Автоматизированный электропривод тихоходного лифта

64

26

Курсовая работа

на тему: “ Автоматизированный электропривод тихоходного лифта”



Задание на курсовую работу

Режим работы автоматизированного электропривода тихоходного лифта - повторно-кратковременный. В цикл работы входят: подъем номинального груза, пауза, спуск пустой кабины, пауза. Электропривод на основе асинхронного двигателя с фазным ротором. При торможении двигатель отключается от сети и накладывается механический тормоз. Пуск двигателя - ступенчатый в функции времени или тока.

Схема выполнена на основе этажных переключателей. Предусмотрены: максимально-токовая защита, защита от перегрузки, защита от самозапуска и основные блокировки. Управление лифтом кнопками приказа в кабине и кнопками вызова на этаж.

Исходные данные для расчета.

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Численное значение
Диаметр канатоведущего шкива	Dкш	м	0,93
Масса кабины	m0	кг	3400
Масса номинального груза	mн	кг	2500
Коэффициент уравновешивания	б	-	0,55
Скорость движения кабины	х	м/с	0,8
Номинальный КПД лифта с учетом трения в направляющих	злн	-	0,75
Требуемое ускорение при спуске	а	м/с2	0,8
Число циклов в час	N	1/час	61
Высота подъема	Н	м	10,5
Момент инерции лебедки	Jл	кг*м2	10,5

Индивидуальное задание:

Управление на четыре этажа в функции времени.



Содержание

Введение

1. Расчет и выбор асинхронного двигателя с фазным ротором для грузового лифта с двухконцевой подъемной лебедкой

2. Механическая и электромеханические характеристики. Пусковая диаграмма. Расчет пусковых сопротивлений в цепи ротора

2.1 Построение механической и электромеханической характеристик

2.2 Расчет пусковых сопротивлений. Построение пусковой диаграммы

3. Схема включения и механические характеристики двухскоростного лифтового асинхронного двигателя

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Лифтом называется стационарная подъемная машина периодического действия, предназначенная для подъема и спуска людей или грузов с одного уровня на другой, кабина (платформа) которой перемещается по жестким прямолинейным направляющим, установленным в шахте, и оборудованная на посадочных площадках запираемыми дверями.

Основным оборудованием для лифтов является: кабина, подъемная лебедка, канаты, направляющие, противовес, ограничитель скорости, буфера или упоры, двигатель, электромеханическое тормозное устройство и аппараты управления.

Лифты подразделяются:

-по назначению: на пассажирские, грузопассажирские, больничные, грузовые с проводником, грузовые без проводника и малые грузовые лифты, предназначенные для перевозки грузов массой не более 160 кг (высота кабины до 1000 мм, площадь пола не более 0,9 м²);

-по скорости: на тихоходные -- до 1 м/с, быстроходные -- от 1 до 2,5 м/с, скоростные -- 2,5 м/с и более;

-по конструкции привода: на лифты с барабанной лебедкой и лебедкой с канатоведущим шкивом, с редукторной и безредукторной лебедкой. Барабаны и канатоведущие шкивы представляют собой тяговый орган лебедок. Редуктор служит для передачи вращения от электродвигателя к тяговому органу и меняет частоту вращения последнего. У безредукторных лебедок тяговый орган находится непосредственно на валу тихоходного электродвигателя;

-по расположению аппаратов управления: с внутренним управлением -- аппарат управления устанавливается в кабине; с наружным управлением-- аппараты управления устанавливаются на посадочных (загрузочных) площадках, обслуживаемых лифтом; со смешанным управлением -- аппараты управления устанавливаются в кабине и на посадочных (загрузочных) площадках;

-по расположению машинного помещения: на лифты с верхним и нижним машинным помещением и машинным помещением, расположенным в стороне от шахты.

Кинематические схемы лифтов. Кинематическая схема лифтов дает представление о взаимодействии подъемного механизма с кабиной и противовесом. Имеются разнообразные кинематические схемы лифтов. Выбор схемы зависит от конструкции здания и назначения лифта.

Кинематическая схема лифта с верхним машинным помещением -- наиболее простая и часто применяемая. Ее преимущества: не требуется блочного помещения, отсутствие дополнительных блоков, относительно небольшой износ канатов в связи с отсутствием их перегибов на блоках, небольшая длина канатов. Недостатки: повышенный уровень шумов и вибраций в жилых помещениях верхних этажей.

Для лифтов с нижним машинным помещением требуются два помещения: блочное и машинное. В этом случае длина канатов почти в 3 раза больше, чем для лифтов с верхним машинным помещением. Износ канатов увеличивается пропорционально числу перегибов.

Схема лифта с верхним машинным помещением и полиспастной подвеской на кабине и противовесе предусматривает блоки полиспастной подвески, валы которых закреплены на кабине или противовесе, а обода огибаются тяговыми канатами. Концы канатов закреплены на балансирном устройстве в машинном помещении.

Полиспастная подвеска позволяет при одной и той же мощности электродвигателя увеличить грузоподъемность лифта при соответствующем уменьшении скорости движения.

Полиспастная подвеска также применяется для выжимного и тротуарного лифтов, кабина (платформа) которого выходит на верхней остановке из шахты. В этом случае на кабину действует сила, направленная снизу.

Шахты лифтов. Шахтой лифта называется сооружение, в котором движутся кабина и противовес.

Шахта лифта должна быть ограждена со всех сторон и на всю высоту, иметь пол и верхнее перекрытие.

Строительную часть глухой шахты изготавливают из полнотелого кирпича или железобетонных блоков. Она должна быть вертикальной, без впадин и ниш.

Допускается отклонение по ширине и глубине шахты не более 30 мм, а стен шахты от вертикальной плоскости --не более 20 мм. Допускаются выступы со стороны дверей кабины, но не более 100 мм. Выступы более 50 мм сверху и снизу должны иметь скосы под углом не менее 75° к горизонтали. Эти скосы должны быть устроены на всю ширину дверного проема плюс 75 мм на каждую сторону.

Железосетчатая шахта имеет металлический каркас. Каркас состоит из стояков и поясов и ограждается на всю высоту металлической сеткой. Со стороны этажных площадок шахта должна быть ограждена на высоту не менее 1000 мм от пола металлическими листами толщиной не менее 1,4 мм или решеткой. Диаметр проволоки сетки должен быть не менее 1,2 мм, а размер ячейки -- не более 20*20 мм.

Остекленные шахты применяются преимущественно на приставных лифтах. При двойном остеклении толщина стекла должна быть не менее 4 мм, а при одинарном -- не менее 8 мм. Допускается ограждать шахту армированным стеклом и стеклоблоками. Высота шахты должна быть такой (рис. 2, а), чтобы при неподвижном противовесе, когда он находится на полностью сжатом буфере, свободный ход кабины С был (имеется в виду движение кабины или противовеса вверх по инерции):

а) лифтов с барабанной лебедкой --не менее 200 мм;

б) лифтов с канатоведущей лебедкой -- не менее 200 + 60 V²;

в) малых грузовых лифтов-- 100+ 60 V², где V -- скорость кабины, м/с;

г) у всех лифтов при масляных буферах -- не менее 500 мм. (Такой же свободный ход должен быть и для противовеса при нахождении кабины на упорах или буферах.) При этом расстояние от площадки на крыше кабины, где может" находиться электромеханик, до перекрытия должно быть не менее 750 мм.

Часть шахты, находящаяся ниже уровня этажной площадки нижнего этажа, называется приямком. В приямке размещаются упоры (или буферы), натяжное устройство ограничителя скорости, выключатель приямка, лампы освещения и звонок. Глубина приямка должна быть такой, чтобы при нахождении кабины на полностью сжатом буфере расстояние от пола приямка до нижних выступающих частей кабины, кроме башмаков и козырька под порогом, было не менее 750 мм. У грузовых малых лифтов это расстояние может быть снижено до 50 мм.

Приямок глубиной до 2000 мм включительно оборудуется лестницей или скобами, облегчающими вход в приямок и выход из него, а при глубине более2000 мм -- входной дверью, запирающейся на замок. Дверь должна открываться наружу, иметь размеры не менее 900x1800 мм и электрический контакт, включенный в цепь управления.

При расположении нескольких лифтов в общей шахте они отделяются перегородками (на высоту 2000 мм от пола приямка) из материала, допускаемого для ограждения шахты. Причем верх кабины ограждается с трех сторон перилами высотой не менее 1000 мм со сплошной зашивкой понизу на высоту 100 мм. Если же высота верхнего этажа не позволяет установить перила, то необходимо устраивать ограждение между лифтами по всей высоте шахты.



1. Расчет и выбор асинхронного двигателя с фазным ротором для грузового лифта с двухконцевой подъемной лебедкой

Цикл работы: 1) подъём номинального груза,

2) пауза,

3) спуск пустой кабины,

4) пауза.

Время пуска и время торможения при заданном ускорении:

(1.1)

Путь, проходимый лифтом с установившейся скоростью:

(1.2)

Время движения кабины лифта с установившейся скоростью:

(1.3)

Так как , то предварительный выбор двигателя можно осуществить по нагрузочной диаграмме исполнительного механизма М = f(t). Рассчитаем величины, необходимые для ее построения.

Предварительно выбираем двигатель с частотой вращения n₀ = 1000 об/мин, тогда угловая скорость идеального холостого хода:



(1.4)

Отсюда можно определить передаточное число редуктора i_p:

(1.5)

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем ближайшее большее, т.е. i_р = 63.

Статический момент при подъеме номинального груза:

, (1.6)

где вес номинального груза (1.7)

Статический момент при спуске пустой кабины:

(1.8)

При торможении двигатель отключается от сети и к его валу прикладывается механический тормоз. Следовательно, время работы двигателя при подъёме и спуске:

(1.9)

Время цикла:



(1.10)

Тогда время пауз равно:

(1.11)

Радиус барабана:

(1.12)

Отсюда, угловая скорость вращения барабана:

(1.13)

Теперь можно построить тахограмму и нагрузочную диаграмму механизма.

Действительная продолжительность включения механизма:

ПВ_Д%=% (1.14)

ПВ_Д%=

Среднеквадратичный момент нагрузки при ПВ_Д:



(1.15)

Ближайшая каталожная продолжительность включения ПВ_ном = 40%. Пересчитаем М_{ск, ПВд} к этому значению ПВ по формуле:

(1.16)

Требуемая мощность двигателя при ПВ_НОМ = 40%:

(1.17)

В этой формуле коэффициент запаса к_з, учитывающий динамические нагрузки, принят равным 1.2

По каталогу выбираем два двигателя и для сравнения оформляем их в таблицу:

Марка двигателя	Частота вращения, , об/мин	Передаточное число редуктора	Момент инерции
МТF 411-8	710	56	2,15	6742,4
МТН411-6	957	70	2	9800
МТН312-6	960	80	1,25	8000
Д41	650	56	0,8	2508,8

Как видно из приведенной таблицы, наиболее лучшим вариантом является выбор двигателя МТF 411-8.

Паспортные данные этого двигателя.

Параметр	Обозначение	Единица измерения	Значение
Номинальная мощность	Рн	кВт	13
Номинальная частота вращения	nн	Об/мин	710
Номинальное напряжение	Uн	В	380
Кратность моментов	Мм/Мн	-	3,25
Коэффициент мощности номинальный	cosц	-	0,63
Номинальный ток статора	I1.н.	А	39,8
КПД	З н	%	79
Номинальная ЭДС ротора	Ер.н.	В	206
Номинальный ток ротора	I2.н.	А	42
Максимальная частота вращения	nmax	Об/мин	1900
Активное сопротивление статора	rс	Ом	0,316
Реактивное сопротивление статора	хс	Ом	0,371
Активное сопротивление ротора	rр	Ом	0,098
Реактивное сопротивление ротора	хр	Ом	0,195
Коэффициент трансформации напряжения	kе	-	1,82
Момент инерции ротора	GD	кг*м2	2,15
Масса двигателя	Q	кг	280

Пересчитаем для этого двигателя статические моменты.

Т.к. у этого двигателя номинальная частота вращения n_н = 710 об/мин, то частота вращения идеального холостого хода n₀ = 750 об/мин. Отсюда

(1.19)

Передаточное число редуктора i_p:

(1.20)

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем ближайшее большее, т.е. i_р = 45.

Статический момент при подъеме номинального груза:



, (1.21)

Статический момент при спуске пустой кабины:

(1.22)

Среднеквадратичный момент нагрузки при ПВ_Д:

(1.23)

Среднеквадратичный момент нагрузки при ПВ_НОМ:

(1.24)

Проверку двигателя на нагрев осуществим методом эквивалентного момента.

Эквивалентный момент можно рассчитать по следующей формуле:

(1.25).

Найдем динамический момент двигателя.

(1.26)



где - суммарный момент инерции всего механизма, где согласно паспортным данным выбранного двигателя (см. табл. 1.2).

Принимаем:

- суммарный момент инерции лебедки,

- масса противовеса,

- масса кабины,

- масса номинального груза,

где - момент инерции лебедки,

- угловое ускорение барабана.

Вес противовеса: , где - вес кабины лифта:

,

где - масса кабины лифта,

; (1.27)

- коэффициент уравновешивания, ;

-вес поднимаемого груза,

Тогда вес противовеса:

(1.28)

Масса противовеса:

(1.29)

Суммарный момент инерции лебедки:

(1.30)

Тогда суммарный момент инерции всего механизма:

Угловое ускорение барабана:

Тогда окончательно найдем динамический момент двигателя по формуле:

(1.31)

Для формулы (1.25) эквивалентного момента:

(1.32)

(1.33)

(1.34)

(1.35)

Время пуска и время торможения:

(1.36)

Тогда:



(1.37)

Двигатель проходит по нагреву, если эквивалентный момент двигателя меньше номинального:

(1.38)

где (1.39)

Таким образом, 172,45< 174,97 т.е. , следовательно выбранный двигатель МТМ 411-8 проходит по нагреву.

Проверим двигатель на перегрузочную способность. Условие перегрузочной способности:

где примем (1.40)

Проверка: 160 + 6,23 = 166,23 т.е. 166,23 < 460,6. Следовательно, двигатель проходит по перегрузочной способности.



2. Механическая и электромеханические характеристики. Пусковая диаграмма. Расчет пусковых сопротивлений в цепи ротора.

2.1 Построение механической и электромеханической характеристик

График механической характеристики щ = f(M) можно построить, используя переменный параметр двигателя - скольжение S. Приближенное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя достаточно воспроизводит механическую характеристику только в области малых скольжений (от S = 0 до S = S_кр):

(2.0)

В этой формуле

(2.1)

где кратность моментов К_м = 3,25, а номинальный момент двигателя (2.2)

угловая скорость вращения

(2.3)

Т.к. по паспортным данным номинальная скорость вращения n_н = 710 об/мин, то скорость вращения идеального холостого хода принимаем n₀ = 750 об/мин.



Тогда (2.4)

Номинальное скольжение определим по формуле:

(2.5)

Отсюда, критическое скольжение равно:

(2.6)

Теперь выражение (2.0) для механической характеристики примет вид:

(2.7)

Задаваясь значениями S определяем соответствующие значения моментов М. Переход к угловой скорости ротора осуществляем по формуле:

(2.8)

Пример расчета для S = 0,2:

Результаты расчетов оформляем в таблицу 2.1.



Таблица 2.1

	0	0,1	0,2	0,3	0,35	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
М, Н*м	0	311,1	500,2	565,3	569	560,6	526,9	485,1	444	406,4	373,1	343
щ, рад/с	7	70,65	62,8	54,95	51,03	47,1	39,25	31,4	23,55	15,7	7,85	0

По упрощенной Г-образной схеме замещения выражение для приведенного тока ротора имеет вид:

(2.15)

Где U₁ - фазное напряжение, принимаем равное 220 В; х₁ - реактивное сопротивление статора; х₂' - приведенное реактивное сопротивление ротора.

(2.16)

Результаты расчетов сводим в таблицу:

Таблица 2.2

	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
I2', А	0	31,9	59,3	82,1	100,5	116,4	127,2	157,14	171,9	180,33	183,3
щ, рад/с	78,5	70,65	62,8	51,03	47,1	39,25	314	23,55	15,17	7,85	0

2.2 Расчет пусковых сопротивлений. Построение пусковой диаграммы

Под пусковой диаграммой двигателя понимают совокупность двух или более искусственных механических характеристик, которые используются при пуске АД в пределах от до . Пусковая диаграмма строится в предположении, что рабочий участок механических характеристик близок к линейному.

При построении пусковой диаграммы предельный момент не может быть больше критического и обычно принимается , а момент переключения должен составлять .

Число ступеней пусковой диаграммы (оно равно числу искусственных характеристик) и значения моментов и связаны между собой соотношением:

(2.17)

где ,

,

.

Принимаем

(2.18)

(2.19)

(2.20)

Тогда по формуле (2.17) число ступеней пусковой диаграммы:

(2.21)



Число ступеней не получается целым, следовательно округляем его в сторону ближайшего целого числа, т.е. , и пересчитываем момент переключения :

(2.22)

После этого определяем отношение

(2.23)

(2.24)

Определяем величины сопротивлений по ступеням:

(2.25)

где (2.26)

Посчитаем величины пусковых сопротивлений по ступеням согласно формулам (2.25):

Тогда сопротивления секций пускового реостата:



(2.27)

Посчитаем сопротивления секций пускового реостата согласно формулам (2.27):



3. Разработка принципиальной электрической схемы силовой части электропривода и цепей управления

3.1 Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции времени

Привод осуществляется от асинхронного двигателя с фазным ротором. Пуск двигателя производится в две ступени. Параллельно обмотке статора двигателя включен электромагнитный тормоз, колодки которого поднимаются, как только на статор подается питание. Контакторы ускорения включаются по принципу независимой выдержки времени контактами реле времени.

Пуск двигателя производится пассажиром, из кабины кнопками приказа  либо пассажирами, находящимися на любом из этажей, вызывными кнопками. Характерными для лифта аппаратами управления являются этажные реле, установленные на общей панели управления, и этажные переключатели, которые устанавливаются на каждом этаже. Количество этажных реле и этажных переключателей соответствует числу этажей, обслуживаемых лифтом.

Электрическое оборудование, находящееся в кабине, связано с панелями управления гибким кабелем. В статорную цепь двигателя включены контакты конечных выключателей, ограничивающих ход кабины вверх и вниз в аварийных случаях. В цепи управления предусмотрен ряд блокировок, предназначенных для повышения безопасности обслуживания пассажиров. Например, движение кабины недопустимо при открытых дверях шахты и кабины, что обеспечивается конечными выключателями и конечным выключателем, находящимся в цепи управления.

В цепи управления двигателем предусмотрены блокировки, обеспечивающие безопасную работу лифта. К ним относятся контакты конечного выключателя, открывающиеся при срабатывании ловителя, и контакты конечного выключателя, контролирующего натяжение канатов. Контакты  и  воздействуют на аппараты управления таким образом, что двигатель отключается от сети при работе ловителей и обрыве канатов.

В цепи управления имеются конечные выключатели пола и, которые находятся в открытом состоянии, когда кабина занята пассажирами, и закрываются после того, как кабина освобождается. Контакты 64

26

 дают возможность вызывать кабину с этажных площадок только в том случае, когда в ней нет пассажиров. Контакты шунтируют контакты выключателя 64

26

 и создают обходную цепь тока в том случае, когда пассажир вышел из кабины, а дверь осталась открытой.

Работа аппаратов управления пассажирским подъемником может быть проиллюстрирована примером, когда пассажир, находясь в кабине, со второго этажа хочет поехать на 3 этаж. В этом случае он нажимает кнопку приказа 3. Через контакты дверей шахты, контакты конечных выключателей,  и, кнопки, а также контакты на катушку этажного реле ЭР3 будет подано напряжение от сети переменного тока. Другой конец катушки реле ЭР3 подсоединен к сети. Этажное реле ЭР3 срабатывает, замыкает свои контакты и через этажный переключатель ЭР3 подает питание на катушку контактора.



Заключение

Электропривод грузового лифта на основе асинхронного двигателя с фазным ротором рассчитан в соответствии с техническим заданием. По результатам расчета выбран асинхронный двигатель с фазным ротором марки MTF 411-8, удовлетворяющий условиям нагрева и перегрузки, рассчитано число пусковых ступеней и величины пусковых сопротивлений.

Результат проделанной работы - составление электрической схемы включения двухскоростного лифтового асинхронного двигателя.



Список использованной литературы

1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Справочник по электрическим машинам - Москва, Энергия, 1977г.

2. Герасимов В.Г. Электротехнический справочник: в 3-х т. Т. 2. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981 - 640 с., ил.

3. “Защита двигателей при эксплуатации”литература ООО SIEMENS.

4. Каталог “Электротехническая продукция” фирмы “Интер Электрокомплект”, издание 7., 2005г.

5. Константинов К.В. Системы управления электроприводами постоянного тока: Учеб. пособие. Хабаровск: ДВГУПС. 2004. 92 с.

6. Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам: в 2-х т. Т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1988 - 456 с: с ил.

7. Под редакцией Большама Я.М., Круповича В.И., Самовера М.Л. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., Энергия, 1974-728 с: с ил.

8. Ющенко Л.В. Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления. Учебно - методическое пособие. - Хабаровск: ДВГУПС, 1999 - 88 с.