалентного моменту

Н•м. (2.24)

де, ,, , , — відповідні моменти режимів роботи двигуна.

Висновок: двигун задовольняє умовам нагріву так як виконується умова

2.6 Вибір способів й пристроїв регулювання координат електроприводу

Метою даного питання є вибір механізму й пристрою для регулювання процесів пуску, гальмування й швидкості обертання.

Задачі:

— об'єкти регулювання в системах електроприводів;

— вибір необхідних об'єктів регулювання згідно завдання на проектування;

— вибір пристроїв регулювання й опис блок-схем.

Під поняттям координат в електроприводі розуміють ті фізичні величини, які можуть стати об'єктом регулювання. До таких величин в електроприводі належать:

— швидкість обертання електроприводу;

— величини пускових моментів й струмів;

— величини гальмівних моменті й струмів;

— регулювання положення.

Основним об'єктом регулювання електроприводу є швидкість. Регулювання швидкості характеризується наступними показниками.

Діапазон регулювання — це відношення максимально можливої швидкості обертання до мінімального значення.

Стабільність швидкості характеризується величиною зміни швидкості при коливаннях навантаження на валу.

Плавність регулювання швидкості характеризується зміною швидкості обертання при переході з однієї механічної характеристики на іншу яка лежить поряд.

Напрям регулювання — це регулювання вище або нижче номінальної (паспортної) швидкості обертання.

Допустиме навантаження при регулюванні характеризує зміну теплового режиму двигуна при регулюванні швидкості. Це стосується в основному двигунів з самовентиляцією.

Економічність регулювання характеризується співвідношенням капітальних затрат на пристрій регулювання й експлуатаційних розходів при обслуговуванні і ремонті системи регулювання.

Регулювання струму і моменту вимагається в основному при пуску й гальмуванні електродвигуна. При цьому виникає необхідність як збільшення струму і моменту при пуску (тягові електродвигуни), так і зменшення пускових струмів і моментів для електродвигунів більшості загальнопромислових механізмів. При гальмуванні практично застосовують тільки зменшення величини струму при дії гальмівного моменту.

Регулювання положення електроприводу характеризується точкою шляху в яку повинно відбуватись гальмування або пуск електроприводу. Це стосується в основному електроприводів підйомних та транспортних механізмів.

Висновок: для механізму циклічної дії передбачаємо регулювання швидкості, обмеження пускового струму, динамічне гальмування.

2.7 Вибір і описання перетворювача для живлення електроприводу

У цей час автоматизація роботи електроприводів як на постійному, так і на змінному струмах виробляється, в основному, за рахунок широкого застосування тиристорних перетворювачів постійного й змінного струмів, а так само електроприводів з мікропроцесорним керуванням.

Застосування перетворювачів дозволяє автоматизувати практично всі функції керування, пропоновані до електроприводів.

Необхідним елементом електропривода є перетворювач частоти й напруги, на вхід якого подається стандартна напруга мережі 220, 380, 660 В промислової частоти 50 Гц, а з його виходу знімається змінна напруга регульованої частоти, значення яких перебувають у певних співвідношеннях.

Регулювання вихідної частоти й напруги здійснюється за допомогою керуючих сигналів, зміна яких визначає в остаточному підсумку зміна швидкості електродвигуна приводу.

Однією з ведучих закордонних фірм, що випускають тиристорні перетворювачі є транснаціональна фірма по розробці і випуску окремих електричних пристроїв — фірма «OMRON». Розглянемо деякі з перетворювачів вироблених цією фірмою.

Перетворювач F7+ (ЗGЗRV+) -універсальний. Його можна застосовувати для вирішення практично будь-якого завдання. Цей перетворювач реалізує алгоритм керування вектором струму з оптимізацією частоти перемикання ключів інвертора, що дає гарну динамічну і статичну точність стабілізації швидкості; може працювати в режим! вольт-частотного керування та реалізувати векторне керування приводом за струмом зі зворотним зв’язком або без нього; може забезпечувати керування обертовим моментом. Така багатофункціональність дає змогу уніфікувати обладнання для різних технологічних процесів, в тому числі для машин, які працюють в гірничо-видобувній промисловості. F7+ має потужність 0,4−300 кВт, видає вихідну частоту від 0,01 до 400 Гц. Із багатьох корисних функціональних можливостей F7 можна відзначити такі як: пусковий момент — 200%, діапазон регулювання швидкості 1:100 без зворотного зв’язку; 1:1000 із зворотним зв’язком, уставка завдання обертового моменту, автоматичний запуск після втрати живлення,

S — подібна характеристика пуску и зупинки, пам’ять параметрів на два електродвигуни тощо.

Автоматична настройка при нульовій частоті обертання та стабільні характеристики обертового моменту за малих обертів забезпечують швидкий пуск та оптимальний режим експлуатації приводу. Настроювання перетворювача проводиться за допомогою текстового рідкокристалічного дисплея, що спрощує роботу. Вся інформація про стан привода заноситься в пам’ять, що у разі помилки дозволяє швидко визначити причину II виникнення. Традиційна для перетворювачів ОМRON функція заощадження енергії підвищує ККД двигуна. Сім цифрових входів, два аналогових входи, чотири цифрових виходи і два аналогових виходи, плюс імпульсний вхід/вихід, що можуть програмуватися користувачем, інтерфейс RS 485/422А та спеціальне програмне забезпечення дають можливість вмонтувати перетворювач в будь-яку систему керування технологічним процесом.

Перетворювач ЗGЗМV є першим компактним перетворювачем ОМRON з вбудованою функцією розімкненого векторного керування, який забезпечує момент на виході 150% від номінального моменту при вихідній частоті обертання 1 Гц. ЗGЗМV забезпечує обертовий момент уже від 0,5 Гц, як наслідок, — більш стабільну швидкість на малих частотах, ніж у будь-яких перетворювачів подібного типу. Крім того, він гасить коливання, викликані навантаженням, автоматично включає функцію зміни обертового моменту при (U/f) керуванні, має функцію обмеження струму, викликаного високим обертовим моментом, що дає гарантію плавної роботи двигуна. Діапазон вихідних частот перетворювача ЗGЗМV — від 0,1 до 400 Гц, діапазон потужностей — від 0,1 до 7,5 кВт. Перетворювачі цієї серії є ідеальним варіантом для застосування на пакувальних лініях, приводах екструдерів, помп тощо.

Ще одним «членом СJМ’I» SYSDRIVE є перетворювач L7 — спеціально створений для керування ліфтами. В цій серії реалізуються такі принципи керування: векторного за потоком зі зворотним зв’язком або без нього та вольт-частотне керування. Оскільки, L7 розроблено спеціально для ліфтів, то в ньому передбачено ряд додаткових спеціальних функцій: контроль гальмування двигуна, контроль за відкриванням та блокуванням дверей, динамічне гальмування під керуванням мікропроцесора, при відключенні мережі — автоматичний перехід на роботу від батареї резервного живлення. Рідкокристалічний дисплей і текстове меню спрощують настроювання інвертора, а режими автоматичного настроювання без обертання гарантують отримання ним всієї необхідної інформації про стан двигуна без відключення його від системи керування. Традиційними для «омронівських» перетворювачів є широкий вибір засобів інтеграції приладу в існуючу систему керування, в комп’ютерну систему керування тощо. Потужність L7-серії—від 4 до 55 кВт.

Висновок: Остаточно вибирається тиристорний перетворювач серії L7 призначений для керування ліфтовими й іншими піднімальними механізмами.

2.8 Вибір й описання резервної релейно-контактної схеми управління електроприводом

Релейно — контакторні схеми керування електроприводами ставляться, здебільшого до розімкнутого. До розімкнутих схем ставляться схеми, у яких для керування електроприводами не використаються зворотні зв’язки по його координатах або технологічних параметрах, що приводять у дію робочої машини або виробничого механізму. Ці схеми відрізняючись простотою своєї реалізації, широко використаються там, де не потрібне висока якість керування рухом електропривода, зокрема для пуску, реверса й гальмування електродвигунів.

Розімкнуті схеми, здійснюючи керування електроприводом, забезпечують і захист електропривода, що живлення мережі й технологічного встаткування при виникненні різних ненормальних режимів — коротких замикань, перевантаженню двигунів, зникненні живлячої напруги, обриві фази живильної мережі й т.д. Для цього вони містять відповідні апарати й пристрої, що перебувають у взаємодії із пристроєм керування електродвигуном.

У розімкнутих системах керування головним чином використається релейно — контакторна апаратура, до складу якої входять командні малопотужні апарати, силові комутаційні апарати керування з ручним і дистанційним керуванням, реле керування й захисту.

Електричні апарати ручного керування.

До апаратів ручного керування ставляться командні малопотужні пристрої - кнопки й ключі керування, командоаппарати й силові комутаційні апаратирубильники, пакетні вимикачі й силові контролери.

Кнопки керування. Ці апарати призначені для подачі оператором керуючого впливу на ЕП. Вони розрізняються по величині - нормальні й малогабаритні, по числу замикаючих і розмикальних контактів, за формою штовхальника. Дві, три або більше кнопки, змонтованих в одному корпусі, утворять кнопкову станцію. Одної ланцюгові кнопки керування випускають із замикаючим і розмикальним контактами (рис. 2.7, а). Відзначимо, що контакти на схемах зображуються в «нормальному» стані електричних апаратів, коли на них не виявляється механічного, електричного або якого-небудь іншого впливу.

Двох цепні кнопки мають обидві пари показаних контактів з єдиним приводом. Особливістю кнопок керування є їхня здатність повертатися у вихідне (нормальне) положення (само повернення) після зняття впливу. Промисловістю випускаються кнопки серій КУ 120 і КЕ, призначені для роботи в ланцюгах змінного струму з напругою до 500 В і постійного струму з напругою до 220 В і струмами до 4 А.