· расчет элементов системы автоматического управления электроприводом - регулятора тока, звеньев цепи компенсации ЭДС, регулятора скорости, задатчика интенсивности.

Грузовой лифт установлен в четырехэтажном производственном здании и служит для опускания готовой продукции в контейнерах, закатываемых в кабину, а также для транспортировки полуфабрикатов в контейнерах между этажами и подачи порожних контейнеров. Полуфабрикаты изделий не допускают чрезмерных динамических нагрузок при транспортировании, из-за чего должно быть ограничено максимальное ускорение кабины. Работу лифта и его конструктивное исполнение поясняет кинематическая схема (рис 1). Кабина лифта уравновешивается противовесом через канат на канатоведущем шкиве трения, который приводится в движение через редуктор от одного или двух двигателей. Электропривод лифта работает в повторно-кратковременном режиме с переменной нагрузкой.

Работа лифта осуществляется по следующему циклу:

■ опускание кабины с четвертого этажа на первый этаж;

■ стоянка на первом этаже (двигатель отключен),

■ подъем кабины с первого этажа на второй этаж;

■ стоянка на втором этаже (двигатель отключен);

■ подъем кабины со второго этажа на третий этаж;

■ стоянка на третьем этаже (двигатель отключен);

■ подъем кабины с третьего этажа на четвертый этаж;

■ стоянка на четвертом этаже (двигатель отключен).

После каждой стоянки масса груза в кабине изменяется (табл.1).

Рис. 1 . Кинематическая схема грузового лифта.

Таблица 1. Исходные данные по грузовому лифту

Параметр	Обозначение		Номер варианта
		2-й
Масса кабины, т	mк	0,65
Номинальная грузоподъемность лифта, т	mгп	3
Скорость движения кабины, м/с	V	0,6
Радиус канатоведущего шкива, м	rш	0,32
Момент инерции канатоведущего шкива, кг-м2	Jш	10
Максимально допустимое ускорение кабины, м/с2	aдоп	2
Продолжительность включения, %	ПВ	51
Масса груза при движении с четвертого этажа на первый (4 1), т	m41	2,5
Масса груза (1 2), т	m12	1,25
Масса груза (2 3), т	m23	0,5
Масса груза (3 4), т	m34	2
Полная высота подъема, м	L		20
Число этажей	N		4
Коэффициент трения лифта о направляющие	m		0,05
КПД механических передач	hп		0,6

Выбор типа электропривода

В данном курсовом проекте принимаем следующие решения:

· выбираем электропривод постоянного тока с тиристорным преобразователем электрической энергии;

· выбираем реверсивный двухкомплектный тиристорный преобразователь для цепи якоря с раздельным управлением комплектами;

· принимаем однозонное регулирование скорости (скорость двигателя не превышает номинального значения, ослабление магнитного потока двигателя не требуется).

Выбор и проверка электродвигателя

Расчет мощности двигателя

Для выбора двигателя рассчитаем его требуемую номинальную мощность, исходя из нагрузочной диаграммы механизма (т.е. временной диаграммы моментов или сил статического сопротивления механизма на его рабочем органе).

По рассчитанной мощности затем выполняется предварительный выбор двух двигателей привода. Рассмотрим расчет мощности двигателя.

Определим массу противовеса и построим нагрузочную диаграмму лифта (график статических моментов на канатоведущем шкиве).

Расчет времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгона и замедления (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен).

Масса противовеса выбирается таким образом, чтобы противовес уравновешивал кабину и половину массы номинального груза:

Активные составляющие момента статического сопротивления на канатоведущем шкиве определяются силами тяжести кабины с грузом и противовеса:

Реактивные составляющие момента статического сопротивления на канатоведущем шкиве определяются силами трения кабины и противовеса о направляющие:

Моменты статического сопротивления на канатоведущем шкиве представляют собой сумму активной и реактивной составляющей:

Угловая скорость канатоведущего шкива:

W(ш)

Расстояние между этажами:

Время движения при перемещении на максимальное расстояние - три этажа (приблизительно):

Время движения при перемещении на один этаж (приблизительно):

Время работы в цикле (приблизительно):

Время стоянки на этаже (приблизительно):

Возможный вид нагрузочной диаграммы лифта представлен на рис.2.

Эквивалентный статический момент на канатоведущем шкиве за время работы в цикле (с учетом влияния потерь в редукторе) составит: (1)

Учет влияния потерь в редукторе выполняется подстановкой следующих значений в формулу (1):

■ в тормозном режиме:

Мс(ш) hп

■ в двигательном режиме:

Мс(ш)/ hп = 2,168/0,6 = 3,613

Примечание. Двигательный режим имеет место, если знаки электромагнитного момента двигателя и его скорости одинаковы, тормозной режим - если различны. Скорость двигателя считается положительной при подъеме кабины, отрицательной - при опускании кабины. Положительное направление момента двигателя совпадает с положительным направлением его скорости. При расчете требуемой номинальной мощности двигателя предполагаем, что будет выбран двигатель, номинальные данные которого определены для повторно-кратковременного режима работы и стандартного значения продолжительности включения ПВN=40%.

Расчетная номинальная мощность двигателя:

W(ш)

где К3 - коэффициент запаса (примем К3 = 1,1).

Предварительный выбор двигателя и расчет его параметров

Для лифта выбираем два двигателя серии Д21 с естественным охлаждением, номинальные данные которого определены для повторнократковременного режима работы с продолжительностью включения 40%.

Так как проектируется двухдвигательный привод, то выбираем два однотипных двигателя, так чтобы их суммарная номинальная мощность была не меньше расчетной номинальной мощности и была наиболее близка к ней.

Данные для двухдвигательного привода сведём в таблицу (табл. 2). В таблицу следует занести эквивалентные параметры двух двигателей. Выбираем параллельное соединение якорных обмоток.

Таблица 2. Эквивалентные параметры двух двигателей

Параметр	Обозначение	Значение
Мощность номинальная, кВт	PN	7,2
Номинальное напряжение якоря, В	UяN	220
Номинальный ток якоря, А	IяN	42
Номинальная частота вращения, об/мин	nN	1080
Максимально допустимый момент, Нм	Mmax	180
Сопротивление обмотки якоря (Т=20 ), Ом	Rяо	0,33
Сопротивление обмотки добавочных полюсов (Т=20 °С), Ом	Rдп	0,14
Момент инерции якоря двигателя, кг м2	Jд	0,25
Число пар полюсов	рп	2
Максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря	kI(доп)	0,15

Эквивалентные параметры двух двигателей, не зависящие от способа соединения их обмоток, определяются по следующим формулам:

номинальная мощность: PN = 2 PN(1) =23,6 = 7,2 кВт

момент инерции: JД =2 JД(1) =20,125= 0,25 кгм2

число пар полюсов: рn = рn(1) =2

номинальная частота вращения: nN= nN(1)= 1080 об/мин

максимально допустимый момент: Mmax=2Mmax(1)= 290=180 Н м

максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря: kI(доп) = 0,15

Другие эквивалентные параметры зависят от способа соединения обмоток двигателей. Для случая параллельного соединения обмоток эквивалентные параметры определяются по следующим формулам:

номинальное напряжение якоря: Uя N = UяN(1) = 220 В

номинальный ток якоря: I я N = 2I я N(1) = 2 21 =42 А

сопротивление якорной обмотки: Rяо= 0,5Rяо=0,50,66= 0,33 Ом

сопротивление обмотки добавочных полюсов: RДП =0,5RДП =0,50,28= 0,14 Ом

В дальнейших расчетных формулах для двухдвигательного привода подразумеваются эквивалентные параметры двух двигателей.

Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочей температуре:

Rя =kT (Rяо +RДП) =1,38 (0,33 +0,14) =0,6486 Ом

где kT - коэффициент увеличения сопротивления при нагреве до рабочей температуры (кт = 1,38 для изоляции класса Н при пересчете от 20°С). Номинальная ЭДС якоря:

ЕяN =UяN –IяN Rя=220-42*0,6486 =192,76 В

Номинальная угловая скорость:

Конструктивная постоянная двигателя, умноженная на номинальный магнитный поток:

Номинальный момент двигателя:

МN=сФN IяN=1,742=71,6 Нм

Момент холостого хода двигателя:

Индуктивность цепи якоря двигателя:

В формуле коэффициент С принимается равным 0,6 для некомпенсированного (двигатель серии Д - некомпенсированный).

Расчет передаточного числа редуктора

Расчет передаточного числа редуктора выполняется так, чтобы максимальной скорости рабочего органа механизма соответствовала номинальная скорость двигателя. Для привода грузового лифта:

Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя

Для проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (т.е. временной диаграммы момента двигателя без учета электромагнитных переходных процессов). Для ее построения произведем приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, определим суммарный момент инерции привода и зададимся динамическим моментом при разгоне и замедлении привода. Рассмотрим расчет нагрузочной диаграммы двигателя отдельно для каждого производственного механизма, предложенного в курсовом проекте. По результатам расчета строится нагрузочная диаграмма, а также тахограмма двигателя (рис.3 .)

Момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя:

где X,Y- индексы, которые применяют значения 41,12,23,34 (т.е. данная формула используется четыре раза); sign(W) – функция знака скорости.

Суммарный момент инерции механической части привода:

где— коэффициент, учитывающий моменты инерции полумуфт и редуктора (принимаем =1,2).

Модуль динамического момента двигателя определяем по условию максимального использования двигателя по перегрузочной способности:

где к - коэффициент, учитывающий увеличение максимального момента на уточненной нагрузочной диаграмме, к=0,95. – максимальный по модулю статический момент, приведенный к валу двигателя.

Ускорение вала двигателя в переходных режимах:

Ускорение кабины лифта:

Ускорение кабины лифта не должно превышать максимально допустимого по исходным данным.

Разбиваем нагрузочную диаграмму на 16 интервалов: 4, 8, 12, 16 – интервалы пауз; 1, 5, 9, 13 - интервалы разгона; 3, 7, 11, 15 - интервалы замедления; 2, 6, 10, 14 - интервалы работы с установившейся скоростью.

Выполним расчет нагрузочной диаграммы.

Продолжительность интервалов разгона-замедления:

WN/ с

Путь кабины при разгоне-замедлении:

Путь кабины при перемещении на три этажа, пройденный на постоянной скорости:

Путь кабины при перемещении на один этаж, пройденный на постоянной скорости:

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на три этажа:

Время движения с постоянной скоростью при перемещении на один этаж:

Время работы в цикле:

Время стоянки на этаже:

Моменты двигателя на интервалах разгона:

Моменты двигателя на интервалах замедления:

Моменты двигателя на интервалах движения с постоянной скоростью:

Проверка двигателя по нагреву

Используя нагрузочную диаграмму двигателя, определяем эквивалентный по нагреву момент за время работы в цикле.

где n - число интервалов нагрузочной диаграммы, на которых двигатель находится в работе (интервалы пауз не учитываются).

Для лифта, работающего в повторно-кратковременном режиме, продолжительность включения в рабочем цикле отличается от номинальной продолжительности включения двигателя. Поэтому для этих приводов необходимо выполнить приведение эквивалентного момента к номинальной продолжительности включения двигателя.

Проверка теплового состояния двигателя осуществляется сравнением приведенного эквивалентного момента с номинальным моментом двигателя. Двигатель проходит по нагреву, если выполняется неравенство:

Выбор основных узлов силовой части электропривода

Выбор тиристорного преобразователя

Для обеспечения реверса двигателя и рекуперации энергии в тормозных режимах выбираем двухкомплектный реверсивный преобразователь для питания цепи якоря. Принимаем встречно-параллельную схему соединения комплектов и раздельное управление комплектами. Выбираем трехфазную мостовую схему тиристорного преобразователя. Т.к. проектирование самого тиристорного преобразователя не входит в задачи курсового проекта, то выбираем стандартный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода КТЭУ.

· Номинальное напряжение UDN преобразователя выбирается так, чтобы оно соответствовало номинальному напряжению якоря двигателя (UDN должно быть больше номинального напряжения якоря двигателя на 5-15%).

· Номинальный ток преобразователя IDN выбирается из ряда стандартных значений. Его значение должно быть равным или ближайшим большим по отношению к номинальному току якоря двигателя.

UяN=220 В, UDN=230 В, IDN=25 А.

Выберем способ связи тиристорного преобразователя с сетью. Питание силовых цепей в электроприводах КТЭУ с номинальными токами до 1000 А осуществляется от трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением Uc=380 В через токоограничивающий реактор. Для связи тиристорного преобразователя с сетью применяем понижающий трансформатор.

Питание цепи возбуждения в электроприводе КТЭУ выполняется от однофазной сети переменного тока с напряжением 380 В через мостовой выпрямитель. Обмотки возбуждения двигателей соединяются параллельно.

Выбор силового трансформатора

Выбираем трансформатор типа ТСП - трехфазный двухобмоточный сухой с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения. Номинальный вторичный ток трансформатора I2N должен соответствовать номинальному току тиристорного преобразователя IdN=25 А. Эти токи для трехфазной мостовой схемы преобразователя связаны по формуле:

I2N=0,816IdN=0,81625=20,4 А