В настоящее время наиболее распространены следующие виды привода для данной системы:

· преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

· управляемый выпрямитель - двигатель постоянного тока;

· привод с реостатным регулированием скорости.

У асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором реостатное регулирование возможно при введении активного добавочного сопротивления в статорную цепь. Семейство механических характеристик при этом строится при различных значениях R1 . При таком способе регулирования происходит значительное снижение критического момента и жесткости характеристик. В настоящее время этот способ регулирования скорости практически не применяется.

Согласно уравнениям механических характеристик семейства реостатных характеристик имеют вид, приведенный на рис.1.2:

Рис.1.2. Семейства реостатных характеристик для асинхронного двигателя

Этот способ регулирования характеризуется следующими показателями:

регулирование скорости возможно только вниз от основной;

мощность, потребляемая из сети, остается постоянной, так как не изменяется скорость идеального холостого хода;

при увеличении добавочного сопротивления мощность на валу уменьшается в результате снижения скорости;

жесткость характеристик падает с увеличением добавочного сопротивления;

потери в силовых цепях пропорциональны статическому падению скорости и увеличиваются при снижении жесткости характеристик;

диапазон регулирования невелик из-за снижения жесткости характеристик;

регулирование не плавное, так как переключения производятся в силовой цепи машины и применение реостатов со скользящими контактами здесь невозможно;

капитальные затраты невелики из-за низкой стоимости необходимого оборудования.

В настоящее время этот способ регулирования скорости практически не применяется.

Условия, предъявляемые к лифтовой установке, требуют обеспечения системой электропривода выполнение всех необходимых операций при максимальной производительности и минимальных энергетических и материальных затратах.

Из технологических условий выбираем вариант асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на напряжение 0,4 кВ:

· малые материальные затраты при подключении к питающей сети и широкая распространенность их (во всех жилых домах);

· малы механические потери, так как электродвигатель не имеет трущихся деталей;

· реже выходят из строя, что является немаловажным фактором, при перевозке людей.

Применение управляющей электроники позволяет расширить возможности электропривода:

· повысить пусковой момент;

· ограничить токи;

· обеспечить плавность регулирования.

Остановимся на выборе системы электропривода -- асинхронный электродвигатель - частотный преобразователь.

1.4 Описание технологии работы скоростного лифта

Задача быстрого транспортирования пассажиров, а следовательно, и проектирования пассажирских лифтов усложняется тем, что в многоэтажных зданиях, особенно административных, имеет место весьма неравномерный во времени поток пассажиров. На рис. 1.2. показан график движения пассажиров жилого дома в часы наиболее напряженной работы лифта.

Рис. 1.2. График движения пассажиров в жилом доме

У разных лифтов имеется разная загрузка, и проектирование лифтов требует различного подхода. Поэтому необходимо применять в высотных и административных зданиях лифты с повышенными скоростями движения и грузоподъемностью, которые могут обеспечить достаточную пропускную способность вертикального транспорта во время пика нагрузки.

В данном курсовом проекте проектируется скоростной лифт для 30-этажного дома для режима при продолжительном режиме работы и для полной загрузки кабины лифта. Максимальное количество перевозимых пассажиров - 9 человек, то есть максимально допустимый вес - 800 кг.

2. Специальная часть

2.1 Выбор мощности электродвигателя лифта и его проверка по нагреву

Пассажирские подъемники в жилых и административных зданиях выполняются с противовесом. При высоте кабины свыше 50 м противовес и кабина соединяются, кроме основных несущих канатов, уравновешивающими канатами. Количество вероятных остановок на этажах с примерно одинаковой плотностью населения может быть определено по рис. 2.1.:

Рис. 2.1. График для определения количества вероятных остановок кабины лифта

Из данного графика количество остановок можно принять равным 7.

Противовес для подъемников выбирается так, чтобы он уравновешивал силу тяжести пустой кабины и часть номинального поднимаемого груза:

[H]

где - сила тяжести кабины, [Н]

- коэффициент уравновешивания, обычно принимается равным 0,4

- сила тяжести номинального поднимаемого груза, [Н]

- сила тяжести уравновешивающих канатов, [Н]

При обслуживании малоэтажных зданий масса несущих канатов составляет относительно малую величину и мало сказывается на работе привода. При увеличении высоты подъема до 50 м и выше масса канатов может достичь нескольких несколько сотен килограммов, что будет сказываться на уравновешивании кабины. Поэтому для компенсации канатов в лифтах с большими высотами подъема используются уравновешивающие канаты, связывающие кабину с противовесом. Масса уравновешивающих канатов принимается массе несущих.

[Н]

[Н]

[H]

[Н]

Статическая мощность двигателя при подъеме груза, когда имеется противовес:

, [кВт]

где - скорость подъема груза; [м/с]

- к. п. д. подъемного механизма

м/с

 [кВт]

Время перемещения лифта на высоту м при скорости :

[с]

с - время загрузки и разгрузки пассажиров;

с - суммарное время, необходимое для открывания и закрывания дверей, включения двигателя лифта;

с - время ускорения и замедления кабины лифта;

Ориентировочно определяем относительную продолжительность включения:

По графику зависимости КПД механизмов от нагрузки при , находим к. п. д. при перемещении лифта вхолостую . При предварительный выбор двигателя можно произвести по мощности:

[кВт]

Так как при номинальные мощности двигателей не указываются, то необходимо пересчитать мощность на ближайшее номинальное значение :

 [кВт]

Скорость вращения двигателя:

, [об/мин]

где

D - диаметр канатоведущего шкива, [м]

По каталогу предварительно выбираем асинхронный двигатель с фазным ротором серии АИРМ160S6 данные в таблице 2.1:

Таблица 2.1. Технический характеристики электродвигателя АИРМ160S6

2.2 Построение упрощенных тахограммы и нагрузочной диаграммы

Номинальный и критический моменты двигателя:

 [Нм]

[Нм]

Скорость идеального холостого хода:

[об/мин]

Рассчитаем момент инерции, приведенный к валу электродвигателя:

,

Определим по формуле:

,

, [рад/с]

Так как вес канатов уравновешен и при равномерном движении статический момент не изменяется, то движение можно считать поступательным и момент инерции механизма описывается следующим уравнением:

,

Массу тел можно рассчитать по формуле:

, [кг]

, [кг м2]

, [кг]

, [кг м2]

Приведенный момент инерции при наличии груза:

, [кг м2]

Приведенный момент инерции при отсутствии груза:

, [кг м2]

Для выбора среднего пускового момента двигателя определим статический момент при нагруженной тележке:

[Нм]

Выбираем минимальный момент двигателя при пуске:

[Нм]

Максимальный момент двигателя при пуске примем равным:

[Нм]

Средний момент двигателя при пуске:

[Нм]

Примем, что момент двигателя при пуске с нагруженным и ненагруженным лифтом остаётся одним и тем же, также и время пуска.

Время пуска двигателя с нагруженным лифтом:

[с]

Так как время пусков невелико сравнительно с временем работы при установившейся скорости, можно остановиться на их приближенном определении. Приближенно будем определять также и пути при переходных процессах.

Время торможения нагруженного и ненагруженного лифта под действием электромагнитного тормоза с моментом Нм:

[с]

Путь нагруженного и ненагруженного лифта при пуске:

[м]

Путь нагруженного и ненагруженного лифта при торможении:

[м]

Путь нагруженного лифта при установившейся скорости, если совершается 7 остановок:

[м]

Скольжение и скорость двигателя при Нм:

[об/мин]

Время движения лифта с установившейся скоростью, если совершается 7 остановок:

[с]

Ускорение (первая производная скорости) и рывок (вторая производная скорости) должны быть ограничены на безопасном для человека уровне. С другой стороны, ускорение и рывок должны быть максимально большими, т.к. в противном случае эффективность действия лифта будет снижаться, а пассажиры будут терять время, поэтому зададимся целью выявить V(t) при ограничении ускорения и рывка. Разгон по оптимальной кривой проходит в три этапа:

1. Рывок p = const > 0, ускорение нарастает линейно, а скорость - по параболе.

Длительность этого этапа составляет

[с]

Скорость движения кабины в конце этого этапа равна:

[м/с]

2. Рывок равен нулю, ускорение постоянно, а скорость - по линейному закону.

Длительность этого этапа составляет:

[с]

Скорость движения кабины в конце этого этапа равна:

[м/с]

3. Рывок p = const < 0, ускорение уменьшается линейно, а скорость - по обратной параболе.

Длительность этого этапа составляет:

[с]

Скорость движения кабины в конце этого этапа равна установившемуся значению.

Полное время разгона составит:

[с]

Если предполагать ускорение постоянным, то для этого случая.

[c]

Аналитически функция скорости движения кабины лифта от времени определится как:

Угловая скорость вращения вала двигателя связанна с линейной скоростью движения:.

Рис. 2.2. Кривая разгона двигателя при ограничении рывка и ускорения

Рис. 2.3. Нагрузочная диаграмма и тахограмма двигателя АИРМ160S6

При и ПВ=49%

Нм

После пересчета на ПВ=100% получим:

Нм

Как видно предварительно выбранный двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

2.3 Выбор преобразователя частоты

Возможность частотного регулирования скорости машин переменного тока очевидна из их математического описания. Основным его достоинством является то, что наряду со скоростью осуществляется регулирование и потребляемой из сети энергии, то есть, по сравнению с параметрическими способами регулирования скорости, потери здесь минимальны.

Последние достижения в областях электроники и силовой преобразовательной техники позволили создать мощные и надежные тиристорные преобразователи. Приборы могу комплектоваться станциями оптимального управления двигателями, снижающими энергетические потери и улучшить качество регулирования частоты (для асинхронного электродвигателя).

Применительно к рассматриваемому нами случаю, необходимость установки преобразователя частоты обусловливается такими требованиями к лифту, как плавность хода (регулирование в широких пределах), минимальные и постоянные энергетические потери, возможность реверсирования вращения вала двигателя. Условиями выбора тиристорного преобразователя являются следующие:

· напряжение преобразователя выбирается больший или равный по величине напряжения двигателя.

· ток преобразователя выбирается больший или равный по величине току двигателя.

· максимальный ток преобразователя выбирается больший или равный по величине максимальному току двигателя.

При выборе преобразователя частоты следует исходить из конкретной задачи, которую должен решать электропривод:

· типа и мощности подключаемого электродвигателя;

· точности и диапазона регулирования скорости;

· точности поддержания момента вращения на валу двигателя.

Так же, можно учитывать конструктивные особенности преобразователя, такие как:

· размеры;

· форма;

· возможность выноса пульта управления и др.

При работе со стандартным асинхронным двигателем преобразователь следует выбирать с соответствующей мощностью. Если требуется большой пусковой момент или короткое время разгона/замедления, выбирайте преобразователь на ступень выше стандартного.

При выборе преобразователя для работы со специальными двигателями (двигатели с тормозами, погружные двигатели, с втяжным ротором, синхронные двигатели, высокоскоростные и т.д.) следует руководствоваться, прежде всего, номинальным током преобразователя, который должен быть больше номинального тока двигателя, а также особенностями настройки параметров преобразователя. В этом случае, желательно проконсультироваться со специалистами поставщика.

Для увеличения точности поддержания момента и скорости на валу двигателя в наиболее совершенных преобразователях реализовано векторное управление, позволяющее работать с полным моментом двигателя в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной нагрузке без датчиков обратной связи, точно контролировать момент на валу двигателя.

Если необходимо обеспечить наилучшую динамику системы, например быстрый реверс за минимально возможное время, хорошим выбором является, так называемый, алгоритм векторного управления, фактически обеспечивающий амплитудно-фазовое управление. Этот алгоритм позволяет получить высокий пусковой момент и сохранить его до номинальной скорости асинхронного электродвигателя. Алгоритм обеспечивает высокое качество регулирования по скорости, даже при скачкообразном изменении момента сопротивления на валу. Важно и то, что векторное управление позволяет наилучшим образом обеспечить энергосбережение, т.к. преобразователь частоты (инвертор) передает в двигатель ровно столько мощности, сколько необходимо для вращения нагрузки с заданной скоростью, даже если входное напряжение больше чем 380В (например 440-460В, что часто встречается в промышленной сети). Экономия электроэнергии особенно заметна на мощных двигателях 11кВт и выше. В зависимости от применения достигается экономия энергии до 30%, а в некоторых случаях до 60%.

Преобразователи частоты (инверторы) обычно имеют встроенный ПИД-регулятор. Преобразователь изменяет скорость вращения двигателя таким образом, чтобы поддерживать на заданном уровне определенный параметр системы (расход, скорость, уровень, давление, температура и т.д.) благодаря поступлению аналогового сигнала 0-10В или 4-20мA с датчика. Наличие встроенного ПИД-регулятора позволяет упростить систему управления и не использовать внешних регуляторов.

Как правило, мощность инвертора подбирается равной мощности электродвигателя. Это правило распространяется на электродвигатели с номинальным количеством оборотов 1500 и 3000 оборотов в минуту. При использовании других электродвигателей или в некоторых особых случаях применения выбор преобразователя частоты (инвертора) должен соответствовать следующему условию: номинальный выходной ток преобразователя частоты (инвертора) должен быть не меньше номинального тока электродвигателя. Произведем выбор преобразователя по максимально допустимому току: Iп=164,5 (Табл.2).

На основании полученных данных, выберем преобразователь E2-8300-015H, с параметрами, приведенными в таблице 2.1.:

Таблица 2.2. Параметры ПЧИТ E2-8300-015H

Допускает перегрузку по току: 120% номинального тока в течение 1 мин.

Принципиальная схема преобразователя приведена на рис.2.1.

Рис. 2.4. Принципиальная схема преобразователя частоты

Данный преобразователь частоты является двухзвенным с промежуточным контуром тока. Первое звено ПЧ - управляемый выпрямитель на тиристорах, промежуточный контур постоянного тока - реактор. Второе звено - автономный инвертор тока (АИТ), выполнен на запираемых тиристорах GTO. АИТ содержит конденсаторы, которые являются источником реактивной энергии для нагрузки ПЧ.

Основные достоинства ПЧ с АИТ:

· возможность рекуперации энергии в сеть;

· выходное напряжение изменяется по закону, близкому к синусоидальному;

· безаварийность режима короткого замыкания на выходе.

2.4 Описание преобразователя частоты E2-8300-015H