8.2 Розрахунок потужності і вибір двигуна візка
Аналогічним чином розраховуємо потужність двигуна візка, при цьому враховуємо масу візка , номінального вантажу і вантажозахоплюючого пристрою.
Вихідні дані:
– ТВн, %;
– маса візка
,
м;
– швидкість візка
,
м/с;
– діаметр ходових коліс Dв, м ;
– діаметр цапф
,
м;
– передавальне число редуктора
;
– схема механізму з центральним приводом , k ;
– механічний ККД
;
– довжина ходу Lв, м;
– діапазон регулювання D .
Загальне зусилля навантаження:
(нехтуючи вітровим навантаженням)
– з вантажем ,
– без вантажу.
Час роботи:
.
Час паузи:
.
.
Приведене еквівалентне статичне навантаження:
Необхідна швидкість обертання двигуна:
.
По каталогу вибираємо двигун по отриманим розрахункам.
9. Вибір пристроїв керування двигунами
9.1 Контролерні схеми керування
Для керування двигунами можна використовувати контролери силові або магнітні . При цьому необхідно враховувати режим роботи і потужність механізму (табл. 9.1).
Табл. 9.1
Потужність двигуна , кВт |
Тип контролера в режимі роботи |
|||
I(Л) |
II(С) |
III(В) |
IV(ДВ) |
|
До 10 |
Силовий |
Силовий |
Силовий |
Магнітний |
До 30 |
----//---- |
----//---- |
Магнітний (силовий) |
----//---- |
Більше 30 |
----//---- |
Магнітний (силовий) |
Магнітний |
----//---- |
Згідно даних, що приведені в таблиці 9.1, для керування двигунами необхідно використовувати магнітні або силові контролери .
Магнітні і силові контролери вибираються з каталогу за наступними даними:
– експлуатаційні умови використання ;
– кількість ступенів комутації , яка повинна забезпечувати діапазон регулювання ;
– напруга мережі живлення ;
– напруга і рід струму кола керування ;
– максимальна потужність і тип двигуна, що використовуємо для даного режиму роботи .
9.2 Безконтактні схеми керування
Пускорегулювальні безконтактні пристрої (ПРБП) використовуються для пуску, реверсування, гальмування і безступеневого регулювання швидкості асинхронних двигунів і двигунів постійного струму.
Внаслідок керування електродвигунами за допомогою керованих вентильних перетворювачів напруга на їхніх затискачах і струм у навантаженні мають пульсуючий характер, а на змінному струмі не синусоїдну форму. В результаті цього, а також в процесі комутації з’являються вищі гармонічні складові напруг і струмів, які призводять до додаткового нагрівання двигунів і виникненню радіозавад в цеховій електромережі .
Додаткове нагрівання двигунів залежить від коефіцієнту пульсацій Кі
Нагрівання двигунів постійного струму зростає на 5 – 7 % при Кі = 25 % , на 15 – 22 % при Кі = 35 % .
У випадку регулювання швидкості асинхронних двигунів зростають втрати ковзання. Щоб двигуни не перегрівалися, їх встановлена потужність повинна бути вище розрахункової.
Вибір ПРБП розглянемо на прикладі механізму переміщення візка.
Розраховуємо статичні моменти опору
під час переміщення візка з номінальним
вантажем (М1) і без нього (М2), приймаючи
В період розгону максимальний момент двигуна:
Номінальний момент двигуна:
(2,3 – кратність максимального моменту для режиму S3).
Кратність пускового моменту в період розгону:
Знаходимо номінальне ковзання Sном
і ковзання для максимального моменту
двигуна
:
Визначаємо відношення максимального
моменту до моменту перемикання
і середній момент Мсер
під час розгону електродвигуна :
ПРБП вибирається і перевіряється за умовою :
, де
Imax – допустимий максимальний струм пристрою , А ;
- номінальний струм в колі ротора двигуна
, А ;
Мн – номінальний момент двигуна ,
;
Мсер – середній пусковий момент , ;
В зв’язку з тим , що в вибраному ПРБП регулювання швидкості здійсню -ється за допомогою асинхронно – вентильного каскаду введенням у коло ротора зустрічної ЕРС , то швидкість обертання буде змінюватися зі зміною цієї ЕРС згідно з виразом :
, де
синхронна швидкість обертання ,
Ер – випрямлена напруга ротора , пропорційна ковзанню ,
Еі – зустрічна ЕРС інвертора ,
падіння напруги на активних опорах ,
падіння напруги на вентилях випростувача
,
падіння напруги на індуктивних опорах
обмоток ротора і згладжувальних дроселях
.
Регулювання зустрічної ЕРС (Еі) здійснюється блоком керування пристроєм зміною кута відкривання тиристорів інвертора .
Значення струму динамічного гальмування рекомендується вибирати для кожного двигуна окремо , виходячи з рівності потужностей втрат у гальмівному режимі і в режимі двигуна :
звідки
,
де
еквівалентний струм динамічного
гальмування ;
кількість фаз статорної обмотки , які
беруть участь у динамічному гальмуванні
;
Rф – активний опір однієї фази ;
номінальний фазний струм двигуна .
Враховуючи ці положення вибір безконтактних пристроїв необхідно вико -нувати таким чином, щоб його потужність була як можна ближчою до потужності вибраного двигуна.
І. Механічні характеристики електроприводу з двигуном змінного
струму (приклади і задачі).
1. Асинхронний двигун з фазним ротором типу МТ31-6 (Рн = 11,0кВт, Uн = 380 В, Ін =28,4 А, nн =953 об/хв, r 1= 0,415 Oм, x1 =0,465 Ом, U2k = 200 В; І2н = 35,4А; г2 = 0,132 Ом, х2 =27 Ом, kе = 1.84, λ= Мк/Мн = 3,1) працює з реактивним моментом на валі М = 95 Н∙м.
Визначити величину пускового моменту цього двигуна та його кутову швидкість при статичному навантаженні, якщо в коло ротора ввести додатковий резистор з опором R = 1,1 Ом.
Розв'язок
Приведені опори ротора до обмоток статора:
r'2 = r2∙ kе2; r'2 = 0,132∙1,842 = 0,447 Ом;
Rд'= Rд ∙ kе2; Rд' = 1,1 ∙ 1,842 = 3,724 Ом;
х'2 = х2∙ kе2; x2 = 0,27 ∙ 1,842 = 0,914 Ом.
Індуктивний опір при короткому замиканні:
хк = х1 + х2; хк = 0,465 + 0,914 = 1,379 Ом.
Номінальна кутова швидкість:
ωн = π ∙ nн /30; ωн = π ∙ 953 /30 = 99,8 рад/с.
Синхронна кутова швидкість:
ω0 = π ∙ n0 / 30; ω0 = π ∙ 1000 / 30 = 104,7 рад/с.
Номінальний момент на валі двигуна:
Мн = Рн/ ωн; Мн = 11 ∙ 103 / 99,8 = 110,2 Н ∙ м.
Критичний момент двигуна:
Мк = 3,1 ∙ Мн: Мк = 3,1 ∙ 110,2 = 341,6 Н ∙ м.
Механічна характеристика асинхронного двигуна:
Критичне ковзання на штучній характеристиці:
Відносна величина активного опору статора:
Пусковий момент на штучній характеристиці (s = 1.0)
Співвідношення критичного й статичного моментів
λС = МН / МС: λС = 341,6 / 95 = 3,6.
Ковзання на штучній характеристиці при М= МС:
SCl = 24,9: SC2 = 0,336.
Приймаємо SC2 = 0,336, яке відповідає режимові двигуна (Sc1 відповідає режимові противмикання).
Швидкість обертання на штучній характеристиці при М = Мс:
nс = (1 – SС): nс = 1000 ∙ (1 ∙ 0,336) = 664 об/хв.
Кутова швидкість на штучній характеристиці при М = Мс:
ωс =ω0 (1– SC): ωс = 104,7 ∙ (1– 0,336) = 69,5 рад/с.
2. Асинхронний двигун потужністю Рн = 400 кВт (Uн = 380 В, nн =970 об/хв, U2k = 535 В; І2н = 475 А; λ= Мк / Мн = 2,5) приводить в рух підіймальний механізм. При опусканні вантажу зі швидкістю nс = 0,3 nн двигун працює в режимі противмикання з навантаженням Мс = 0,8 Мн. Визначити, що треба зробити з резистором у колі ротора, щоб при падінні напруги живлення на 20% забезпечити задану швидкість опускання вантажу.
Розв'язок.
Синхронна кутова швидкість:
ω0 = π ∙ n0/30; ω0 = π ∙ 1000/30 = 104,7 рад/с.
Номінальне ковзання:
Sн = (n0 – nн)/ n0 ; Sн = (1000 – 970)/1000 = 0,03.
Критичне ковзання:
Активний опір обмотки однієї фази ротора:
;
Ковзання при статичному навантаженні:
Sc = Sн ∙ Мс / Мн ; Sc = 0,03 ∙ 0,8 = 0,024.
Ковзання при опусканні вантажу, коли Uм = Uн:
Опір додаткового резистора в колі ротора:
Rд = (Sc пр. / Sс – 1) ∙ r2 ; Rд = (1,29 / 0,024 – 1) ∙ 0,0195 = 1,03 0м.
Критичне ковзання на штучній характеристиці:
Sкш = Sнш ∙ (r2 + Rд) / r2 ; Sкш = Sк ∙ (0,0195 + 1.03) / 0,0195 = 53,8 Sк. Співвідношення моментів при пониженій напрузі:
λС = λ ∙ku2 ∙ Мн / Мс ; λС = 2,5 ∙ 0,64/0.8 = 2,0.
Ковзання на штучній характеристиці:
Кутова швидкість двигуна при пониженій напрузі живлення:
ωс = ω0 (1- SCш); ωс = 104,7 ∙ (і – 2,08) = –113 рад/с.
Величина опору додаткового резистора в колі ротора, з яким двигун при пониженій напрузі буде працювати з заданою швидкістю:
Отже, треба зменшити опір додаткового резистора на ΔR = Rд – Rд 1;
ΔR = 1,03 – 0,631 = 0,399 Ом.
3. У краново-металургійного асинхронного двигуна з фазним ротором типу MTF312-6 (Рн = 17,5 кВт, Uн = 380 В, Ін = 42,5 А, nн = 950 об/хв, r 1= 0,23 Oм, x1 =0,334 Ом, U2k = 233 В; І2н = 54 А; г2 = 0,107 Ом, х2 =244 Ом, kе = 2,66, λ = Мк / Мн = 2,4) з реактивним статичним навантаженням Мс = 108 Н. м потрібно змінити напрям обертання зміною двох фаз живлення статора. Визначити:
- величину опору резистора, який треба при цьому ввести додатково в коло ротора для обмеження початкового гальмівного моменту до Мпр =0.81Мк;
- величину моменту двигуна при зупинці (пускового в протилежному напрямку обертання);
- кутову швидкість двигуна в протилежному напрямку, якщо величина статичного моменту при реверсуванні не зміниться.
Розв'язок
Приведені опори ротора до обмоток статора:
r'2 = r2∙ kе2; r'2 = 0,107 ∙ 2,662 = 0,757 Ом;
х'2 = х2∙ kе2; x2 = 0,244 ∙ 2,662 = 1,726 Ом.
х н = х1 + х'2; хн = 0,344 + 1,726 = 2,06 Ом.
Номінальна кутова швидкість:
ωн = π ∙ nн /30; ωн = π ∙ 950 /30 = 99,5 рад/с.
Синхронна кутова швидкість:
ω0 = π ∙ n0 /30; ω0 = π ∙ 1000/30 = 104,7 рад/с.
Номінальний момент двигуна:
Мн = Рн / ωн; Мн = 17,5 ∙ 103 / 99,5 = 175,9 Н∙м.
Критичний момент двигуна:
Мк = 2,4 ∙ Мн; Мк = 2,4 ∙ 175.9 = 422,2 Н∙м.
Початковий момент при противмиканні:
Мпр = 0,8 ∙ Мк; Мпр = 0,8 ∙ 422,2 = 337,7 Н∙м.
Номінальне ковзання:
Sн = (n0 – nн) / n0 ; Sн = (1000 – 950)/1000 = 0,05.
Ковзання на природній характеристиці при М = Мс:
Sc = Sн • Мс / Мн; Sc = 0,05 ∙ 108 / 175,9 = 0,0306.
Ковзання на штучній характеристиці при противмиканні
Sш = 1 + (1 – Sc); Sш = 1 + (1 – 0,0306) = 1,97.
Відносна величина активного опору статора:
Співвідношення моментів критичного та противмнкання:
λпр= Мк / Мпр. λпр = 422,2 / 337,7 = 1,25.
Критичне ковзання на штучній характеристиці:
Sкш1 = 4,08; Sкш2 = 0,95.
Приймаємо Sкш = 4,08, тому що це ковзання відповідає меншому гальмівному струмові.
Величина приведеного додаткового опору в колі ротора:
Абсолютне значення опору додаткового резистора в колі ротора:
Rд = R'д / kе2 ; Rд = 7,7 / 2,662 = 1,4 Ом.
Величина пускового моменту на штучній характеристиці:
Співвідношення критичного й статичного моментів
λс = Мк / Мс; λс = 422,2 / 108 = 3,91.
Ковзання на штучній характеристиці при М = Мс:
Sш1.1= 34,04; Sш1.2 = 0,45.
Приймаємо Sш1 = 0,45, тому що це ковзання відповідає режиму двигуна в протилежному напрямку обертання.
Кутова швидкість у протилежному напрямку обертання:
ωш = ω0 (1 – Sш1.2); ωш = 104,7 - (1 – 0,45) = 57,7 рад/с.
4. Асинхронний двигун з фазним ротором типу
MTF411-8 (Рн = 18 кВт, Uн = 380 В, Ін = 46,7 А,
nн = 700 об/хв, r 1= 0,327 Oм, x1 =0,53 Ом, U2k = 221 В;
І2н = 59 А; г2 = 0,117 Ом, х2 =0,26 Ом, kе = 2,04,
λ = Мк / Мн = 2,5) повинен працювати в режимі
динамічного гальмування зі швидкістю ωш = – 32 рад/с.
Статорна обмотка вмикаєтся до джерела постійного
струму за схемою на рис.1. Активний статичний момент
на валу двигуна М = 175 Н∙м.
Рис.1. Схема динамічного гальмування двигуна.
Визначити величину опору додаткових резисторів, які потрібно ввімкнути симетрично в коло ротора, щоб критичний момент у режимі динамічного гальмування дорівнював критичному моментові в рушійному режимі при номінальній напрузі живлення статора.
Розв'язок
Номінальна кутова швидкість:
ωн = π ∙ nн /30; ωн = π ∙ 700 /30 = 73,3 рад/с.
Синхронна кутова швидкість:
ω0 = π ∙ n0 /30; ω0 = π ∙ 750/30 = 78,5 рад/с.
Номінальний момент двигуна:
Мн = Рн / ωн; Мн = 18 ∙ 103 / 73,3 = 245,6 Н∙м.
Номінальне ковзання:
Sн = (n0 – nн) / n0 ; Sн = (750 - 700)/750 = 0.067.
Приймаємо, що відносна швидкість при номінальному моменті динамічного гальмування дорівнює номінальному ковзанню:
Vс = Sн; Vн = 0,067.
Відносна швидкість при Мс = 175 Н∙м на характеристиці динамічного гальмування без додаткового резистора в колі ротора:
Vc = Vн ∙ Мс / Мн ; Vс = 0,067 ∙ 175/245,6 = 0,0475.
Відносна швидкість на характеристиці з додатковим резистором Rx в колі ротора: Vс1= ωс / ω0; Vcl = 32 / 78,5 = 0,408.
Величина опору додаткового резистора в колі ротора:
Rд = r2 ∙ (Vcl / Vc –1); Rд = 0,117 ∙ (0,408 / 0,0475 –1) = 0,888 Ом.
5. Для асинхронного двигуна типу МТВ211-6 (Рн = 7,5 кВт, Uн = 380 В, Ін = 20,8 А, nн = 935 об/хв, r 1= 0,68 Oм, x1 =1,07 Ом, U2k = 255 В; І2н = 19,8 А; г2 = 0,44 Ом, х2 =0,88 Ом, kе = 1,38, λ = Мк / Мн = 2,5) розрахувати графоаналітичним методом опори резисторів для його пуску в три ступені. Момент статичного навантаження на валі двигуна Мс = 0,55 Мн; максималь- ний момент перемикання М1 = 150 Н∙м.
Розв'язок
Приведені опори ротора до обмоток статора:
r'2 = r2∙ kе2; r'2 = 0,44 ∙ 1,382 = 0,838 Ом;
х'2 = х2∙ kе2; x2 = 0,88 ∙ 1,382 = 1,68 Ом.
х к = х1 + х'2; хк = 1,07 + 1,68 = 2,75 Ом.
Номінальна кутова швидкість:
ωн = π ∙ nн /30; ωн = π ∙ 935 /30 = 97,9 рад/с.
Синхронна кутова швидкість:
ω0 = π ∙ n0 /30; ω0 = π ∙ 1000/30 = 104,7 рад/с.
Номінальне ковзання:
Sн = (n0 – nн) / n0; Sн = (1000 – 935)/1000 = 0,065.
Номінальний момент двигуна:
Мн = Рн / ωн; Мн = 7,5 ∙ 103 / 97,9 = 76,6 Н∙м.
Критичний момент двигуна:
Мк =2,5 ∙Мн; Мк =2,5 ∙76,6 = 191,5 Н∙м.
Відносна величина активного опору статора:
Критичне ковзання на природній характеристиці:
Sк1= 0,36; Sк1 = 0,0114.
Механічна характеристика асинхронного двигуна:
Задаючись значеннями ковзання від S = 0 до S = Sк , розраховуємо й зводимо в табл.1 та будуємо на рис.2. робочу частину природної механічної характеристики.
Статичний момент навантаження :
Мс = 0,55∙Мн; Мс = 0,55∙76.6 = 42,1 Н∙м.
Мінімальний момент перемикання:
Мн ≥ 1,2∙Мн; Мн ≥ 1,2∙42,1 ≥ 50,6 Н∙м.
Таблиця 1.
S |
-- |
0,02 |
0,04 |
0,065 |
0,08 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,36 |
М |
Н∙м |
25,6 |
49,3 |
76,6 |
91,3 |
109 |
144 |
167 |
182 |
189 |
192 |
Для визначення величини опорів пускових резисторів будуємо пускову діаграму в такій послідовності. Проводимо вертикальну лінію через точку з координатами: М = М1, S = 1. Ця вертикаль перетне природну характеритику в точці b й горизонтальну лінію, яка проходить через точку з координатами: М = 0, 5 = 0, в точці а. З'єднавши точки з координатами: М = 0, S = 0 та М = M1, S = 1, одержимо спрямлену штучну механічну характеристику двигуна з повністю введеними в коло ротора додатковими резисторами. Підбираючи М2 ≥ 50,6 Н∙м, поступовим наближенням будуємо пускову діаграму в три ступені (рис. 2.).
Рис.2. Пускова діаграма двигуна.
З пускової діаграми визначаємо величину опорів додаткових резисторів, взявши до уваги, що відрізок ab = r2.
de = Rд1; Rд1 = r2∙de/ab:
cd = Rд2: Rд2 = r2∙cd/ab:
bс = Rд3; Rд3 = r2 ∙bc/ab;
be = Rп; Rп = r2 ∙be/ab:
Rд1 = 0,44 ∙2,875 = 1,265 Ом; Rд2 = 0,44∙1331 = 0674 Ом;
Rд3 = 0,44 ∙0,844 = 0,371 Ом; Rп = Rд1 + Rд2 + Rд3;
Rп = 1.265 + 0.674 + 0.371 = 2.31 Ом.
6. Для асинхронного двигуна типу МТВ612-10 (Рн = 60 кВт, Uн = 380 В, Ін = 145 А, nн = 578 об/хв, U2k = 245 В; І2н = 153 А; λ = Мк / Мн = 3,0) розрахувати аналітичним методом опори резисторів, які потрібно ввімкнути додатково в коло ротора для запуску двигуна в чотири ступені (m = 4). Момент статичного навантаження при пуску Мс = 0,42 Мн; максимальний момент перемикання М1 = 2,1 Мн.
Механічні характеристики двигуна на робочих ділянках вважати прямо - лінійними.
Розв'язок
Номінальна кутова швидкість:
ωн = π ∙ nн /30; ωн = π ∙ 578 /30 = 60,5 рад/с.
Синхронна кутова швидкість:
ω0 = π ∙ n0 /30; ω0 = π ∙ 600/30 = 62,8 рад/с.
Номінальне ковзання:
Sн = (n0 – nн) / n0; Sн = (600 – 578)/600 = 0,0367.
Номінальний момент двигуна:
Мн = Рн / ωн; Мн = 60 ∙ 103 / 60,5 = 991,3 Н∙м.
Критичний момент двигуна:
Мк = 3,0∙Мн; Мк = 3,0∙991,3 = 2973,9 Н∙м.
Максимальний момент перемикання:
М1 = 2,1∙Мн; М1= 2,1∙991,3 = 2081,7 Н∙м.
Момент статичного навантаження:
Мс = 0,42∙Мн; Мс = 0,42∙991,3 = 416,3 Н∙м.
Мінімальний момент перемикання:
М2 ≥ 1,2∙Мс: М2 ≥ 1,2∙416,3 ≥ 499,6 Н∙м.
Активний опір обмотки однієї фази ротора:
Співвідношення максимального й мінімального моментів:
Опори додаткових резисторів:
Rд4 = r2 ∙(λ –1); Rд4 = 0,034 ∙ (1,9 – 1) = 0,031 Ом.
Rд3 = Rд4 ∙ λ; Rд3 = 0,031 ∙ 1,9 = 0,058 Ом.
Rд2 = Rд3 ∙ λ; Rд2 = 0,058 ∙ 1,9 = 0,11 Ом.
Rд1 = Rд2 ∙ λ; Rд1 = 0,11 ∙ 1,9 = 0,21 Ом.
Мінімальний момент перемикання:
М2 = M1 / λ: М2 = 2081,7 / 1.9 = 1095,6 Н∙м.
Мінімальний момент перемикання М2 > 1.2 Мс, отже запуск двигуна здійсниться за заданим законом.
ІІ. Механічні характеристики електроприводу з двигуном постійного
струму (приклади і задачі).
7. Для двигуна постійного струму з незалежним збудженням потужністю Рн = 11 кВт (Uн = 220 В, Ін = 59 А, (ωн = 314 1/с) визначити ККД при номінальному навантаженні та величину внутрішнього опору якоря, враховуючи, що при номінальному навантаженні його постійні й змінні втрати рівні між собою. Розрахувати та побудувати:
- природну електромеханічну характеристику;
- штучну з введеним послідовно в коло якоря додатковим резистором з опором Rд = 1,63 Ом;
- штучну при динамічному гальмуванні, в якої при номінальній швидкості струм у колі якоря дорівнює 118 А; визначити також опір додаткового резистора, який треба ввести послідовно в коло якоря для одержання цієї характеристики.
Розв'язок
Коефіцієнт корисної дії двигуна:
Внутрішній опір якоря двигуна:
Rяд = 0,5∙(Uн∙Ін –Рн∙103)/Ін2;
Rяд = 0,5 ∙ (220 ∙ 59 – 11 ∙ 103)/592 = 0,284 Ом.
Конструктивний коефіцієнт:
Кутова швидкість неробочого ходу:
ω0 =Uн /сФн; ω0 = 220 / 0,647 = 340 рад/с .
Природна електромеханічна характеристика будується через дві точки з координатами: Ія = 0, ω = ω0, та Ія = Ін., ω = ωн. Ця характерисика повинна обовязково проходити через точку з координатами: ω = 0, Ія = Ікз . Це дає можливість проконтролювати правильність розрахунку.
Струм короткого замикання кола якоря:
Ікз = Uн / Rяд; Ікз = 220 / 0,284 = 774,5 А.
Треба відмітити, що струм короткого замикання у 13,1 разів більший від номінального. Кутова швидкість на штучній характеристиці при номінальному навантаженні:
Штучна електромеханічна характеристика будується через точки з координатами: Ія = 0, ω = ω0, та Ія = Ін, ω = ωш.
Електромеханічна характеристика динамічного гальмування будується через точки з такими координатами: Ія = 0, ω = 0, та Ія = –118А, ω =ωн.
Величина опору додаткового резистора, який потрібно ввести послідовно в коло якоря при динамічному гальмуванні:
Розраховані характеристики зображені на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Розрахункові характеристики двигуна.
8. Для двигуна постійного струму з незалежним збудженням потужністю Рн = 3,2 кВт (Uн = 220 В, Ін = 19 А, nн = 750 об/хв., Rяд = 0,735 Ом) розрахувати аналітичним і графоаналітичним методами опори пускових резисторів у чотири ступені. Максимальний струм перемикання І1 = 41,8 А. Струм статичного навантаження Іс = 17 А. Мінімальний струм перемикання І2 потрібно визначити.
Розв'язок
Аналітичний метод
Співвідношення І1 / І2 = λ,
Опори пускових резисторів:
r1 = λ3 ∙(λ –1) ∙ Rяд; r1 = 1,643 ∙ (1,64 – 1) ∙ 0,735 = 2,05 Ом.
r2 = λ2 ∙(λ –1) ∙ Rяд; r2 = 1,642 ∙ (1,64 – 1) ∙ 0,735 = 1,26 Ом.
r3 = λ ∙(λ –1) ∙ Rяд; r3 = 1,64 ∙ (1,64 – 1) ∙ 0,735 = 0,76 Ом.
r4 = (λ –1) ∙ Rяд; r4 = (1,64 – 1) ∙ 0,735 = 0,46 Ом.
Сумарний опір пускових резисторів:
Rп = r1 + r2 + r3 + r4; Rп = 2,05 + 1,26 + 0,76 + 0,46 = 4,53 Ом.
Сумарний опір кола якоря:
Rкя = Rп + Rяд ; Rкя = 4,53 + 0,735 = 5,265.
Схема вмикання резисторів показана на рис. 7.2 а.
Графоаналітичний метод
Номінальна кутова швидкість:
ωн = π ∙ nн /30; ωн = 3,14 ∙ 750/30 = 78,5 рад/с .
Конструктивний коефіцієнт двигуна:
Кутова швидкість неробочого ходу:
ω0 = Uн / сФн; ω0 = 220 / 2,62 = 84 рад/с.
Будується природна характеристика ω = f(Ія), яка проходить через точки з координатами: Ія = 0, ω = ω0, та Ія = Ін, ω = ωн.
Мінімальний струм перемикання:
І2 = І1/ λ; І2 = 41,8 / 1,64 = 25,5 А.
Провівши вертикальні лінії через І1 та І2 до перетину з природною характеристикою будується відтак пускова діаграма в чотири ступені, починаючи від точки з координатами: Ія = І1, ω = 0. Остання горизонтальна лінія повинна прийти в точку b. На діаграмі відрізок аb ~ Rяд, fе ~ r1, ed ~r2, dc ~ r3, cb ~ г4.
Отже, опори пускових резисторів:
r1 = fe/ab ∙ Rяд; r1 = 2,82 ∙ 0,735 = 2,07 Ом.
r2 = ed/ab ∙ Rяд; r2 = 1,73 ∙ 0,735 = 1,27 Ом
r3 = dc/ab ∙ Rяд; r3 = 0,95 ∙ 0,735 = 0,77 Ом
r4 = cb/ab ∙ Rяд; r4 = 0,63 ∙ 0,735 = 0,46 Ом
Повний опір пускових резисторів:
Rп = fb/ab ∙ Rяд; Rп = 6,2 ∙ 0,735 = 4,57 Ом
Аналітичний і графоаналітичний методи розрахунку дали достатньо близькі значення опорів пускових резисторів.
Рис. 8.1. Схема включення додат –
кових резисторів а) і характеристики
двигуна.
9. Визначити приведені до валу двигуна статичний момент і момент інерції механізму підіймача (рис. 9.1) при підійманні вантажу масою 1300 кг з швидкістю V = 1,7 м/с. Двигун обертається з кутовою швидкістю ω = 97 рад/с. Діаметр барабана Dб = 0,65 м, момент інерції Jб = 8,1 кг ∙м2. Коефіцієнт корисної дії (ККД) передач η = 0,82. Момент інерції редуктора, приведений до валу двигуна, Jр = 0,12 кг∙м2. Масою троса можна знехтувати.
Розв'язок
Статичний момент, приведений до валу двигуна, при підійманні вантажу:
Кутова швидкість барабана:
Передавальне число передач:
Момент інерції, приведений до валу двигуна:
Довідниковий матеріал.
Таблиця №1 Класифікація кранів по режимам роботи
Номінальний режим |
Середньодопустиме використання |
Найменування кранових механізмів і призначення кранів (типові випадки) |
||||
по вантажу |
в порі |
ТВ, % |
темпе- ратура навкол. серед., °С
|
|||
року |
діб
|
|||||
Л |
1,0 0,75 |
Нерегулярна непостійна робота |
|
Механізми підйому і переміщення ремонтних кранів, кранів машинних залів; механізми переміщення мостів перевантажувачів;механізми переміщення башт кабель-кранів; електроталі, призначені для обслуговування ремонту верстатів та іншого цехового обладнання; рідко працюючі лебідки, лебідки протиугінних захватів |
||
0,5 |
0,25 |
0.33 |
15
|
|||
0,25 |
0,5 |
0,67
|
||||
0,1 |
1,0 |
1,0 |
25
|
|||
С |
1,0 |
1,0 |
0,67 |
15 |
|
Механізми підйому і пересування кранів механічних і складальних цехів заводу з середньосерійною продукцією і кранів механічних майстерень; механізми повороту будівельних кранів; електроталі машинобудівних заводів; механізми повороту і пересування нормальних портових кранів; механізми монтажних кранів на будівництвах. Механізми пересування візка і повороту добудовних (суднобудівельних) кранів |
0,75 |
0,5 |
0,33 |
25
|
|||
0,5 |
0,5 |
0,67
|
||||
0,25 |
1,0 |
1,0 |
40
|
|||
0,1 |
1,0 |
1,0 |
60
|
|||
В |
1,0 |
1,0 |
0,67 |
25 |
25 |
Механізми технологічних кранів механічних цехів, ливарних цехів і складів на заводах з великосерійною продукцією; механізми підйому і пересування вантажного візка кабель-кранів; механізми підйому будівельних кранів; електроталі металургійних заводів; механізми підйому і пересування мостів добудовних кранів; механізми магнітних кранів і шихтових дворів
|
1,0 |
1,0 |
0,33 |
40
|
|||
0,75 |
0,75 |
0,67 |
40
|
|||
0,5 |
1,0 |
1,0 |
40
|
|||
0,25 0,1 |
1,0 |
1,0 |
60
|
|||
ДВ |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
40 |
45 |
Механізми технологічних кранів металургійної промисловості; рудні і вугільні перевантажувачі; механізми грейферних і магнітних спеціальних кранів і складських кранів металургійних заводів
|
0,75 |
1,0 |
1,0 |
60 |
25
|
||
0,5 |
1,0 |
1,0 |
60 |
45
|
||
0,25 |
1,0 |
1,0 |
60
|
|||
0,1 |
1,0 |
1,0 |
60
|
|||
Таблиця №2. Дані фактичного режиму роботи різних кранів
Тип крану |
Характер виробництва (Цех) |
Механізм |
Характеристики режиму роботи кранів |
|
||||||||||||||||||
середнє викорис-тання по-вантаж-ності |
середнє викоритання в часі |
ЧИСЛО включень в годину |
середня температу-ра навколиш-нього середови-ща, °С |
|
||||||||||||||||||
пв% |
годин на добу |
в рік діб
|
|
|||||||||||||||||||
Крюковий |
Машинобудівні заводи. Механічні і складальні цехи |
Підйому Моста візка |
Головний допоміжний |
0,1—0,5 |
10 - 25 10 - 25 10 - 15 5 - 10 |
8—16 |
300 |
100 40 80—150 60—125 |
15-20 |
|
||||||||||||
Те ж саме |
Металургійні заводи. Ливарний цех (технологічні операції) , прокатний цех (обслуговування прокатних станів) |
Підйому Моста візка |
Головний допоміжний |
0,2—0,7 |
30 - 50 5 - 20 15 30 15 - 30 |
16-20 (прокатний цех) |
350 |
15—40 20—50 50—200 50-200 |
40 |
|
||||||||||||
Крани зі спеціаль- ними вантажо- захоплю- вачами |
Металургійні заводи. Технологічні операції, прокатні цехи і склади |
Підйому Моста візка |
Головний допоміжний |
0,75 - 1,0 |
25 - 60 5 - 10 20 - 60 15 - 60 |
22 |
353 |
700—900 15 - 20 450 600 |
40—50 (35 на складах) |
|
||||||||||||
Гаковий |
Металургійні заводы. Ремонтні крани |
Підйому Моста візка |
Головний допоміжний |
0,1-0,5 |
15 - 25 10 - 15 5 - 15 5 - 15 |
8 |
10—50 |
50—100 40—80 20—100 20—100 |
35 |
|
||||||||||||
Магнітний |
Металургічні заводи. Спеціальні і прокатні крані, копрові крани
Металургійні заводи. Шихтові двори |
Підйому Моста візка
Підйому Моста візка |
|
0,8 – 1 0,5–0,75
|
20-60 60 40—65 45—55 45-55 |
22 16—22 |
353 350 |
300 -350 250 150-200
600-800 400 400 |
40 15-20 |
|
||||||||||||
Грейфер- ний |
Металургійні і машинобудівні заводи |
Підйому Моста візка |
|
0,8-1,0 |
25 - 50 20 15 - 30 |
22 |
353 |
200—400 300 400 |
30—40 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Назва механізму
|
Рід струму та напруга мережі |
Тип та число електродвигунів |
Тип контролера |
Межові значення потужностей, кВт, при режимах та числі включень в год. |
||||
Л |
С |
Т |
||||||
До 60 |
До150 |
До150 |
До300 |
|||||
Підйом
Переміщення |
=220 В =440 В =220 В =440 В |
ДТ послідовного збудження |
КВ101 КВ101 КВ102 КВ102 |
25 25 25 25 |
20 18 20 18 |
15 10 15 10 |
- - - - |
- - - - |
Підйом та переміщення |
~220 В ~380 В ~220 В ~380 В |
Один АД з фазним ротором |
ККТ61А ККТ61А ККТ68А ККТ68А |
24 40 60 60 |
20 30 50 50 |
15 20 30 30 |
8 10 15 15 |
5 7 10 10 |
Переміщення |
~220 В ~380 В |
Два АД з фазним ротором |
ККТ62А ККТ62А |
2Х15 2Х25 |
2Х12 2Х20 |
2Х10 2Х12 |
2Х7 2Х10 |
- - |
Підйом |
~220 В ~380 В |
Один АД з фазним ротором |
ККТ65А ККТ65А |
24 40 |
20 30 |
15 20 |
8 10 |
5 7 |
Рекомендації по застосуванню силових кулачкових контролерів
Експлуатаційні умови використання (див. розділ 7)
|
Тип кранового механізму |
Діапазони регулювання швидкості |
Напруга живлячої мережі, В
|
Рід струму і напруга кола управління |
Рівень
зносостійкості включень без струму
|
Тип магнітного контролера |
|
Тип двигуна |
Рекомендована найбільша потужність електродвигуна, кВт, при режимі і числі включень на годину |
|||||
Л |
С До 150 |
В 150-300 |
ДВ 300-600 |
|||||||||||
Вище номінальної |
Нижче номінальної |
|||||||||||||
Постійний струм |
||||||||||||||
У Цехи металургійного виробництва |
Механізм підйому, один двигун і механізм зміни вильоту стріли |
2:1 |
5:1 |
220 440 220 440 220 440 |
=220 =220 =220 =220 =220 =220 |
10 10 10 10 10 10 |
ПС160 ПС160 ПС250 ПС250 ПС630 ПС630 |
|
ДПС послідовного збудження |
40 50 75 100 150 200 |
30 40 60 75 120 150 |
25 35 55 65 105 130 |
20 30 48 60 95 115 |
|
Т Цехи металургійного виробництва (найбільша потужність зменшується на 10%) |
Механізм підйому, два двигуна |
2:1 |
5:1 |
220 440 220 440 220 440 |
=220 =220 =220 =220 =220 =220 |
10 10 10 10 10 10 |
ДПС160 ДПС160 ДПС250 ДПС250 ДПС630 ДПС630 |
|
Те ж саме |
2×40 2×50 2×75 2×100 2×150 2×200 |
2×30 2×40 2×60 2×75 2×120 2×150 |
2×25 2×35 2×55 2×65 2×105 2×130 |
2×20 2×30 2×48 2×60 2×95 2×115 |
|
Механізм переміщення, повороту, один двигун |
1:1 |
3:1 |
220 440 220 440 220 440 |
=220 =220 =220 =220 =220 =220 |
10 10 10 10 10 10 |
П160 П160 П250 П250 П630 П630 |
|
ДПС послідовного збудження в приміщенні, незалежного збудження на відкритому повітрі |
40 50 75 100 150 200 |
30 40 60 75 120 150 |
25 35 35 65 105 130 |
20 30 48 60 95 115 |
||
Механізм переміщення, два двигуна |
1:1 |
3:1 |
220 440 220 440 220 440 |
=220 =220 =220 =220 =220 =220 |
10 10 10 10 10 10 |
ДП160 ДП160 ДП250 ДП250 ДП630 ДП630 |
2×40 2×50 2×75 2×100 2×150 2×220 |
2×30 2×40 2×60 2×75 2×120 2×150 |
2×25 2×35 2×53 2×6 2×105 2×130 |
2×20 2×30 2×48 2×60 2×95 2×115 |
||||
Таблиця №3 Основні технічні характеристики кранових магнітних контролерів
Продовження таблиці №3
Експлуатаційні умови використання (див. розділ 7)
|
Тип кранового механізму |
Діапазони регулювання швидкості |
Напруга живлячої мережі, В
|
Рід струму і напруга кола управління |
Рівень зносостійкості включень без струму |
Тип магнітного контролера |
Механічні характеристики
|
Тип двигуна |
Рекомендована найбільша потужність електродвигуна, кВт, при режимі і числі включень на годину |
||||
Л |
С До 150 |
В 150-300 |
ДВ 300-600 |
||||||||||
Вище номінальної |
Нижче номінальної |
||||||||||||
Змінний струм |
|||||||||||||
Виробничі механізми загального призначення
Металургійні цехи,високовиро-бляючі перевантажувачі
|
Механізми підйому, один двигун |
1:1 |
3:1 |
220 380 220 380 |
220 350 220 350 |
10 10 10 10 |
ТСА161 ТСА161 ТСА250 ТСА250 |
Рис. 13.5 |
АД з фазним ротором |
55 90 50 135
55 90 80 135
2×30 2×45 2×80 2×135 |
45 75 65 110
45 75 65 110
2×22 2×36 2×65 2×110 |
40 68 58 100
40 68 58 100
2×22 2×36 2×58 2×100 |
- - - -
- - - -
- - - - |
Механізми переміщення, повороту, один двигун |
1:1 |
3:1 |
220 380 220 380 |
220 350 220 380 |
10 10 10 10 |
ТА161 ТА161 ТА250 ТА250 |
|||||||
Механізми переміщення, два двигуна,чотири двигуна |
1:1 |
3:1 |
220 380 320 380 |
220 380 320 380 |
10 10 10 10 |
ДТА160 ДТА160 ДТА250 ДТА250 |
|||||||
Механізми підйому стріли, один двигун |
1:1 |
3:1 |
220 380 220 380 380 |
220 220 220 220 220 |
20 20 20 20 20 |
КС160 КС160 КС250 КС250 КС400 |
Рис. 13.5 |
Те ж саме |
55 90 50 135 220 |
45 75 65 110 180 |
40 68 58 100 160 |
35 60 50 88 140 |
|
Т Металургійні цехи і механізми загального призначення (найбільша потужність зменшується на 10%) |
Механізми підйому, два двигуна, чотири двигуна |
1:1 |
3:1 |
220 380 380 380 |
=220 =220 =220 =220 |
20 20 20 20 |
ДКС160 ДКС160 ДКС250 ДКС250 |
Рис. 13.5 |
2×55 2×90 2×135 2×220 |
2×45 2×75 2×110 2×180 |
2×40 2×68Т 2×100 2×150 |
2×35 2×60 2×88 2×100 |
|
Механізми переміщення, повороту, один двигун |
1:1 |
3:1 |
220 380 220 380 380 |
=220 =220 =220 =220 =220 |
20 20 20 20 20 |
К63 К63 К160 К160 К250 |
Рис. 13.5 |
20 35 55 90 135 |
16 28 45 75 110 |
14 25 40 68 100 |
12 20 35 50 80 |
||
Продовження таблиці №3
Експлуатаційні умови використання (див. розділ 7)
|
Тип кранового механізму |
Діапазони регулювання швидкості |
Напруга живлячої мережі, В
|
Рід струму і напруга кола управління |
Рівень зносостійкості включень без струму |
Тип магнітного контролера |
Механічні характеристики
|
Тип двигуна |
Рекомендована найбільша потужність електродвигуна, кВт, при режимі і числі включень на годину |
||||
Л |
С До 150 |
Т 150-300 |
ВТ 300-600 |
||||||||||
Вище номінальної |
Нижче номінальної |
||||||||||||
Т Металургійні цехи і механізми загального призначення (найбільша потужність зменшується на 10%) |
Механізм переміщення, два двигуна, чотири двигуна |
1:1 |
3:1 |
220 380 220 380 380 380 |
=220 =220 =220 =220 =220 =220 |
20 20 20 20 20 20 |
ДК63 ДК63 ДК160 ДК160 ДК250 ДК400 |
Рис. 13.5 |
АД з фазним ротором |
2×20 2×35 2×55 2×90 2×135 2×200 |
2×15 2×25 2×45 2×75 2×110 2×180 |
2×14 2×22 2×40 2×68 2×100 2×150 |
2×10 2×20 2×35 2×60 2×80 2×100 |
У Будівельні крани |
Механізм підйому, двохдвигунний привід |
1,6:1 |
8:1 |
380 380 380 |
220 220 220 |
5 5 5 |
КБК5 |
Рис. 13.6 |
Основний АД з фазним ротором, допоміжний двохшвидкісний коротко замкну-тий |
- - - |
30 45 60 |
- 40 50 |
- - - |
У Виробничі механізми загального призначення |
Механізми підйому |
1:1 |
6:1 |
380 |
380 |
5
|
ТСН160 |
Рис. 13.7 |
Двохшвидкі-сний короткозам-кнутий |
50 |
45 |
- |
- |
Механізми горизонтального переміщення |
1:1 |
3:1 |
380
|
380 |
5 |
ТСН60 |
20 |
20 |
-
|
- |
|||
Механізми горизонтального переміщення двохдвигунові, чотирьохдвигунові |
1:1 |
8:1 |
380 380 380 |
380 380 380 |
10 10 10 |
ТД160 |
Рис. 13.9 |
Два, чотири з фазовим ротором і динамічним гальмуванням |
- - - |
28 60 110 |
24 50 90 |
- - - |
|
Продовження таблиці №3
Експлуатаційні умови використання (див. розділ 7)
|
Тип кранового механізму |
Діапазони регулювання швидкості |
Напруга живлячої мережі, В
|
Рід струму і напруга кола управління |
Рівень зносостійкості включень без струму |
Тип магнітного контролера |
Механічні характеристики
|
Тип двигуна |
Рекомендована найбільша потужність електродвигуна, кВт, при режимі і числі включень на годину |
||||
Л |
С До 150 |
Т 150-300 |
ВТ 300-600 |
||||||||||
Вище номінальної |
Нижче номінальної |
||||||||||||
ОМ Відкриті палуби морських судів
У Виробничіі механізми загального призначення |
Механізми підйому |
1:1 |
6:1 |
380 |
380 |
10 |
БТ9Б |
Рис. 13.7 |
Трьохшвид-кісний короткозам-кнутий |
- |
50 |
40 |
- |
Механізми повороту стріли і горизонтального переміщення
Механізми підйому, один двигун
|
1:1
1:1
|
2:1
8:1 |
380
380 380 380 |
380
380 380 380 |
5
10 10 10 |
БТ72
ТСД160 ТСД250 ТСД400 |
Рис. 13.8
|
Двошвидкі-сний короткозам-кнутий
АД з фазним ротором |
30
90 135 220 |
20
75 110 180 |
-
70 100 150 |
-
50 70 100
|
|
У,Т Цехи металургічного виробництва |
Механізми підйому, один двигун |
1:1 |
8:1 |
380 380 380 |
220 220 220 |
20* 20* 20* |
КСДБ160 КСДБ250 КСДБ400 |
Рис. 13.8 |
Те ж саме |
100 140 220 |
90 120 200 |
90 120 200 |
80 100 160 |
