Особенности крановых электродвигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Крановое электрооборудование является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Подавляющее большинство грузоподъемных машин изготовляемых отечественной промышленностью, имеет привод основных рабочих механизмов, и поэтому действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового оборудования.

Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

Грузоподъемные машины служат для погрузочно-разгрузочных работ, перемещения грузов в технологической цепи производства или строительства и выполнения ремонтно-монтажных работ с крупногабаритными агрегатами. Грузоподъемные машины с электрическими приводами имеют чрезвычайно широкий диапазон использования, что характеризуется интервалом мощностей приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе мощности крановых механизмов может дойти до 1500 -2500 кВт.

Крановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения) работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулирования частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами и торможениями.

Кроме того, электродвигатели крановых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций. В ряде металлургических цехов они, помимо всего этого, подвергаются воздействию высокой температуры (до 60-70 С), паров и газов.

В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели значительно отличаются от электродвигателей общепромышленного исполнения.

Основные особенности крановых электродвигателей:

· исполнение, обычно, закрытое,

· изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и H,

· момент инерции ротора по возможности минимальный, а поминальные частоты вращения относительно небольшие - для снижения потерь энергии при переходных процессах,

· магнитный поток относительно велик - для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту,

· значение кратковременной перегрузки по моменту для крановых электродвигателей постоянного тока в часовом режиме составляет 2,15 - 5,0, а для электродвигателей переменного тока - 2,3 - 3,5,

· отношение максимально допустимой рабочей частоты вращения к номинальной составляет для электродвигателей постоянного тока 3,5 - 4,9, для электродвигателей переменного тока 2,5,

· для крановых электродвигателей переменного тока за номинальный принят режим с ПВ - режим 80 мин (часовой).

Наиболее широко для привода крановых механизмов применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, обеспечивающие регулирование скорости и плавный пуск при относительно большом значении нагрузки на валу.

Крановые электродвигатели с фазным ротором устанавливают на крановых механизмах при среднем, тяжелом и весьма тяжелом режимах работы. Оля допускают регулирование пускового момента в заданных пределах и регулирование скорости в диапазоне (1: 3) - (1: 4).

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются реже (для привода механизмов передвижения малоответственных тихоходных кранов) из-за несколько пониженного пускового момента и значительных пусковых токов, хотя масса их примерно на 8 % меньше, чем у двигателей с фазным ротором, а стоимость в 1,3 раза меньше, чем у этих двигателей при одинаковой мощности.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором иногда применяют при режимах Л и С (для механизмов подъема). Применение их на механизмах кранов, работающих в более тяжелых режимах, ограничено малой допустимой частотой включения и сложностью схем регулирования скорости.

Преимуществами асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями постоянного тока являются их относительно меньшая стоимость, простота обслуживания и ремонта.

Масса кранового асинхронного электродвигателя с наружной самовентиляцией в 2,2 - 3 раза меньше массы кранового электродвигателя постоянного тока при одинаковых поминальных моментах, а масса меди соответственно примерно в 5 раз меньше.

Если эксплуатационные затраты принять за единицу для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, то для электродвигателей с фазным ротором эти затраты составят 5, а для электродвигателей постоянного тока 10.

Поэтому в крановых электроприводах наиболее широко применяются электродвигатели переменного тока (около 90 % от общего числа электродвигателей).

Крановые электродвигатели переменного тока

У нас в стране выпускаются асинхронные крановые и металлургические электродвигатели в диапазоне мощностей 1 от 1,4 до 160 кВт при ПВ=40%.

Отечественной промышленностью выпускаются асинхронные крановые электродвигатели с классом нагревостойкости F, которые обозначаются буквами МТF (с фазным ротором) и МТКF (с короткозамкнутым ротором). Металлургические асинхронные электродвигатели с классом нагревостойкости Н, которые обозначаются МТН и МТКН (соответственно с фазным или короткозамкнутым ротором).

Электродвигатели серий МТF, МТКF, МТН и МТКН изготовляют на синхронную частоту вращения 600, 750 и 1000 об/мин при частоте 50 Гц и на 720, 900, и 1200 об/мин при частоте 60 Гц.

Электродвигатели серии МТКН изготовляются и в двухскоростном исполнении (синхронные частоты вращения 1000/500, 1000/375, 1000/300 об/мин), серии МТКF- в двух- и трехскоростном исполнениях (синхронные частоты вращения 1500/500, 1500/250, 1500/750, 250 об/мин)/

Электродвигатели серий МТF, МТКF, МТН и МТКН характеризуются повышенной перегрузочной способностью, большими пусковыми моментами при сравнительно небольших значениях пускового тока и малом времени пуска (разгона).

Мощность электродвигателей серии МТН за счет применения современных изоляционных материалов увеличена па одну ступень при равных габаритных размерах присравнению с ранее выпускавшимися электродвигателями серии МТМ.



1. Основные технические данные электрического привода механизма передвижения крана <Ганц> грузоподъемностью 5 тонн

Таблица 1 - Основные технические характеристики механизмапередвижения крана «ГАНЦ»

Наименование показателя	Обозначение	Значение показателя	Размерность
Масса груза	Gгр	5	т
Масса крана	Gкр.	117	т
Скорость передвижения крана	Vпер.кр.	35	м/мин
Диаметр колеса передвижения	Dкол. пер.	450	мм
Передаточное число передвиж. редуктора	i	20	-
Передаточное число передв. открыт.передачи	i	1,9	-
Продолжительность включения	ПВ	60	%

2. Выбор типа электропривода

Основными факторами, определяющими род тока, тип и конструктивное исполнение двигателя, являются:

показатели регулирования скорости (диапазон, плавность, стабильность скорости и т. д.);

режим работы производственного механизма;

производительность и надежность установки;

основные затраты и эксплуатационные расходы на электрооборудование.

В данной работе расчет электропривода производится с асинхронным двигателем с фазным ротором, без учета технико-экономических показателей, на основании технического задания.

Для данного механизма по техническому заданию предложено в качестве приводного двигателя выбрать двигатель типа: МТН 312-6

Номинальные параметры электродвигателя передвижения крана:

Номинальная мощность Р₂=12 кВт.

Частота вращения ротораn₂=960об/мин

Максимальный момент на валу М _макс = 471 Н*м

Номинальное напряжение статорной обмотки U₁ = 380B

Номинальный ток статорной обмотки I₁=34,5A

Номинальный коэффициент мощности cosц_H =0.66

Коэффициент полезного действия з_н=80,5 %

Ток статорной обмотки на холостом ходу I₀=24,5 A

Коэффициент мощности на холостом ходу cosц₀ =0,085

Активное сопротивление статора r₁=0,268 Ом

Индуктивное сопротивление статора x₁=0,334 Ом

Активное сопротивление ротора r₂=0,107 Ом

Индуктивное сопротивление ротора х₂=0,244 Ом

Момент инерции ротора Jр = 1,25 кг·м2

Коэффициент магнитного рассеивания у = 1,061

Режим работы двигателя ПВ-60 %

3. Расчет механических и электромеханических характеристик

Для расчета электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя необходимо воспользоваться его математической моделью, которая в общем случае представляется различными схемами замещения. Наиболее простой и удобной для инженерных расчетов асинхронного двигателя является Т-образная схема замещения,

Основные уравнения асинхронного двигателя, соответствующие принятой схеме замещения:



Расчет номинального и пускового момента по формуле 1.3 и 1.4

Н*м - номинальный момент (1.3);

Н*м- пусковой момент (1.4);

Где предварительно рад/с - угловая частота.

Для построения механических и электромеханических характеристик необходимо:

1. Задаться значениями скольжения s от 0 до s_кр.(шаг 0,01)

Рассчитать значения моментов для данных скольжений по формуле

(1.5)

2. Задаться значениями скольжения s от s_кр до 1. (шаг 0,01)

Рассчитать значения моментов для данных скольжений по формуле

3. Рассчитать значения номинального тока и тока холостого хода двигателя по формулам



А - ток холостого хода(1.6);

4. Для значений s и M рассчитать значения токов статора по формуле

Рассчитать значения n₂ для значений s по формуле

(1.10)

Электромеханические характеристики для двигателя с исходными сопротивлениями.

Для расчета электромеханических характеристик асинхронного двигателя необходимо воспользоваться его математической моделью, которая в общем случае представляется различными схемами замещения. Наиболее простой и удобной для инженерных расчетов асинхронного двигателя является Т-образная схема замещения.

Основные уравнения асинхронного двигателя, соответствующие принятой схеме замещения:

Ом



Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

Ом

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

Ом

Найдем эквивалентное активное сопротивление схемы замещения в зависимости от скольжения для каждой ступени сопротивления по формуле

Затем полное эквивалентное сопротивление от скольжения

,

где x_кз - вышеуказанный параметр, не зависящий от скольжения.

Вычислим cosц для приведенной схемы

Вычислим приведенные активные и реактивные токи ротора

²



Вычислим активную и реактивную составляющую тока холостого хода

=24.5*0.052=1.274A

=24.5*0.99865=24.46 A

Эти токи не зависят от величины скольжения и одинаковы на всех ступенях сопротивления.

Вычислим активную и реактивную составляющую тока статора.

Тогда ток статора рассчитаем по формуле

Зададимся параметрами скольжения S от 0 до 1 с шагом 0,01 данные занесём в таблицу.

4. Расчет электромеханических характеристик

Добавочные сопротивления, вводимые в роторную цепь, возьмем в следующих соотношениях: 1с - r₂, 2с - 2r₂. Приведенные активные сопротивления ротора рассчитываются по формуле



- номинальное скольжение для е.м.х;

Н*м

- номинальный момент для е.м.х;

Расчет естественной механической характеристики двигателя произведем в соответствии с выражением:

Для всех ступеней сопротивлений получились следующие формулы зависимости момента от скольжения.

Зададимся параметрами скольжения S от 0 до 1 с шагом 0,001

1. Рассчитываем статическую нагрузку по формуле



2. Рассчитываем момент нагрузки по формуле

Н*м

Нагрузка 10т

Рассчитываем статическую нагрузку по формуле

Рассчитываем момент нагрузки по формуле

Н*м

Расчет пускового реле и построение механической характеристики при переключении скоростей.

Для определения момента переключения реле необходимо задаться предельным пусковым моментом M₁=(0,8-0,85)М_max и моментом переключения

M₂=(1,1-1,2)*М_ном.

Результаты расчета и построения пусковых характеристик представлены на графике. Ниже на рисунке показана диаграмма переключения пусковых сопротивлений и их влияние на механические характеристики в первом случае

Момент переключения рассчитаем по формуле М_пер=(1,1-1,2)М_ном

М_пер=1,2 * 92,05=163Н*м.

Предельный пусковой момент рассчитаем по формуле М_пред=(0,8-0,85)М_max

М_пред=0,8 * 471=377 Н*м.

Для этого необходимо рассчитать приведенный момент инерции привода к валу двигателя.

Расчёт эквивалентного момента инерции

Уравнение движения электропривода при постоянном моменте инерции имеет вид:

Где J- момент инерции системы приведенной к валу двигателя, кг*м^2;

-приведенный маховый момент системы, кг*м^2; причем

Приведение поступательно движущихся масс выполняется по выражению:

,

Где - скорость, м/мин, а Q - грузоподъемность, т.

Полный приведенный к валу двигателя маховый момент всех вращающихся и поступательно движущихся масс привода и груза рассчитывается по формуле

,



Где коэффициент учитывает маховый момент вращающихся частей.

=1,1-1,25 ;- маховый момент двигателя.

Из выше изложенных формул получим, что момент инерции равен

Момент инерции для грузоподъемности 5т.

=2.245

Момент инерции для грузоподъемности 10т.

=3,91

Переходной процесс

По графикам механической и электромеханической характеристики определим значения токов и моментов, соответствующие конечной угловой скорости n_i каждого участка.

Кривую динамического момента заменим ступенчатой с участками

Рассчитаем переходной процесс графоаналитическим способом. Сущность этого метода заключается в замене бесконечно малых приращений скорости dnи времени dtв уравнении движения электропривода малыми конечными приращениями - ?n и ?t.

Кривую динамического момента заменим ступенчатой с участками,

определим время переходного процесса, которое требуется для

достижения скорости

n_i = n_начi+ ?n_iна каждом участке



Полученные на отдельных участках элементарные промежутки времени суммируются для определения полного времени переходного процесса:

Далее строим переходные процессы графоаналитическим способом.

Проанализировав токовые и механические характеристики, а также диаграмму переходного процесса, делаем вывод, что, для более плавного разгона и постоянства пускового момента, необходимо модернизировать ящик с пусковыми сопротивлениями, а именно добавить еще ступени сопротивлений.

Построение искусственных механических характеристик

Добавочные сопротивления, вводимые в роторную цепь, возьмем в следующих соотношениях: 1с - 1.25r₂, 2с - 4r_2, 3с-8r_2. Приведенные активные сопротивления ротора рассчитываются по формуле

- номинальное скольжениедля е.м.х;

Н*м - номинальный момент для е.м.х;

Расчет естественной механической характеристики двигателя произведем в соответствии с выражением:



Для всех ступеней сопротивлений получились следующие формулы зависимости момента от скольжения.

.

Зададимся параметрами скольжения S от 0 до 1 с шагом 0,001

Рассчитаем переходной процесс графоаналитическим способом. Сущность этого метода заключается в замене бесконечно малых приращений скорости dnи времени dtв уравнении движения электропривода малыми конечными приращениями - ?n и ?t.

Кривую динамического момента заменим ступенчатой с участками, определим время переходного процесса, которое требуется для достижения скорости

Полученные на отдельных участках элементарные промежутки времени суммируются для определения полного времени переходного процесса:



5. Проверка двигателя по нагреву

Потери энергии в двигателе вызывают нагрев его отдельных частей. Допустимый нагрев двигателя определяется нагревостойкостью применяемых изоляционных материалов. Чем больше нагревостойкость, тем при той же мощности меньше размеры двигателя или при тех

же размерах можно увеличить его мощность. Проверка двигателя по нагреву производится на основе рассчитанных графиков переходных процессов тока для полного цикла работы электропривода и его режима работы. Обычно применяются методы среднеквадратичного (эквивалентного) тока.

В общем виде эквивалентный ток двигателя за рабочий цикл можно вычислить по следующему уравнению:

Где Iэ - искомое значение эквивалентной величины тока, А;

р - суммарное время работы за цикл, с;

пп - суммарное время переходных процессов за цикл, с;

t_i - время работы на i-ом участке, с;

bi - коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-ом участке.

При повторно-кратковременном режиме работы суммарное время состоит только из рабочего времени. Разбив переходный процесс на отдельные участки времени и определив на этих участках средний ток, найдем эквивалентный ток двигателя на интервале времени работы.

Получим значение эквивалентного тока Iэ = 17,31 А

При повторно-кратковременном режиме работы эквивалентные величины пересчитываются на каталожные значения продолжительности включения и длительности работы.

Определим относительную продолжительность включения, с учетом переходных режимов

При подстановке численных значений параметров получим ПВ_э=39,8%.

Пересчитаем эквивалентное значение тока на стандартное значение

ПВ_к=60%

Подставив численные значения получим I_k=14,09 А

Пересчитанная величина тока Iк сопоставляется с номинальной

величиной тока I1н выбранного двигателя. При этом должно выполняться условие:

I к I1н

14,09 А А

Условие проверки двигателя на нагрев выполняется, - значит, двигатель выбран правильно.



Заключение

электрический кран крановый двигатель

При модернизации были улучшены пусковые характеристики, пуск стал более плавным и без рывков с постоянством пускового момента и небольшими токами. При данной модернизации есть возможность повысить грузоподъёмность крана до 10 тонн в номинальном режиме двигателя.



Список литературы

1. Журавлев Н.П., Маликов О.Б. Транспортно-грузовые системы: Учебник для вузов - М.: УМНЦ, 2010. - 629 с.

2. Рабинович А.А. «Крановое электрооборудование», Москва «Энергия» 2009. - 239 с.

3. Качин С.И., Чернышев О.С. Автоматизированный электропривод, 2014.

Размещено на Allbest.ru

...