t_p- время работы;

       t_m- время торможения;

       t₀-  время паузы.

       M_n- момент пуска;

       M_p- момент работы;

       M_m- момент торможения.

12.    Определение мощности двигателя из условий нагрева.

Электрические машины не должны нагреваться свыше допустимых пределов. При пере-

греве машины изоляция обмоточных проводов быстро стареет, теряет изоляционные свойства, становится хрупкой и при дальнейшей работе может обуглиться, что может привести к короткому замыканию и выходу машины из строя.

                По нагрузочной диаграмме определяем эквивалентный по нагреву момент двигателя за время его работы без учёта времени пауз

где   М_n и М_m – моменты, развиваемые двигателем при пуске и торможении.

                                                                Эквивалентная мощность

                После этого производится пересчёт эквивалентной мощности на ближайшую, стандартную продолжительность включения

где   ПВ_д – действительная продолжительность включения двигателя

        ПВ_к – ближайшая по величине стандартная продолжительность включения по отношению к действительной ПВ.

                Если полученная в результате расчёта мощность Р_к < Р_н двигатель, который был предварительно выбран, по условиям нагрева проходит.

                Если же Р_к > Р_н, то необходимо задаваться следующим габаритом двигателя и расчёт производить вновь.

                                                Определяем эквивалентный момент:

где   M_n = 1.3 M_н = 1.3 ^. 29.67 = 38.57  (кг ^. м)

где   k – поправочный коэффициент (k = 1.5);

        (Q+Q₀) – вес груза с грузозахватным приспособлением;

        D_б – диаметр барабана;

        m – число полиспастов;

        i – передаточное отношение;

        h - кпд привода.

Эквивалентная мощность:

Поскольку Р_к = 21.6 кВт < Р_н = 22 кВт то двигатель по условию нагрева проходит.

13.      

Выбранный по каталогу двигатель (МТ51-8) проверяется на перегрузочную способность на основании неравенства:

где   l - перегрузочная способность двигателя (выбирается по каталогу), l = 3;

        М_н – номинальный момент (М_н =29.67 кГ^.м )

        М_max  - максимальный момент двигателя (выбирается по каталогу ), М_max = 85 кГ^.м.

                Проверка по пусковому моменту осуществляется на основании неравенства:

где       =2.8;

             М_с – момент сопротивления (М_с = 32,45 кГ^.м).

                Если выбранный двигатель не проходит по перегрузке или пусковому моменту, то выбирается двигатель большего габарита, который удовлетворял бы этим неравенствам:

                                              3^.29.67 = 58 кГ^.м

двигатель проходит на перегрузочную способность

                                  0.7 ^. 2.8 ^. 29.67 = 58 кГ^.м > 32.45 кГ^.м

двигатель проходит по пусковому моменту.

14.    Выбор данных двигателя по каталогу.

Выписываем все каталожные данные двигателя МТ 51- 8

15.    Построение естественной механической характеристики двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется, зависимость частоты вращения n от момента М нагрузки на валу.

                Различают естественные и искусственные характеристики электродвигателей.

                Естественной механической характеристикой называется – зависимость оборотов двигателя от момента на валу при номинальных условиях работы двигателя в отношении его параметров (номинальные напряжения, частота, сопротивление и тому подобное). Изменение одного или нескольких параметров вызывает соответствующее изменение механической характеристики двигателя. Такая механическая характеристика называется искусственной.

                Для построения уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся формулой Клоса:

где   М_k – критический момент двигателя;

        S_k – критическое скольжение двигателя;

        l - перегрузочная способность двигателя (l = 3);

        S_н – номинальное скольжение двигателя

где   n_н – скорость вращения ротора;

         n₁ – синхронная скорость поля статора;

где   f – промышленная частота тока питающей сети, (f = 50 Гц);

        Р – число пар полюсов (для двигателя МТ 51 – 8  Р=4)

Номинальное скольжение двигателя МТ 51 - 8

                Критическое скольжение двигателя

                Критический момент двигателя

                Для построения характеристики в координатах переходят от скольжения к числу оборотов на основании уравнения

                                                         n = n₁(1 – S)

                Скольжением задаются в пределах от 0 до 1.

Так для  S = 0      n = 750 ^. (1 – 0) = 750 об/мин;

               S = 0.1   n = 750 ^. (1 – 0.1) = 675 об/мин;

               S = 0.2   n = 750 ^. (1 – 0.2) = 600 об/мин;

               S = 0.3   n = 750 ^. (1 – 0.3) = 525 об/мин;

               S = 0.4   n = 750 ^. (1 – 0.4) = 450 об/мин;

               S = 0.5   n = 750 ^. (1 – 0.5) = 375 об/мин;

               S = 0.6   n = 750 ^. (1 – 0.6) = 300 об/мин;

               S = 0.7   n = 750 ^. (1 – 0.7) = 225 об/мин;

               S = 0.8   n = 750 ^. (1 – 0.8) = 150 об/мин;

               S = 0.9   n = 750 ^. (1 – 0.9) = 75   об/мин;

               S = 1      n = 750 ^. (1 – 1) = 0        об/мин.

При тех же скольжениях находим по формуле Клоса соответствующие им моменты:

S = 0                  М = 0  кг ^. м

S = 0.05               кг ^. м

S = 0.1                 кг ^. м

S = 0.15               кг ^. м

S = 0.2                 кг ^. м

S = 0.21               кг ^. м

S = 0.3                  кг ^. м

S = 0.4                   кг ^. м

S = 0.5                    кг ^. м

S = 0.6                    кг ^. м

S = 0.7                    кг ^. м

S = 0.8                    кг ^. м

S = 0.9                     кг ^. м

S = 1                         кг ^. м

                Пользуясь этими значениями переходим к построению естесственной механической характеристики двигателя МТ 51 – 8  (см. рис.)

16.           Расчёт пускового реостата.

При пуске асинхронные электродвигатели потребляют из питающей сети значительные пусковые токи. В момент пуска скольжение асинхронного электродвигателя  S = 100%, а в номинальном режиме не превышает 5%.

Значит, в момент пуска вращающееся магнитное поле статора в 20 раз чаще пересекает обмотку ротора. При пуске, продолжительность которого составляет доли секунды, так возрастает в 5 – 6 раз. За это время обмотка электродвигателя не успеет перегреться, и пусковой ток для него не опасен. Однако большие толчки тока приводят к толчкам напряжения, что неблагоприятно сказывается на режиме работы других потребителей. В связи с этим принимают меры по ограничению пусковых токов асинхронных электродвигателей. В то же время эти двигатели, потребляя большие пусковые токи, развивают сравнительно небольшой вращающий момент. Цель применения искусственных схем пуска асинхронных двигателей – не только снизить пусковые токи, но и повысить пусковые моменты.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором сначала определяется сопротивление фазы ротора:

где   U₂ – напряжение между кольцами ротора, (U₂ = 197 В);

        S_н – номинальное скольжение (S_н =0.036);

        I_2н – ток ротора (I_2н = 70.5 А)

Следовательно, сопротивление фазы ротора будет равно:

                                      (Ом)

                Затем определяем коэффициент небаланса

где   Z - число ступеней пускового реостата, (Z = 5)

        М% - кратность максимального пускового момента  (М% = 280).

                                Коэффициент небаланса равен:

                Активное сопротивление одной фазы ротора при полностью введённом реостате (R₁) определяется из уравнения:

                                               (Ом)

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на второй ступени (R₂) определяется из уравнения:

                                                         R₂ = R₁^. g

                                        R₂ = 0.575 ^. 0.64 = 0.368  (Ом)

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на третьей ступени (R₃);

                                                    R₃ = R₂ ^. g = R₁^. g²

                                R₃ = 0.368 ^. 0.64 = 0.575 ^. 0.64² = 0.236 (Ом).

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на четвёртой ступени (R₄);

                                                        R₄ = R₃ ^. g = R₁ ^. g³

                                 R₄ = 0.236 ^. 0.64 = 0.575 ^. 0.64³ = 0.151 (Ом).

Сопротивление одной фазы ротора при работе двигателя на пятой ступени (R₅);

                                                        R₅ = R₄ ^. g = R₁ ^. g⁴

                                 R₅ = 0.151 ^. 0.64 = 0.575 ^. 0.64⁴ = 0.096 (Ом).

                Сопротивление ступени реостата, закорачиваемого при переходе со ступени на ступень определяется как разность сопротивлений на двух смежных ступенях:

                                                         DR₁ = R₁ – R₂,

                                         DR₁ = 0.575 – 0.368 = 0.207 (Oм);

                                                                         DR₂ = R₂ – R₃,

                                                     DR₂ = 0.368 – 0.236 = 0.132 (Ом);

                                                                         DR₃ = R₃ – R₄,

                                                     DR₃ = 0.236 – 0.151 = 0.085 (Ом);

                                                                         DR₄ = R₄ – R₅,

                                                     DR₄ = 0.151 – 0.096 = 0.055 (Ом).

Критическое скольжение при введённом резисторе в цепь ротора будет:

а) При   DR₁ = 0.207 (Ом)

            б) При  DR₂ = 0.132 (Ом)

            в) При  DR₃ = 0.085 (Ом)

                г) При  DR₄ = 0.055 (Ом)

Определяем уравнение искусственной механической характеристики:

            а) При  DR₁, равном 0.207 (Ом);

                б) При  DR₂, равном 0.132 (Ом);

                в) При  DR₃, равном 0.085 (Ом);

                г) При  DR₄ = 0.055 (Ом);

Задаваясь значениями S, подсчитываем соответствующие им моменты.

                                     Таблица 1.  Результаты расчёта моментов.

Пользуясь результатами расчётов, строим искусственные механические характеристики

двигателя МТ 51 – 8. (см. рис.)

17.     Выбор схемы управления и защиты двигателя.

Электрической схемой называется чертёж, на котором показаны, соединения электрических цепей. Электрические крановые схемы дают возможность проследить прохождение тока по различным участкам цепи и рассмотреть работу любой части электрооборудования.

В любой из схем электрических соединений крана должны быть предусмотрены:

1)    

2)    

3)    

4)    

5)    

6)    

Надёжность работы кранового электропривода в значительной мере определяется контактной аппаратурой, которая, как и двигатель, работает в широком диапазоне изменения нагрузок и частоты включений.

Управление электроприводами башенных кранов осуществляется с помощью контроллёров. Контроллёром называется многопозиционный аппарат, предназначенный для управления электрическими машинами путём коммутации резисторов и обмоток машин; он производит все переключения в цепи электродвигателя, необходимые для пуска, торможения и регулирования его частоты вращения.

Из всех применяемых для управления крановыми электродвигателями контроллёров (барабанных, кулачковых и магнитных) магнитные, или контакторные, являются наиболее совершенными благодаря их надёжности и высокой производительности.

Преимущества автоматического, магнитного контроллёра перед ручным включением заключается в следующем:

1)    

2)    

3)    

4)    

5)    

6)    

Наконец, для большинства производств решающим фактором является значительно меньшая вероятность аварийной остановки  крана и связанных с ним агрегатов.

В схемах управления крановыми двигателями широко применяют  также разного рода реле  для целей автоматики, защиты и управления.

Реле – это аппарат, приводимый в действие маломощным импульсом и приводящий в действие за счёт энергии местного источника  более мощное устройство. Реле реагирует на изменение режима работы электрической цепи или механизма (повышение или понижение напряжения, увеличение или уменьшение тока, изменение частоты вращения и т.п.) и замыкает или размыкает свои контакты.

В схемах управления крановыми механизмами работа реле связана с работой электромагнитных контакторов. Реле, посылая импульсы тока в тяговые катушки контакторов, включают их, производя тем самым переключения в силовой цепи и изменяя режим работы электродвигателей.

При выборе аппаратуры управления необходимо учитывать возможные повышения температуры окружающей среды по сравнению с расчётной. Для контактов аппаратов можно рекомендовать увеличить номинальный ток на 20% при повышении температуры на каждые 10⁰С. Однако для контакторов и пускателей температура воздуха влияет на работу не только контакторов, но и катушек электромагнитов. Поэтому можно рекомендовать переход на аппараты тропического исполнения или снижать продолжительность включения так же на 20% при превышении температуры на каждые 10⁰С.  

18.  Вычерчивание схемы управления электродвигателя и описание ёё   работы (подбор аппаратуры управления по каталогу).

Рис.1.