Глава 1. Электрическое и электромеханическое оборудование лифта

ВВЕДЕНИЕ

Лифты – неотъемлемая часть высотных зданий. Они служат для упрощения и ускорения перемещения людей и объектов, в зависимости от их назначения. Лифты бывают грузовые, пассажирские, грузопассажирские, больничные. Также они отличаются характеристиками, составными частями, принципом работы отдельных узлов и агрегатов, скоростными показателями перемещения, материалами и видами исполнения. В жилых домах и высотных зданиях лифты помогают быстрее и с комфортом попасть на нужный этаж. В строительных целях лифты используются для подъема тяжёлых конструкций на требуемый уровень. Использование лифтов в больницах предполагает облегчение транспортировки больных на каталках в случае невозможности их самостоятельного передвижения или перемещения для проведения операции. Лифтовые установки значительно облегчают жизнь человека.

Актуальность работы определяется тем, что прогресс – важная составляющая современного мира. Это означает, что большинство разработок, произведённых в далёком прошлом, в настоящее время становятся несовершенными и неспособными удовлетворять повышающийся спрос на функциональность. Поэтому, вместо устаревших агрегатов и механизмов, устанавливаются более новые и совершенные. Если же это невозможно, проводится модернизация устаревших объектов для увеличения их срока службы. Модернизация - обновление объекта, приведение его в соответствие с новыми требованиями и нормами, техническими условиями, показателями качества.

Объектом исследования в данном дипломном проекте является пассажирский лифт в 9 - этажном жилом доме по адресу Генерала Мельникова дом 16.

Предметом исследования является модернизация электропривода лифта.
Основываясь на аргументации об актуальности выбранной темы, можно определить целевую ориентацию проекта.

Цель дипломного проекта – определить основные этапы модернизации электропривода пассажирского лифта.

В соответствии с данной целью в дипломном проекте решаются следующие задачи:

1. Описать лифт и его принцип действия.

2. Определить систему управления лифтом.

3. Изучить требования к электроприводу лифта.

4. Обосновать род тока и величины напряжения.

5. Составить план модернизации главного привода лифта.

6. Выбрать двигатель главного привода лифта.

7. Произвести выбор преобразователя частоты.

8. Рассчитать и выбрать питающий кабель.

9. Выбрать коммутационную аппаратуру.

10. Рассчитать и сопоставить капитальные затраты.

11. Рассчитать и сопоставить эксплуатационные расходы.
12. Рассчитать срок окупаемости дополнительных капитальных вложений.

Методы исследования: изучение нормативной литературы, наблюдение на производственной и преддипломной  практике в ООО Волгалифт.

 

 

Глава 1. Электрическое и электромеханическое оборудование лифта

 

1.1 Описание и работа лифта

Согласно заданию дипломной работы, объектом исследования является электропривод грузопассажирского лифта. Лифты предназначены для перемещения грузов и людей в вертикальном на­правлении по строго определённому пути. При нажатии кнопки вызывного аппарата в устройство управления лифтом подаётся электрический импульс (вызов). Если кабина находится на остановке, с которой поступил вызов, открываются двери кабины и шахты на данной остановке, если кабина отсутствует, то подается команда на ее движение. В обмотку электродвигателя лебедки и в катушку электромагнита тормоза подается напряжение, колодки тормоза разжимаются и ротор электродвигателя начинает вращаться, обеспечивая с помощью червячного редуктора вращение канатоведущего шкива, который за счет сил трения приводит в движение кабину и противовес. В данной работе рассмотрим лифт, находящийся по адресу: г. Ульяновск, ул. Мельникова 16.

Приведём краткую характеристику данного лифта:

Тип и модель – грузопассажирский 0621Щ.00.00.000 ПС

Тип привода – редукторный с канатоведущим шкивом

Тип электродвигателя – асинхронный короткозамкнутый 9676 АХ37

Мощность электродвигателя – 8,5 кВт

Грузоподъёмность – 630 кг

Скорость перемещения кабины – 1 м\с

Количество остановок – 10

Количество тяговых канатов – 5

 

Система управления лифтом

Система управления – совокупность устройств, предназначенных для подачи сигналов на привод лифта и последующего включения его в режим работы.
Существует три типа систем управления – внутренний, при котором команды управления на пуск подаются из кабины, внешний – при котором команды на пуск подаются на лифтовой площадке, смешанный – при котором команды на пуск могут подаваться обоими вышеперечисленными способами.
В зависимости от способа подачи команд управление может быть кнопочным или рычажным. Для подачи команд управления могут быть применены устройства, использующие электромеханические, электронные, герконовые и другие коммутационные элементы. На рассматриваемом в данной работе лифте, установлена электронная система управления смешанного типа.
Система управления выполнена по модульной схеме и включает в себя подсистемы операционного управления и контроля движения, управления приводом и тормозом, управления приводом дверей. Связь между контроллером и удаленными станциями осуществляется по последовательной линии передачи данных. Такая конфигурация системы обеспечивает простую установку, обнаружение, замену неисправных компонентов, а также защиту от доступа в систему посторонних. Вся системная информация и сигналы системы могут стать доступными только после подключения блока обслуживания. Система управления на базе контроллёра обеспечивает выполнение различных режимов работы лифта. В режиме нормальной работы, при одиночной системе управления, осуществляется простое смешанное управление лифтом из кабины и с посадочных площадок. Свободная кабина с закрытыми дверями остается в ожидании вызова на той площадке, на которой она была остановлена последним пассажиром, но через заданное в программе котроллера время кабина может последовать на основную посадочную площадку здания.

В режиме ревизии управление лифтом производится только с поста ревизии на крыше кабины от кнопок «Вверх», «Вниз» и «Стоп». При этом исключено действие: вызывных кнопок с этажей и кнопок приказа из кабины; ключей переключателей управления на режимы парковки, вызова на специальный этаж и независимого обслуживания; управления из машинного помещения. Движение кабины в режиме ревизии производится только на малой скорости, ограничивается концевыми выключателями и возможно лишь при полностью закрытых дверях кабины и шахты. Режим аварийного перемещения кабины позволяет с помощью электродвигателя лебедки снимать кабину с ловителей или концевых выключателей. Управление осуществляется кнопками «Вниз» и «Вверх» на блоке. При этом кабина движется на малой скорости, при касании кабиной траверсы на верхнем концевом выключателе, она может двигаться только вниз, при нахождении кабины на нижнем концевом выключателе она может двигаться только вверх. Режим тестовых прогонов используется для обкатки лифта, проверки его работы (правильного функционирования лифта, регистрации отказов и сбоев), локализации дефектных мест, задания программы работы лифта для контроллёра или изменения ранее заложенной программы.

 

Требования к электроприводу лифта

В лифтах и грузовых подъемниках типы электроприводов выбираются в зависимости от скорости движения, этажности здания и требуемой точности остановки. В настоящее время применяют следующие электроприводы:

Для зданий до 17 этажей используются тихоходные и быстроходные лифты со скоростью от 0,7 до 1,4м/с грузоподъемностью 320 (400) кг.                           В этих лифтах применяют электропривод с асинхронным двухскоростным электродвигателем с короткозамкнутым ротором;

Для быстроходных пассажирских лифтов со скоростью 1,6 м/с предназначенных для зданий до 25 этажей применяют электропривод по системе тиристорный регулятор напряжения (ТРН) с двухскоростным асинхронным двигателем (ТРН-АДД);

Для скоростных и высокоскоростных лифтов применяются электроприводы постоянного тока по системе тиристорный преобразователь-двигатель ТП-Д и переменного тока по системе преобразователь частоты - короткозамкнутый асинхронный электродвигатель ГГЧ-АД.

На лифте, рассматриваемом в данной работе, установлен асинхронный короткозамкнутый двигатель 9676 АХ37. Режим его работы повторно- кратковременный. Особенность работы двигателя в таком режиме заключается в том, что он действует с непрерывно чередующимися периодами работы под нагрузкой и вхолостую, или паузами. При повторно-кратковременном режиме двигатель за период работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы — охладиться до температуры окружающей среды. Работая с некоторой постоянной мощностью на валу, двигатель потребляет из сети мощность, превышающую мощность на значение потерь, которые выражают через КПД двигателя:

Потери мощности в двигателе превращаются в теплоту, вызывая нагрев до некоторой температуры, определяемую его нагрузкой. Количество теплоты, выделяемое в двигателе:

При расчёте тепловых процессов принимают следующие допущения:

- двигатель представляют в виде однородного твёрдого тела, равномерно нагревающегося по всему объёму;

- считают, что двигатель охлаждается только благодаря теплопроводности и конвекции.

При этих условиях количество теплоты, выделяемой двигателем в окружающую среду, пропорционально повышению его температуры над температурой окружающей среды.

Введём обозначения: С – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для нагревания двигателя на 1^oС, А – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в течение 1 сек. при разности температур двигателя и среды 1^oС,. Уравнение теплового баланса имеет вид:

где - количество теплоты, выделяющейся в двигателе за время dt;

- количество теплоты, идущей на нагрев двигателя;

- количество теплоты, отдаваемой двигателем в окружающую среду за время dt.

Решив дифференциальное уравнение относительно, можно определить температуру двигателя в любой момент времени его работы (при условии, что температура двигателя в момент пуска равна температуре окружающей среды).

1.4 Обоснование рода тока и величины напряжения

Питание лифтовой установки происходит от главного вводного распределительного устройства дома. По питающему кабелю напряжением 0,4 кВ, питание идёт на вводное устройство лифта в машинном помещении. С учётом потерь туда приходит 380 В трёхфазного переменного тока. Данное напряжение необходимо для питания главного привода лифта. Затем, с помощью трансформаторов и выпрямляющих устройств это напряжение преобразуется для работы системы управления лифтом. Также, питание получают различные электрические цепи лифта: силовая и привод дверей работают на переменном токе напряжением 380 В, частотой 50 Гц; цепь управления – на переменном, напряжением 110 В; цепи освещения: кабины – переменный напряжением 220 В, шахты – переменный напряжением 220 В, ремонтных работы – постоянный 24 В; цепь сигнализации – постоянный 24 В.

 

1.5 Модернизация главного привода лифта

 

Основными путями модернизации главного привода лифта является изменение его управления от релейно-контакторной станции управления до частотного преобразователя.

Релейно-контакторные системы управления (РКСУ) - это логические системы управления, выполненные на релейно-контакторной элементной базе и осуществляющие автоматические пуск, торможение, реверсирование и остановку электродвигателя, а также обеспечивающие его защиту.

Электропривод, выполненный на основе РКСУ, представляет собой простой, как правило, нерегулируемый электропривод постоянного или переменного тока,

К достоинствамРКСУ относятся: наличие гальванической развязки силовых цепей от цепей управления; значительную коммутационную мощность (до нескольких кА); высокую помехоустойчивость.

К недостаткам РКСУ относятся: контактная коммутация, требующая соответствующего ухода за аппаратурой и ограничивающая срок ее службы; ограниченное быстродействие; повышенные массогабаритные показатели и энергопотребление.

Основной функцией частотных преобразователей является плавная регулировка скорости вращения асинхронных двигателей. С этой целью на выходе устройства создается трехфазное напряжение с переменной частотой.
Эффективное и качественное управление асинхронными электродвигателями стало возможно за счет использования совместно с ними частотных преобразователей. Общая конструкция представляет собой частотно-регулируемый привод, который позволил существенно улучшить технические характеристики машин и механизмов.

В качестве управляющего элемента данной системы выступает преобразователь частоты, основной функцией которого является изменение частоты питающего напряжения. Его конструкция выполнена в виде статического электронного узла, а формирование переменного напряжения с заданной изменяемой частотой осуществляется на выходных клеммах. Таким образом, за счет изменения амплитуды напряжения и частоты регулируется скорость вращения электродвигателя.

Если в релейно-контакторной системе управления происходит посредством переключения между контактами большой и малой скоростей, то есть, контроль происходит физическим путём. Тогда как, в системе с частотным преобразователем, скорость вращения привода контролируется посредством повышения или понижения частоты вращения с помощью микропоцессорной электроники. В целом, частотный преобразователь значительно лучше в эксплуатации в силу меньшего размера, чем релейно-контакторная станция. Также, такой вид управления почти не содержит в себе физических объектов, в результате чего не требуется их постоянная проверка и замена. Работа частотного преобразователя производит намного меньше посторонних шумов. В данном лифте используется частотный преобразователь марки

 

ВВЕДЕНИЕ

Лифты – неотъемлемая часть высотных зданий. Они служат для упрощения и ускорения перемещения людей и объектов, в зависимости от их назначения. Лифты бывают грузовые, пассажирские, грузопассажирские, больничные. Также они отличаются характеристиками, составными частями, принципом работы отдельных узлов и агрегатов, скоростными показателями перемещения, материалами и видами исполнения. В жилых домах и высотных зданиях лифты помогают быстрее и с комфортом попасть на нужный этаж. В строительных целях лифты используются для подъема тяжёлых конструкций на требуемый уровень. Использование лифтов в больницах предполагает облегчение транспортировки больных на каталках в случае невозможности их самостоятельного передвижения или перемещения для проведения операции. Лифтовые установки значительно облегчают жизнь человека.

Актуальность работы определяется тем, что прогресс – важная составляющая современного мира. Это означает, что большинство разработок, произведённых в далёком прошлом, в настоящее время становятся несовершенными и неспособными удовлетворять повышающийся спрос на функциональность. Поэтому, вместо устаревших агрегатов и механизмов, устанавливаются более новые и совершенные. Если же это невозможно, проводится модернизация устаревших объектов для увеличения их срока службы. Модернизация - обновление объекта, приведение его в соответствие с новыми требованиями и нормами, техническими условиями, показателями качества.

Объектом исследования в данном дипломном проекте является пассажирский лифт в 9 - этажном жилом доме по адресу Генерала Мельникова дом 16.

Предметом исследования является модернизация электропривода лифта.
Основываясь на аргументации об актуальности выбранной темы, можно определить целевую ориентацию проекта.

Цель дипломного проекта – определить основные этапы модернизации электропривода пассажирского лифта.

В соответствии с данной целью в дипломном проекте решаются следующие задачи:

1. Описать лифт и его принцип действия.

2. Определить систему управления лифтом.

3. Изучить требования к электроприводу лифта.

4. Обосновать род тока и величины напряжения.

5. Составить план модернизации главного привода лифта.

6. Выбрать двигатель главного привода лифта.

7. Произвести выбор преобразователя частоты.

8. Рассчитать и выбрать питающий кабель.

9. Выбрать коммутационную аппаратуру.

10. Рассчитать и сопоставить капитальные затраты.

11. Рассчитать и сопоставить эксплуатационные расходы.
12. Рассчитать срок окупаемости дополнительных капитальных вложений.

Методы исследования: изучение нормативной литературы, наблюдение на производственной и преддипломной  практике в ООО Волгалифт.

 

 

Глава 1. Электрическое и электромеханическое оборудование лифта

 

1.1 Описание и работа лифта

Согласно заданию дипломной работы, объектом исследования является электропривод грузопассажирского лифта. Лифты предназначены для перемещения грузов и людей в вертикальном на­правлении по строго определённому пути. При нажатии кнопки вызывного аппарата в устройство управления лифтом подаётся электрический импульс (вызов). Если кабина находится на остановке, с которой поступил вызов, открываются двери кабины и шахты на данной остановке, если кабина отсутствует, то подается команда на ее движение. В обмотку электродвигателя лебедки и в катушку электромагнита тормоза подается напряжение, колодки тормоза разжимаются и ротор электродвигателя начинает вращаться, обеспечивая с помощью червячного редуктора вращение канатоведущего шкива, который за счет сил трения приводит в движение кабину и противовес. В данной работе рассмотрим лифт, находящийся по адресу: г. Ульяновск, ул. Мельникова 16.

Приведём краткую характеристику данного лифта:

Тип и модель – грузопассажирский 0621Щ.00.00.000 ПС

Тип привода – редукторный с канатоведущим шкивом

Тип электродвигателя – асинхронный короткозамкнутый 9676 АХ37

Мощность электродвигателя – 8,5 кВт

Грузоподъёмность – 630 кг

Скорость перемещения кабины – 1 м\с

Количество остановок – 10

Количество тяговых канатов – 5

 

Система управления лифтом

Система управления – совокупность устройств, предназначенных для подачи сигналов на привод лифта и последующего включения его в режим работы.
Существует три типа систем управления – внутренний, при котором команды управления на пуск подаются из кабины, внешний – при котором команды на пуск подаются на лифтовой площадке, смешанный – при котором команды на пуск могут подаваться обоими вышеперечисленными способами.
В зависимости от способа подачи команд управление может быть кнопочным или рычажным. Для подачи команд управления могут быть применены устройства, использующие электромеханические, электронные, герконовые и другие коммутационные элементы. На рассматриваемом в данной работе лифте, установлена электронная система управления смешанного типа.
Система управления выполнена по модульной схеме и включает в себя подсистемы операционного управления и контроля движения, управления приводом и тормозом, управления приводом дверей. Связь между контроллером и удаленными станциями осуществляется по последовательной линии передачи данных. Такая конфигурация системы обеспечивает простую установку, обнаружение, замену неисправных компонентов, а также защиту от доступа в систему посторонних. Вся системная информация и сигналы системы могут стать доступными только после подключения блока обслуживания. Система управления на базе контроллёра обеспечивает выполнение различных режимов работы лифта. В режиме нормальной работы, при одиночной системе управления, осуществляется простое смешанное управление лифтом из кабины и с посадочных площадок. Свободная кабина с закрытыми дверями остается в ожидании вызова на той площадке, на которой она была остановлена последним пассажиром, но через заданное в программе котроллера время кабина может последовать на основную посадочную площадку здания.

В режиме ревизии управление лифтом производится только с поста ревизии на крыше кабины от кнопок «Вверх», «Вниз» и «Стоп». При этом исключено действие: вызывных кнопок с этажей и кнопок приказа из кабины; ключей переключателей управления на режимы парковки, вызова на специальный этаж и независимого обслуживания; управления из машинного помещения. Движение кабины в режиме ревизии производится только на малой скорости, ограничивается концевыми выключателями и возможно лишь при полностью закрытых дверях кабины и шахты. Режим аварийного перемещения кабины позволяет с помощью электродвигателя лебедки снимать кабину с ловителей или концевых выключателей. Управление осуществляется кнопками «Вниз» и «Вверх» на блоке. При этом кабина движется на малой скорости, при касании кабиной траверсы на верхнем концевом выключателе, она может двигаться только вниз, при нахождении кабины на нижнем концевом выключателе она может двигаться только вверх. Режим тестовых прогонов используется для обкатки лифта, проверки его работы (правильного функционирования лифта, регистрации отказов и сбоев), локализации дефектных мест, задания программы работы лифта для контроллёра или изменения ранее заложенной программы.

 

Требования к электроприводу лифта

В лифтах и грузовых подъемниках типы электроприводов выбираются в зависимости от скорости движения, этажности здания и требуемой точности остановки. В настоящее время применяют следующие электроприводы:

Для зданий до 17 этажей используются тихоходные и быстроходные лифты со скоростью от 0,7 до 1,4м/с грузоподъемностью 320 (400) кг.                           В этих лифтах применяют электропривод с асинхронным двухскоростным электродвигателем с короткозамкнутым ротором;

Для быстроходных пассажирских лифтов со скоростью 1,6 м/с предназначенных для зданий до 25 этажей применяют электропривод по системе тиристорный регулятор напряжения (ТРН) с двухскоростным асинхронным двигателем (ТРН-АДД);

Для скоростных и высокоскоростных лифтов применяются электроприводы постоянного тока по системе тиристорный преобразователь-двигатель ТП-Д и переменного тока по системе преобразователь частоты - короткозамкнутый асинхронный электродвигатель ГГЧ-АД.

На лифте, рассматриваемом в данной работе, установлен асинхронный короткозамкнутый двигатель 9676 АХ37. Режим его работы повторно- кратковременный. Особенность работы двигателя в таком режиме заключается в том, что он действует с непрерывно чередующимися периодами работы под нагрузкой и вхолостую, или паузами. При повторно-кратковременном режиме двигатель за период работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы — охладиться до температуры окружающей среды. Работая с некоторой постоянной мощностью на валу, двигатель потребляет из сети мощность, превышающую мощность на значение потерь, которые выражают через КПД двигателя:

Потери мощности в двигателе превращаются в теплоту, вызывая нагрев до некоторой температуры, определяемую его нагрузкой. Количество теплоты, выделяемое в двигателе:

При расчёте тепловых процессов принимают следующие допущения:

- двигатель представляют в виде однородного твёрдого тела, равномерно нагревающегося по всему объёму;

- считают, что двигатель охлаждается только благодаря теплопроводности и конвекции.

При этих условиях количество теплоты, выделяемой двигателем в окружающую среду, пропорционально повышению его температуры над температурой окружающей среды.

Введём обозначения: С – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для нагревания двигателя на 1^oС, А – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в течение 1 сек. при разности температур двигателя и среды 1^oС,. Уравнение теплового баланса имеет вид:

где - количество теплоты, выделяющейся в двигателе за время dt;

- количество теплоты, идущей на нагрев двигателя;

- количество теплоты, отдаваемой двигателем в окружающую среду за время dt.

Решив дифференциальное уравнение относительно, можно определить температуру двигателя в любой момент времени его работы (при условии, что температура двигателя в момент пуска равна температуре окружающей среды).

1.4 Обоснование рода тока и величины напряжения

Питание лифтовой установки происходит от главного вводного распределительного устройства дома. По питающему кабелю напряжением 0,4 кВ, питание идёт на вводное устройство лифта в машинном помещении. С учётом потерь туда приходит 380 В трёхфазного переменного тока. Данное напряжение необходимо для питания главного привода лифта. Затем, с помощью трансформаторов и выпрямляющих устройств это напряжение преобразуется для работы системы управления лифтом. Также, питание получают различные электрические цепи лифта: силовая и привод дверей работают на переменном токе напряжением 380 В, частотой 50 Гц; цепь управления – на переменном, напряжением 110 В; цепи освещения: кабины – переменный напряжением 220 В, шахты – переменный напряжением 220 В, ремонтных работы – постоянный 24 В; цепь сигнализации – постоянный 24 В.

 

1.5 Модернизация главного привода лифта

 

Основными путями модернизации главного привода лифта является изменение его управления от релейно-контакторной станции управления до частотного преобразователя.

Релейно-контакторные системы управления (РКСУ) - это логические системы управления, выполненные на релейно-контакторной элементной базе и осуществляющие автоматические пуск, торможение, реверсирование и остановку электродвигателя, а также обеспечивающие его защиту.

Электропривод, выполненный на основе РКСУ, представляет собой простой, как правило, нерегулируемый электропривод постоянного или переменного тока,

К достоинствамРКСУ относятся: наличие гальванической развязки силовых цепей от цепей управления; значительную коммутационную мощность (до нескольких кА); высокую помехоустойчивость.

К недостаткам РКСУ относятся: контактная коммутация, требующая соответствующего ухода за аппаратурой и ограничивающая срок ее службы; ограниченное быстродействие; повышенные массогабаритные показатели и энергопотребление.

Основной функцией частотных преобразователей является плавная регулировка скорости вращения асинхронных двигателей. С этой целью на выходе устройства создается трехфазное напряжение с переменной частотой.
Эффективное и качественное управление асинхронными электродвигателями стало возможно за счет использования совместно с ними частотных преобразователей. Общая конструкция представляет собой частотно-регулируемый привод, который позволил существенно улучшить технические характеристики машин и механизмов.

В качестве управляющего элемента данной системы выступает преобразователь частоты, основной функцией которого является изменение частоты питающего напряжения. Его конструкция выполнена в виде статического электронного узла, а формирование переменного напряжения с заданной изменяемой частотой осуществляется на выходных клеммах. Таким образом, за счет изменения амплитуды напряжения и частоты регулируется скорость вращения электродвигателя.

Если в релейно-контакторной системе управления происходит посредством переключения между контактами большой и малой скоростей, то есть, контроль происходит физическим путём. Тогда как, в системе с частотным преобразователем, скорость вращения привода контролируется посредством повышения или понижения частоты вращения с помощью микропоцессорной электроники. В целом, частотный преобразователь значительно лучше в эксплуатации в силу меньшего размера, чем релейно-контакторная станция. Также, такой вид управления почти не содержит в себе физических объектов, в результате чего не требуется их постоянная проверка и замена. Работа частотного преобразователя производит намного меньше посторонних шумов. В данном лифте используется частотный преобразователь марки