2.6 Расчет мощности и выбор электродвигателей подъема

Статическую мощность на валу электродвигателя при подъеме с грузом Р₁ , кВт, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.1)

кВт.

Статическую мощность при тормозном спуске Р₂, кВт, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.2)

кВт.

Статическую мощность при подъеме без груза Р₃, кВт, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.3)

где η₀ – коэффициент зависимости КПД передач в функции от загрузки, приняли согласно /7, с.27/

η₀=0,68,

кВт.

Статическую мощность при силовом спуске Р₄, кВт, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.4)

кВт.

Статическую эквивалентную мощность Р_э, кВт, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.5)

кВт.

Расчетную продолжительность включения ПВ_расч, %, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.6)

где Т_цикла – время цикла, с.

Время цикла Т_цикла , с, определили согласно /7, с.27/ по формуле

, (2.7)

с,

.

Эквивалентную мощность к ПВ_н=40%, Р_э, кВт, определили согласно /7, с.28/ по формуле

, (2.8)

кВт.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором выбрали по /3, c.105/ по условию

Данные занесли в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Данные выбранного двигателя

Тип двигателя	Pном, кВт	При номинальной нагрузке			Mmax/Mн	Mп/Мн	Mmin/Мн	Iп/Iн	J, кг·м2
		nн, об/мин	η, %	cos φ
4А100S4У3	3,0	1435	82	0,83	2,4	2,0	1,6	6,0	86,8·10-4

2.7 Внесение изменения в схему управления

Чтобы уменьшить пусковые токи в цепь управления силовой частью двигателя включить тиристорный преобразователь. Это позволит регулировать частоту вращения и значительно улучшить условие пуска.

Для механизма подъема можно выбрать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором специального кранового исполнения. Эти двигатели изготавливаются с особой обмоткой ротора. Для обмотки выбирается специальный материал с большим сопротивлением, чем медь. В результате чего пусковой момент увеличивается, а пусковые токи – уменьшаются.

Для питания пульта управления можно предложить искробезопасные цепи или сверхнизкие (малые) напряжения до 50В.

2.8 Проверочный расчет выбранного электродвигателя по нагреву и перегрузке .

Статический момент при подъеме с грузом М , Н*м определили согласно /7, с.28/ по формуле

, (2.9)

где R – радиус барабана, мм.

i – передаточное отношение редуктора и кратность полистата.

Передаточное отношение редуктора и кратность полистата i определили согласно /1, с.28/ по формуле

, (2.10)

,

H*м.

Статический момент при тормозном спуске М , Н*м определили согласно /7, с.28/ по формуле

, (2.11)

Н*м.

Статический момент при подъеме без груза М , Н*м определили согласно /7, с.28/ по формуле

, (2.12)

Н*м.

Статический момент при силовом спуске М , Н*м определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.13)

Н*м.

Суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, при работе с грузом , кг*м определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.14)

где j - момент инерции ротора,

- угловая скорость, рад/с.

Угловую скорость , рад/с определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.15)

рад/с.

кг*м .

Суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, при работе без грузом , кг*м определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.16)

кг*м .

Задаваясь допустимой величиной ускорения, приняли а=0,2м/с и время пуска электродвигателя t , с определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.17)

с.

Задаваясь допустимой величиной замедления, приняли в=0,2м/с и определили время торможения t согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.18)

с.

Пусковой момент при подъеме с грузом М , Н*м определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.19)

Н*м.

Пусковой момент при подъеме без груза , Н*м определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.20)

Н*м.

Пусковой момент при силовом спуске , Н*м определили согласно /7, с.29/ по формуле

, (2.21)

Н*м.

Время установившейся работы электродвигателя t , с определили согласно /7, с.30/ по формуле

, (2.22)

где - относительная продолжительность включения.

Относительную продолжительность включения определили согласно /7, с.30/ по формуле

, (2.23)

,

с.

Время паузы в работе электродвигателя , с определили согласно /7, с.30/ по формуле

, (2.24)

с.

Правильность расчетов проверили по определению времени

3*0,65+4*0,65+4*45,02+4*66,34=450 с.

Задаваясь масштабом, по расчетным данным построили нагрузочную диаграмму (рис 2.1)

По расчетным данным и нагрузочной диаграмме эквивалентный момент М , Н*м определили согласно /7, с.30/ по формуле

, (2.25)

=

Эквивалентный момент к ПВ М , Н*м пересчитали согласно /7, с.30/ по формуле

, (2.26)

Н*м.

Номинальный момент двигателя М , Н*м определили согласно /7, с.30/ по формуле

, (2.27)

Двигатель проходит по нагреву, так как выполняется условие

,

19,97 > 13,095.

2.9 Расчет механической характеристики двигателя подъема

Естественную механическую характеристику M, Н*м, построили согласно /3, с. 44/ по уточненной формуле Клосса

M = , (2.28)

где – перегрузочная способность двигателя, ;

q – вспомагательная величина;

S – скольжение;

S_к – критическое скольжение.

Критическое скольжение S_к , определили согласно /5, с. 44/ по формуле

S_к = , (2.29)

где S_н – номинальное скольжение;

A – вспомогательная величина.

S_к = = 0,4.

Номинальное скольжение определили согласно /3, с. 45/ по формуле

S_н = , (2.30)

г

де n_c – синхронная частота вращения двигателя, об/мин;

n_н – номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

Рисунок 2.1 Нагрузочная диаграмма

г

де n_c – синхронная частота вращения двигателя, об/мин;

n_н – номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

S_н = = 0,043.

Вспомогательную величину A, определили согласно /5, с. 44/ по формуле

A = , (2.31)

где – кратность пускового момента .

A = = 7.

Вспомогательную величину q, определили согласно /5, с. 44/ по формуле

q = , (2.32)

q = = 2,5.

Таблица 2.2 – Расчет механической характеристики

S	0	Sн	0,1	0,2	0,3	Sk	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
ω=1-S	1	0,96	0,9	0,8	0,7	0,6	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
M	0	0,91	1,6	2,16	2,36	2,4	2,4	2,36	2,3	2,24	2,16	2,08	2

По данным таблицы 2.2 построили механическую характеристику двигателя.

Рисунок 2.2 – График механической характеристики

2.10 Выбор аппаратов защиты и автоматики, плавких вставок, нагревателей тепловых реле и автоматических выключателей, пускателей и трпнсформаторов

Выбор электрических аппаратов представляет собой задачу при решении которой должны учитываться:

1) коммутируемые аппаратом токи, напряжения и мощности;

2) параметры нагрузки – активная, индуктивная, емкостная, низкоомная и др.;

3) число коммутируемых цепей;

4) напряжение и токи цепей управления;

5) режим работы аппарата – кратковременный, длительный, повторно-кратковременный;

6) условия работы аппарата – температура, влажность, давление, наличие вибрации и др.;

7) способы крепления аппарата;

8) экономическая и масса, габаритные показатели;

9) удобство сопряжения и электромагнитная совместимость с другими устройствами и аппаратами;

10) стойкость к электрическим, механическим и термическим перегрузкам.

Номинальный ток I_ном, А, для трехфазной, трех и четырех проводной сети определили согласно /8, с. 87/ по формуле

I_ном = P_ном/ *U_н.л.*cosφ, (2.33)

I_ном = 3000/ *380_.*0,83 = 5,5 А.

Пусковой ток двигателя определили согласно /8, с. 88/ по формуле

I_п = I_ном , (2.34)

где - кратность пускового тока двигателя

I_п = 6*5,49 = 33 А.

Ток вводного автомата , А, определили согласно /8, с.88/ по формуле

. (2.35)

Ток расчетный , А, определили по формуле 2.33

А.

По результатам расчета выбрали автоматический выключатель. Данные занесли в таблицу 2.3

Таблица 2.3 - Данные выбранного автоматического выключателя

Тип	Число полюсов	Номинальный ток, А	Предельная коммутационная способность, кА	Срок службы, лет
АД-12	3	16	4500	15

К числу показателей магнитных пускателей, по которым они выбираются, относятся характер и величина напряжений главной цепи и цепи управления (включающих катушек); коммутационная способность контактов и их количеств, допустимая частота включений; режим работы; категория размещения; степень защиты от воздействия окружающей среды.

Магнитный пускатель выбрали по каталогу, данные занесли в таблицу 2.4

Таблица 2.4 - Данные выбранного пускателя

Тип	Номинальное напряжение включающих катушек, с частотой 50 Гц	Число и исполнение контактов вспомогательной цепи	Номинальный ток контактов, А
ПМ12-010150УХЛ4	380	2з + 1р	16

Для двигателя подъема выбрали магнитный пускатель ПМЕ 113 с номинальным током .

Для двигателя перемещения и тали, и моста выбрали магнитный пускатель ПМЕ 003 с номинальным током .

2.11 Выбор сечения проводов и питающих кабелей

Сечение проводов, кабелей и шин выбирается с учетом следующих требований:

1) провода, кабели и шины не должны нагреваться сверх допустимой температуры при протекании по ним расчетного тока нагрузки;

2) отклонения напряжения на зажимах электроприемников не должны превышать -2,5%...+5% для осветительной и 5% для силовой нагрузки;

3) провода, кабели шины должны обладать достаточной для данного вида сети механической прочностью;

4) отклонения напряжения из-за кратковременного отклонения (наброса или сброса) нагрузки должны соответствовать значениям ГОСТ13109-87

При прохождении электрического тока по проводу или кабелю в нем выделяется значительное количество теплоты за счет потерь мощности в токопроводящих жилах и изоляции. Каждый вид изоляции рассчитан на определенную длительно допустимую температуру, при которой старше изоляции происходит медленно. Предельно допустимая температура нагрева проводов и кабелей имеет большое значение, так как от нее зависит нагрузочная способность, срок службы и надежность работы кабеля.

Максимальный ток при котором установившаяся температура провода или кабеля соответствует нормам, называется допустимой длительной токовой нагрузкой. Расчет проводов и кабелей на нагревание сводится по максимальному току с учетом способа прокладки, типа изоляции и температуры окружающей среды.

Длительный допустимый ток I_дд, А, определили согласно /9, с. 61/ по формуле

I_дд=1,4*I_р, (2.36)

I_дд = 1,4*5,5 = 7,7 А.

Кабель для для питания двигателя выбрали по каталогу марки ВВГ 4x2,5, с длительным допустимым током I_дд = 19 А

Для питания кран-балки выбрали кабель КГ 3*1,5 с длительно допустимым током 19А.

Кабель для питания двигателя подъема выбрали ВВГ 3*1,5 с током номинальным 19А.

2.12 Описание запроектированной схемы управления

Для подачи напряжения на электрооборудование кран-балки надо включить автоматический выключатель QF1. Для подачи напряжения на силовые цепи и цепи управления нажимают кнопку SB1, включится контактор КМ1, главными контактами подаст напряжение на электрооборудование кран-балки, блок - контактами КМ1 шунтирует пусковую кнопку SB1, образуя цепь самопитания катушки КМ1.

Для подъема или опускания груза надо нажать кнопку SB2 или SB3, включится контактор КМ2 или КМ3 и подаст напряжение на двигатель лебедки М1 и электромагнит тормоза YB. Двигатель М1 растормаживается и запускается. Для остановки двигателя М1 достаточно опустить кнопку SB2 или SB3. Для управления двигателем тележки М2 надо нажать кнопку SB4 или SB5, включится контактор КМ4 или КМ5 и запустит двигатель М2 на перемещение тележки влево или вправо. Для управления двигателем М3 надо нажать кнопку SB6 или SB7, включится контактор КМ6 или КМ7, и запустится двигатель М3 на перемещение балки вперед или назад.

Схемой предусмотрено автоматическое отключение двигателей М1, М2 и М3 при подходе механизмов к крайним положениям при срабатывании конечных выключателей SQ1-SQ5. Для обеспечения безопасной эксплуатации предусмотрено возможность работы двигателей лебедки, тележки и моста только при нажатых кнопках SB2-SB7.