Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектирования.

В в е д е н и е

Курсовой и дипломный проекты являются самостоятельной работой студентов, завершающей изучение предметов электротехнического цикла.

Курсовое проектирование проводится после выполнения контрольных и практических работ, а также изучения смежных предметов, сведения из которых необходимы для работы над данным проектом.

Работа над курсовым проектом способствует систематизации, закреплению и обобщению знаний, полученных студентами за весь период обучения в техникуме, а также применению знаний для комплексного решения вопросов в период выполнения дипломного проекта.

В период выполнения курсового проекта студенты обучаются использованию различной справочной и технической литературы, ГОСТов, Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, приобретают навыки выполнения различных расчетов, графических работ, составления пояснительных записок. В данных методических указаниях уделено внимание по выбору и расчету основного силового электрооборудования и аппаратов защиты, а также даны рекомендации по защите проектов.

Основная цель данной разработки – помочь студентам качественно выполнить проекты и успешно их защитить.

Примерная тематика курсовых и дипломных проектов.

1.                  Электрооборудование (электропривод) заливочного крана (передвижение моста, передвижение главной или вспомогательной тележки, главный или вспомогательный объем).

2.                  Электрооборудование (электропривод) зондовой лебедки.

3.                  Электрооборудование вагон весов (передвижение).

4.                  Электрооборудование (электропривод) лебедки конусов.

5.                  Электрооборудование сталевозной тележки.

6.                  Электрооборудование механизма поворота миксера.

7.                  Электрооборудование механизма поворота конвертера.

8.                  Электрооборудование завалочной машины.

9.                  Электрооборудование механизма передвижения слитковоза.

10.             Электрооборудование станинных роликов обжимной клети.

11.             Электрооборудование линеек манипулятора.

12.             Электрооборудование кантователей.

13.             Электрооборудование главной обжимной клети стана.

14.             Электрооборудование рольгангов прокатного стана (проводящих, раскатных, рабочих, отводных и т.д.).

15.             Электрооборудование механизмов подачи пил.

16.             Электрооборудование ножниц горячей резки металла.

17.             Электрооборудование механизмов для перемещения металла (шлепперы, сталкивателя, сбрасывателя).

18.             Электрооборудование реечного толкателя и т.д.

Общие сведения о курсовом и дипломном проектировании.

I. Курсовой проект должен состоять из пояснительной записки на 20 - 25 страницах рукописного текста и графической части на 1 – 2 листах формата 22 или 24 (количество листов и формат уточняет преподаватель в задании).

Рекомендуется следующее содержание курсового проекта.

1.     Введение           –      1 - 2 листа.

I.    Общая часть       –      8 - 10 листов.

            II. Расчетная часть  -    10 – 15 листов.

II. Все дипломные проекты по своему характеру подразделяются на учебные, реальные и проекты с подтверждением. Реальные проекты отличаются тем, что выполняются по заданию предприятия и могут быть частично или полностью использованы на производстве. Проекты с подтверждением предусматривают изготовление действующих лабораторных стендов, макетов или наглядного пособия и в дальнейшем используются в учебном процессе.

Каждый вид дипломного проекта выполняется одним студентом, но при большом объеме работ реальные проекты и проекты с подтверждением могут выполняться группой студентов.

Дипломный проект должен состоять из расчетно – пояснительной записки и графической части.

Объем расчетно – пояснительной записки учебного или реального проекта должен ориентировочно состоять из 50 – 70 страниц рукописного текста, а проекты с подтверждением – 30-40 страниц.

Примерное содержание дипломного проекта.

Введение  -  2 – 3 листа.

Раздел 1. Общая часть -  8 – 10 листов.

 2. Специальная часть  -  15 – 20 листов.

 3. Расчетная часть  - 15  - 20 листов.

 4. Мероприятия по охране труда  - 10 – 15 листов.

 5. Организация производства  - 8 – 10 листов.

 6. Экономика производства – 5 – 8 листов.

Графическая часть должна состоять из чертежей А1 формата.

Для учебного и реального проекта в количестве 3 – 5 листов, а для проектов с подтверждением – в количестве двух листов.

Цель и задачи дипломного проектирования.

Дипломный проект является большой самостоятельной работой студента. Основная цель этой работы – показать степень усвоения студентом дисциплин, предусмотренных учебным планом, способность самостоятельно решать вопросы проектирования современного электрооборудования с глубоким технико-экономическим  обоснованием принятого решения и успешно защитить его в Государственной квалификационной комиссии.

Защита проекта может быть успешной только в том случае, если студент серьезно подойдет к выполнению дипломного проекта и проявит при этом самостоятельность, настойчивость, трудолюбие, а также умение использовать полученные во время обучения теоретические знания.

В дипломном проекте студент должен: тесно увязать технологический процесс производства с работой электрооборудования проектируемого механизма; выбрать из нескольких возможных систем электропривода наиболее рациональную с целью обеспечения максимальной производительности механизма, улучшения качества продукции и снижения ее себестоимости; обосновать экономически целесообразность принятого решения; разработать вопросы охраны труда с целью безопасной эксплуатации запроектированного электрооборудования.

Методические указания по выполнению отдельных вопросов курсового и дипломного задания.

Введение.

Во введении должны быть кратко изложены:

1) достижения и перспективы развития электроэнергетики и электропривода; заслуги отечественных ученых в области развития электропривода;

2) перспективы развития той отрасли промышленности, для которой проектируется данный механизм. Здесь следует привести примеры увеличения выпуска продукции в данной отрасли и рост производительности труда;

3) основные задачи по внедрению новой техники и технологии, комплексной механизации и автоматизации производственных процессов соответствующей отрасли промышленности;

4) проектируемого механизма, его назначение в совершенствовании технологии производства и повышение производительности труда.

1.     Общая часть.

1.1.          Краткое описание технологического процесса.

Данный вопрос следует начинать с описания видов выпускаемой продукции в конкретном цехе или на участке, где установлен проектируемый механизм. Охарактеризовать проектируемый механизм по назначению и производительности, т.е. определить его роль в технологической цепочке, а затем перейти к описанию технологии работы проектируемого механизма.

При этом необходимо указать операции, выполняемые данным механизмом, пояснить, каким образом его работа связана с общим технологическим процессом производства, каковы условия окружающей среды, режим работы механизма, если необходимо, привести график его работы за один цикл.

1.2. Техническая характеристика, устройство и работа проектируемого механизма.

Вначале необходимо привести все технические данные, которые характеризуют проектируемый механизм и могут быть использованы при расчете мощности двигателя в процессе проектирования. Подробное описание всех узлов и деталей машины или механизма по кинематической схеме, т.е. дать краткое описание технологических операций, указать их последовательность и особенность работы. Пояснить режим работы механизма и его электропривода с точки зрения нагрева двигателя (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный). Привести тахограмму работы за цикл, а также указать условие окружающей среды, в которой будет работать электрооборудование.

1.3. Анализ недостатков работы существующего электропривода.

В большинстве случаев в дипломном и курсовом заданиях студенту предлагается спроектировать электрооборудование к уже действующей установке или механизму, как правило, уже имеется электрический привод к данному механизму. Однако это не значит, что студент должен выполнить только поверочный расчет электропривода, определить мощность двигателя, преобразовательного агрегата, тормозного устройства и т.д.

Следует помнить о том, что ранее запроектированное электрооборудование по ряду причин обладает определенными недостатками, которые могут отрицательно сказываться на производительности механизмов. Поэтому необходимо тщательно проанализировать работу существующего электрооборудования, выяснить недостатки и затем их устранить, т.е. каждый дипломник должен творчески подойти к дипломной работе и внести в проект что-то новое, что в итоге привело бы к улучшению работы механизма.

Можно рекомендовать:

1) замена морально устаревшего электропривода более современным;

2) замена машинного преобразователя тиристорным;

3) замена машинного возбудителя тиристорным;

4) замена релейно-контакторной схемы бесконтактной;

5) изменение системы торможения и т.д.

1.4.          Технологические требования к электроприводу механизма.

Каждый производственный механизм, задействованный в технологическом процессе должен обеспечить заданную производительность при соответствующем качестве выпускаемой продукции

С целью обеспечения указанных показателей электрооборудование проектируемого механизма должно удовлетворять как общим, так и специальным технологическим требованиям. К общим относятся: надежность, бесперебойность, экономичность, безопасность эксплуатации; к специальным – диапазон регулирования скорости; длительность и плавность при регулировании, точность поддержания заданной величины скорости при изменении нагрузки, частота включений, длительность переходных процессов, перегрузочная способность двигателя по току и по моменту, реверсирование двигателя и т.д.

Конкретные требования к электроприводу проектируемого механизма зависят прежде всего от назначения самого механизма, его роли в технологическом процессе.

Поэтому дипломник должен четко понимать процесс производства, для которого делается проект, знать специфику работы, хорошо знать технологию не только механизма, но в целом всего цеха или участка, где установлен механизм.

Например, рабочий рольганг «Блюминга» работает в весьма тяжелых условиях, он должен задавать тяжелый слиток в валки, принимать удары при выходе слитка из валков клети, при этом все оборудование находится под воздействием высоких температур. Кроме того, механизм работает в повторно-кратковременном режиме работы. Так как рольганг, хотя и не является основным механизмом, а относится к группе вспомогательных, но от его работы зависит производительность всего стана, а поэтому основное требование к его электроприводу являются высокая скорость и быстрое протекание переходных процессов.

Но вместе с тем, если электропривод рольганга будет развивать момент, который больше предельно - оправдываемого, то это не повлияет на изменение ускорения металла, а лишь вызовет буксование, что понизит износоустойчивость роликов.

Следовательно, это необходимо учитывать при расчете электропривода.

При расчете электропривода надо учитывать технологию работы рабочего рольганга, а именно:

1.     Рабочий рольганг разгоняется в холостую.

2.             Транспортировка слитка к клети при установившейся скорости. Остановка рольганга, торможение с металлом у клети.

3.             Разгон рольганга со слитком и задача слитка в прокатную клеть после ухода слитка с последнего ролика.

4.             Прием металла на рольганг, вращающийся с установившейся скоростью по направлению прокатки. Транспортирование слитка к раскатному рольгангу и передача металла на последний.

5.             Торможение рабочего рольганга с металлом при подходе металла к клети.

6.             Все остальные четные и нечетные пропуски аналогичны, кроме последнего нечетного, когда после окончания прокатки металл транспортируется на раскатный рольганг.

Металлургическое производство характеризуется непрерывностью технологического процесса, тесной связью между отдельными его звеньями, поэтому перерыв в работе какого-либо механизма может привести к снижению выпуска продукции.

 Поэтому важные требования предъявляют к электроприводу рабочего рольганга:

а) обеспечить большой диапазон регулирования скорости;

б) иметь минимальное время разгона и торможения;

в) точность установки;

г) надежность и бесперебойность работы;

д) обеспечить частые пуски, реверсирование и торможение;

е) обеспечить минимальное время переходного процесса, надежную защиту от перегруза, простоту управления и обслуживания;

ж) система управления должна обеспечить удобства ввода управляющих воздействий со стороны системы автоматически при малой мощности этих воздействий;

з) возможность работы при повышенной температуре окружающей среды.

В дальнейшем, при выполнении проектов, сформулированные требования к электроприводу являются основой для выбора самой системы электропривода и схемы управления.

2.     Специальная часть.

2.1. Выбор системы электропривода, метода регулирования скорости и торможения.

После того, как определены технологические требования на проектирование электрооборудования, учтены недостатки существующей схемы управления и известна кинематическая схема механизма, приступают к выбору системы электропривода, основными элементами которой является электродвигатель, переходные устройства и электрическая система управления. В настоящее время для механизмов металлургического предприятия применяются следующие системы электрического привода:

1) Сеть переменного тока – АД с К/З ротором с контроллерной, релейно-контакторной или бесконтактной схемой управления.

2) Тиристорный или машинный преобразователь частоты – АД с К/З ротором.

3) Сеть переменного тока – АД с фазным ротором к контроллерной, релейно-контакторной или бесконтактной схемой управления.

Бесконтактная схема управления может одновременно быть в цепи статора и ротора, а также только в цепи статора и ротора.

4) Источник постоянного тока – двигатель постоянного тока параллельного (независимого), смешанного или последовательного возбуждения с контроллерной, релейно-контакторной или бесконтактной схемой управления.

5) Генератор постоянного тока (Г) – двигатель постоянного тока (Д) независимого, смешанного или бесконтактной схемой управления, электромашинным, электромагнитным или тиристорным возбудителем (система Г – Д).

6) Магнитный усилитель (МУ), ртутный выпрямитель (УРВ), тиристорный преобразователь (ТП) – двигатель постоянного тока (Д), соответственно системы МУ – Д; УРВ – Д; ТП – Д.

7) Сеть переменного тока – синхронный двигатель с электромашинным или тиристорным возбудителем и ручным или автоматическим регулятором.

Студент должен выбрать наиболее рациональную систему электропривода, которая в большей мере отвечает требованиям технологического процесса и обеспечит производительную и качественную  работу проектируемого механизма.

При выборе системы электропривода в начале рассматривают возможность применения в приводе АД с К/З ротором. Система электропривода в этом случае наиболее проста, дешева и удобна в эксплуатации, т.к. на всех предприятиях имеется сеть переменного тока. Предел по мощности применения таких электродвигателей ограничивается только мощностью системы электроснабжения данного предприятия, т.к. большие пусковые токи вызывают значительные колебания напряжения.

Для привода механизмов длительной работы, не требующих регулирования скорости, рекомендуется применять синхронные двигатели вместо асинхронных короткозамкнутых электродвигателей. Хотя система привода с СД дороже, но она предпочтительнее, т.к. эксплуатационные расходы, за счет более высокого КПД и возможности повышения сos системы электроснабжения, ниже расходов на привод с НДС К/З ротором.

Электродвигатели с фазным ротором применяются только в тех случаях, когда АД с К/З ротором и СП не могут быть применены по условиям режима работы электропривода.

I. Образом АД с фазным ротором надо применять тогда, когда требуется регулирование скорости вращения или по пусковым условиям АД с К/З ротором и СД не проходят.

При необходимости регулирования скорости вращения привода механизма вопрос о двигателе, а следовательно и системе электропривода, решается только после определения таких основных показателей регулирования как:

1) Диапазон регулирования, под которым понимают отношение максимальной скорости (Wmax) к минимальной (Wмин)

                             

 Это отношение выражается обычно в числах, например 10:1; 25:1; 100:1 и т.д.

2) Плавность регулирования характеризуется числом ступеней в данном диапазоне регулирования.

Плавность характеризуется отношением скорости вращения двигателя на двух соседних характеристиках

       ,   чем ближе П к единице, тем более плавное

регулирование.

3) Направление регулирования, т.е. изменение скорости привода относительно скорости при работе на естественной механической характеристике. Регулирование в направлении уменьшения скорости называют регулированием вниз от основной, а в направлении увеличения – регулирование вверх от основной.

4) Допустимая нагрузка при регулировании. Ряд механизмов требует регулирования скорости при постоянном моменте нагрузки, другие – при постоянной мощности. Электродвигатель обладает наибольшим КПД при полной  загрузке. Следовательно, желательно применять такой привод, при котором двигатель по возможности был бы полностью загружен при всех скоростях.

5) Стабильность работы привода, которая характеризуется перепадом его скорости при изменениях нагрузки. Стабильность тем выше, чем больше жесткость характеристики двигателя.

6) Экономичность регулирования, которая определяется стоимостью создания системы регулирования с затратами на эксплуатацию.

Если по каким-либо показателям АД с фазным ротором не подходит, то рассматривается вопрос о применении двигателя постоянного тока, который применяют тогда, когда электропривод на переменном токе не обеспечивает регулирование и уступает по экономичности.

Электродвигатели постоянного тока обладают значительно большими возможностями регулирования скорости вращения, чем электродвигатели переменного тока. Но по ряду признаков электродвигатели постоянного тока уступают электродвигателям переменного тока. Это необходимость в источниках постоянного тока, большая стоимость самих эл. двигателей и аппаратуры управления, сложность эксплуатации. Поэтому выбор двигателей постоянного тока приводит к увеличению как капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов. Однако, применение двигателей постоянного тока позволяет вести, технологический процесс в наилучшем режиме, повысить производительность и улучшить качество продукции.

Из электроприводов постоянного тока, с точки зрения регулирования скорости наибольший интерес представляют системы УРВ-Д; Г-Д; ТП-Д.

Система УРВ-Д ввиду сложности эксплуатации в настоящее время не используется.

Система Г-Д применяется для привода таких механизмов, как скиповые подъемники доменных печей, прокатные станы, поворот конвертора, тахтные подъемники и т.д.

Достоинством системы Г-Д является:

1.     широкий диапазон регулирования скорости;

2.     плавность при регулировании.

Недостатки – это высокие первоначальные затраты, большая суммарная установленная мощность электрических машин, низкий КПД всей установки, большие габариты, высокие эксплуатационные расходы, наличие вращающихся частей системы, что снижает ее надежность.

Наиболее широкое применение в настоящее время нашел привод по системе ТП-Д.

Достоинством этого привода по сравнению с системой Г-Д являются: отсутствие подвижных частей, малые габариты и масса, быстродействие, более высокий уровень автоматизации, высокий КПД, бесшумность в работе, отсутствие громоздких фундаментов, малая мощность управления, большой срок службы, простота резервирования.

Эти достоинства позволили тиристорному эл. приводу потеснить такие системы как МУ-Д; Г-Д; УРВ-Д. Основным недостатком такой системы является значительное ухудшение cos при глубоком регулировании выпрямленного напряжения и сложность обеспечения инверторного режима работы.

В последнее время с появлением тиристорных преобразователей частоты открылись широкие возможности для плавного, глубокого и экономичного регулирования скорости АД с К/З ротором.

Одновременно с выбором системы электропривода определяют метод регулирования скорости вращения двигателя, если это обусловлено требованиями технологического процесса.

Метод регулирования скорости зависит от системы электропривода.

Например, скорость вращения АД с фазным ротором можно регулировать введением в цепь ротора реостата, изменением числа пар полюсов обмотки статора или изменением частоты питающего тока. Наиболее перспективным стал последний способ с появлением частотных тиристорных преобразователей.

Скорость вращения двигателя постоянного тока регулируется: введением реостата в цепь якоря, изменением величины подводимого к якорю напряжения и изменением величины магнитного потока.

Наиболее перспективным является метод регулирования скорости вращения изменением подводимого напряжения. Этот способ применен в системах МУ-Д; ЭМУ-Д; К-Д; ТП-Д.

Регулирование скорости изменением магнитного потока наиболее широко используется в приводах прокатных станов при так называемом двухзонном регулировании скорости.

При двухзонном регулировании скорости двигателя от 0 до основной (номинальной) производится изменением подводимого к якорю двигателя напряжения при постоянном магнитном потоке, при этом регулирование скорости осуществляется при постоянном моменте М = и переменной величине мощности Р = М * W * 10.

Скорость выше основной обеспечивается ослаблением поля двигателя, т.е. снижением тока возбуждения в обмотке возбуждения двигателя (ОВД). Регулирование скорости во второй зоне производится при постоянной мощности Р = V * I * 10 и переменном моменте

                      

Тормозной режим двигателя зависит как от выбранной системы электропривода, так и от условий технологического процесса.

Для АД возможны три электрических режима торможения (Л.1), (Л.2), (Л.3), (Л.4).

Режим рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть, который имеет место при W>W для АД двигателей или W>W для двигателей постоянного тока. В этом режиме двигатель работает как генератор.

Режим торможения противовключением, который может быть достигнут:

а) увеличением сопротивления реостата в цепи ротора АД или в цепи якоря двигателей постоянного тока;

б) реверсом т.е. переключением двух фаз статора у АД и изменением направления тока в якоре или в обмотке возбуждения двигателей постоянного тока;

в) на механизмах подъема, если двигатель включен на подъем, а под действием момента статического вращения на опускание (Мдв<Мс).

Режим динамического торможения, для осуществления которого статор двигателя отключают от сети переменного тока и в две фазы статора подается постоянный ток. Для электродвигателей постоянного тока параллельного и смешанного возбуждения используются те же режимы торможения. При динамическом торможении двигателей постоянного тока, якорь отключают от сети и включают на тормозной реостат. Для двигателей постоянного тока последовательного возбуждения динамическое торможение осуществляется двумя способами: самовозбуждением и с независимым возбуждением.

В электроприводах часто используется и механический способ торможения.

2.2.          Разработка схемы и выбор аппаратуры управления.

В этом вопросе необходимо по уже выбранному двигателю подобрать систему питания управления и защиты двигателя. Питание эл. двигателя может осуществляться от сети постоянного или переменного тока (определить напряжение сети) или от индувидуального источника: генератора или тиристорного преобразователя т.е. система Г-Д или ТП-Д, при этом необходимо определить способ регулирования скорости, как осуществляется управление двигателем (каким аппаратом), какой вид торможения в схеме, а также указать виды защит и какими аппаратами они  осуществляются.

2.3.          Описание работы схемы управления.

В данном разделе необходимо описать систему привода, принятую для проектируемого механизма, указав:

1.     Назначение отдельных ее элементов и узлов.

2.Способы стабилизации и регулирования скорости вращения двигателя, ограничения тока, напряжения, скорости и т.д.

3. Методы управления ускорением (в функции времени, пути, скорости, тока и т.д.).

4. Способы торможения (генераторное, динамическое, противо-включением, электромеханическое).

5. Режимы управления (автоматический, полуавтоматический, ручной, дистанционный).

Затем следует привести описание подготовки схемы к включению и ее работу во всех режимах пуска, регулирования, торможения, реверса и т.п. по положениям аппарата управления.

В заключение раздела следует описать назначение и действие имеющихся блокировок и защит.

3 Расчетная часть.

3.1. Расчет мощности и выбор двигателя (лей) для

привода механизма.

Для расчета мощности и выбора двигателя необходимо иметь все исходные данные. Правильный выбор мощности двигателя, на основании полученного расчета, имеет большое значение, так как от этого зависит производительность, надежность и экономичность рабочего механизма. Если выбран двигатель большей мощности, чем необходимо по условиям работы, то увеличиваются капитальные затраты и снижается КПД и cos. Если мощность двигателя меньше необходимой, возникает перегрев обмоток, резко снижающий срок службы двигателя.

Необходимо определить режим работы двигателя, с точки зрения нагрева различают три режима работы:

1.     продолжительный

     а) с постоянной нагрузкой;

     б) с переменной нагрузкой;

2.     кратковременный;

3.     повторно – кратковременный.

Затем обосновать и выбрать метод расчета (средних потерь, эквивалентного тока, момента мощности) затем выполнен собственно расчет мощности и выбран двигатель.

При этом, расчет должен сопровождаться необходимыми нагрузочными диаграммами, а также при необходимости расчетными характеристиками (например: механическими).

Для каждой искомой величины должна быть написана соответствующая формула в общем (буквенном) виде, затем каждая буква расшифрована и указано ее значение, размерность и из какой литературы это взято, затем значения подставляются в формулу и производятся вычисления.

Например:

Тяговое усилие на ободе колеса крана (тележки)

                     , Н

где  Go – вес крана (тележки), Н

        Gг – вес перемещающегося груза, Н

          -  коэффициент, учитывающий трение в ребордах ходовых колес, [Л]

           - коэффициент трения качения [ Л ]

          f  - коэффициент трения в подшипниках [ Л ]

          D – диаметр

          d – диаметр оси колеса, см.

Тогда Ft = ……, Н

Расчет заканчивается выводом о пригодности предварительно выбранного двигателя для привода данного механизма. Выбор двигателя производится по каталогу из условий, что Рпред. (рассчитанная мощность) > Рн (номинальной), а пригодность его делается на основании соблюдения следующих условий:

1.     По нагреву: Мн > Мэкв или I н > I экв.

где  Мн,  Iн – номинальные значения момента или тока;

        Мэкв, Iэкв – эквивалентные значения момента или тока.

2.     По перегрузочной способности:

                 К Мнб < К Мн       или  K  Iнб < K Iн

где  Мнб,  Iнб – наибольшие значения момента или тока двигателя;  

        К – коэффициент, учитывающий пики момента или тока при реостатном

               пуске, обычно принимается равным 1,3;

        К – коэффициент, учитывающий уменьшение момента двигателя при возможном снижении напряжения на его зажимах. Имеет существенное значение для двигателей переменного тока и принимается равным 0.8 – 0.85;

- перегрузочная способность двигателя по току или моменту. Приводится а каталог при выборе двигателя или определяется из выражения

        или       

где Мmax, Imax – максимальные значения момента или тока для данного      

      двигателя;

      Мн, I н – номинальные значения момента или тока для данного двигателя.

Рекомендации для выполнения расчетов.

Методики расчета мощности двигателей для каждого из режимов различны, что объясняется различием в условиях нагревания машин.

Для механизмов продолжительного режима работы с постоянной или малоизменяющейся нагрузкой (насосы, вентиляторы, некоторые станки и т.д.) выбор мощности двигателя очень прост и заключается в расчете потребной мощности для выполнения той или иной работы по теоретическим формулам.

Например:

Мощность вентилятора

        КВТ              [ Л5 ] ,    [Л6]

где   Q   - производительность вентилятора  м/с

         Н  -  напор, развиваемый вентилятором н/м

         п – КПД передачи от двигателя к вентилятору

         в – КПД вентилятора.

         Для мощных вентиляторов    в = 0,5 – 0,8.

Для центробежных вентиляторов средней мощности  в = 0,3 – 0,5

Для маломощных крыльчатых вентиляторов  в = 0,2 – 0,35.

Мощность двигателя насоса

       КВТ                   [ Л5] ,   [Л6]

где   -   плотность перекачиваемой жидкости н/м

         Q -  производительность насоса м/с

        Н  -  напор насоса, м

        п – КПД передачи от двигателя к насосу

        н -  КПД насоса

        Для поршневых насосов  н = 0,8 – 0,9

Для центробежного высокого давления н = 0,5  0,8

Для центробежных для низкого давления н = 0,3  0,8

Двигатель  выбирают  с  учетом  требуемой  скорости из  условий, что Рн  Р расч.    

Для подобных механизмов нет необходимости проверки двигателя на нагрев и перегруз. Только для механизмов, имеющих повышенное сопротивление трогания с места или требующих значительных динамических моментов при пуске, проверяют двигатель на достаточность пускового момента, при этом должно быть соблюдено условие:

                 К₂Мп > К₁Мс

где   Мп  - пусковой момент двигателя, Н

         Мс  - статический момент двигателя,  Н

         К₂   - коэффициент надежности пуска  К₁ = 1,05 – 1,1

         К₁   - коэффициент, учитывающий уменьшение пускового момента двигателя при снижении напряжения на его зажимах   К₂ = 0,85.

 Для всех остальных режимов работы (продолжительный с переменной нагрузкой, кратковременный, повторно-кратковременный) расчет мощности двигателей производится одним из следующих методов:

1.     Метод средних потерь.

Метод предполагает с помощью нагрузочной диаграммы и кривой коэффициента полезного действия предварительно выбранного двигателя определить средние потери за цикл.

 

 где  Q₁   ,Q₂   , Qn  потери на участках 1,2 … п нагрузочной диаграммы   (рис.1)

          t ₁  , t ₂  , … tn  длительность участка 1,2 …п

Нагрузочная диаграмма и график потерь при переменной нагрузке.

Подсчитанную величину Qср сравнивают с номинальными потерями Qн и, если Qн > Qср, то двигатель проходит по нагреву.

Выбор заканчивается проверкой по допустимой нагрузке и на достаточность пускового момента.

Метод точен и можно применять для всех двигателей, но на практике чаще пользуются более простыми методами эквивалентных величин (тока, момента, мощности).

2.     Метод эквивалентного тока.

Этот метод основан на том, что протекающий в обмотках двигателя изменяющийся ток по величине в расчетах заменяется эквивалентными по нагреву током, вызывающим такие же потери, что и действительный ток

Iэкв =              [ Л3] ,  [Л4]

где I₁, I₂, I_n – величина тока на участках 1,2,п нагрузочной диаграммы рис.2

       t_1, t_2, t_n – времена протекания токов I₁, I₂, I_n.

       Величину Iэкв необходимо сравнивать с номинальным током выбранного  двигателя  при  этом  должно  соблюдаться  условие, 

что Iн >Iэкв.

Если это условие соблюдается, то предварительно выбранный двигатель должен быть проверен на перегрузочную способность, исходя из условия, что для двигателей постоянного тока

I max  Iн,

где      I max – максимальное значение тока из графика нагрузки

            I н     - номинальный ток двигателя

                  -  коэффициент перегрузки по току.

Асинхронные двигатели на перегруз проверяют исходя из условий  Мmax  Mн,

где      Мmax  - максимальное значение момента из графика нагрузки

            Мн     -  номинальный момент двигателя

                   - перегрузочная способность двигателя по моменту

Иногда АД с к/з ротором проверяют на достаточность пускового момента, аналогично описанному выше.

Метод эквивалентного тока применим для двигателей постоянного и переменного тока во всех случаях, за исключением тех, когда необходимо учитывать изменение потерь в стали и на трение в подшипниках. Этот метод нельзя применять и для АД с глубокопазным ротором или двойной беличьей клеткой.

3.     Метод эквивалентного момента.

Этот метод аналогичен методу эквивалентного тока, но более удобен для практического применения.

Мэкв =    ,    нМ  [Л3]

где    М₁, М₂, Мп – величина моментов на участках 1,2,п нагрузочной  диаграммы рис.2

          t₁, t₂, tп – время в течение которого действуют соответствующие моменты.

Метод эквивалентного момента применяют только для определения мощности двигателей с независимым (параллельным) возбуждением, а также для АД с фазным ротором.

Величину эквивалентного момента необходимо сопоставить с номинальным моментом предварительно выбранного двигателя, и, если номинальный момент больше или равен эквивалентному, то двигатель удовлетворяет условиям нагрева, т.е.  Мн > Мэкв.

Проверка на перегруз производится аналогично для метода эквивалентного тока.

4.     Метод эквивалентной мощности.

Этот метод аналогичен двум предыдущим. Эквивалентная мощность равна:

Рэкв =     ,      КВТ

где  Р₁, Р₂, Рп – мощности  на участках 1,2,п  нагрузочной диаграммы рис 2.

         t₁, t₂, tn – время в течение которого действует соответствующая мощность.

Этот метод не может применяться для двигателей, у которых скорость в процессе работы изменяется в значительных пределах, особенно в пусковых и тормозных режимах.

При определении мощности двигателя методами эквивалентных величин (тока, момента, мощности) в кратковременном или повторно-кратковременном режимах в знаменатель дроби под корнем подставляются времена только рабочего периода (пуск, торможение, установившееся движение) за цикл.

Для длительного режима с переменной нагрузкой в знаменатель дроби надо подставить также время паузы при скоростях вращения ниже номинальной и при остановке. Времена пусков и торможений необходимо умножить на коэффициент   = 0,75, а времена паузы на= 0,5.

Для двигателей с принудительной вентиляцией применение этих коэффициентов не требуется.

Расчет мощности двигателей для привода механизмов

Пример №1

Подводящий рольганг прокатного стана  [Л7]

Исходные данные

Gсл max – максимальный вес слитка,   Н

Gсл min  - минимальный вес слитка,   Н

n_P – количество роликов,   шт

Gр – вес ролика,   Н

Др – диаметр бочки ролика Др,   мм

dц – диаметр цапфы ролика,  мм

lш – шаг между роликами,  мм

Vсл – линейная скорость слитка,   м/с

Zсл – число транспортируемых слитков в час,    шт

i   - передаточное число редуктора

н  - КПД номинальный редуктора

Iрол – момент инерции рольганга,   кгм

Iред – момент инерции редуктора,   кгм

lсл – длина слитка,    м

lрол – длина рольганга,   м

 Привод групповой

              Расчет   [Л7]

Статический момент холостого хода рольганга, приведенный к валу двигателя

Мхрол =   ,     нм

где   Gрол  -  суммарный вес роликов рольганга

                        Gрол = Gр * n_p

где    Gр  - вес одного ролика,    Н

         n_p  - количество роликов,   шт

         dц  -  диаметр цапфы ролика,   м  

         i     -  передаточное отношение редуктора

         ц – коэффициент трения скольжения в подшипниках ролика.

         Для подшипников скольжения с бронзовыми вкладышами

                     ц  = 0,08 – 0,12       

          Для подшипников качения     ц = 0,005 – 0,01

 х/х  - коэффициент полезного действия редуктора при холостом ходе:   х/х = 0,5 н

 н – коэффициент полезного действия редуктора при полной загрузке.

Статический момент при транспортировке слитка максимального веса, приведенный к валу двигателя

Мтр1 =    ,   НМ

где    Gслmax  -  вес слитка,   Н

            f  - коэффициент трения качения металла по роликам

Для холодного металла   f  = 0,1 cм

Для горячего металла      f  = 0,15 см

Статический момент при транспортировке слитка минимального веса, приведенный к валу двигателя

Мтр²  =       ,    НМ

где Gслmin  - вес слитка,   Н

Полный статический момент при транспортировке слитка с установившейся скоростью при отсутствии буксования, приведенный к валу двигателя

Мптр = Мх дв + М х/х рол + Мтр₁   ,     НМ  

где  Мхд – момент холостого хода двигателей

                   Мхд = (0,05 – 0,1) Мн

где  Мн  - номинальный момент двигателя.

При неизвестном двигателе можно принять, что Мхд = Мх/х рол, тогда       Мптр1 = 2 Мхрол + Мтр1,     НМ (максимальный вес)

    Мптр2 = 2 Мхрол + Мтр2,     НМ (максимальный вес)

Двигатель рольганга должен обеспечить момент достаточный при буксовании роликов. Момент буксования, приведенный к валу двигателя, определяется из выражения

Мб =      ,     НМ

где   Др  - диаметр ролика,   м

         _б  - коэффициент трения при буксовании.

Для холодного стального слитка   б = 0,15

Для горячего стального слитка      б = 0,3

Полный момент статического сопротивления при буксовании

            Мпб = Мх рол + М х/х + Мб = 2Мхрол + Мб,     НМ

Скорость вращения двигателя

                      Wд =  ;    рад/с

где   Vсл – линейная скорость слитка,    м/с

         Др   - диаметр бочки ролика,    м

Ориентировочная продолжительность включения

             ПВ% _ор =  %                

где    tрч  - суммарное время работы в течение часа,    С

                 tрч = tтр * Zсл,      с

где   Zсл  - количество слитков в час,   шт

         tтр   - время транспортировки одного слитка

              tтр =     ,   с

где     - дина слитка,   м

          - длина рольганга,  м

           - линейная скорость слитка м/с

         По найденным Мпб, Wд, Пвор% предварительно определяют мощность

                      Рпр =    ,    КВТ

И по каталогу выбирают двигатель, соблюдая условия Рн  > Рпр, т.е. номинальная мощность выбранного двигателя равна или больше рассчитанной.

Если Пвор, получилось отличное от стандартного, то вначале необходимо Рпр пересчитать на стандартное ПВст по формуле

Рпересч =    ,   КВТ

где   Рпр   - предварительно рассчитанная мощность, кВт

        ПВр  – расчетная продолжительность включения, %

        ПВст – стандартная продолжительность включения %

Затем по каталогу выбрать двигатель из условий, что

           Рн  > Рпересч.

Максимально допустимое ускорение

роликов         рад/с²

двигателя         рад/с²

где  max  - максимально возможная величина ускорения

                   max = Мб * д   м/с

где      д  - ускорение силы тяжести     д = 9,81 м/с

Максимально оправдываемая величина динамической составляющей момента двигателя при разгоне, при которой еще не будет буксования

  ,    НМ

где    Jмин – суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя,  КГМ²

     Jмин = J д + J рол + J м +J ред + J слмин,     КГМ²

где   J д – момент инерции двигателя,  КГМ²       (по каталогу)

        J м – момент инерции муфты,   КГМ²

                  J м = 0,2  J д,   кгм

        J рол – момент инерции рольганга,  КГМ²

        J ред – момент инерции редуктора,  КГМ²

        J сл.мин – момент инерции от поступательно-движущегося слитка наименьшого веса

               ,    КГМ²

т.к. J ред в каталогах задается редко, то можно принять, что

       Jмин = (1,1 – 1,2) (Jд + Jрол + Jм) + Jслмин,   КГМ

Величина предельно-оправдываемого момента двигателя определяется из уравнения движения электропривода рольганга:

при ускорении        Мпоу = Мдмакс + Мстмин, нМ

при замедлении      Мпоз = Мдмакс – Мстмакс, Нм

где Мстмин – минимальный момент статического сопротивления соответствующий полному моменту при транспортировке наиболее легкого слитка

                      Мстмин = Мптр²,  Нм

Мстмакс – максимальный момент статического сопротивления соответствует полному моменту при транспортировке наиболее тяжелого слитка  Мптр1

           Мстмакс = Мптр1

Если транспортируется слиток одного веса, то Мстмин = Мстмакс

Максимально допустимая кратность пускового момента

                

 Максимально допустимая кратность тормозного момента

               

где    Мн – номинальный момент выбранного двигателя

                        ,   НМ

где  Рн, н  – номинальная мощность и скорость вращения двигателя Рн (квт); н  (рад/с).

Окончательно кратность пускового и тормозного моментов двигателя               у = К умакс

                  з = К змакс

 где  К – коэффициент запаса К = 0,7 – 0,8

Время разгона

1.     без слитка

                      ,    С

где  Jx – суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя на холостом ходу,  КГМ

                      Jx = 1,1 (Jд + Jм + Jрол),    КГМ²

        н – скорость вращения двигателя,  рад/с

         Мх – полный момент холостого хода,   Нм

                     Мх = 2Мхрол.

2.     Со слитком наименьшого веса

                     ,      С

где  Jмин – суммарный момент инерции с учетом веса слитка Gслмин, приведенный к валу двигателя

                  Jмин = 1,1 (Jд + Jм + Jрол)  + J слмин,     КГМ

3.     Со слитком наибольшего веса

                    ,     С

где  Jмакс – суммарный момент инерции с учетом веса слитка Gслмакс, приведенный к валу двигателя.

                Jмакс = 1,1 (Jд + Jм + Jрол) + Jслмакс

где    

Время торможения

1.     Без слитка

                 ,       С

2.     Со слитком наименьшего веса

               ,     С

3.     Со слитком наибольшего веса

                ,     С

Путь, проходимый слитком за время разгона (для наиболее тяжелого слитка)

                  ,    м

Путь, проходимый слитком с установившейся скоростью

              S уст = L сл + L рол – S p ,     м

где   L сл     - длина слитка,    м

         L рол -  длина рольганга,  м

                      Время установившегося движения

                  ,   с

Время торможения t  = tx, т.к. остановка рольганга происходит после того, как слиток прошел последний ролик.

Суммарное время работы

      ,    С

Фактическая продолжительность включения

        %

где  Тц – время цикла ; с                , с            ,   c

Эквивалентный момент при фактической ПВ

Эквивалентный момент при стандартной ПВ, при которой выбран двигатель

                        НМ

Загрузка двигателя по эквивалентному моменту

               

Если К % < 100 %, то двигатель проходит по нагреву или же Мэс < Мн

При необходимости двигатель проверяется на перегрузочную способность по условию

                          Ммакс  Мн

где   Ммакс – максимальный момент нагрузки, Нм

         Мн – номинальный момент двигателя, Нм

             - перегрузочная способность двигателя

Пример 2.

Механизм подъема мостового крана металлургического цеха   [Л6 ];  [Л8];  [Л9];  [Л10];  [Л11].

Исходные данные

Gг – вес поднимаемого груза,   Н

Go – вес грузозахватного устройства,   Н

Н  -  высота подъема,   М

Vn – скорость подъема,    м/мин;   м/с

i    - передаточное число редуктора

Кп – кратность полиспаста

Дб – диаметр барабана,   М

Nц – число циклов в час,    Nц

н - КПД

Р о д    т о к а  (переменный)

Предварительная мощность двигателя Рпред = К * Рс

где   К – коэффициент, учитывающий цикличность работы  К = 0,8

        Рс – максимальная статическая мощность двигателя, необходимая для подъема номинального груза.

                ,     КВТ

где    Gг – вес поднимаемого груза,   Н

         Go – вес грузозахватного устройства,   Н

         Vп – скорость подъема,  м/мин

          н – КПД механизма

          Скорость вращения двигателя

                       рад/с

где   Кп – кратность полиспаста

         i     - передаточное число редуктора

         Дб – диаметр барабана,    М

           Ориентировочная продолжительность включения

                 

где   Тц – время цикла             

                                                     ,     С

где   Nц – количество циклов в час

         tp  -  время одной операции

                             с

где   Н  - высота подъема,   М

        К1 – количество операций в течение одного цикла.

  Для механизма подъема 4

Предварительная мощность при каталожной продолжительности включения

   ,     КВТ

По рассчитанным Рпред, д с учетом ПВ по каталогу выбирают двигатель соблюдая условие, что  Рн  > Рпред.

Статические моменты, приведенные к валу двигателя.

1.     При подъеме груза

                      ,     НМ

где   Gг – вес поднимаемого груза,    Н

        Go – вес грузозахватного устройства,    Н

        Дб – диаметр барабана,   М

        Кп – кратность полиспаста

         i   - передаточное число редуктора

         н  - КПД

2.     При опускании груза

                      ,     НМ

3.     При подъеме грухозахватного устройства

                    ,    НМ

где  о  - коэффициент полезного действия механизма при данной нагрузке. Определяется по кривым  = f  (К3)  рис.3. Зависимость КПД от загрузки.

              

4.     При опускании грузозахватного устройства

                   ,   НМ

Динамические моменты, приведенные к валу двигателя.

Кроме статических моментов в периоды неустановившихся режимов работы (пуск, торможение или замедление) в системе возникают динамические моменты, обусловленные изменением запаса кинетической энергии отдельных звеньев системы, скорость которых меняется.

Для определения величины приведенного к валу двигателя динамического момента пользуются уравнением

            ,    НМ

где       - ускорение или замедление ротора двигателя рад/с

         Jэ – приведенный к валу двигателя момент инерции системы,  КГМ²

Для механизма подъема крана

    Jэ = Jд + Jш + Jм + Jред + Jб + Jп.д.,     КГМ²

где      Jд  - момент инерции двигателя (по каталогу)

Jш – момент инерции тормозного шкива Jш = 0,3 Jд,   КГМ

Jм – момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора

        Jм = (0,1 – 0,2)  Jд,   КГМ²

Jред – момент инерции редуктора,    КГМ²

Jб – момент инерции барабана, приведенный к валу двигателя

Jп.д. – момент инерции поступательно движущихся элементов системы, приведенный к валу двигателя.

Ввиду того, что моменты инерции Jред и Jб в каталогах приводятся редко, их величину учитывают коэффициентом К, который равен:                      К = 1,1 – 1,2

тогда Jэ = К(Jд + Jш + Jм) + Jп.д.

Момент инерции поступательно – движущегося груза (Уп.дг)

   ,     КГМ

где   Vп – скорость подъема м/мин

         При перемещении грузозахватного устройства

               ,   КГМ²

          Предельно-допустимое ускорения двигателя

                  рад/с²

где  рмакс – максимально допустимое линейное ускорение груза.

Если эта величина отсутствует в задание, то можно воспользоваться опытными данными, приведенными в табл.1 или кривыми рис.5.

                                                                                   Таблица  1

№/№	Механизм и его характеристика	Ускорение м/с       (не более)
1.	Подъемные механизмы монтажных кранов и кранов, поднимающих жидкий металл	0,1
2.	Подъемные механизмы кранов механосбороч-ных цехов, складов	0,2
3.	Подъемные механизмы кранов металлургичес-ких цехов	0,5
4.	Подъемные механизмы грейферных кранов	0,8
5.	Механизмы передвижения кранов и тележек для перевозки жидкого металла	0,1 – 0,2
6.	Механизмы передвижения кранов и тележек при сцепном весе 25% от полного	0,2 – 0,4
7.	То же, но при сцепном весе 50% от полного	0,4 – 0,7
8.	То же, но при сцепном весе 100% от полного	0,8 – 1,4
9.	Грейферные тележки перегрузочных мостов	1,0 – 1,4
10.	Механизмы поворота крюковых кранов	0,5 – 1,0
11.	Механизмы поворота грейферных кранов	1,2
12.	Лифты	2 – 3
13.	Экскалаторы	0,5

    

Средние опытные ускорения для механизмов мостовых кранов в зависимости от номинальной грузоподъемности.

Gсц – сцепной вес, т.е. сумма наименьших давлений, одновременно действующих на ведущие (приводные) колеса

                    ,     Н

где   nпр – количество приводных колес

          n    - общее число колес

        Go  -  вес передвигающегося мех-ма (крана, тележки) без груза, Н.

Величина максимального линейного ускорения может быть определена, если задано время разгона (пуска)

                 м/с

где  tp – время разгона,   О.

При отсутствии в задании времени разгона, это величина может быть определена по средним опытным кривым.

Среднее опытное время разгона механизмов мостовых кранов в Qнг зависимости от номинальной грузоподъемности.

Если в задании нет каких-либо ограничений относительно замедления или торможения, то эту величину следует принимать равной ускорению при разгоне т.е. тмакс = рмакс

Средний пусковой момент, развиваемый двигателем при подъеме груза

                   Мсрп = Мпг + Мдин,      НМ

где    Мдин – динамический момент системы при подъеме груза

                        НМ

где  І эг – момент инерции системы с учетом поднимаемого груза,  кгм²

Время разгона при подъеме груза

        ,   с

При опускании груза.

Двигатель работает в режиме электромагнитного тормоза (тормозной спуск) и груз ускоряется под действием собственного веса, т.е. разгон системы происходит под действием момента Мог

   ,    О

При подъеме и опускании грузозахватного устройства в цепи ротора двигателя участвуют одни и те же сопротивления, включаемые с постоянными интервалами времени, а вес грузозахватного устройства обычно не превышает    5 – 15% веса груза.

Это обстоятельство приводит к тому, что двигатель достигает своей конечной скорости за время значительно меньшее чем t рпг, а средний пусковой момент также уменьшается.

Средний пусковой момент при подъеме и опускании грузозахватного устройства

  ,  НМ

Время разгона при подъеме грузозахватного устройства

           ,     С

Время разгона при опускании грузозахватного устройства

     ,    О

где    Jзо – момент инерции системы без учета груза, приведенный к валу двигателя.

Момент тормозной Мт определяется  максимальным статическим моментом, приведенным к тормозному валу и коэффициентом Кт

   Мт = Кт * М стмакс,    НМ

где     Мстмакс – максимальный статический момент на тормозном валу

Мстмакс = Мсг,   НМ

Кт – коэффициент запаса.

По правилам Госгортезнадзора Кт имеет следующие значения:

1.     Для легкого режима 1,5 (ПВ = 15%)

2.     Для среднего режима 1,75 (ПВ = 25%)

3.     Для тяжелого режима 2,0 (ПВ = 40%)

4.     Для весьма тяжелого режима 2,5 (ПВ = 60%)

Механизмы подъема кранов, транспортирующих жидкий металл, ядовитые и взрывчатые вещества должны иметь два тормоза.

Коэффициент запаса каждого из них должен быть не менее 1,25.

По рассчитанному Мт выбирают тормоз с номинальным тормозным моментом равным или больше чем Мт т.е.

                                                      М нт  Мт

Время торможения

1.     При подъеме груза

                               ,     О

2.     При спускании груза

                               ,       О

3.     При подъеме грузозахватного устройства

                               ,       О

4.     При опускании грузозахватного устройства

                              ,     О

Пути, пройденные грузом или грузозахватным устройством во время пуска и торможения

1.     При подъеме груза

                           ,      М

где  V п – скорость подъема м/мин

         tрпг – время разгона при подъеме груза,    О

2.     При опускании груза

                                 М

                                 М

3.     При подъеме грузозахватного устройства

                                     М

                                    М 

4.     При опускании грузозахватного устройства

                                    М

                                    М

Пути, проходимые грузом или грузозахватным устройством с установившейся скоростью

1.     При подъёме груза     ,  М

2.     При опускании груза    , М

3.     При подъёме грузозахватного устройства 

,  М

4.     При опускании грузозахватного устройства

, М

Время  работы с установившейся скоростью

1. При подъёме груза ,    С

2. При опускании груза ,   С

3. При подъёме грузозахватного устройства

,         С

4.     При опускании грузозахватного устройства

,    С

Фактическая продолжительность включения

 *100

Расчетный эквивалентный момент

    

        ,      НМ

Эквивалентный момент, соответствующий продолжительности включения выбранного двигателя

                     

Если Мэкв равен или меньше номинального, то выбранный двигатель проходит  по нагреву т.е.   Мэкв  Мн.

При необходимости производят проверку на перегрузочную способность по условию

    1,8  Ммакс нагр  (0,8 – 0,85)  Ммакс дв.

Ммакс нагр     - максимальный момент при расчетах или из нагрузочной диаграммы

Ммакс дв – максимальный момент двигателя

                  Ммакс дв =   * Мн

1,8 – коэффициент, учитывающий возможные момента при реостатном пуске

(0,8 - 0,85) коэффициент, учитывающий уменьшение максимального момента двигателя при снижении напряжения.

Пример 3.

            Механизм передвижения крана  [Л6];  [Л8]; [Л9]; [Л10]; [Л11]

Исходные данные

Gг   - вес перемещаемого груза,    Н

Go   - вес крана,                               Н

Lк   - длина пути перемещения,    М

Vн  - скорость передвижения,       м/мин

i      -  передаточное число редуктора                           

            Дк  - диаметр ходового колеса,      М

            dц  - диаметр цапфы колеса,          М

н  - К П Д

Nц   - число циклов в час

Род тока постоянный.

Предварительная мощность двигателя

            Рпред = К Рс,   квт

где   к  - коэффициент, учитывающий цикличность работы механизма    к = 0,85

Рс  - максимальная статическая мощность двигателя, необходимая для перемещения номинального груза.

          ,     КВТ

где   Vк – скорость передвижения м/мин

         н -  К П Д

         Fк  - тяговое усилие на ободе ходового колеса

                   Н

где   Go –вес крана (тележки) без груза,   Н

         Gг – вес груза,    Н

         Дк – диаметр ходового колеса,   М

         dц – диаметр цапфы колеса,    М

        М – коэффициент трения в спорах осей кодовых колес.

Для подшипников скольжения М = 0,08 – 0,1

Для шариковых и роликовых подшипников м = 0,015

Для конических подшипников качения М = 0,2

f - коэффициент трения качения колеса по рельсу, cм (значения коэффициентов f таблица2).

                                                                                Таблица 2

Тип            рельса	Диаметр   ходового  колеса
	200-300	400-500	600-700	800	800-1000
Плоский	0,03	0,05	0,08	0,06	0,07
С выпуклой го-ловкой,  Р; КР	0,04	0,06	0,08	0,1	0,12

 - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления движению, вызываемые перекосами и значения табл.3.

                                                                               Таблица 3

Отноше-   ние    пролета крана к его     базе	Значения коэффициента  при ходовых колесах
	При подшипниках сколь- жения и цилиндрическом              ободе	На подшипниках качения при                     ободе
		Цилиндрическом	Коническом
1        2        3        4        5	1,35                  1,4                  1,45                  1,5                  1,55	2,0             2,1             2,2             2,3             2,4	1,2         1,2         1,2         1,3         1,3

где    Nц  - число циклов за час

  К1  - количество операций в течение одного цикла

           Для механизмов передвижения 2

  tp  -  время одной операции (передвижение с грузом или без груза)

            

где     Lk  -  путь передвижения крана,    М

           Vk -  скорость передвижения м/мин

Предварительная мощность при каталожной продолжительности включения

              КВТ

Скорость вращения двигателя

       рад/с

где     Дк – диаметр ходового колеса,   М

По рассчитанным данным Рпред, Wд с учетом ПВ по каталогу выбираем двигатель постоянного тока последовательного возбуждения из условий, что  Рн  Рпред.

Если на приводе механизма установлено несколько двигателей, то необходимо определить вначале мощность одного, которая будет равна:

,     КВТ

где    П  -  количество двигателей на механизме и по каталогу выбрать двигатель из условий, что  Рн  Рпред.

Статические моменты, приведенные к валу двигателя

1.     При передвижении крана с грузом

     НМ

где   Дк  -  диаметр ходового колеса,    М

         Gг  -  вес перемещаемого груза,    Н

         Go  -  вес крана (тележки),             Н

         dц  -  диаметр цапфы ходового колеса,   Н

2.     При передвижении крана без груза

        ,    НМ

где   о – КПД ненагруженного крана определяется по кривым

        = f  (КЗ)       рис. 4.

                 

Для кранов, установленных на открытом воздухе должен учитываться также момент, создаваемый ветровой нагрузкой.

1.     При перемещении с грузом

         ,       НМ

где   Р    -  удельное давление ветра (150-400)       н/м²

         S1  - подветренная площадь крана,    м²

              S2  - подветренная площадь груза,     м²

2. При перемещении без груза

              ,     НМ

Общий, приведенный к валу двигателя статический момент определяется как сумма моментов

1.     при перемещении с грузом

      ,    НМ

2.при перемещении без груза

,    НМ

Динамические  моменты, приведённые к валу двигателя.

Для определения величины динамического момента пользуются уравнением

 ,     НМ

где J_Э – приведённый  к валу двигателя момент инерции системы, кгм.

Для механизма передвижения крана ( тележки)

1.     С грузом

                              , кгм²

где  J_ДВ - момент инерции двигателя, кгм² (из каталога)

       J_Ш – момент инерции тормозного шкива, кгм²

                               

       J_М – момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора, кгм² 

                                     

       J_ред – момент инерции редуктора, кгм²

       J_П.Д.Г. – момент инерции поступательно- движущегося груза, приведённый к валу двигателя.

                               , кгм²

где  V_К – скорость перемещения крана, м/мин

        W_d – cкорость вращения двигателя, рад/с

Ввиду того, что момент инерции J_ред в каталогах приводится редко, эквивалентный момент инерции определяют из уравнения:

                               J_ЭГ =  , кгм²

где К – коэффициент, учитывающий приближённо момент инерции редуктора К = 1,1 – 1,2

2.     Без груза

                                , кгм²

где  J_ПДО – момент инерции поступательно-движущихся элементов системы без учёта веса груза, приведенный к валу двигателя.

                              ,    кгм²

 - ускорение или замедление ротора двигателя , рад/с²

Предельно – допустимое ускорение двигателя

                         , рад/с²

где Д_К – диаметр ходового колеса, М

     максимально допустимое линейное ускорение.

Обычно  - принимается из таблицы 1 или по кривым рис. 5

Величина ускорения может быть определена, если задано время разгона (пуска)

                         ,  м/с

где t_P – время разгона, С

       время t_P определяется по кривым рис. 6

Средний пусковой момент, развиваемый двигателем при разгоне  с грузом   , Нм

где М_ДИН.Г. – динамический момент системы при разгоне с грузом

                       , Нм

при разгоне без груза

                         

где М_дино – динамический момент системы при разгоне без груза

                          , Нм

Момент среднетормозной с грузом:

                         , Нм

при торможении без груза

                         , Нм

Время разгона механизма с грузом

                         , с

Время торможения с грузом

                         , с

Время торможения без груза

                         , с

Путь, пройденный краном при пуске с грузом

                         ,   м

При пуске без груза

                           , с

При торможении с грузом

                           , с

При торможении без груза

                           , м

Путь движения с установившейся скоростью

1.     С грузом , м

2.     Без груза , м

Время установившегося движения

1.     С грузом , с

где  - скорость движения с грузом

2.     Без груза

                            , с

где V_C – скорость движения без груза

если V и  V_C  не заданы, то можно считать, что , м/мин

Так как проверка двигателей последовательного возбуждения на нагрев производится методом эквивалентного тока, что объясняется нелинейной зависимостью между током и моментом по рабочим  или универсальным характеристикам определяют величину тока, соответствующую каждому значению момента (см. табл. 2)

1.                   

где М_Н – номинальный момент двигателя

                    , Нм

2.                  

где  по характеристике

Таблица 2

Опера-ция	Пуск		Движение с грузом			Движение без груза		Торможение
Величи-на	%	абсолют ное значение	%	абсолют ное значение		%	абсолют ное значение		%	абсолют ное значение
Момент	МСРПО %	МСРПО,  Нм	%	, Нм		%	Нм		МСРТО %	МСРТО Нм
Ток	IСРПО %	IСРПО А	IСГ %	IСГ А		IСО %	IСО А		IСРТО %	IСРТО А
Ско-рость враще-ния	-	-	WCГ %	WCГ рад/с	WCО %		WCО рад/с		-	-

Эквивалентный ток при фактической ПВ

, А

Фактическая величена продолжительности включения

ПВ%       Ф = 

 Если ПВ ф и ПВ кат отличаются, то необходимо эквивалентный ток пересчитать на ПВ кат.

                  , А

Если  ,то выбранный двигатель проходит по условиям нагрева.

Универсальные характеристики двигателей  ;  ;  

Пример 4.

РАСЧЁТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ СЛИТКОВОЗА

Механизм передвижения слитковоза.

Исходные данные

1.     Максимальный вес слитка – G_CЛ, Н

2.     Вес слитковоза – G_Т, Н

3.     Диаметр ходового колеса – G_Т, М

4.     Диаметр цапфы колеса – d_Ц, М

5.     Передаточное число редуктора – і

6.     Коэффициент полезного действия редуктора – , Н

7.     Скорость передвижения максимальная – V_У1, м/с

8.     Скорость после первого заземления – V_У2, м/с

9.      Скорость при подходе к рольгангу – V_n, м/с

10. Момент инерции механизма приведённый к скорости поступательного движения / без учёта двигателей вращающихся со скоростью двигателя/ -      І _МЕХ  кгм².

11. Род подшипников

12. Время цикла – t_Ц, С

13. Время загрузки –t _ЗАГ, С

14. Время разгрузки – t _РАЗ, С

15. Путь движения к рольгангу – L_1, м

со скоростью –  U_У1

16. Путь движения к рольгангу со скоростью – L_2, м  - U_У2

17.  Путь движения к рольгангу со скоростью – U_П – L_П, м

РАСЧЁТНЫЕ  УСЛОВИЯ

1.     При подходе к рольгангу электрическое торможение осуществляется в две ступени, а при движении к колодцам в одну.

2.     Для двигателей может быть предусмотрена принудительная вентиляция.

3.     Для обеспечения требуемых скоростей с независимым возбуждением в количестве 8 шт.

4.     Регулирование скорости осуществляется напряжением подводимым к якорю при постоянном потоке возбуждения.

Слитковоз служит для подвоза слитков из отделения нагревательных колодцев к приёмным рольгангам прокатного стана.

Для блюмингов и слябингов величины практически применяющихся установившихся скоростей движения находятся в пределах 4 – 8м/с

Общий путь торможения с максимальной скоростью обычно составляет порядка 25 м.

На расстоянии 18 – 25 м от рольганга скорость не должна превышать 3,5 – 3,7 м/с. Последние 5 – 6 м скорость движения составляет не более 10 % от номинальной.

Практически величина этой скорости исходя из условия восприятия удара буферами у рольганга, принимается равной порядка 0,8 м/с.

РАСЧЁТ

Величина момента сопротивления движению груженного слитковоза, приведённая к валу двигателя:

                                 , Нм

где К – коэффициент запаса, учитывающий трение реборд о рельсы и состояние пути – 2,5

G_СЛ – вес слитка, Н /исходные данные/

 - вес слитковоза, Н /исходные данные/

 і – передаточное отношение редуктора  /исходные данные/

 к – коэффициент полезного действия редуктора  /исходные данные/

 - диаметр цапфы колеса – см  /исходные данные/

М – коэффициент трения в подшипнике, 0,008

- коэффициент трения качения по рельсам 0,08см

Величина момента сопротивления движения слитковоза без груза приведенная к валу двигателей  

, Нм

Сила тяги без груза на приводной оси, Н

где К_СЦ – коэффициент сцепления колес с рельсами

для сухих колес К_СЦ < 0,15 – 0.2

для влажных колес К_СЦ  0,1 – 0,12

 - сцепной вес, т.е сумма наименьших давлений, одновременно действуют на приводные /ведущие/ колеса  0,5  так как только половина колес является приводными.

Наибольшее оправдываемое линейное ускорение

, м/с²

где q – ускорение силы тяжести 9,81 м/с²

Предельно оправдываемое ускорение двигателей:

, рад/с²

где Д _К – диаметр ходового колеса, М /исходные данные/

Предельно оправдываемый момент двигателей при разгоне

, Нм

где J – суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателей

, кгм²

где  - установившаяся скорость движения, м/с  (исходные данные)

       - скорость двигателей, соответствующая установившейся скорости

, рад/с²

 - момент инерции якорей двигателей, тормозных шкивов, муфт и быстроходных валов.

В связи с тем, что эти данные еще не определены, предварительно учитываем их применением повышающего коэффициента К₁ – 1,2 – 1,3 тогда

, кгм²

Ориентировочная продолжительность включения:

ПВ % ор =

где t_Ц – время цикла, с (исходные данные)

       - суммарное время работы в течении цикла, с

       =, с

где  - время движения к рольгангу со скоростью , с

, с

где І₁ – путь движения к рольгангу со скоростью , м (исходные данные)

      - максимальная скорость движения м/с (исходные данные)

       - время движения к рольгангу со скоростью , с

, с

где I₂ – путь движения к рольгангу со скоростью  , м

        - скорость после замедления при движении к рольгангу, м/с (исходные данные)

        t_П – время движения к рольгангу со скоростью U_П , с

, С

где I_П – путь движения к рольгангу со скоростью U_П, м  (исходные данные)

      U_П – скорость подхода к рольгангу , м/с (исходные данные)

       - время движения к колодцам со скоростью  , с

По рассчитанным Wq, М_{ДР мах} и ПВ_ОР выбираем двигатели по каталогу. При этом  необходимо учитывать, что:

1.     W_Н – 0,5 Wq, так как Wq максимальная скорость, полученная за счёт увеличения напряжения на якоре двигателя в 2 раза.

2.     М_{Д мах} > М_{ДР мах}, так как на слитковозе устанавливается два двигателя.

3.     Если ПВ % _ОР  > 60, то необходимо принимать двигатели с принудительной вентиляцией, обеспечивающий  при  ПВ = 100% момент равный 0,9 Мн для ПВ = 25 %.

Мощность предварительно выбранного двигателя определяется

         ,    Квт         , Квт

Мощность двигателя, выбранного по каталогу должна быть Р_Н > P_ДВ

Проверка двигателя на нагрев

Фактический момент инерции, приведенный к валу двигателя:

,  кгм²

где -  момент инерции одного двигателя  кгм² (по каталогу)

       - момент инерции одного тормозного шкива кгм² (по каталогу) или    = (0,2 – 0,3) , кгм².

        - момент инерции одной муфты с валом, кгм² (по каталогу) или

       = (0,1 – 0,2), кгм²

      Полный предельно – оправдываемый момент двух диагоналей при разгоне 

Величину замедления при торможении принимаем равной ускорению при разгоне, т.е.

Тогда тормозной момент двух двигателей равен

, Нм

С целью учёта изменений состояния рельсового пути расчётные величины линейных ускорений  при разгоне и замедлении , при торможении принимаем несколько меньшим, чем максимальные значения.

Ускорение двигателей:

Расчётный момент двух двигателей:

1.     При разгоне

, Нм

2.     При торможении

, Нм

Приближенное значение рациональной скорости установившегося движения

 (0,5 – 0,6)  , м/с

Формула Копытова

где   - максимальный путь перемещения, м

- эквивалентное ускорение равно max так как p = T

Если принятое значение  (по исходным данным) находится в диапазоне скоростей определенных по формуле Копылова, то это значит, что  удовлетворяет требованиям рациональной скорости.

 

Движение к рольгангу

Время разгона до скорости                      , с

Путь, проходимый за время                      , м

Время торможения со скоростью        

до  скорости                                                      , с

Путь проход. за время                                , м

Путь, проходимый с установившейся

скоростью                                                    , м

Время установившегося движения

со скоростью                                                  , с

Время торможения со скоростью  

до скорости                                                    , с

Путь, проходимый за время                         , м

Путь, проходимый с установившейся

скоростью                                                      , м

Время установившегося движения со

скоростью                                                       ,с

Время торможения со скоростью                   ,с

Путь, проходимый за время                             , м

Путь, проходимый с установившейся

скоростью                                                          , м

Время установившегося движения со

скоростью                                                            , с

Время разгона до скорости                               ,с

Время торможения со скоростью                         , с

Путь, проходимый за время                               ,м

Путь, проходимый за время                             , м

, м

Время установившегося движения со скоростью

, с

Фактическая величина продолжительности включения

ПВ% =

Эквивалентный  момент двигателей при фактической ПВф

ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ НА ПЕРЕГРУЗ

Перегрузка двигателей при развитии или предварительно оправдываемого момента

При этом соблюдается условие

 , где допустимая перегрузка двигателя по паспорту

Для подтверждения пригодности предварительно выбранных двигателей должно быть соблюдено условие

, где , Нм

, Нм

После чего необходимо построить скоростную и нагрузочную диаграммы.

3.2.          Расчёт и построение механической характеристики двигателей.

1.     Асинхронный двигатель с фазным ротором (короткозамкнутым) уравнению Клосса, которое имеет вид:

, Нм

где М_КР – критический или максимальный момент двигателя

       S_КР – скольжение соответствующее критическому моменту

где S_Н – номинальное скольжение двигателя

где W_o – синхронная скорость АД

, рад/с

где  = 3,14

       i = частота тока питающей сети  i = 50 Гц

       Р = число пар полюсов двигателя.

Например: двигатель МТF – 112 – 6 имеет три пары полюсов (р = 3)

       W_H = номинальная скорость двигателя рад/с

        = перегрузочная способность двигателя

где М_мах – максимальный момент двигателя

       М_ном – номинальный момент двигателя

Скольжение АД в двигательном режиме изменяется от 0 до 1 задаваясь значениями скольжения в заданных пределах и поставляя их в уравнение Клосса определим соответствующие значения момента, определив скорости соответствующие значениям скольжения пользуясь уравнением

, рад/с

Строим зависимость  т.е. механическую характеристику.

Пример: Построить механическую характеристику для двигателя          МТН – 611 – 10 со следующими данными:

Р_Н – 5,3 кВт

н – 560 об/мин (W_H =58,6 рад/с)

М_мах =2320 Нм

М_ном = 904,4 Нм

Решение

, Нм

где М_КР = М_мах = 2320 Нм

, для двигателя МТН – 611 – 10   р = 5

 рад/с

Результаты расчёта сводим в табл.3

Скольжение S	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0329	0,5	0,7	0,9	1
Момент М, нМ	0	689	1291	2059	2311	2320	2130	1786	1497	1377
Скорость W рад/с	62,8	59,7	56,5	50,2	44	42	31,4	19	6,3	0

По результатам табл. 3 задавшись масштабом строим механическую характеристику  

2.     Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения.

Механическая характеристика двигателя имеет прямолинейную зависимостьW = f (M), сследовательно ее можно построить по двум точкам, пользуясь уравнением:

где  - номинальное напряжение двигателя

       - номинальный момент двигателя

 Для построения механической характеристики необходимо определить:

1.     Номинальный момент двигателя

, нМ

где  - номинальная мощность двигателя , кВт

     - номинальная скорость двигателя, 1/с

2.     Величину Кф

, В с

3. Найти две контрольные точки с координатами:

А (W = W₀ ; M = 0)

Б (W = W_Н ; M = М_Н)

Пример: Рассчитать и построить механическую характеристику для двигателя постоянного тока независимого возбуждения

 кВт

 В

 А

 рад/с

ЧЯ = 0,729 Ом

1.     Определим номинальный момент двигателя

   Нм

2.     Определим величину Кф

,   в.с/рад

3.     Определим координаты двух контрольных точек

А          рад/с

М = 0

                              В              

M = Нм

Задавшись масштабом по моменту и скорости в осях координат стоим зависимость  

3.     Механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного (смешанного) возбуждения.

Для построения естественной механической характеристики необходимо пользуясь универсальными характеристиками для двигателей  [Л3]; [Л4]; [Л8] определить координаты W, M, ряда точек характеристики, для чего следует, задаваясь значениями момента в долях от 0,1 до 2,0 определить сначала по характеристике  соответствующие значения в долях, а затем по электромеханической характеристике   определить значения скорости вращения двигателя в долях. Далее определяем значения скорости вращения и момента в именованных величинах

 ;

Пример:

Пример постоянного тока последовательного возбуждения имеет следующие данные:

Р_Н = 3 кВт

U_H = 220 В

W_H = 101 рад/c

I_H = 19 A

R_я = 2 Ом

Для построения механической характеристики необходимо определить:

1.     Номинальный момент двигателя

Нм

пользуясь универсальными механическими характеристиками и  таблицей 4

Таблица № 4

N n/n				, Нм	, рад/с
1	2	1,7	0,82	59,6	82,5
2	1,6	1,45	0,88	47,5	88,5
3	1,2	1,15	0,95	35,8	96
4	1,0	1,0	1,0	29,8	101
5	0,8	0,85	1,05	23,8	106
6	0,4	0,5	1,3	11,8	131
7	0,2	0,35	1,6	5,95	161
8	0,1	0,22	2,0	2,98	202

Строим механическую характеристику двигателя  предварительно задавшись масштабами по скорости и моменту.

3.4.          Устройство, служащее для введения сопротивления в цепи якоря в период пуска и разгона электропривода, называется пусковым реостатом.

          Введение и выведение сопротивлений производится ступенчато (секциями). Такой же реостат используют и для регулирования угловой скорости двигателя, но тогда он называется  регулировочным.

 Расчёт пусковых сопротивлений для двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения ввиду того, что первые имеют прямолинейные, а вторые  - криволинейные механические характеристики, существенно отличается друг то друга.

1.1. Расчёт пусковых резисторов аналитическим методом для двигателей параллельного и независимого возбуждения.

Обозначения основных величин, необходимые при расчёте:         (см. рис.1, приложение)

R1, R2, R3 и т.д. – сопротивления ступеней

Ч1, Ч2, Ч3 и т.д. – сопротивления секций

I1, I2, - токи при пуске

І1 – максимальный ток при пуске 9пусковой ток)

М1 – соответственно пусковой момент

І2 – ток переключения

М1 – момент переключения

Z – число пусковых степеней

Если в процессе пуска двигателя момент статического сопротивления постоянен, что имеет место в большинстве практических случаев, то пики тока и момента обычно выбираются одинаковыми на всех ступенях и пусковая диаграмма двигателя (рис.2, приложение 1) принимает вид абвгдежзи.

При выборе I1 и  I2, а также числа ступеней Z руководствуются следующими соображениями.

При контакторных управлениях число пусковых ступеней всегда значительно меньше, чем у реостатов, так как здесь режим пуска регламентируется аппаратурой управления и не зависит от оператора. Поэтому при контакторном управлении число пусковых ступеней для двигателей малой мощности (примерно до 10 кВт) равно 1 – 2, для двигателей средней мощности (до 50 кВт) равно 2 – 3 , а для двигателей большой мощности 3 – 4 . весьма часто сопротивление рассчитывается для определенного типа пускового устройства с фиксированным числом ступеней.

С уменьшением числа ступеней плавность пуска уменьшается (растёт отношение )

Различают форсированный и нормальный пуски. Форсированный – для напряжённо работающих приводов с большим числом включений в час. При форсированном  пуске задаются пиковым током I1, выбирая его возможно большим. Ток І2 определяется по формуле (1.1). Он может получится в этом случае значительно больше тока статической нагрузки.

Предельно допустимые токи определяются условиями безыскровой коммутации  и для двигателей параллельного возбуждения равны (2 – 2,5) І_ном  при номинальной скорости.

Для двигателей краново-металлургических эта величина достигает 3І_ном (номинальным считается режим  ПВ = 25%)

Иногда задаются током переключения І2, величину которого выбирают на 10 - 20% больше тока статической нагрузки.

Величины токов І1, І2 и Z – число ступеней, связаны между собой, ими нельзя задаваться произвольно.

Для установления этой связи заметим, что для двух любых соседних пусковых характеристик отношение их сопротивлений – величина постоянная. Например, для характеристик 2 и 3 (рис.1) можно написать:

      ;

так как Е_Д = Е_Г , то                                   (1.2)

а) Пусть заданы ток I1 и число ступеней Z. На основании соотношений (1.2) с одной стороны получим:

                                              (1.3)

а с другой стороны

, или            (1.4)

откуда                           (1.5)

и ток переключения         ;            (1.6)

б) Если известны 12 и Z то, построив вспомогательную характеристику «О» (рис.1) аналогично получим:

    (1.7)

и пиковый ток

  ;          (1.8)

в)  Если известны токи І₁ и І₂, то число ступеней Z можно определить:

   (1.9)

Найдя величины І₁ и І₂ по формуле (1.4) определяют  R_1, далее рассчитывают сопротивление ступеней:

,  ;  и т. д.     (1. 10)

сопротивление секций:

;    

  ;       (1.11)

;   

В практике имеют место случаи, когда М_СТ в процессе пуска не остаётся постоянным. Характерным примером такого случая является пуск центробежного насоса или вентилятора, М_СТ которых зависит от скорости вращения.

Пусковые сопротивления в этом случае рассчитываются следующим образом. Задаются пусковым моментом Мо на первой характеристике в пределах (1,2 – 1,5) М_ном и строят эту характеристику (прямая 2; рис.1.3). Момент переключения на ней (точка а) берут на         10 – 20 % больше соответствующего статического момента. Пиковые моменты на остальных характеристиках можно выбирать одинаковыми и равными  (1,5 – 1,75) М_ном. Моменты переключения в точках 6, в по прежнему берутся на 10 – 20 % больше соответствующих М_СТ., расчёт сопротивлений производится по построенным характеристикам аналогично рассмотренному выше.

При контроллерном управлении часто применяют предварительные ступени, которые ограничивают удары при пуске. Сопротивление предварительной ступени:

 (1.12)     ;    (1.13)

1.2.          Примеры расчёта.

а) Для двигателя постоянного тока параллельно возбуждения (220 В,              Р_ном = 25 КВт; n_ном = 1000 об/мин, І_Н = 132 А, n_мах = 2 000 об/мин,                       Ч_ш = 75,2 Ом, Ч_дв = 0,125 Ом) рассчитать пусковое сопротивление по следующим условиям:

Момент статического сопротивления при пуске постоянен и равен          М_ст = 0,7; пуск нормальный; число пусковых ступеней Z = 3.

Решение:

Так как пуск нормальный задаёмся током переключения    (примерно на 20% больше и І _ст) по формуле (1.7) определяем . Все расчёты ведём в относительных единицах.

Предварительно определяем ток возбуждения:

 

номинальный ток якоря

 

номинальное сопротивление якоря

Сопротивление цепи якоря в относительных единицах

откуда

Полное сопротивление цепи якоря при пуске определим по формуле (1.4)

Сопротивление остальных ступеней (формула 1.10)

 ;

Сопротивление секций (формула 1.11)

  

 

  

_____________________________

        Всего

Сопротивление секций в Омах.

Ом

Ом

Ом

Ом

__________________________________

Проверка по формуле (1.4)

 Ом

б) Производственный механизм приводится в движение двигателем тока параллельного возбуждения. Пуск электропривода предполагается осуществить с помощью реостата в 4 ступени.

Определить сопротивление пускового реостата.

Данные двигателя:

 кВт; U_ном = 220 В; І_ном = 74 А; n _ном = 1500 об/мин; R_дв = 0,174 Ом ; М_ст = 0,8 М_ном.

Решение:

Номинальный момент двигателя

 Нм

Момент статической нагрузки

 Нм

Номинальное сопротивление двигателя

 Ом

Сопротивление двигателя в относительных единицах

Принимаем максимальный пусковой ток I₁= 2,2 или

Отношение пускового тока І₁  к току переключения І₂

где m = 4 – число пусковых ступеней.

Сопротивление секций пускового реостата.

  Ом

Ом

Ом

Ом

 ______________________________________________________

Полное сопротивление реостата               = 1,21 Ом

2.1.          Расчёт пусковых резисторов для асинхронных двигателей (АД) аналитическим методом.

Аналитический метод расчёта пусковых сопротивлений для АД базируется на тех же положениях, что и для двигателей постоянного тока, считая рабочую часть характеристики линейной.

Для определения внешних сопротивлений в цепи ротора двигателя на отдельных пусковых ступенях рассмотрим геометрические соотношения величин из пусковой диаграммы (рис.2). Из подобия треугольников с общей вершиной О и основаниями, лежащими на линиях моментов   и  следует, что

     (2.1)

Обозначив отношение пикового момента к переключающему через и приравняв m₆ = чр, получим:

           (2,2)

 

Выражая линейные отрезки mг, mе, m₃ через соответствующие полные сопротивления (в Омах), получим

Сопротивление  (в Омах)  для каждой секции пускового реостата определяется путём последовательного вычитания полных сопротивлений на смежных пусковых ступенях, т.е. исходя из равенств (2.3) они равны

Соотношения (2.3) и (2.4)  справедливы и для сопротивлений, выраженных в относительных (долевых) единицах.

Таким образом, по заданному соотношению величин пикового и переключающего моментов и известной величине внутреннего активного сопротивления ротора двигателя можно определить без построения пусковой диаграммы сопротивления отдельных ступеней пускового реостата и полное  сопротивления в цепи ротора на пусковых характеристиках.

Из равенств (2.3) следует, что при заданном числе ступеней Z пускового сопротивления величина полного сопротивления цепи ротора в  относительных единицах

     (2.5)

откуда             (2.6)

При фиксированном режиме пуска двигателя с максимально допустимым пиковым моментом М₁ величина полного сопротивления цепи ротора в относительных единицах, согласно (рис.2) определится из соотношения

                   (2.7)

Подставляя это соотношение в выражение (2.6) и приняв во внимание что

        ,

 получим

         (2.8)

При нормальном режиме пуска двигателя следует задаваться величиной переключающего момента М_2, прерывающей на 10 – 20 % величину статического момента.

Подставляя в формулу (2.8) М₁ = М₂ получим,

 

После преобразования и с учётом соотношения  

для нормального режима

          (2.9)

При заданном количестве пусковых ступеней и выбранном режиме пуска по формулам (2.8) и (2.9) определяют величину , а по ней из выражений (2.3) и (2.4) вычисляют сопротивления отдельных ступеней пускового реостата и полные сопротивления в цепи ротора двигателя.

Если число ступеней пускового сопротивления не задано, то преобразуя выражение (2.8) в формулу, определяющую число пусковых ступеней Z , получим

    (2.10)

Задаваясь величиной моментов М₁ и М₂ в соответствии с требуемым  режимом пуска и используя формулу (2.10) определяем количество ступеней, которое должно быть целым числом.

Если Zполучится дробным, то необходимо изменить принятые значения  М₁ и М₂ или оба одновременно.

2.2.          Примеры расчёта.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором (380 В;      Р_ном = 30 кВт;  n _ном = 725 об/мин; Еp _ном = 257 В6 Ip_ном = 74,3 А;  Чс = 0,136 Ом; Чр = 0,118 Ом; ) требуется рассчитать пусковое сопротивление с числом ступеней Z = 4, включённое в цепь ротора М_СТ на валу М_СТ = 0,6 М_ном.                          Пуск форсированный.

Решение:

Определим       

При форсированном пуске примем М₁ = 0,7  и по формуле (2.8) определим отношение пикового момента к моменту переключающему:

где М₁ = 0,7

Величину переключающего момента получим из соотношения

Таким образом, значение М₂ больше статического момента.

Величину внутреннего сопротивления ротора определим из выражения

Полные сопротивления в цепи ротора для каждой ступени ускорения двигателя определим   число соотношений (2.3)

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Сопротивления отдельных секций пускового реостата определяем из выражений 

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Расчёт параметров и выбор элементов тиристорных электроприводов   (см. методические указания по курсовому и дипломному проектированию) [Л 12].

3.5   Расчёт и выбор троллеев, питающих провода (кабелей).

Главные и вспомогательные  контактные  провода должны удовлетворять следующим условиям:

1.     Не перегреваться сверх допустимой температуры;

2.     Потеря напряжения не должна выходить за допустимые пределы.

В соответствии с этим контактные провода выбирают по нагреву с последующей проверкой на потерю напряжения.

Выбор проводов по нагреву сводится к определению расчётного тока и к последующему подбору необходимого сечения проводов в соответствии с соотношением

где  - расчётный ток контактного провода, А

        - допустимый ток по условиям нагрева, А

Для определения расчётного тока, необходимо определить расчётную мощность группы двигателей

кВт

где Р_р – расчётная мощность, кВт

      Р₃  - установленная мощность трёх наибольших двигателей в группе при одинаковых ПВ, кВт.

      Р_С – установленная мощность всех двигателей группы при одном ПВ, кВт.

       с, в – опытные коэффициенты.

Для кранов, работающих в ремонтных, сборочных, механических цехах         с = 0,2;  в = 0,06;

В мартеновских , ККЦ     с = 0,3;  в = 0,11;

В прокатных                      с = 0,03 в = 0,18

Определение расчётного тока при трёхфазном и постоянном токе производится по формулам:

,   А

Среднее значение  можно принять 0,5.

При проверке на потерю напряжения необходимо иметь в виду, что потеря напряжения в крановой сети при прохождении рабочих и пусковых токов не должна превышать 8 –12 %. Потеря напряжения в крановой сети распространяется следующим образом:

В магистрали  до контактных проводов  4 – 5 %;

В главных контактных проводах 2,5 – 4 % ;

В сети в пределах крана 1,5 – 3 %.

Для установок с редкими пусками общая потеря напряжения при пуске не должна превышать 15 %.

Сечения проводов и жил кабелей выбирают обычно по нагреву длительно проходящим током и по допустимой потере напряжения.

После того, как определено минимальное допустимое сечение провода по техническим условиям его сравнивают с экономическим целесообразным сечением. Линии напряжением свыше 1000 В проверяют по термической устойчивости при коротких замыканиях, при напряжении ниже 1000 В – по потере напряжения.

Стандартное сечение провода (кабеля) выбирают на основании длительно проходящего тока (номинального тока двигателя) по таблицам длительно – допустимых токов [Л13] и проверяют на потерю напряжения, считая , что допустимая потеря напряжения согласно норм ПУЭ в силовой цепи не должна превышать 5%.

Для медных и алюминиевых проводов при расчёте потери напряжения пользуются формулами:

на переменном токе

  %

где q - сечение провода, мм

       -  удельная проводимость материала;

                               алюминия 32 м/Ом*мм²

                               меди 57м/Ом*мм²

       L -  длина провода, М

       I_Н – длительно проходящий ток, А                                            

       U_Н – номинальное напряжение на постоянном токе

, %

Для стальных контактных проводов потеря напряжения определяется:

, %

где r, x – активное и реактивное сопротивления.

      Іn – пиковый ток нагрузки, А

, А

где І_Р – расчётный ток, А

       Кп – кратность пускового тока наибольшего двигателя

[К15]; [Л8]; [Л10] [Л16].

4. Мероприятия по охране труда.

1.     Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации и ремонте электрооборудования.

Вначале следует описать общие мероприятия по технике безопасности и промсанитарии, регламентированные основными документами являются: правила устройства электроустановки, правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, а также отраслевые нормы и местные инструкции по технике безопасности. Затем привести конкретные правила эксплуатации и ремонта электрооборудования проектируемого механизма.

Обязательно указать виды работ выполняемые без снятия напряжения,  частичным снятием напряжения, с полным снятием, порядок допуска и выполнения этих работ, численности и квалификационные группы членов бригады, основные и дополнительные защитные средства, используемые во время работ, инструменты и принадлежности, предупредительные плакаты, ограждения, что подлежит заземлению.

Затем указать мероприятия по ТБ для проектируемого механизма конкретно.

Противопожарные мероприятия.

Необходимо привести конкретные противопожарные мероприятия на период эксплуатации и ремонта электрооборудования проектируемого механизма, т.е. указать где и как должны быть вывешены запрещающие плакаты. Указать средства и способы пожаротушения, пожарную сигнализацию, указать противопожарный инвентарь.

Конкретный материал по этим вопросам необходимо подобрать при прохождении технологической и преддипломной практик и пользоваться литературой: [Л17]; [Л18]; [Л19].  

Охрана окружающей среды в условиях завода.

Материал по заданному вопросу следует взять по месту похождения практик и пользоваться литературой: [Л20]; [Л21].

Расчёт искусственного освещения.

Расчёт освещения сводится к определению светового потока мощности ламп, типа светильника и высоты его подвеса, размещению светильников по помещению (рабочему участку).

Светотехнический растёт производится несколькими методами: методом коэффициента использования светового потока, методом удельной мощности или точечным методом.

Методика расчёта освещения изложена в литературе: [Л22];[Л23] [Л24].

Графическая часть.

При вычерчивании схем проектов необходимо пользоваться условными графическими обозначениями действующих ГОСТов Единой системы конструкторской документации ЕСКД.

Допуск к защите дипломного проекта.

После окончания проектирования, подписи пояснительной записки и графической части дипломником, руководителей дипломного проекта, проект направляется к нормоконтролёру для просмотра и подписи. Нормоконтролер ставит свою подпись на записке и чертежах только в том случае, если они соответствуют всем требованиям стандартов ЕСКД и требованиям к дипломному проекту. Все замечания, отступления от действующих ГОСТов дипломник обязан устранить. Подписанный нормоконтролёром проект направляется на подпись председателю цикловой комиссии. Подписанный председателем цикловой комиссии проект не менее чем за 1- 2 дня до установленного приказом для защиты, направляется на рецензию. Отмеченные в рецензии недостатки проекта не устраняются.

С рецензией и отзывом проект направляется заместителю директора по учебной работе на утверждение и решения вопроса о допуске к защите студента

Защита дипломного проекта происходит на заседаниях квалификационной комиссии , на доклад студента отводится  20 –25 мин. Доклад должен быть хорошо подготовлен, построен логически. Студент должен тесно увязать работу проектируемого механизма с технологическим процессом и показать зависимость работы проектируемого механизма, его производительности от работы электрооборудования. Чётко сформулировать требования технологии к электроприводу механизма и на основе этих требований, а также анализа недостатков существующей системы выбрать систему электропривода, обосновать выбор схемы управления, расчёт  основного электрооборудования, объяснить работу схемы, основные её узлы (управление, защита, блокировки, сигнализации и т.д.), объяснить какие меры по безопасности эксплуатации электрооборудования и противопожарной технике.

После доклада, члены комиссии, задают студенту вопросы, связанные с содержанием проекта, чтобы установить глубину знаний студента.

Затем зачитывается отзыв и рецензия.

Студент может выразить несогласие с отдельными положениями рецензии, но они должны быть обоснованы и ответить на  замечания рецензора, если таковы есть.

Решение комиссии выносится по каждому студенту индивидуально с учётом качества защиты проекта, ответов на вопросы, оценок руководителя и рецензента, текущих оценок за весь период обучения.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1.      Афанасьев В.Д. Автоматизированный электропривод в прокатном производстве М. 1977г. (Л1)

2.      Фотиев М.М. Электрооборудование предприятий чёрной металлургии М. 1990г. (Л2)

3.      Васин В.М. Электрический привод ВШ. 1994г. (Л3)

4.      Москаленко В.В. Электрический привод ВШ. 1991г. (Л4)

5.      Дьяков В.М. Типовые расчёты по электрооборудованию ВШ 1991г.

6.      Зимин Е.Н. и др. Электрооборудование промышленных предприятий и установок Э. 1981. (Л6)

7.      Зеленов А.Б. « Электропривод производственных механихмов. М 1999

8.      Рапутов Б.М. Электрооборудование металлургических кранов М. 1989г. (Л8)

9.      Есаков В.П. Электрооборудование и электропривод промышленных установок. ВШ. 1981г. (Л9)

10.  Яуре А.Г. и Певзнер Е.М. Крановый электропривод. Справочник. М. 1988г. (Л10)

11.  Алексеев Ю.В. и др. Крановое электрооборудование. Справочник.       Э. 1979г. (Л11)

12.  Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. Днепропетровск 1982г. (Л12)

13.  Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок (Л13) ВШ. 1975г.

14.  Электротехнический справочник 1980г.

15.  Лошак А.И. Крановое электрооборудование. М. 1963г.

16.  Карпов А.Ф., Козлов В.Н. Справочник по расчёту проводов и кабелей. Э.1968г.

17.  ПТЭ электроустановок потребителей ПУЭ. 1990г.

18.  Князевский Б.А., Чекалин Н.А. Техника безопасности и противопожарная техника в электроустановках. Э.1973.

19.  Штремель Г.Х., Цилельман И.Е. техника безопасности и противопожарная техника. ВШ.1972г.

20.  Гладков Н.А. и др. Охрана природы. М. 1975г.

21.  Денисенко Г.Ф., Губонина З.И. Охрана окружающей среды в чёрной металлургии. М. 1989г.

22.  Кнорринг Г.М. Справочник  для проектирования электрического освещения. Э.1968г.

23.  Епанешников М.М. электрическое освещение. М. 1962г.

24.  Липкин Б.Ю. Электрооборудование промышленных предприятий и установок.1990

25.  Справочник по автоматизированному электроприводу. М. 1983г.