<< Пред.           стр. 2 (из 8)           След. >>

Список литературы по разделу

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 2.3 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ВОПРОСОВ ЗАДАНИЯ
 
 2.3.1. Введение
 
  Во введении должны быть рассмотрены вопросы, отражающие современный уровень и перспективы развития данной отрасли производства в свете решений правительства, современный уровень и перспективы развития электроприводов и привода проектируемого механизма.
 
 2.3.2. Технологический процесс цеха, роль проектируемого механизма в технологическом процессе, требования к приводу
 
  При решении этих вопросов необходимо остановиться на технологии производства, для которого проектируется электрооборудование механизма, описать работу технологической схемы цеха в целом, дать анализ продукции, выпускаемой цехом. Привести технологическую схему. Необходимо определить место установки проектируемого механизма, его роль в технологической линии, загруженность механизма, требования к электроприводу с точки зрения регулирования скорости, продолжительности включения, возможных перегрузок, точности остановки, плавности пуска, требуемых характеристик и т.п.
  Например, для привода крана характерным является повторно-кратковременный режим работы, необходимость регулирования скорости, значительные перегрузки, частое реверсирование электрическое торможение, значительные вибрации, толчки, частые пуски, в том числе пуски под нагрузкой. Однако требования к приводу могут быть различны в зависимости от роли крана в технологическом процессе. Если от производительности крана зависит производительность цеха в целом, то к его приводу предъявляются самые жестокие требования. Если же кран выполняет вспомогательные, ремонтные операции, то к его приводу таких жестких требований не предъявляется.
  К приводам механизмов, обслуживающих доменный процесс, предъявляется ряд требований, основными из которых являются надежность и бесперебойность работы, возможность полной автоматизации процесса загрузки печи.
  К приводам основных механизмов конвертерного цеха (миксер, конвертер, сталевоз, машина непрерывного литья заготовок и т.п.) предъявляется целый ряд специфических требований ввиду работы механизмов с жидким металлом. Это 100-процентное резервирование приводов, плавность разгона и остановки, широкие пределы и точность регулирования скорости, остановка механизмов в заданных позициях с высокой точностью, равномерность распределения нагрузки между двигателями и т.п.
  Приводы большинства механизмов, прокатных станов должны иметь широкий диапазон регулирования скорости, минимально возможный момент инерции с таким расчетом, чтобы обеспечить минимальное время переходных процессов, так как механизмы прокатного стана работают постоянно в переходных режимах, и от времени переходных процессов зависит производительность стана. Привод должен обеспечить возможность значительных перегрузок по току и моменту, а для ряда приводов (манипуляторы, нажимные устройства) экскаваторную характеристику. Кроме того, в зависимости от механизма, предъявляется ряд других специфических требований.
  Текстовый материал по данному вопросу необходимо дополнять вкладышами со схемами и чертежами, отражающими технологическую цепь цеха, циклограмму работы механизма (то есть продолжительность операции, величины токов, моментов и скорости во времени).
 
 
 
 2.3.3. Описание конструкции. Кинематика механизма
 
  При рассмотрении данного вопроса необходимо привести краткое описание конструкции механизма, связав текстовый материал с графической частью проекта. При возможности использования различных кинематических схем для привода механизма необходимо выбрать наиболее рациональную. Кинематическую схему необходимо начертить на вкладыше и описать ее.
 
 2.3.4. Выбор рода тока и величины напряжения
 
  При разработке данного раздела следует учитывать, что правильный выбор рода тока и величины напряжения для привода механизмов обеспечивает наиболее высокую производительность и экономичность работы электрооборудования.
  Для правильного решения этого вопроса необходимо хорошо изучить режимы работы механизма (пункт 2.3.2.): частоту включений, регулирование скорости, реверсирование; ориентировочно представлять величину мощности двигателя.
  При выборе рода тока необходимо сравнивать по преимуществам и недостаткам двигатели постоянного и переменного тока и для проектируемого механизма прийти к решению, какой из видов привода будет более целесообразен.
  При этом следует помнить, что двигатели постоянного тока способны дать все требуемые технологией характеристики, обеспечивают при применении тиристорных преобразователей пределы регулирования скорости 1 : 150 и более, имеют значительные преимущества для приводов с ударной нагрузкой, с экскаваторными характеристиками, при автоматическом регулировании скорости в зависимости от нагрузки.
  Однако они имеют коммутационные ограничения по максимальной частоте вращения, при их использовании возникает потребность в специальных преобразовательных установках, они значительно дороже двигателей переменного тока, имеют большие габариты и вес, более сложны в эксплуатации.
  Двигатели переменного тока не имеют коммутационных ограничений и некоторые режимы обеспечивают лучше, чем двигатели постоянного тока. Так, асинхронные двигатели могут дать более эффективное динамическое торможение в одну ступень с небольшим начальным ударным моментом и позволяют получить плавный бесступенчатый пуск несложным способом. Двигатели переменного тока обладают существенными экономическими достоинствами. Поэтому выбор двигателей постоянного, а не переменного тока приводит к возрастанию как капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов и может быть признан правильным, когда с помощью двигателей постоянного тока невозможно обеспечить необходимые технологические характеристики привода.
  Выбор рода тока играет большую роль и для аппаратуры управления. Аппараты постоянного тока более просты и надежны, поэтому при использовании привода на переменном токе часто используют аппаратуру управления на постоянном токе.
  При выборе рода тока необходимо сразу решать вопросы выбора системы управления. С учетом требований к регулированию скорости может быть выбрана релейно-контакторная система управления; система Г - Д или ТП - Д для двигателей постоянного тока или система ТПЧ - Д для асинхронных двигателей.
  Выбор питающего напряжения зависит от ориентировочной мощности двигателя, а также определяется общими условиями электроснабжения предприятия в целом.
  Для питания электроприводов постоянного тока применяют напряжение 220, 440, 750 и 1400 В. Для сетей переменного тока до 1000 В номинальным напряжением являются 220/127, 380/220, 660/380 В. Для сетей переменного тока выше 1000 В номинальными напряжениями являются 3, 6, 10 кВ.
 
 2.3.5. Расчет и выбор электродвигателя механизма
 
  Правильный выбор мощности электродвигателя имеет большое значение, так как при этом обеспечиваются минимальные затраты, минимальные потери электроэнергии при эксплуатации, высокая производительность и надежность работы машины. Занижение мощности двигателя вызывает его перегрев при работе, преждевременный выход из строя, а следовательно, простои и аварии. Завышение мощности ухудшает энергетические показатели двигателя: снижается к.п.д.; у асинхронных двигателей снижается коэффициент мощности, cos?, увеличиваются капитальные затраты и эксплуатационные расходы.
  Расчет мощности двигателей зависит от режима его работы, поэтому, согласно пункту 2.3.2., четко должен быть определен режим работы механизма: длительный с постоянной нагрузкой, повторно-кратковременный или кратковременный.
  Определение мощности двигателей, работающих в длительном режиме с постоянной нагрузкой, непосредственно по формулам, исходя из технологических показателей механизма.
  Например:
  Насосы:
 
 где Q - производительность насоса, м3/с;
  Н - дифференциальный напор, м;
  - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
  - коэффициент запаса (для двигателей мощностью до 50 кВт принимаем равным 1,2; при мощности 50 - 350 кВт - 1,1).
  - к.п.д. насоса (для поршневых насосов принимается равным 0,7 - 0,9; для центробежных насосов с давлением до 0,4·105 Па - 0,45?0,6; с давлением выше 0,4·105 Па - 0,45?0,75);
  - к.п.д. передачи (при непосредственном соединении валов двигателя и насоса =1).
  Дифференциальный напор жидкости складывается из трех составляющих:
 
 где - высота всасывания, м;
  - высота нагнетания, м;
  - высота, соответствующая потерям напора в системе, м.
  Центробежные компрессоры:
 
 где - коэффициент запаса (1,05?1,15);
  Q - производительность компрессоров, м3/с;
  - изотермическая и адиабатическая работа сжатия 1 м3 атмосферного воздуха до давления Р2 , Дж/м3;
  - к.п.д. соответственно передачи и компрессора.
  Изотермическая и адиабатическая работы могут быть определены по таблице 2.
 
  Таблица 2
 
  Pк 105 Па 3 4 5 6 7 8 9 10 103 Дж/м3 132 164 190 213 230 245 260 272
 
  Вентиляторы:
 
 где - коэффициент запаса (1,2?1,5);
  Q - производительность вентиляторов, м3/с;
  - напор вентилятора, Па;
  - к.п.д. соответственно передачи и вентилятора (0,5?0,85 - для осевых, 0,4?0,7 - для центробежных).
  Ленточный конвейер:
 
 где - коэффициент запаса (1,1?1,25);
  Q - производительность конвейера, м3/с;
  L - длина конвейера, м;
  - высота подъема, м;
  - к.п.д. механизма, равный 0,75?0,85;
  - опытный коэффициент, зависящий от вида конвейера, его производительности и длины (принимается по таблицам).
  Для двигателей, работающих с переменной нагрузкой или в повторно-кратковременном режиме, расчет мощности можно подразделить на 3 этапа:
 * предварительный выбор двигателя на основании нагрузочной диаграммы без учета динамических моментов. при этом определяются статические моменты для всех режимов работы привода, определяются среднеквадратичный статический момент и мощность двигателя. двигатель выбирается по каталогу с запасом (порядка 20%);
 * с учетом данных выбранного двигателя строится нагрузочная диаграмма с учетом пусковых и тормозных режимов работы, определяется эквивалентный момент и осуществляется проверка двигателя из условий нагрева;
 * осуществляется проверка двигателя на перегрузочную способность. Проверка на перегрузочную способность производится в соответствии с выражениями:чль проектируемого механизма в технологическом прочтивы развития данной отрасли
 асинхронные двигатели:
 
 двигатели постоянного тока:
 
 где , - соответственно номинальные значения момента и тока двигателя;
  , - соответственно коэффициенты перегрузки по моменту и току (каталожные данные двигателя).
  Для обеспечения надежного пуска необходимо, чтобы минимальный момент двигателя при пуске превышал момент статического сопротивления:
  .
  Если выбранный двигатель при проверке не подходит по мощности, то по каталогу выбирается другой, ближайший по мощности двигатель и вновь проверяется.
  Рассмотрим для примера порядок расчета мощности двигателя, механизм подъема металлургического крана.
  Исходными данными для расчета мощности двигателя механизма подъема являются:
  Gг - грузоподъемность крана, Н;
  G0 - вес грузозахватного устройства, Н;
  D - диаметр барабана подъемной лебедки, м;
  i - передаточное число редуктора с учетом кратности палиспаста;
  - к.п.д. подъемного механизма;
  v - скорость подъема груза, м/с;
  ПВр - продолжительность включения, %.
  Цикл работы механизма подъема крана состоит из следующих операций: подъем груза, опускание груза, подъем грузозахватного устройства, опускание грузозахватного устройства.
  Для предварительного выбора двигателя определяются статические моменты сопротивления.
  При подъеме груза:
 
  При опускании груза:
 
  Значение к.п.д. при спуске принимается равным соответствующим значениям к.п.д. при подъеме.
  При подъеме грузозахватного устройства:
 
 где - к.п.д. механизма при подъеме и спуске грузозахватного устройства, определяется по кривым в зависимости от коэффициента загрузки:
 
  При спуске грузозахватного устройства:
 
  Эквивалентный статический момент:
 
  Так как фактическая (расчетная) продолжительность включения отличается от каталожной, производится пересчет эквивалентного момента на ближайшую стандартную продолжительность включения. Стандартные значения ПВст = 15, 25, 40 и 60 %.
 
  Далее следует определить требуемую частоту вращения и эквивалентную статическую мощность двигателя.
 
 
  Пользуясь каталогом, по частоте вращения и принятому значению выбираете двигатель с ближайшей большей стандартной мощностью.
  Предварительно выбранный двигатель следует проверить по условиям нагрева, то есть построить уточненную нагрузочную диаграмму с учетом пусковых и тормозных режимов.
  Для этого определяется средний пусковой момент двигателя:
 
 где - номинальный момент выбранного двигателя.
  Определяется маховый момент, приведенный к валу двигателя при наличии и отсутствии груза:
 
 
 где - маховый момент двигателя (каталожные данные)
  Определяется время пуска для каждого из видов работы:
 
  Временем торможения при подъеме груза можно пренебречь, поэтому время торможения следует определять лишь для спуска груза. Допускаемое ускорение при торможении механизма принимается:
 b = 0,4 ? 0,45, м/с2
  и время торможения определяется:
 
  Время устанавливающегося движения определяется из уточненной нагрузочной диаграммы:
 
 где - время одного цикла, с.
  Эквивалентный момент определится:
 
 где - коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения двигателя с самовентиляцией при пуске и торможении за счет пониженного значения средней скорости.
  Коэффициент имеет следующие значения:
 * для открытых и защищенных двигателей: 0,62 ? 0,68;
 * для закрытых обдуваемых двигателей: 0,65 ? 0,75;
 * для закрытых двигателей: 0,85 ? 0,9.
  Эквивалентный момент пересчитывается на стандартное ПВ и сравнивается с номинальным моментом.
 Двигатель удовлетворяет условиям нагрева при:
 .
  Проверка на перегрузочную способность производиться исходя из максимального статического момента:
 
 где - допускаемая перегрузочная способность двигателя (каталожная величина).
 К = 1,15 - коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения сети.
  Аналогично производится расчет мощности двигателей любых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме.
  Основные отличия расчета мощности механизмов вызваны различием технологического процесса, различными нагрузочными диаграммами привода, особенностями определения моментов.
  Рассмотрим для примера порядок расчета мощности механизма подъема экскаватора.
  Исходными данными расчета являются: максимальное усиление на блоке - Fmax; скорость подъема ковша - v; к.п.д. механизма подъема - ; диаметр барабана Dб; общее передаточное число редуктора - i; вес ковша - Gк; вес груза - Gг; вес рукоятки - Gp; суммарный маховый момент - ; коэффициент нагрузки - К.
  Порядок расчета:
  Необходимая мощность электродвигателя:
 
 где
  Номинальная частота вращения двигателя:
 
  По полученным значениям мощности и скорости по каталогу выбирается двигатель с ближайшей большей мощностью (ПВ = 75%), определяется его номинальный и максимальный момент.
  Для проверки двигателя по условиям нагрева определяются моменты при различных режимах работы:
 Момент двигателя при опускании и удержании груженого ковша:
 
  Момент двигателя при копании:
 
 где - максимальный момент двигателя (по каталогу), Нм;
  Момент двигателя при расчетной нагрузке:
 
  Далее определяется время, соответствующее режимам работы:
  Время копания:
 
 где - высота уступа, м.
  Время разгона скорости двигателя до скорости копания:
 
 где - суммарный маховый момент, приведенный к валу двигателя с учетом махового момента самого двигателя, Н·м2;
  Время опускания груженого ковша:
  , с,
 где - высота ковша при разгрузке, м;
  Время удержания ковша при повороте на выгрузку:
  ,
 где - полное время поворота экскаватора на выгрузку, с;
  Время торможения двигателя при отпускании порожнего ковша:
  , с,
 где - набольшая частота вращения при ослабленном поле двигателя, об/мин.
  , - момент двигателя при опускании порожнего ковша.
  Далее определяется время установившегося движения, эквивалентный момент, который сравнивается с номинальным моментом двигателя.
  Из приведенного порядка расчета видно, что для успешного расчета и решения задач по выбору мощности двигателя экскаватора необходимо, кроме основных расчетных данных, иметь осциллограмму работы механизмов экскаватора, знать затраты времени на основные операции.
  При расчете мощностей двигателей вспомогательных механизмов прокатного стана, как правило, осуществляется не выбор, а поверка одного или нескольких наиболее подходящих для данного привода двигателей.
  Пример: Для привода ножниц блюминга осуществить проверку двигателя типа П24-155-8 с параметрами: номинальная мощность P = 3200 кВт, номинальная скорость вращения n = 26 об/мин., напряжение U = 750 В, перегрузочная способность ? = 2,5, маховый момент = 2500 кН·м.
  Исходные данные для расчета:
  Момент холостого хода кН·м.
  Средний момент резанья кН·м.
  Угол поворота вала кривошипа при резанье .
  Приведенный маховый момент механизма с муфтой кН·м.
  Время цикла - 7,5 с.
  Определяем рабочие моменты и скорости двигателя:
 * номинальный момент двигателя:
  кН;
 * тормозной момент двигателя:
  кН;
 * пусковой момент двигателя:
  кН;
 * момент восстановления скорости после реза:
  кН;
 * просадка частоты вращения после реза:
  об/мин;
 * Суммарный маховый момент привода:
  кН·м.
  Определяем времена и соответствующие им углы поворота в переходных процессах.
  Определяем время пуска:
  с
  Определяем угол поворота вала кривошипа за время пуска:
  ,
 где рад/с - угловая скорость кривошипа.
 .
  Определяем работу, затрачиваемую на рез:
  кН.
  Определяем изменение кинетической энергии при резе:
  ,
 где кН·м - момент перегрузки двигателя.
  кН·м.
  Определяем угловую скорость кривошипа в конце реза (критическую):
 
 где J - момент инерции привода:
  кН·м/с.
  Средняя угловая скорость кривошипа в период реза:
  рад/с.
 
  Время реза:
  с.
  Ускорение при восстановлении скорости:
  1/с.
  Время восстановления скорости:
  с.
  Угол поворота вала кривошипа за время торможения:
  .
  Ускорение замедления при торможении:
  рад/с.
  Время торможения:
  с.
  Угол поворота вала кривошипа за время торможения:
 .
  Угол поворота вала кривошипа за время установившегося движения: .
  Время работы на установившейся скорости:
  с.
 
  Определяем эквивалентный момент:
  кН·м.
  По результатам расчета получено, что двигатель загрузки по нагреву на , следовательно, двигатель подходит для данного привода.
 
 Выбор двигателя по каталогу
 
  После определения мощности двигателя необходимо произвести выбор двигателя по каталогу. В каталогах указывается мощность двигателя для стандартных значений ПВ, поэтому перед выбором необходимо рассчитать мощность на каталожную ПВ:
  , кВт,
 где - мощность двигателя при расчетной продолжительности включения ;
  - номинальная мощность. Указанная в каталоге для соответствующей номинальной продолжительности включения .
  Пересчет мощности двигателя ведется на ближайшую стандартную ПВ.
  При выборе двигателя по каталогу, кроме расчетной мощности необходимо учитывать:
  Число оборотов двигателя. При выборе электродвигателей следует стремиться к тому, чтобы число их оборотов совпадало с числом оборотов механизма, что обеспечит наиболее компактное соединение и позволит избежать потерь мощности в механических передачах.
  Следует помнить, что при одинаковой мощности электродвигателей с большим числом оборотов имеют меньший вес, габариты и стоимость. А также большие значения к.п.д. и коэффициента мощности.
  Температура окружающей среды. Мощность двигателей в каталоге дана для температуры окружающей среды .
  При увеличении температуры окружающей среды мощность двигателей падает: при на 5%, при на 12,5%, при на 50%.
  Поэтому при выборе мощности двигателей, особенно для горячих цехов, учет температуры окружающей среды обязателен.
  По каталогам выбирается стандартный электродвигатель постоянного или переменного тока (в зависимости от выбора рода тока) с ближайшей большей мощностью. Значительное завышение мощности электродвигателя приводит к неоправданным дополнительным затратам, а асинхронные двигатели при недогрузке имеют более низкий коэффициент полезного действия.
  В тех случаях, когда возможен выбор синхронных двигателей (нерегулируемый привод значительной мощности, работающий в длительном режиме), им следует отдавать безусловное предпочтение. Применение синхронных двигателей обеспечивает естественную компенсацию реактивной мощности. Если наряду с задачами привода механизма синхронный двигатель. Работающий с перевозбуждением, служит для повышения cos? цеха, то допускается его работа со значительной недогрузкой.
 
 
 
 
 
 
  2.3.6. Построение механической характеристики выбранного двигателя.
 
  Двигатель параллельного (независимого) возбуждения
  Механическая характеристика для любого двигателя постоянного тока описывается уравнением:
  , рад/с,
 где - напряжение якорной цепи, В;
  - конструктивный коэффициент электромашины;
  - магнитный поток, Вб;
  - сопротивление якорной цепи, Ом;
  - дополнительное сопротивление, включенное в цепь якоря, Ом;
  - статический момент двигателя, Н·м;
  Первая часть уравнения определяет скорость идеального холостого хода:
 .
  Вторая часть уравнения определяет уменьшение скорости в зависимости от нагрузки двигателя:

<< Пред.           стр. 2 (из 8)           След. >>

Список литературы по разделу