Электрооборудование и электропривод механизма подъема мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Специальность: 130211 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: Электрическое и электромеханического оборудование

Тема: Электрооборудование и электропривод механизма подъема мостового крана

Студент группы 303-ТЭО А.А. Вильман

Руководитель А.В. Кирюшин

Содержание

• кран электропривод нагрузка подъем
• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Назначение, устройство крана, его технические характеристики
• 1.2 Кинематика, требования, предъявляемые к электроприводу
• 1.3 Выбор рода тока и системы электропривода
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Расчет статических нагрузок, построение нагрузочной диаграммы механизма подъема (механизма передвижения)
• 2.2 Выбор типа двигателя и его проверка по условиям допустимой перегрузки и надежности пуска
• 2.3 Расчет, разбивка и выбор пускорегулировочных резисторов
• 2.4 Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты
• 2.5 Расчет и выбор питающих линий
• 2.6 Описание схемы управления электроприводом
• 2.7 Спецификация электрооборудования
• 3. Техника безопасности при эксплуатации и ремонтах электрооборудования
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение А
• Приложение Б
• Введение
• Подъемные краны принадлежат к разряду подъемно-транспортного оборудования и являются часто применяемым видом машин в промышленной или в строительной области. Наиболее востребованными считаются краны мостовые. Дело в том, что такое оборудование пригодно для работы в широком температурном диапазоне (от -40 до +40°С). Они могут с легкостью выполнять заданную работу как внутри помещения, так и снаружи. В качестве подъемного элемента мостовые краны задействуют электрические тали. Скорость подъема груза и его перемещение в горизонтальном положении зависит от поставленной задачи, а также от особенностей конкретного вида крана и условий его работы.
• Цель этой работы научиться рассчитывать и выбирать электрооборудование и электропривод механизма подъема мостового крана.
• Задачи курсового проектирования
• -рассчитать статические нагрузки;
• -выбрать тип двигателя и проверить его по условиям допустимой перегрузки и надежности пуска;
• -рассчитать, разбить и выбрать пускорегулировочные резисторы;
• -рассчитать и выбрать аппаратуру управления и защиты;
• -рассчитать и выбрать питающие линий;
• -описать схемы управления электроприводом;
• -выполнить спецификацию электрооборудования.
• 1. Общая часть
• 1.1 Назначение, устройство крана, его технические характеристики
• Назначение: мостовой кран служит для перемещения грузов по цеху, складу, иному производственному помещению.
• Устройство крана: Общее устройство мостового крана состоит из одно- или двухбалочного моста, перемещающейся по нему грузовой тележке. Как на мосту, так и на тележке установлено необходимое электрооборудование и механические узлы. Управляется механизм из подвесной кабины или с пульта, при нахождении оператора на полу цеха или вне рабочей площадки.
• Рисунок 1 Устройство мостового крана
• Для удержания груза или контроля скорости его перемещения (спускной тормоз), остановки передвижения моста крана или грузовой тележки (спускной тормоз) служит тормозная система. При нажатии на педаль или рукоять, механизм растормаживается. При аварийной ситуации, в случае поломки или остановки какого-либо узла крана, такой тормозной механизм автоматически срабатывает.
• На крановой тележке расположен механизм подъема и опускания груза. В дополнение к основному, могут использоваться один или два вспомогательных механизма, грузоподъемность которых меньше грузоподъемности основного в 3-10 раз в зависимости от класса крана.
• Составными частями любого из них являются:
• -приводной электродвигатель;
• -трансмиссионные валы;
• -редуктор;
• -грузовые тросы с барабаном для намотки.
• Рисунок 2 Схема подъемного механизма мостового крана
• Подкрановые пути - обеспечивают равномерное распределение веса мостового крана на фундамент и перемещение крановой балки по этим путям. Для опорных однобалочных кранов с небольшой грузоподъемностью в качестве направляющих используются обычные железнодорожные рельсы. Для механизмов грузоподъемностью 20 и более тонн используют специальные крановые рельсы. Основанием для них чаще всего является стальная двутавровая балка.
• К электрооборудованию мостовых кранов предъявляются особые требования, среди которых режим работы, при котором в течение часа может производиться до нескольких сотен кратковременных включений и выключений, перегрузки, возникающие при разгоне и торможении крановой тележки и самого крана, изменение скоростей передвижения.
• Рисунок 3 Электросхема мостового крана
• К электрооборудованию относятся:
• -электродвигатели. Устанавливаются 3 или 4 двигателя, 2 из которых смонтированы на тележке для осуществления подъема/опускания груза, перемещения ее по балке моста, и 1 или 2 двигателя обеспечивают перемещение балки крана по подкрановым путям.
• -управляющая аппаратура (реле, контроллеры, пускатели и т.д.).
• -устройства электрозащиты (предохранители, автоматические выключатели и т.д.).
• -устройства, обеспечивающие работу тормозной системы крана.
• Электропитание крана обеспечивается двумя способами: Троллейная линия. Чаще всего используется с кранами большой грузоподъемности. Для обеспечения безопасности, троллейная шина должна располагаться на высоте минимум 3.5 м от пола и не менее 2.5 метров до настила моста. Грузовая тележка получает питание от собственной троллейной линии, смонтированной на балке моста. Кабельная система. Это гибкий электрический кабель, для предотвращения повреждения которого при перемещении крана или тележки используются каретки для подвешивания. Чаще всего для перемещения балки моста используется первый способ, а для грузовой тележки применяется второй.
• Функции подъема и опускания груза, а также перемещение его вдоль моста выполняет грузовая тележка. Ее конструкция делается такой, чтобы не допустить неравномерной нагрузки на ходовые колеса, а также и на балки моста. Устройство тележки представляет собой жесткую стальную рама, имеющую ведущие и ведомые колеса. На раме смонтированы приводы и электродвигатели механизмов основного и, в случае применения, вспомогательного подъемов, токосъемник, блокираторы высоты подъема и прочие узлы, необходимые для работы крана.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Рисунок 4 Крюковая и грейферная тележки мостовых кранов
• 1.2 Кинематика, требования, предъявляемые к электроприводу

Для качественного выполнения подъема, спуска и перемещения грузов электропривод крановых механизмов должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно широких пределах (для обычных кранов до 4: 1, для специальных кранов -- до 10: 1 и более) в связи с тем, что тяжелые грузы целесообразно перемещать с меньшей скоростью, а пустой крюк или ненагруженную тележку - с большей скоростью для увеличения производительности крана. Пониженные скорости необходимы также для осуществления точной остановки транспортируемых грузов с целью ограничения ударов при их посадке и облегчают работу оператора, так как не требуют многократного повторения пусков для снижения средней скорости привода перед остановкой механизма.

2. Обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода, особенно регулировочных, с тем чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.

3. Ограничение ускорений до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов. Первое условие связано с ослаблением ударов в механических передачах при выборе зазора, с предотвращением пробуксовки ходовых колес тележек и мостов, с уменьшением раскачивания подвешенного на канатах груза при интенсивном разгоне и резком торможении механизмов передвижения; второе условие необходимо для обеспечения высокой производительности крана.

4. Реверсирование электропривода и обеспечение его работы, как в двигательном, так и в тормозном режиме.

Кинематическая схема механизма подъема груза.

Механизм состоит из четырех основных блоков-узлов: электродвигателя, тормоза, редуктора и барабана, связанных между собой муфтами. При такой конструкции механизма возможна быстрая смена одного или нескольких узлов.

Наличие муфты с промежуточным валом между электродвигателем и редуктором компенсируют неточности изготовления и монтажа, а также деформации во время работы.

1.3 Выбор рода тока и системы электропривода

Выбор системы электропривода крана определяется в значительной мере требованиями к его механическим характеристикам, а эти требования изменяются в зависимости от рода технологических операций, выполняемых краном.

В связи с разнообразными рабочими машинами, применяемыми для крановой промышленности, предъявляют различные требования к их электроприводам.

Так, для монтажных кранов необходимы жесткие механические характеристики и большой диапазон регулирования, в то время как для магнитных кранов, транспортирующих скрап, стружки и т.п. указанные требования не играют роли.

В настоящее время для кранового привода применяются следующие системы:

1) Схемы с силовыми контроллерами.

2) Схемы с магнитными контроллерами.

3) Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи роторами.

4) Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи статора.

5) Системы с двигателями постоянного тока, управляемыми по системе Г-Д.

6) Системы с двигателями постоянного тока, управляемыми по системе ТП-Д.

Для правильного выбора электропривода необходимо тщательно разработать техническое задание, в котором должны быть отражены:

1) Характер статического момента;

2) Требования к регулировке скорости; диапазон и направление регулировки; плавность стабильность работы на искусственных характеристиках;

3) Условия пуска и торможения;

4) Количество включений в час и другие требования;

В первую очередь необходимо выяснить необходимость в регулировке скорости. При нерегулируемом приводе следует применять двигатели переменного тока как они наиболее просты, дешевы и надёжны в эксплуатации.

2. Расчетная часть

Исходные данные:

- грузоподъемность главного крюка Q = 50 т;

- масса крюковой подвески q = 1,5 т;

- скорость подъема главного крюка v_п = 0,16 м/c;

- скорость передвижения крана v_кр = 1,0 м/с;

- высота подъема главного крюка Н = 10 м;

- диаметр барабана лебедки крюка D = 800 мм;

- передаточное число редуктора i_р =41;

- передаточное число полиспаста i_п = 4;

- КПД механизма подъема под нагрузкой з_н = 0,87;

- КПД механизма подъема при холостом ходе з_х.х. = 0,48

- режим работы электрооборудования средний С;

- продолжительность включения привода механизма ПВ = 40%;

- наибольшее перемещение груза L = 60 м

- группа режима работы крана 5К

- группа режима работы механизма подъема 4М

2.1 Расчет статических нагрузок, построение нагрузочной диаграммы механизма подъема крана

Цель расчета: определение статических нагрузок, приведенных к валу двигателя, построение нагрузочной диаграммы механизма подъема крана для выбора электродвигателя.

Выбор мощности двигателя кранового механизма производят, исходя из нагрузочной диаграммы механизма, т.е. графика Р_c = ѓ(t) или М_с = ѓ(t) за цикл работы.

Во многих случаях построение точной нагрузочной диаграммы кранового механизма затруднительно из-за разнообразных и часто меняющихся операций, выполняемых краном. Основой для выбора мощности двигателя в таких случаях служит расчетный цикл, состоящий для механизма подъема из четырех рабочих операций: подъем и спуск номинального груза, подъем и спуск пустого грузозахватного приспособления.

2.1.1 Статическую мощность на валу электродвигателя подъемной лебедки при подъеме груза Р_ст.п, кВт, определяют по формуле

(1)

где Q - масса поднимаемого груза, кг;

q - масса крюковой подвески, кг;

v_п - номинальная скорость подъема груза, м/с;

m_п - коэффициент числа механизмов, поднимающих груз, для крюкового крана с одной лебедкой подъема m_п = 1;

з_н - КПД механизма при подъеме номинального груза;

з_х.х. - КПД механизма при холостом ходе.

2.1.2 Мощность на валу электродвигателя при подъеме пустого захватывающего приспособления Р_ст.х.х, кВт, определяют по формуле

(2)

2.1.3 Мощность на валу электродвигателя, обусловленная весом груза Р_гр, кВт, определяют по формуле

Р_гр = 9,81?(Q + q)·v_c·10 -³ (3)

где v_c = v_п = 0,77 м/с - скорость спуска

Р_гр = 9,81·(50000+1500)·0,16·10^-3 = 80,83 кВт

2.1.4 Мощность на валу электродвигателя, обусловленную силой трения Р_тр, кВт, определяют по формуле

Р_тр = (4)

Р_тр =

Так как выполняется условие Р_гр > Р_тр, следовательно, электродвигатель работает в режиме тормозного спуска.

2.1.5 Мощность на валу электродвигателя при тормозном спуске Р_т.сп., кВт, определяют по формуле

(5)

2.1.6 Мощность на валу электродвигателя во время спуска порожнего захватывающего приспособления Р_{с.ст.х.х.}, кВт, определяют по формуле

(6)

2.1.7 Для построения нагрузочного графика механизма подъема рассчитаем продолжительность каждой операции на всех участках расчетного цикла.

Время t_р1, с подъема груза на высоту Н, м, определяют по формуле

t_р1 = (7)

t_р1 =

Время t_о1, с, перемещения груза на расстояние L, м, определяют по формуле

t_о1 = (8)

t_о1 =

Время t_р2, с, спуска груза определяем по формуле (7), т.к. v_с = v_п = 0,077 м/с

=

Время на зацепление и отцепление груза принимаем t₀₂ = t₀₄ =200с

Время подъема порожнего крюка t_р3, с определяем по формуле (7)

t_р3 =

Время t₀₃, с, необходимое для возврата крана к месту подъема нового груза, определяем по формуле (8)

t₀₃ =

Время спуска порожнего крюка принимаем t_р4 = t_р3 = 62,5 с

2.1.8 Все расчетные данные сводим в таблицу 1. По данным таблицы 1 строим нагрузочную диаграмму механизма подъема крана

Таблица 1

Участки расчетного цикла

Параметр	Участки расчетного цикла
	Подъем груза	Пауза	Спуск груза	Пауза	Подъем крюка	Пауза	Спуск крюка	Пауза
Рс, кВт	92,91	0	68,75	0	4,9	0	0,19	0
t, c	62,5	40	62,5	200	62,5	40	62,5	200

2.1.9 Суммарное время работы электродвигателя за цикл Уt_р = t_р1 + t_р2 + t_р3 + t_р4 = 4?62,5 = 250 с

2.1.10 Суммарное время пауз Уt₀ = t₀₁ + t₀₂ + t₀₃ + t₀₄ = 40+40+200+200 = 480 с

2.1.11 Действительную продолжительность включения ПВ,% определяют по формуле

ПВ_р = (9)

где t_р - время работы, с; в данном случае t_р = Уt_р

t_ц - время цикла, с; в данном случае t_ц = У(t_р + t₀)

ПВ_р =

Рисунок 5 Нагрузочная диаграмма механизма подъема крана для расчетного цикла

2.1.12 Эквивалентную мощность Р_с.э, кВт, за суммарное время работы электродвигателя определяют по формуле

Р_с.э = (10)

где Р_с.i - значения статической мощности i-го участка нагрузочной диаграммы, кВт;

t_р.i - длительность операции i-го участка.

2.1.13 Эквивалентную мощность Р_с.э, кВт, пересчитывают на ближайшую стандартную продолжительность включения по формуле

Р_н.э = Р_с.э (11)

где ПВ_ст - стандартная продолжительность включения, %; ПВ_ст = 15, 25, 40, 60 %.

Р_н.э = 60,34

2.1.14 Расчетную мощность Р_р.дв, кВт, определяют с учетом коэффициента запаса по формуле

Р_р.дв = k_з•Р_н.э (12)

где k_з - коэффициент запаса, учитывающий дополнительную загрузку двигателя в периоды пуска и электрического торможения; k_з = 1,1…1,4.

Р_р.дв = 1,2•55,82 = 66,98 кВт

2.1.15 Расчетную угловую скорость вала двигателя щ_р.дв, с -¹, определяют по формуле

щ_р.дв = v•i_р·i_п/ R (13)

где v - скорость движения крюка, м/с; v = v_п = v_с = 0,077 м/c;

R - радиус барабана подъемной лебедки, м/с.

щ_р.дв = 0,16·41·4/ 0,4 = 65,6 с -¹

Расчетную частоту вращения вала двигателя n_р.дв, мин -¹, определяем из соотношения щ = р·n/30; n_р.дв = 30·щ_дв/р = 30·89,76/3,14 = 857,6 мин -¹.

2.1.16 Таким образом, имеем следующие расчетные данные для выбора электродвигателя

Р_р.дв = 66,98 кВт

n_р.дв = 626,4 мин -¹

2.2 Выбор типа электродвигателя и его проверка по условиям допустимой перегрузки и надежности пуска

Цель расчета: выбор типа электродвигателя кранового механизма и его проверка по условиям допустимой кратковременной перегрузки и надежности пуска.

2.2.1 Выбираем электродвигатель, исходя из следующих условий

Р_ном ? Р_р.дв

n_ном ? n_р.дв

Р_ном ? 66,98 кВт

n_ном ? 626,4 мин -¹

По справочнику [12] выбираем крановый электродвигатель c фазным ротором серии 4МТН225L6. Технические данные двигателя приведены в таблице 2

Таблица 2

Технические данные двигателя

Параметры двигателя	Значение параметра
Мощность, Рном, кВт	75
Частота вращения, nном, мин -1	582
Ток статора, I1, А	166
Коэффициент мощности, соsц	0,77
Ток ротора, I2, А	142
Напряжение ротора, U2, В	308
Максимальный момент, Мmax, Н·м	3480
Момент инерции, J, кг•м 2	6,3
Напряжение статора, U, В	380
Частота, ѓ, Гц	50
Продолжительность включения, ПВ, %	40

2.2.2 Двигатель удовлетворяет требованиям в отношении допустимой перегрузки, если выполняется условие

k_u· М_max ? М_с.max (14)

где k_u - коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей снижение напряжения сети на 10%, k_u = 0,8;

М_с.max - максимальное значение статического момента на валу двигателя, Н•м, определяемое по формуле

М_с.max = 9550• (15)

М_с.max = 9550•

0,8•3480 ? 2784 условие (14) выполняется

2.2.3 Правильно выбранный двигатель должен обеспечивать надежный разгон привода, для чего требуется выполнение условия

М_п.ср = (М₁ + М₂)/2 ?1,5М_с.max (16)

где М_п.ср - средний пусковой момент, Н•м;

М₁ - максимальный момент двигателя при пуске, Н•м;

М₁ = 0,8М_max = 0,8•3480 = 2784 Н•м;

М₂ - минимальный момент двигателя при пуске, Н•м,

М₂ = (1,1…1,2)М_ном;

М_ном - номинальный момент двигателя, Н•м, определяемый по формуле

М_ном = 9550• (17)

где Р_ном - номинальная мощность двигателя, кВт

М_ном = 9550•

М_п.ср = (2784 + 1353,73)/2 = 2124,73 Н•м

2068,86 < 2124,73 условие (16) не соблюдается

то есть выбранный двигатель не обеспечивает надежного пуска двигателя, следовательно, необходимо выбрать двигатель большей мощности и с большим номинальным моментом. По справочнику [12] выбираем двигатель типа 4МТН280S6, его технические данные заносим в таблицу 3

Таблица 3

Технические данные двигателя

Параметры двигателя	Значение параметра
Мощность, Рном, кВт	110
Частота вращения, nном, мин -1	584
Ток статора, I1, А	266
Коэффициент мощности, соsц	0,7
Ток ротора, I2, А	250
Напряжение ротора, U2, В	272
Максимальный момент, Мmax, Н•м	4560
Момент инерции, J, кг•м 2	10,2
Напряжение статора, U, В	380
Частота, ѓ, Гц	50
Продолжительность включения, ПВ, %	40

2.2.4 Для выбранного двигателя вновь производим проверку по условиям допустимой кратковременной перегрузки и надежности пуска по формулам (14) и (16)

0,8·2160 > 715,4 условие (14) соблюдается

М_ном =9550·

М₁ = 0,8·4560 = 3648 Н·м

М₂ = 1,1·1798,8 = 1978,68 Н·м

М_п.ср = (М₁ + М₂)/2 =(3648 + 1978,68)/2 = 2124,73 Н·м

2813,34 > 2124,73условие (16) соблюдается

Для надежности пуска необходимо, чтобы выполнялось еще одно условие

М₂ ?1,2М_с.max (18)

1978,68 > 1699,78 условие (18) соблюдается

Таким образом, электродвигатель 4МТН280S6 удовлетворяет всем условиям выбора и пригоден для использования в качестве электропривода механизма подъема крана.

2.3 Расчет, разбивка и выбор пускорегулировочных резисторов

Цель расчета: определение сопротивления ступеней, вводимых в цепь ротора двигателя при пуске и регулировании скорости; выбор типового комплекта резисторов для электропривода кранового механизма.

Исходные данные: технические характеристики выбранного электродвигателя (таблица 3); электрическая схема электропривода кранового механизма.

Для крановых электроприводов с асинхронными фазными двигателями промышленностью выпускаются типовые комплекты крановых резисторов.
При использовании серийных панелей управления и контроллеров расчет резисторов осуществляется в соответствии с обеспечиваемыми ими типовыми механическими характеристиками по таблицам разбивки сопротивлений, приведенными в справочнике [12].

2.3.1 Управление электроприводом механизма подъема рассматриваемого крана производится с помощью магнитного контроллера типа ТСД160, имеющего технические данные, приведенные в таблице 4.

Таблица 4

Параметры магнитного контролера

Система управления	Меха-низм	Максимальная, нулевая защита	Число управляемых двигателей	Диапазон регулирования скорости	Тип магнитного контроллера	Ном. Ток режима ПВ= 100%, А	Наибольший ток,А	Наибольшая расчетная мощность двигателя, кВт
								1М-3М	4М	5М
МКД-АДФ	Подъем крюковой		1	1:8	ТСД250	250	1100	140	110	90

2.3.2 Чтобы определить сопротивления ступеней резисторов необходимо:

- установить базисные значения параметров двигателя, принимаемые за 100%;

- по таблицам справочника [12] найти относительные значения сопротивлений ступеней резисторов;

- вычислить их абсолютные значения.

За базисные принимают значения параметров двигателя, соответствующие расчетной мощности, найденной по формуле (12). По расчетной мощности определяют расчетный ток резисторов I_р, А, по формуле

I_р = I₂ (19)

где I₂ - номинальный ток ротора электродвигателя, А;

Р_ном - номинальная мощность двигателя, кВт

Сопротивления ступеней R_ст, Ом, определяют по формуле

R_ст = R_ном (20)

где R_ном - номинальное сопротивление двигателя, Ом;

R_ст% - сопротивление ступени в процентах, определяемое по таблица справочника [12].

Номинальное сопротивление двигателя с фазным ротором R_ном, Ом, определяют по формуле

R_ном = (21)

где Е_2ном = U₂ - напряжение заторможенного ротора, В.

2.3.3 Расчетный ток резистора I_р, А, определяем по формуле (19)

Номинальное сопротивление R_ном, Ом, определяем по формуле (21)

Согласно справочнику [12] для магнитного контроллера ТСД160 находим разбивку сопротивлений ступеней резисторов и определяем сопротивление каждого резистора (в одной фазе) по формуле (20). Результаты расчета заносим в таблицу 5.

R_ст = 0.62

R_ст = 0.62

R_ст = 0.62

R_ст = 0.62

R_ст = 0.62

Таблица 5

Данные ступеней

Обозначения ступеней	Rст, %	Rст, Ом
Р1 - Р4	14	0,08
Р4 - Р10	39	0,24
Р10 - Р13	86	0,53
Р13 - Р16	76	0,43
Общее	215	1,33

2.3.4 После определения сопротивления ступеней необходимо найти их токовую нагрузку. Для этого определяют среднюю мощность потерь Р_р.р, кВт: в резисторах в схемах с динамическим торможением по выражению

, (22)

В схемах с торможением противовключением среднюю мощность потерь Р_р.р, кВт, определяют по формуле

, (22а)

где а - коэффициент использования, для всех кранов, кроме металлургических, а = 1; для металлургических а = 1,3

з_дв - КПД электродвигателя, з_дв = з_ном = 0,9; рассчитывается по формуле

, (23а)

Р_ст - статическая мощность на валу электродвигателя механизма подъема,Р_ст = Р_ст.п = 72,66 кВт;

е_р - фактическая относительная продолжительность включения электропривода, в рассматриваемом случае е_р = 0,4;

k_т - коэффициент нагрузки, зависящий от режима работы; по справочнику

[12] для АД с фазным ротором и динамическим торможением для механизма подъема, работающего в режиме С (4М) k_т = 1,3;

з_экв.б - базисный КПД электропривода, учитывающий систему электропривода; по справочнику [12] з_экв.б = 0,81;

з_экв - эквивалентный КПД, характеризующий энергетические свойства электропривода, определяемый по формуле

(23)

где з_экв.N - эквивалентный КПД, определяемый по графикам справочника [12] при числе пусков N = 120 з_экв.N = 0,8;

n_max - синхронная частота вращения двигателя, для рассматриваемого двигателя n_max = 1000 мин -¹;

J_дв - момент инерции двигателя, кг·м ²;

J_общ - суммарный момент инерции, кг·м ², определяемый по формуле

(24)

Среднюю расчетную мощность резистора (в трех фазах) Р_р.р, кВт, определяем по формуле (22)

На одну фазу приходится 19,3/3 = 6,46 кВт

2.3.5 Расчетный тепловой ток продолжительного режима работы резистора I_р.т, А, определяют по формуле

 (25)

где R_%, I_% - относительные значения сопротивления ступени и тока нагрузки, %, определяемые по справочнику [12] и приведенные в таблицах 5, 6.

Таблица 6

Данные ступеней

Обозначение ступеней	Iст, %	Iст, А
Р1 - Р4	52	79,56
Р4 - Р10	17,7	27,08
Р10 - Р13	22,5	34,42
Р13 - Р16	42	64,26

Значения расчетных токов нагрузки ступеней резисторов I_ст, А, определяют по формуле

(26)

Результаты расчетов по формуле (26) заносим в таблицу 6.

2.3.6 В соответствии с расчетными данными по справочнику [12] выбираем ящики резисторов с чугунными элементами типа ЯС-100, имеющие технические данные, приведенные в таблице 7.

Таблица 7

Параметры ящика

Номер ящика	Продолжи тельный ток, А	Сопротивление ящика, Ом	Сопротивление элемента, Ом	Число элементов	Тип Ящика	Масса ящика, кг	Количество ящиков на одну фазу
5	215	0,1	0,005	20	ЯС-100	38,5	1

2.3.7 Фактические значения ступеней резисторов отличаются от расчетных. Рассчитаем отклонения сопротивлений от расчетных значений по формуле (27) и данные расчета занесем в таблицу 8.

R_% = (27)

R%=

R%=

R%=

R%=

Таблица 8

Данные ступеней

Ступени	Rрасч, Ом	Rфакт, Ом	R%, %
Р1 - Р4	0,08	0,005	0,93
Р4 - Р10	0,24	0,02	0,91
Р10 - Р13	0,53	0,04	0,92
Р13 - Р16	0,48	0,035	0,92
Итого	1,33	0,1	3,68

Согласно справочнику [12] допускаются отклонения:

- пускорегулировочных ступеней +20…-10%;

- общего сопротивления ± 5%.

В данном случае отклонения сопротивлений не превышают допустимых пределов. Резисторы по току недогружены. Следовательно, резисторы выбраны правильно.

2.4 Расчет и выбор аппаратов защиты и управления

Цель расчета: рассчитать и выбрать аппараты защиты и управления силовой части электропривода: автоматического выключателя, реле максимального тока, контактора.

Исходные данные: номинальные данные двигателя - таблица 3

- упрощенная электрическая схема силовой части ЭП механизма - рисунок 4

Рисунок 4 Упрощенная электрическая схема силовой части ЭП механизма крана

2.4.1 Выбор автоматического выключателя. Автоматические выключатели осуществляют защиту электрических цепей от токов коротких замыканий (электромагнитными расцепителями) и от токов перегрузки (тепловыми расцепителями).

Условия выбора. К выбору автоматических выключателей предъявляют следующие требования:

номинальное напряжение выключателя U_н, В, не должно быть ниже напряжения сети U_с, В

U_н ? U_с (28)

- номинальный ток выключателя I_н.а, А, не должен быть меньше максимального рабочего тока I_{р max}, А, длительно протекающего в линии, защищаемой автоматическим выключателем

I_н.а ? I_р.max (29)

номинальный ток расцепителя I_нр, А, должен быть не меньше максимального рабочего тока I_{р max}, А, длительно протекающего в линии, защищаемой автоматическим выключателем

I_{н р} ? I_{р max} (30)

ток срабатывания электромагнитного расцепителя (мгновенного действия типа отсечки) I_{с э р}, А, выбирают, исходя из условия:

для АД с фазным ротором и ДПТ

I_{с э р} ? (2,5…3)I_{н дв} (31)

где I_{н дв} - номинальный ток двигателя при выбранной продолжительности включения, А; I_н.дв = I_н.дв40%

Максимальный рабочий ток I_{р max}, А принимают равным I_{р max} = 1,25I_дл

Длительный ток I_дл, А, в линии с АД с фазным ротором, работающем в повторно-кратковременном режиме, определяют по формуле

, (32)

где ПВ - продолжительность включения в относительных единицах.

з _ном - номинальный КПД двигателя.

Выбор автоматического выключателя QF1. Данный автоматический выключатель предназначен только для защиты от токов коротких замыканий, поэтому выбираем выключатель с электромагнитными расцепителями, обеспечивающими мгновенную токовую отсечку.

Длительный ток, I_дл, А, протекающий в линии, определяем по формуле (32)

Максимальный рабочий ток I_{р max} = 1,25 ? 173,56 = 216,95 А.

Номинальный ток двигателя в режиме ПВ = 40 % I_н.дв40% = 250 А (таблица 3)

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя I_с.э.р, А, определяем из условия (31)

I_{с э р} ? 3? 250 = 750 А

Номинальный ток расцепителя I_{н р}, А, определяем согласно условию (30)

I_{н р} ? 250 А

Таким образом, имеем следующие расчетные данные для выбора автоматического выключателя QF1

U_c = 380 В

I_{н р} ? 250 А

I_{с э р} ? 750 А

По справочнику (3) выбираем автоматический выключатель типа ВА 51-33 с электромагнитным расцепителем мгновенного действия. Расчетные и каталожные данные выбранного выключателя приведены в таблице 9

Таблица 9

Сравнение данных аппарата с расчетными данными

Данные аппарата	Расчетные данные
380 В =	380 В
Iн.в = 250 А >	Iр.max = 216,95 А
Iн.р = 250 А >	Iр.max = 216,95 А
Ic.о = 10?250 = 3000 А >	Iс.э.р = 750 А

Условия (1), (2), (3) соблюдены, следовательно, автоматический выключатель выбран правильно.

2.4.2 Выбор реле максимального тока. В крановом электроприводе защиту от токовых перегрузок осуществляют с помощью реле максимального тока. Тепловые реле не применяют из-за инерционности срабатывания: при работе двигателя в повторно-кратковременном режиме это может приводить к ложным отключениям.

Условия выбора. При выборе реле максимального тока должны обеспечиваться следующие условия:

I_н.р ? I_н.дв, (33)

- для АД с фазным ротором

I_уст ? (2…2,5)I_н.дв, (34)

где I_н.р - номинальный ток реле, А;

I_н.дв - номинальный ток двигателя, А. Для двигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме I_н.дв = I_{н.дв 40%};

I_уст - ток уставки срабатывания реле, А

Выбор реле максимального тока КА1…КА3. Номинальный ток реле I_н.р, А определяем из условия (33)

I_н.р > 250 А

Ток уставки реле I_уст, А, определяем из условия (34)

I_уст > 2? 250 = 500 А

По справочнику [12] выбираем реле максимального тока типа РЭО 401 с номинальным током катушки при ПВ = 40 % 240 А и пределами регулирования тока срабатывания 210…640 А.

2.4.3 Выбор контактора

Условия выбора. При выборе контакторов и магнитных пускателей должны соблюдаться следующие условия:

U_н ? U_с

I _н ? I_р.max (35)

I_вкл ? I_{п дв} (36)

где U_н - номинальное напряжение аппарата, В;

U_с - напряжение сети, В;

I _н - номинальный длительный ток аппарата, А;

I_р.max - максимальный рабочий ток, равный суммарному номинальному току двигателей, подключенных к данному аппарату, А;

I_вкл - номинальный ток включения пускателя или контактора, А; для двигателей, работающих в режиме нормальных коммутаций I_вкл = 6·I _н. Для некоторых аппаратов I_вкл, А задается в каталогах;

I_п.дв - пусковой ток двигателя, А.

Кроме перечисленных условий необходимо учитывать:

- количество требующихся по схеме силовых контактов, а также вспомогательных контактов (замыкающих и размыкающих) в цепях управления;

- наличие или отсутствие тепловых реле и реверса;

- категорию коммутационной стойкости;

- способ монтажа.

Выбор контактора КМ1. Максимальный рабочий ток I_р.max, А, в данном случае равен номинальному току двигателя в режиме ПВ = 40 %

I_р.max = I_{н.дв 40%} = 250 А

Пусковой ток двигателя с фазным ротором принимают равным

I_п.дв = 2I_н.дв40% =2? 142 = 284 А

Согласно выше перечисленным условиям имеем следующие расчетные данные для выбора контактора КМ1, находящегося в силовой цепи переменного тока:

U_н ? 380 В

I _н ? 250 А

I _вкл ? 500 А

Согласно схеме электропривода (графическая часть проекта) количество требующихся силовых контактов - 2; вспомогательных: 2 замыкающих и 2 размыкающих. По [12] категория коммутации - АС2 (главные контакты, пуск двигателя с фазным ротором). Выбираем способ монтажа контактора - передний монтаж на панели.

По справочнику [12] выбираем контактор типа КТ 6000, предназначенный для коммутации главных (силовых) цепей переменного тока и имеющий два главных замыкающих контакта. Основные технические данные контактора приведены в таблице 10.

Таблица 10

Параметры контактора

Обозначение по схеме	Тип контактора	Iном, А	Uном, В	Число главных контактов	Собственное время, с	Категория коммутац. стойкости	Количество
					втягивания	отпадания
КМ1	КТ-6032	250	380	2	0,04	0,02	АС2	1

2.5 Расчет и выбор питающих линий

Цель расчета: произвести выбор двух силовых кабелей:

1- от ввода до панели магнитного контроллера;

2- от панели магнитного контроллера до двигателя

Исходные данные: номинальные данные двигателя - таблица 3;

первый кабель: длина l₁ =5 м; прокладка - стационарная в трубе;

второй кабель: длина l₂ = 30 м; прокладка - открытая на подвесках, так как двигатель расположен на передвижной тележке крана.

Условия выбора. Выбор кабелей производится, исходя из условия нагрева длительным током с последующей проверкой на допустимую потерю напряжения ДU,%.

При выборе проводов и кабелей должно соблюдаться условие

I_доп ? I_р (37)

где I_р - длительный расчетный ток линии, А;

I_доп - допустимый ток кабеля или провода с учетом продолжительности включения при повторно- кратковременном режиме, А.

Так как крановые электроприводы эксплуатируются в повторно-кратковременном режиме, медные провода и кабели сечением 10 мм² и более и алюминиевые сечением 16 мм² и более могут быть нагружены в к раз больше номинального. Коэффициент к определяют по формуле

к = 0,875/vПВ/100 (38)

где ПВ - продолжительность включения, %

Проверку на потерю напряжения ?U, % в проводах и кабелях осуществляют по формулам

- для переменного тока

?U% = (39)

- для постоянного тока

?U% = (40)

где I_max - максимальный ток нагрузки, А;

l - длина провода (кабеля), м;

у - удельная проводимость материала провода (кабеля), м/(Ом?мм ²). Для меди у = 57 м/(Ом·мм ²); для алюминия у = 35 м/(Ом·мм ²);

соsц - коэффициент мощности двигателя или трансформатора;

S - сечение кабеля (провода), мм ².

Выбор кабеля 1. В данном случае I_р = 142 А, следовательно, для выбираемого кабеля I_доп ? 142 А.

В связи с тем, что краны при работе создают вибрацию, ударные сотрясения крановую электропроводку согласно ПУЭ выполняют проводами и кабелями с медными жилами сечением не менее 2,5 мм². По справочнику [1] выбираем провод марки ПРТО с медными жилами с резиновой изоляцией, предназначенный для прокладки в трубе с сечением жилы 50 мм² и допустимым током I_доп = 170 А.

Коэффициент к, определяем по формуле (38)

к =

По справочнику [1] выбираем провод меньшего сечения 35 мм² с допустимым током I_доп = 125 А. Учитывая коэффициент к = 1,39, данный провод может быть нагружен током I_доп = 125? 1,39 = 173,8 А, что больше расчетного 142 А.

Для выбранного сечения провода определим потерю напряжения ?U% по формуле (39).

Максимальный ток нагрузки I_max, А, в данном случае равен пусковому току двигателя I_max = I_п.дв = 500 А.

?U% =

Выбор кабеля 2. Длительный расчетный ток I_р = 142 А, следовательно, для выбираемого кабеля I_доп ? 142 А. По справочнику [1], учитывая расположение двигателя на передвижной тележке, выбираем кабель марки КРПТ - гибкий шланговый с медными жилами с резиновой изоляцией для передвижных электроустановок, трехжильный с сечением жилы 35 мм² и допустимым током I_доп = 160 А. Применяя коэффициент к = 1,39, выбираем кабель меньшего сечения 25 мм² с допустимым током I_доп = 105 А, который может быть нагружен током I_доп = 105 ? 1,39 = 146 А, что меньше расчетного 142 А.

Для выбранного сечения кабеля определим потерю напряжения ?U% по формуле (39)

?U% =

Согласно ПУЭ [9] напряжение на зажимах электродвигателя при всех режимах работы крана не должно быть ниже 85 % номинального. Потеря напряжения ?U% в крановой сети при прохождении пусковых, тормозных и рабочих токов не должна превышать 8…12 % из условия сохранения достаточной перегрузочной способности АД, нормальной работы электромагнитов и электрических аппаратов управления. Общая допустимая потеря напряжения распределяется следующим образом: до главных троллеев 4…5 %, в главных троллеях - 3…4 %, в крановой сети - 1…3 %.

Для рассматриваемого случая потеря напряжения в крановой сети составила 0,31 +2,68 = 2,99 %, что находится в пределах допустимого значения 3 %.

Следовательно, выбранные провода и кабель удовлетворяют как условию нагрева длительным расчетным током, так и условию допустимой потери напряжения и могут быть использованы для питания кранового электропривода.

2.6 Описание схемы управления электроприводом

Схема управления должна обеспечивать: алгоритм работы привода, точность остановки за счет рабочего и аварийного торможения, технологические блокировки и блокировки с другими электроприводами, сигнализацию, все, необходимые для нормальной эксплуатации, виды защит.

Описание схемы можно осуществлять по назначению элементов или по ее работе в различных режимах.

2.7 Спецификация электрооборудования

В конце расчетной части необходимо привести спецификацию электрооборудования, выбранного в проекте. Форма и образец заполнения приведены в таблице 11

Таблица 11

Перечень аппаратов

Позиция по схеме	НАИМЕНОВАНИЕ	ТИП	Технические данные	Количество
М1	Электродвигатель	4MTH355S10	110кВт, 380 В	1
	Контролер	МКД-АДФ	250 А	1
R	Резистор пускорегулировочный	ЯС -100	215 А	3
QF1	Выключатель автоматический	ВА 51-33	250 А, 380В	1
КА1-КА3	Реле максимального тока	РЭО 401	240 А	3
КМ1	Контактор	КТ 6000-УЗ	250 А, 380 В	1
	Кабель	КРПТ	1(3 Ч 25)	24 м
	Провод	ПРТО	3(1Ч35)	4 м

3. Техника безопасности при эксплуатации и ремонтах электрооборудования мостового крана

Безопасная эксплуатация кранов зависит от их исправности, правильно выполненного заземления, соблюдения необходимых условий при ремонте, а также от правильной эксплуатации кранов.

Заземление металлоконструкций мостовых кранов и установленного на них электрооборудования можно выполнять через подкрановые пути. Заземление тележек на кранах обеспечивается контактом через рельсы и ходовые колеса.

Присоединение заземляющего провода к рельсовым путям крана должно выполняться при помощи сварки, а присоединение к корпусам электродвигателей, аппаратов и т.п. -- болтовыми соединениями, обеспечивающими надежность контакта (контргайки, контрящие шайбы).

В тех случаях, когда электрооборудование крана установлено на его заземленной металлоконструкции и между ними имеется надежный контакт, при котором заморенное сопротивление заземления не превышает установленной нормы, присоединение добавочных заземляющих проводников не обязательно. При управлении краном (электроталью) с пола корпуса кнопочных аппаратов управления, выполненные не из изоляционного материала, должны быть заземлены не менее чем двумя проводниками: жилой гибкого кабеля и тросиком, прикрепленным с наружной стороны гибкого кабеля.

В электролизных установках мостовые краны обслуживают ряд электролизеров (ванн), работающих под напряжением 500 В и выше. На этих кранах Правилами предусматривается устройство трехступенчатой изоляции грузозахватного органа от земли. Необходимость такой изоляции вызывается рядом причин, одной из которых является возможность поражения током обслуживающего персонала при одновременном прикосновении к крюку крана и электролизеру во время работы. Изоляция также предохраняет от возникновения токов короткого замыкания, что может привести к несчастным случаям и вызвать повреждение оборудования.

Ремонт крана. Вывод крана в ремонт производится лицом, ответственным за содержание крана в исправном состоянии, в соответствии с графиком ремонта, утвержденным руководством цеха, предприятия. До начала ремонта должен быть выдан наряд-допуск в порядке, установленном на предприятии. В наряде-допуске указываются меры по созданию безопасных условий выполнения ремонта. В частности, указываются меры по предупреждению поражения ремонтного персонала током, падения с высоты, наезда работающего крана на ремонтируемый, по предупреждению выхода ремонтного персонала на крановые пути действующих кранов. Дата и время вывода крана в ремонт и фамилия ответственного за его проведение должны быть указаны в наряде-допуске и в вахтенном журнале крановщика.

Без наряда-допуска допускается производить профилактический осмотр крана, а также устранение неисправностей по вызову крановщика. Использование крана для работы во время его ремонта недопустимо,

При установке крана на ремонт он должен с обеих сторон ограждаться упорами (при работе на одном крановом пути нескольких кранов). При ремонте тележки расстояние между настилом рамы тележки и перекрытием цеха должно быть не менее 1800 мм. Обеспечивается это путем установки тележки в проеме между строительными фермами. При ремонте механизмов тележки устраиваются подмости. Если во время ремонта на кране находится крановщик, то он обязан выполнять указание лица, производящего осмотр (ремонт), включать рубильник и механизмы лишь по его указанию.

Запрещается:

1) оставлять на кране инструмент, приспособления, незакрепленные детали или узлы;

2) бросать на настил рамы, рабочую и троллейную площадки детали или узлы;

3) сбрасывать что-либо вниз;

4) чистить и ремонтировать, а также открывать во время работы крана для осмотра пусковые резисторы, защитную панель, контроллеры и другое находящееся на кране оборудование;

5) выполнять при включенном рубильнике ремонтные работы, где имеется электрооборудование (при необходимости работы под током следует пользоваться резиновыми перчатками, галошами и другими защитными приспособлениями);

6) устанавливать снятые на время ремонта ограждения и смазывать все механизмы после пробного пуска механизмов;

7) проверять наличие тока прикосновением к токоведущим частям крана (для этой цели следует пользоваться токоискателем);

8) применять защитные средства, имеющие проколы, трещины.

Во время осмотра и чистки резисторов следует иметь в виду следующее: в большинстве случаев резисторы поставляются и монтируются открытыми, т.е. находящиеся под напряжением их части (элементы, соединительные шины, выводные зажимы и т.д.) доступны прикосновению и опасны для обслуживающего персонала; температура элементов резистора при работе настолько высока, что прикосновение к их поверхности может вызвать сильный ожог. Поэтому перед началом ремонтных работ все элементы необходимо обесточить. Делать это надо только отключением главного рубильника. Постановка контроллера в нулевое положение не является надежным средством отключения, так как часть проводов может оказаться неотключенной.

При ремонте двигателя он должен быть отключен всеми имеющимися в его цепи аппаратами (рубильниками, магнитным пускателем, контроллером) и предохранители должны быть сняты. Если двигатель, снимается для ремонта, то концы отсоединенных проводов следует заизолировать.

Заключение

В данном проекте рассмотрен электропривод механизма подъема мостового крана: назначение, устройство, техническая характеристика, кинематическая схема, требования, предъявляемые к электроприводу механизма.

Мостовой кран служит для перемещения грузов по цеху, складу или иному производственному помещению.

Общее устройство мостового крана состоит из одно- или двухбалочного моста, перемещающейся по нему грузовой тележке. Как на мосту, так и на тележке установлено необходимое электрооборудование и механические узлы. Управляется механизм из подвесной кабины или с пульта.

Технические характеристики мостового крана:

- грузоподъемность главного крюка Q = 50 т;

- масса крюковой подвески q = 1,5 т;

- скорость подъема главного крюка v_п = 0,16 м/c;

- скорость передвижения крана v_кр = 1,0 м/с;

- высота подъема главного крюка Н = 10 м;

- диаметр барабана лебедки крюка D = 800 мм;

Кинематическая схема механизма подъема груза.

Механизм состоит из четырех основных блоков-узлов: электродвигателя, тормоза, редуктора и барабана, связанных между собой муфтами. При такой конструкции механизма возможна быстрая смена одного или нескольких узлов.

Наличие муфты с промежуточным валом между электродвигателем и редуктором компенсируют неточности изготовления и монтажа, а также деформации во время работы.

Требования, предъявляемые к электроприводу механизма.

1. Регулирование угловой скорости двигателя в сравнительно широких пределах.

2. Обеспечение необходимой жесткости механических характеристик привода.

3. Ограничение ускорений до допустимых пределов при минимальной длительности переходных процессов.

4. Реверсирование электропривода и обеспечение его работы, как в двигательном, так и в тормозном режиме.

В расчетной части проекта мной был выбран двигатель(4МТН355S10) мощностью 110кВт, контролер(МКД-АДФ) расчитаный на 250А, резистор(ЯС-100) расчитаный на 215А, автоматический выключатель(ВА 51-35) расчитаный на 250А, реле максимального тока(РЭО-401) расчитаный на 250А, контактор(КТ-6032) расчитаный на 250А.

Необходимо соблюдать технику безопасности с целью предотвратить несчастные случаи, поломку оборудования, аварии на производстве.

Список использованных источников

1. Алиев И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд.,доп. М.: Высш. шк., 2000. 255 с.

2. Беляев А. В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 176 с.

3. Зимин Е. Н. и др. Электрооборудование промышленных предприятий и установок: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1981. 552 с.

4. Зюзин А. Ф. и др. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования - М.: - Высшая школа, 1980.

5. Ключев В. И., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник...