Расчёт силового электропривода

 

Расчёт параметров и выбор двигателя

 

Расчёт мощности двигателя по нагреву сводится к определению наибольшей температуры перегрева его изоляции Т_max и сравнению её с допустимой Т_доп:

 

Т_доп >= Т_max                                                                      (4.1)

 

Этот метод для практических расчётов либо затруднён из-за сложности построения кривой нагрева двигателя, либо вообще невозможен, что характерно для предварительного этапа выбора двигателя. Поэтому на практике применяют метод средних потерь, считая его относительно точным. Однако в данном случае по причине не знания токов, протекающих по якорной цепи двигателя, использовать этот метод не представляется возможным. В процессе работы постоянные потери двигателя изменяются только при переходе и работе на пониженной скорости. А так как работа на пониженной скорости происходит на малом временном интервале по сравнению с работой на рабочей скорости, то изменением постоянных потерь можно пренебречь. Сопротивления привода и обмотки возбуждения двигателя в течении цикла работы остаются неизменными. Поэтому, принимая во внимания выше принятые допущения, вместо метода средних потерь для оценки нагрева можно использовать метод эквивалентного тока.

Оба последних метода можно использовать для проверки двигателя по нагреву, но для предварительного выбора двигателя ими пользоваться нельзя. Поэтому для предварительного выбора двигателя применим метод эквивалентного момента. Общее выражение метода эквивалентного момента определяется как:

                      ∑ М_i² ∙ t_i

Мн >= М_э = ----------------------------                          (4.2)

                в_п∙t_п + в_т∙t_т + в_о∙t_о + t_р

 

Для обеспечения требуемого технологического режима лифта необходимо выбрать двигатель с достаточно большим пусковым моментом, частыми пусками и реверсами. Такие характеристики имеют двигатели краново-металлургической серии номинального режима S3.

Согласно методу экспертных оценок наилучшими технико-экономическими показателями обладает система УВ-ДПТ. Поэтому по заданным критериям будем выбирать двигатель серии Д. Двигатели этой серии имеют независимую вентиляцию, в связи с чем все коэффициенты ухудшения охлаждения будут иметь значение равное 1-це. Расчёт эквивалентного момента проводим для повторно-кратковременного режима работы.

В соответствие с тахограммой и нагрузочной диаграммой подставляем в выражение (4.2) статических нагрузок и соответствующие им промежутки времени, а также приняв в равным 1-це, получим:

 

   М_с2² ∙ (t_{р +} t_уст + t_т1 + t_п + t_т2)

М_э= ------------------------------------                             (4.3)

               Т_ц - t_ост

 

Определим эквивалентную мощность:

 

Р_э = k ∙ М_{э ст} ∙ w_{н дв},                                                 (4.5)

 

где w_{н дв} – номинальная скорость двигателя, рад/с.

 

Р_э = k ∙ М_{э ст} ∙ w_{н дв} = 1,1 ∙ 285 ∙ 68 = 21318 Вт      (4.6)

 

Выбираем двигатель из условия:

Р_{н дв} >= Р_э = 21318 Вт                                             (4.7)

 

Двигатель, выбранный по условию (4.7), приведен в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 – Технические данные выбранного двигателя

Тип Двигателя	Рн, кВт	Iн, А	n об/мин	Мmax Н∙м	Uн В	J кг∙м2
Д806	22	116	650	981	220	1

 

Проверим выбранный двигатель по перегрузочной способности, т.е. должно соблюдаться условие:

 

М_{дв max} >= М_{с max},                                           (4.8)

 

где М_{дв max} – максимальное значение момента, которое способен развить двигатель, Н∙м;

М_{с max} – максимальное значение момента нагрузки в течение рабочего цикла, Н∙м.

Выбранный двигатель в течение 10 с может работать с нагрузкой, втрое превышающую номинальную, т.е. М_{дв max} = 3∙М_н. Номинальный момент двигателя найдём из выражения:

 

   Р_н  22000

М_н = – = ––––– = 324 Н∙м                                                    (4.9)

  w_н        68

 

Получаем: М_{дв max} = 3 ∙ 324 = 972 Н∙м. Максимальное значение момента нагрузки при работе лифт режиме «Подъём кабины без груза»: М_с2 = 294 Н∙м, на основании чего можно сделать заключение о выполнении условия (4.8).

Проверим выбранный двигатель по условиям пуска:

М_{дв п} >= М_{с п},                                                                   (4.10)

 

где М_{дв п} – значение пускового момента двигателя, Н∙м;

М_{с п} – статический момент нагрузки на валу двигателя во время пуска, Н∙м.

Пусковой момент двигателя равен М_п = М_{дв max}=3∙324 = 972 Н∙м. Статический момент нагрузки на валу двигателя во время пуска М_{с п} = М_с2 = 294 Н∙м. Значит, выбранный двигатель удовлетворяет условиям пуска.

Так как работает в достаточно тяжёлом режиме, характеризующимся частыми пусками, остановами, изменением направления вращения, то возникает необходимость проверить двигатель по допустимому числу включений в час. Согласно паспортным данным двигатель имеет допустимое число включений в час – 2000. Рабочий механизм за цикл работы (Т_ц = 8 с) требует останова 1 раз. Тогда реальное число включений в час составит:

 

  1      1

N = – ∙ 3600 = – ∙ 3600 = 450                                          (4.11)

Т_ц         8

 

Из выражения (4.11) видно, что максимальное число включений двигателя в час 450 раз. Исходя из этого приходим к выводу, что выбранный двигатель обеспечивает требуемое рабочим механизмом число включений в час.

Зная момент инерции двигателя, определим момент инерции первой массы по формуле (1.15):

 

J₁ = J_дв + J_вр + J_пр,

 

где J_дв – момент инерции двигателя, кг∙м²;

J_вр – приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся частей, кг∙м²;

J_пр – приведенный к валу двигателя момент инерции противовеса, кг∙м².

Подставляя численные значения, получаем:

 

J₁ = J_дв + J_вр + J_пр = 1 + 0,25 + 1,7 = 2,95 кг∙м²

 

Расчёт параметров и выбор силового преобразователя

 

В соответствие с методом экспертных оценок в качестве выбранной системы электропривода лифта используем двигатель постоянного тока с управляемым выпрямителем. Регулирование скорости (т.е. переход на пониженную скорость) осуществляем изменением напряжения, подводимого к якорю двигателя.

Согласно условиям технологического режима в процессе работы необходимо изменять направление вращения двигателя лифта, то устанавливаем реверсивный привод. Кроме изменения направления вращения двигателя лифта, это даст возможность осуществлять торможение путём рекуперации энергии в сеть, т.е. использовать самый экономичный способ электрического торможения. Для уменьшения мощности силового оборудования выбираем управляемый выпрямитель с трёхфазной мостовой схемой. Выбор тиристорного преобразователя должен производиться по следующим критериям:

 

I_н >= I_{н дв}; U_dн > U_{н дв}.

 

Согласно вышеприведенным условиям, выбираем тиристорный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода серии КТЭУ и имеет следующие номинальные параметры:

— I_н = 200 А;

— U_dн = 230 В.