Номер варианта Исходные данные	5
Тип крана	КЛ-75/19,1
Грузоподъёмность (кН), Fн	191
Вес ковша (кН), Fк	39
Минимальная скорость подъёма/спуска (м/с), vmin	0,04
Максимальная скорость подъёма/спуска (м/с), vmax	0,16
Количество ступеней регулирования	4
КПД редуктора (%),	78
Передаточное число редуктора, iр	168
Диаметр барабана (м), Dб	0,36
Высота подъёма (м), Hп	15
Допустимое ускорение (м/с2), aдоп	0,8
Момент инерции барабана (кгм2), Jб	233

Питающая сеть переменного тока ~3-TN-S, 380 В, 50 Гц.

2. Расчетная часть

2.1 Определить приведенные значения статических моментов и момента инерции исполнительного механизма.

2.2 Определить предварительно мощность двигателя и выбрать его по каталогу.

2.3 Произвести расчёт и выбор элементов силовой цепи электропривода.

2.4 Рассчитать и построить естественную механическую характеристику электродвигателя.

2.5 Рассчитать и построить механические характеристики при максимальном, среднем и минимальном значениях скорости движения.

2.6 Рассчитать и построить механические характеристики при рекуперативном торможении.

2.7 Оценить необходимость применения обратной связи для стабилизации угловой скорости вала электродвигателя (изменение скорости не должно превышать ±15% при изменении момента сопротивления на валу в пределах номинального момента электродвигателя). При необходимости рассчитать требуемый коэффициент усиления обратной связи,

2.8 Рассчитать и построить кривые изменения угловой скорости, момента и тока при пуске и остановке электродвигателя; определить длительность переходных процессов.

2.9 Проверить предварительно выбранный двигатель по нагреву и перегрузке.

2.10 Определить КПД электропривода за цикл работы.

2.11 Разработать принципиальную электрическую схему электропривода и дать описание её работы. Схема управления должна обеспечивать автоматическое выполнение заданного режима работы, ручное регулирование скорости вращения, необходимые виды защиты электрооборудования.

2.12 Выбрать аппаратуру управления, защиты и сигнализации. Составить перечень элементов

3. Графическая часть

3.1 Принципиальная электрическая схема электропривода.

3.2 Электромеханические и механические характеристики двигателя.

3.3 Нагрузочная диаграмма исполнительного механизма.

3.4 Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода за полный цикл работы.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Определение приведенных значений статических моментов и момента инерции исполнительного механизма

2. Определение предварительной мощности двигателя и выбор его по каталогу

3. Расчёт и выбор элементов силовой цепи электропривода

4. Расчёт и построение естественной механической характеристики электродвигателя

5. Расчёт и построение механических характеристик при максимальном, среднем и минимальном значениях скорости движения

6. Расчёт и построение механической характеристики при рекуперативном торможении

7. Оценка необходимости применения обратной связи для стабилизации угловой скорости вала электродвигателя

8. Расчёт и построение кривых изменения угловой скорости, момента и тока при пуске и остановке электродвигателя; определение длительности переходных процессов

9. Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву и перегрузке

10. Определение кпд электропривода за цикл работы

11. Разработка принципиальной электрической схемы электропривода, описание её работы

12. Выбор аппаратуры управления, защиты и сигнализации, составление перечня элементов

13 Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Широкое внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, неуклонное сокращение во всех отраслях численности работников, занятых ручным трудом, особенно на вспомогательных и подсобных работах, являются одной из важнейших задач народного хозяйства. Крановое оборудование при этом представляет собой одно из основных средств сокращения тяжелого физического труда.

Подавляющее большинство грузоподъёмных машин, изготовляемых отечественной промышленностью, имеет электрический привод механизмов, и поэтому эффективность действия и производительность этих машин в значительной степени зависят от качественных показателей используемого кранового электрооборудования. Современный крановый электропривод за последнее время претерпел существенное применение в структуре и применяемых системах управления.

Большинство грузоподъёмных кранов характеризуются постоянно меняющимися условиями использования при переработки грузов, и поэтому механизмы кранов, имеющие в своём составе электроприводы, должны быть в максимальной степени приспособлены к постоянно видоизменяющейся работе с грузами, разнообразными по массе, размерам, форме, и в условиях производственных помещений или на открытых грузовых площадках.

Для наиболее массовых кранов общего назначения начинают широко применяться электроприводы на основе короткозамкнутых двигателей, значительная часть кранов изготовляется с управлением с пола, а быстроходные краны для тяжелых режимов работы комплектуются различными тиристорными системами, обеспечивающими глубокое регулирование скорости, плавности пуска и торможения при постоянно повышающихся требованиях к экономии энергоресурсов.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИВЕДЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ И МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

Определение приведённых значений статического момента при различных режимах работы.

Приведённый статический момент при подъёме груза:

Приведённый статический момент при спуске груза:

Приведённый статический момент при подъёме ковша:

Приведённый статический момент при спуске ковша:

Определение приведённого значения момента инерции исполнительного механизма.

Приведённый момент инерции исполнительного механизма при заполненном ковше:

Приведённый момент инерции исполнительного механизма при пустом ковше:

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И ВЫБОР ЕГО ПО КАТАЛОГУ

Определим сначала максимальную скорость электродвигателя и минимальное время подъёма/спуска груза.

Максимальная частота вращения двигателя:

Максимальная скорость вращения двигателя:

Минимальное время подъёма/спуска груза:

Следующий шаг – определение приведённого эквивалентного момента двигателя, расчётной мощности двигателя и выбора его из каталога.

Так как нагрузочная диаграмма исполнительного механизма предварительно не задана, но известен режим, в котором работает двигатель, то продолжительность включения можно задать равной стандартному значению: .

Время цикла работы двигателя будет равно:

;

где - время простоя двигателя.

Тогда время цикла равно: .

Приведённый эквивалентный момент двигателя:

Расчётная мощность двигателя:

Учтём особенности данного типа привода [8, с.13] и продолжительность включения:

Кран литейный металлургический.

Группа режима работы крана – 7К.

Тип механизма – главный подъёмный.

Режим работы – 5М.

Исходя из этого расчётная мощность двигателя:

Для повторно-кратковременного режима выбираем двигатель серии 4АС. Ближайшие подходящие двигатели: 4АС132М4У3, 4АС160S4У3, 4АС160М4У3, 4АС180S4У3, 4АС180М4У3, 4АС200М4У3. Произведём тепловую и перегрузочную проверку.

1. 4АС132М4У3

Номинальная мощность двигателя: .

Номинальное скольжение: .

Синхронная частота вращения:

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент: .

- двигатель не проходит тепловую проверку.

2. 4АС160S4У3

Номинальная мощность двигателя: .

Номинальное скольжение: .

Синхронная частота вращения:

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент: .

- двигатель не проходит тепловую проверку.

3. 4АС160М4У3

Номинальная мощность двигателя: .

Номинальное скольжение: .

Синхронная частота вращения:

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент: .

- двигатель проходит тепловую проверку.

Критический момент .

Максимальный статический момент .

- двигатель не проходит проверку по перегрузочной способности.

4. 4АС180S4У3

Номинальная мощность двигателя: .

Номинальное скольжение: .

Синхронная частота вращения:

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент: .

- двигатель проходит тепловую проверку.

Критический момент .

Максимальный статический момент .

- двигатель не проходит проверку по перегрузочной способности.

5. 4АС180М4У3

Номинальная мощность двигателя: .

Номинальное скольжение: .

Синхронная частота вращения:

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент: .

- двигатель проходит тепловую проверку.

Критический момент .

Максимальный статический момент .

- двигатель не проходит проверку по перегрузочной способности.

6. 4АС200М4У3

Номинальная мощность двигателя: .

Номинальное скольжение: .

Синхронная частота вращения:

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент: .

- двигатель проходит тепловую проверку.

Критический момент .

Максимальный статический момент .

- двигатель проходит проверку по перегрузочной способности.

Таким образом, выбираем двигатель 4АС200М4У3.

Необходимо перечислить основные параметры данного двигателя: [6]

Фазное напряжение питающей сети: .

Линейное напряжение питающей сети: .

Частота питающей сети: .

Номинальная мощность двигателя: .

Синхронная скорость: .

Синхронная частота вращения: .

Номинальное скольжение: .

Номинальная частота вращения:

Номинальный момент:

Параметры схемы замещения:

Пусковые параметры.

Пусковой момент: .

Минимальный момент: .

Критический момент: .

Номинальное скольжение: .

Критическое скольжение: .

Пусковой ток: .

Момент инерции ротора двигателя: .

Номинальный КПД: .

Номинальный cos: .

Номинальный ток статора:

3. РАСЧЁТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Преобразователь частоты:

Марка - HYUNDAI N300,

Модель – 370 HF .

Параметры преобразователя:

Мощность двигателя - ,

Номинальный ток - ,

Номинальное напряжение - ,

Номинальная частота - ,

Диапазон - . Автоматический выключатель:

Расцепитель автоматического выключателя рассчитывается на номинальный ток преобразователя, который примерно равен номинальному току двигателя. Так как пуск происходит при пониженном напряжении и частоте, нет необходимости учитывать пусковой ток двигателя. [12]

Выключатель: АЕ 2063ММ.

Номинальный ток расцепителя .

4. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Предварительно необходимо рассчитать сопротивление первичной обмотки и сопротивление вторичной обмотки, приведённое к числу витков вторичной.

Диапазон значений скольжения: .

Уравнение механической характеристики двигателя:

Скорость электродвигателя в функции скольжения:

Результаты расчётов:

Таблица 4.1 – механическая характеристика двигателя

1	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0
0	15.7	31.4	47.1	62.8	78.5	94.2	110	125.7	141.4	157
387.6	416.4	448.4	483.3	520.2	555.7	582	581.4	518.4	337	0

Однако данное уравнение ошибочно описывает процессы, происходящие при пуске АД. Так, например оно не учитывает увеличение активного сопротивления фазы ротора вследствие эффекта вытеснения тока. Поэтому есть необходимость произвести расчёт механической характеристики по эмпирически выведенной формуле.

Диапазон изменения скольжения тот же, что и в предыдущих вычислениях.

Критическое скольжение:

Критический момент:

Пусковой момент:

Коэффициент K:

Момент электродвигателя:

Результаты расчётов:

Таблица 4.2 – МХ по эмпирической формуле

1	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0
0	15.7	31.4	47.1	62.8	78.5	94.2	110	125.7	141.4	157
446.6	464.6	486.5	512.1	540.5	568.424	586.9	575.8	496.6	302.8	0

Графики естественных механических характеристик:

Рисунок 4.1 – Графики естественных механических характеристик

5. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ МАКСИМАЛЬНОМ, СРЕДНЕМ И МИНИМАЛЬНОМ ЗНАЧЕНИЯХ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

При расчёте искусственных характеристик двигателя необходимо воспользоваться условием задания:

При этом частоты преобразователя, обеспечивающие работу на максимальной скорости при различных моментах, будут также различны

При частотном регулировании жесткость МХ остаётся постоянной:

Подобным выражением можно воспользоваться при определении синхронной скорости вращения, соответствующей максимальной скорости при различных моментах:

Минимальный статический момент:

Максимальный статический момент:

Соответствующие данным синхронным скоростям частоты:

Минимальный статический момент:

Максимальный статический момент:

Сопротивление короткого замыкания:

Коэффициенты и :

, .

Относительная частота:

Минимальный статический момент:

Максимальный статический момент:

Относительное напряжение на статоре:

Минимальный статический момент:

Максимальный статический момент:

При увеличении частоты вверх от номинала необходимо также увеличить и напряжение на статоре, но это не допустимо. Значит, относительное напряжение будет равно 1: