Розробка та дослідження електроприводу механізмів переміщення підйомного крану

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

Київський політехнічний інститут

Кафедра автоматизації електромеханічних систем та електроприводу

Напрям підготовки: 6.050702

Спеціальність АЕМСЕП

КУРСОВА РОБОТА

З дисципліни:

Електропривод та автоматизація загальнопромислових механізмів

На тему:

Розробка та дослідження електроприводу механізмів переміщення підйомного крану

Студента Кавраського Я.В.

3 курсу ЕП-22 групи

Керівник доц.,

к.т.н., Печеник М.В.

Київ - 2015 рік



ВИХІДНІ ДАНІ РОБОТИ:

Найменування параметру	Значення параметру
Номінальна вантажопідйомність, Н		36000
Вага моста, Н		52000
Вага візка, Н		2100
Номінальна швидкість руху, м/с		2.2
Задане прискорення, м/с2		0.4
Діаметр ходового колеса, м		0.8
Передаточне число		11
Діаметр цапфи, м		0.08
Тривалість ПВ, %	ПВ	40
Число включень, 1/ч	h	100
ККД механізму	м	0.8
Тертя ребер колеса по направляючим		1.5
Тертя кочення	f
Тертя в опорах ходових колес		0.02

Календарний план

(відповідно до РСО)

№ п/п	Назва пунктів курсової роботи (проекту)	Строк виконання роботи (проекту)	Бали, нараховані за виконання календарного плану	Підпис викладача
	Вступ, стисла характеристика тех. процесу	9.02.15
	Аналіз систем ЕП, вимоги до ЕП	16.02.15
	Обґрунтування та вибір системи електроприводу	16.02.15
	Вибір силової частини електроприводу	23.02.15
	Дослідження динамічних режимів при коливанні навантаження	1.03.15
	Розробка схеми електричної-принципової	9.03.15
	Розробка схеми електричних з'єднань	9.03.15
	Висновок по роботі, оформлення КР	16.03.15
	Захист роботи	(16-23).03



Зміст

Реферат

Вступ

1. Коротка характеристика мостового крана

1.1 Загальна характеристика мостового крану

2. Вимоги до систем електроприводу

2.1 Вимоги технологічного процесу

2.2 Вимоги до електрообладнання та системи ЕП

3. Аналіз систем електроприводу

4. Обґрунтування та вибір системи електроприводу

5. Вибір силової частини електроприводу

5.1 Розрахунок потужності двигуна

5.2 Вибір силового перетворювача

5.3 Вибір комутуючої апаратури

6. Дослідження динамічних режимів при коливанні навантаження

7. Розробка електричних схем

7.1 Схема електрична-принципова

7.2 Схема електричних з'єднань

Висновок

Перелік посилань



Реферат

Курсова робота містить: 38 сторінок, 14 рисунків, 4 таблиці, 11 джерел

Об'єктом дослідження даної курсової роботи є системи електроприводу механізмів переміщення підйомного крану. Метою роботи є ознайомлення з сучасними системами керування механізмів кранів, розробка та дослідження системи керування приводом мостового крану на сучасній елементній базі. Усі дослідження були виконані за допомогою персонального комп'ютера та програмного пакету MATLAB. При виконанні даної роботи широко використовувалися знання та навички набуті при вивченні таких дисциплін як: електропривод загальнопромислових установок, моделювання електромеханічних систем, теорія електроприводу, електроніка та інші.

Мостовий кран, системи керування, розрахунок потужності двигуна, перетворювач частоти, асинхронний двигун, схема електрична-принципова, схема електрична-монтажна, моделювання динамічних процесів.



ВСТУП

Кранами називаються вантажопідйомні пристрої, що служать для вертикального і горизонтального переміщення вантажів на великі відстані. За особливостями конструкцій, пов'язаних з призначенням та умовами роботи, крани поділяються на мостові, портальні, козлові, баштові та ін У цехах підприємств електромашинобудування найбільшого поширення набули мостові крани, за допомогою яких проводиться підйом і опускання важких заготовок, деталей і вузлів машин, а також їх переміщення вздовж і впоперек цеху. Вид мостового крана в основному визначається специфікою цеху і його технологією, однак багато вузлів кранового устаткування, наприклад механізми підйому та пересування, виконуються однотипними для різних різновидів кранів.

На електричних кранах встановлюють електродвигуни, пускові та регулювальні опору, гальмові електромагніти, контролери, захисну, пускорегулюючі, сигнальну, блокіровочну і освітлювальну апаратуру, кінцеві вимикачі, струмознімачі. Харчування на кран подається або через тролейні провідники, нерухомо закріплені на будівельних конструкціях, і струмознімачі, закріплені на крані, або за допомогою гнучкого шлангового кабелю. Електродвигуни, апарати і електропроводку кранів монтують у виконанні, що відповідає умовам навколишнього середовища. Залежно від виду вантажів, що транспортуються на мостових кранах використовують різні вантажозахоплювальні пристрої: гаки, магніти, грейфери, кліщі і т.п. У зв'язку з цим розрізняють крани крюки, магнітні, грейфери, кліщові й т.п. Найбільшого поширення набули крани з крюковою підвіскою або з підйомним електромагнітом, що служить для транспортування сталевих листів, стружки та інших феромагнітних матеріалів. У всіх типів кранів основними механізмами для переміщення вантажів є підйомні лебідки та механізми пересування. По вантажопідйомності мостові крани умовно поділяють на малі (маса вантажу 5-10 т.), середні (10-25 т.) та великі (понад 50 т.). Переміщення вантажів, пов'язане з вантажопідйомними операціями, у всіх галузях народного господарства, на транспорті і в будівництві здійснюється різноманітними вантажопідйомними машинами. Вантажопідйомні машини служать для вантажно-розвантажувальних робіт, переміщення вантажів в технологічному ланцюгу виробництва або будівництва та виконання ремонтно-монтажних робіт з великогабаритними агрегатами.

Вантажопідйомні машини з електричними приводами мають надзвичайно широкий діапазон використання, що характеризується інтервалом потужностей приводів від сотень ватів до 1000кВт. У перспективі потужності кранових механізмів може дійти до 1500 -2500 кВт. Мостові крани в залежності від призначення і характеру виконуваної роботи постачають різними вантажозахоплювальними пристроями: гаками, грейферами, спеціальними захопленнями і т.п. Мостовий кран досить зручний для використання, тому що завдяки переміщенню по кранових коліях, розташованих у верхній частині цеху, він не займає корисної площі. Електропривод більшості вантажопідйомних машин характеризується повторно - короткочасному режимом роботи при більшій частоті включення, широкому діапазоні регулювання швидкості і постійно виникаючих значних перевантаженнях при розгоні і гальмуванні механізмів.

Особливі умови використання електроприводу у вантажопідйомних машинах стали основою для створення спеціальних серій електричних двигунів і апаратів кранового виконання. В даний час кранове електрообладнання має у своєму складі серії кранових електродвигунів змінного і постійного струму, серії силових і магнітних контролерів, командоконтролерів, кнопкових постів, конечних вимикачів, гальмових електромагнітів і електрогідравлічних штовхачів, пускотормозних резисторів і ряд інших апаратів, комплектуючих різні кранові-електроприводи.



1. Коротка характеристика мостового крана

Електричні підйомні крани - це пристрої служать для вертикального і горизонтального переміщення вантажів. Рухома металева конструкція з розташованою на ній підйомної лебідкою є основними елементами підйомного крана. Механізм підйомної лебідки приводиться в дію електричним двигуном. Підйомний кран являє собою вантажопідйомну машину циклічної дії, призначену для підйому і переміщення вантажу, утримуваного вантажозахватних пристроєм (гак, грейфер). Він є найбільш поширеною вантажопідйомної машиною.

Мостовий кран (мал. 1) являє собою міст, що переміщається по кранових колій на ходових колесах, які встановлені на кінцевих балках. Шляхи укладаються на підкранові балки, які спираються на виступи верхньої частини колони цеху. Механізм пересування крана встановлений на мосту крана. Управління всіма механізмами відбувається з кабіни прикріпленою до мосту крана. Живлення електродвигунів здійснюється за цеховим тролеїв. Для підведення електроенергії застосовують струмозніманні ковзного типу, прикріплені до металоконструкції крана.

У сучасних конструкціях мостових кранів струмопровід здійснюється за допомогою гнучкого кабелю. Привід ходових коліс здійснюється від електродвигуна через редуктор і трансмісійний вал. Будь-який сучасний вантажопідйомний кран відповідно до вимог безпеки, може мати для кожного робочого руху в трьох площинах, такі самостійні механізми: механізм підйому - опускання вантажу, механізм пересування крана в горизонтальній площині і механізми обслуговування зони роботи крана (пересування візка).

Вантажопідйомні машини виготовляють для різних умов використання: за ступенем завантаження, часу роботи, інтенсивності ведення операцій, ступеня відповідальності вантажопідйомних операцій і кліматичних факторів експлуатації. До основних параметрів механізму підйому відносяться: вантажопідйомність, швидкість підйому гака, режим роботи, висота підйому вантажозахоплювального пристрою.

Рисунок 1 - Загальний вид мостового крана

Номінальна вантажопідйомність - маса номінального вантажу на гаку або захопно пристрої, що піднімається вантажопідйомної машиною. Швидкість підйому гака вибирають в залежності від вимог технологічного процесу, в якому бере участь дана вантажопідйомна машина, характеру роботи, типу машини і її продуктивності.

1.1 Загальна характеристика мостового крану

Підвищена небезпека робіт при транспортуванні піднятих вантажів вимагає при проектуванні та експлуатації дотримання обов'язкових правил з улаштування та експлуатації підйомно-транспортних машин. На механізмах підйому та пересування правилами з улаштування та експлуатації передбачена установка обмежувачів ходу, які впливають на електричну схему управління. Кінцеві вимикачі механізму підйому обмежують хід вантажозахоплювального пристосування вгору, а вимикачі механізмів руху моста і візка обмежують хід механізмів в обидві сторони. Передбачається також встановлення кінцевих вимикачів, що запобігають наїзд механізмів у разі роботи двох або більше кранів на одному мосту. Виняток становлять установки зі швидкістю руху до 30 м/хв. Кранові механізми повинні бути забезпечені гальмами закритого типу, що діють при знятті напруги. На кранових установках допускається застосовувати робочу напругу до 500 В, тому кранові механізми постачають електроустаткуванням на напруги 220, 380, 500 В змінного струму і 220, 440 В постійного струму. У схемі управління передбачають максимальний захист, що відключає двигун при перевантаженні і короткому замиканні. Нульова захист виключає самозапуск двигунів при подачі напруги після перерви в електропостачанні. Для безпечного обслуговування електрообладнання, що знаходиться на фермі мосту, встановлюють, блокувальні контакти на люку і двері кабіни. При відкриванні люка або дверей напругу з електрообладнання знімається.

Правилами Держгіртехнагляду передбачається чотири режими роботи механізмів: легкий - Л, середній - С, важкий - Т, дуже важкий - Вт Проектований мостовий кран працює в середньому режимі з ПВ = 40%. Кінематичні схеми основних механізмів Роботу основних механізмів крана розглядають за кінематичними схемами. Так як двигуни зазвичай мають кутову швидкість, значно більшу, ніж швидкість підйомного барабана або ходових коліс моста або візки, то рух до робочих органів механізмів крана передається через редуктори (на малюнках позначені буквою Р).

Для механізмів підйому найбільше застосування отримали схеми з поліспастом П (малюнок 2), за допомогою якого рух від барабана Б передається гаку К. На малюнку 3 представлена схема механізму візки, яка зазвичай має чотири ходових колеса, два з яких, з'єднані валом, наводяться в рух через редуктор Р від двигуна Д. Передача руху до ходових коліс кінцевих балок від двигуна, встановленого на мосту, може здійснюватися через редуктор Р, розташованого в середній частині мосту (малюнок 4). Кожний механізм крана має механічний гальмо Т, який встановлюється на сполучної муфті між двигуном і редуктором або на гальмівному шківі на протилежному кінці вала двигуна.

Малюнок 2. Кінематична схема підйомного механізму

Малюнок 3. Кінематична схема візки

Малюнок 4. Кінематична схема моста



2. Вимоги до систем електроприводу

Електропривод вантажопідіймальних кранів має ряд особливостей, що відрізняють його від електроприводів інших загальнопромислових і спеціальних механізмів. Для більш детального аналізу ЕП кранів розділимо усю сукупність вимог на дві групи.

2.1 Вимоги технологічного процесу

В багатьох сферах промисловості мостові крани є невід'ємною частиною цілісного технологічного процесу що вимагає від сучасних систем ЕП мостових кранів певний перелік вимог, а саме:

· забезпечення необхідного діапазону регулювання швидкості;

· забезпечення необхідної стійкої роботи на малих швидкостях;

· забезпечення необхідної точності підведення моста крана до кінцевих координат;

· повинна забезпечуватися необхідна продуктивність;

· повинні витримуватися обмеження щодо прискорення та ривка, що дає можливість переміщати вантаж без розгойдування;

· відсутність коливань в канаті при переміщенні;

· надійність. [3]

При проектуванні електроприводів кранових механізмів слід враховувати цей перелік вимог.

2.2 Вимоги до електрообладнання та системи ЕП

Окрім технологічних вимог до систем ЕП необхідно розглядати перелік вимог до електрообладнання за допомогою якого буде реалізована та чи інша система ЕП. Розглянемо вимоги до основних елементів електрообладнання ЕП, а саме до електродвигуна та елементів системи керування.

Сучасне електрообладнання електроприводу повинно задовольняти наступному переліку вимог:

· забезпечувати жорсткі вимоги щодо простоти експлуатації та надійності роботи.

· мати можливість реалізації механічних характеристики у всіх чотирьох квадрантах;

· забезпечувати плавний перехід приводної електричної машини з рушійного режиму роботи у генераторний режим при спуску;

· мати відносно невисокий діапазон регулювання швидкості (в більшості випадків не вище 10:1 при одно зонному регулюванні швидкості);

· мати необхідні блокування та системи захисту обладнання (захисту електродвигуна від перевантажень, блокування, що забезпечують безпечну роботу обслуговуючого персоналу і безаварійне функціонування механізму (обмеження швидкості руху та ін.).);

· можливість реалізації надійних методів гальмування;

· надійно працювати при температурі навколишнього середовища що змінюється від -40 до +40°С. (металургійних цехах інтервал зміни температури навколишнього середовища становить від -10 до +50°С); та відносною вологістю повітря до 90% при температурі навколишнього середовища +25 ° с;

· бути витривалою до запиленості навколишнього середовища та до парів кислот в повітрі;

· не бути чутливим до механічних дії: вібрацій та ударів, викликаних пересуванням механізмів, поодиноких чи повторюваних ударів;

· не потребувати кваліфікованого обслуговування. [1]

Проаналізуваши придявлені вимоги та існуючі схемотехнічні реалізаціії систем керування електроприводом детально розглянимо існуючі варіанти систем керування електроприводами приводів мостових кранів.



3. Аналіз систем електроприводу

Електропривод вантажопідіймальних кранів має ряд особливостей, що відрізняють його від електроприводів інших загальнопромислових і спеціальних механізмів:

B механічні характеристики електроприводу розташовані у всіх чотирьох квадрантах;

Бажано забезпечити плавний перехід приводної електричної машини з рушійного режиму роботи у генераторний режим при спуску;

Відносно невисокий діапазон регулювання швидкості (в більшості випадків не вище 10:1 при однозонному регулюванні швидкості);

Відсутність високих вимог до жорсткості механічних характеристик;

Відсутність високих вимог до швидкодії;

Температура навколишнього середовища змінюється від 40 до +40°С. ( металургійних цехах інтервал зміни температури навколишнього середовища становить від 10 до +50°С);

B відносна вологість повітря характеризується середнім рівнем 90% при

Температурі навколишнього середовища +25°с;

B осадження пилу з повітря 5 г/м2 на добу;

B осадження парів кислот з повітря 500 мг/м2 на добу;

B механічні дії: вібрації і удари, викликані пересуванням механізмів;

Характеризуються частотою 1"50 гц і прискоренням 5 м/с²; поодинокі повторювані удари

З прискоренням до 30 м/ с2.

B часта відсутність кваліфікованого обслуговування;

B жорсткі вимоги щодо простоти експлуатації та надійності роботи.



4. Обґрунтування та вибір системи електроприводу

Аналізуючи існуючі принципи побудови систем електроприводу мостових кранів та наявні на ринку пропозиції був зроблений наступний вибір стосовно концепції побудови системи ЕП:

· при проектуванні використовувати готові, комплексні рішення від одного виробника;

· в якості двигуна, використовувати асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, як найбільш доступний та надійний варіант електромеханічного перетворювача з існуючих на сьогодні;

· в якості системи керування та перетворювального пристрою використовувати серійний перетворювач частоти що дозволить задовольнити висувані вимоги до системи ЕП;

· обладнання повинне забезпечувати необхідну надійність, легкість при встановленні та експлуатації;

· необхідні комплектуючі повинні бути наявні на ринку та мати низьку ціну;

· забезпечення підприємством-виготовителем комплектуючим обладнання усією необхідною документацією.

Для більш детального розгляду, обґрунтування та вибору концепції побудови електроприводу крану, складемо порівняльну таблицю (см. Табл. 4.1 ) в якій порівняємо три найбільш популярних варіанти вирішення основних вимог до системи електроприводу.

В результаті аналізу переваг та недоліків представлених методів, можна зробити висновок що при проектуванні сучасної системи ЕП найбільш раціональним вибором буде використання системи на базі частотного перетворювача та АД з КЗ ротором. Використання даної концепції дозволяє задовольнити висунуті вимоги сформовані у другому розділі. Найбільш суттєвими перевагами даного підходу є можливість простого та гнучкого налаштування обладнання що дозволяє ефективно налаштувати як динамічну, так і статичну поведінку електропривода, можливість простої інтеграції в більш глобальний технологічний процес, простота та надійність експлуатації.

Таблиця 4.1

Порівняльна таблиця

Критерій оцінки	Перетворювач частоти з АД з КЗ	Тиристорний керований випрямляч з ДПТ	Релейно-контакторна схема керування АД з ФР
1	2	3	4
Забезпечення необхідної динаміки процесів пуску та гальмування.	Потужні та гнучкі можливості налаштування перехідних режимів за допомогою системи керування	Потужні та гнучкі можливості налаштування перехідних режимів за допомогою системи керування	Недостатньо гнучкі можливості налаштування перехідних режимів (за допомогою вводу додаткового опору)
Усунення коливань в канаті, плавність руху.	Реалізація даних функцій за допомогою вбудованого функціоналу ПЧ	Реалізація даних функцій за допомогою спеціально спроектованих законів/систем керування	Реалізація даних функцій за допомогою складних схемотехнічних рішень
Надійність.	Дуже висока	Недостатньо висока (комутація тиристорів, ДПС)	Недостатньо висока (рухомі контакти реле)
Забезпечення необхідної стійкої роботи на малих швидкостях.	ПЧ дозволяє реалізувати даний режим з високими енергетичними показниками	Можлива реалізація з достатньо високими енергетичними показниками	Досить складна реалізація, як правило при поганих енергетичних показниках (несиметричні режими роботи АД і т.д.)
Вартість	Високі капітальні затрати, при значно менших витратах на експлуатацію	Достатньо високі капітальні затрати, при зменшених витратах на експлуатацію	Відносно дешевий варіант реалізації
Складність експлуатації	Простий монтаж, просте налаштування, мінімальне	Простий монтаж, складне налаштування, складне технічне	Потребує високого рівня технічного обслуговування
	технічне обслуговування	обслуговування
Гнучкість експлуатації	Дуже висока. (Наявність сучасних протоколів передачі даних, широкі можливості для налаштування і т.д.)	Не висока	Не висока

Ознайомившись з існуючими пропозиціями обладнання для кранових механізмів та систем ЕП був зроблений вбір на користь кранових перетворювачів частоти від компанії Schneider Electric серії Altivar 71.

Цей виробник, маючи офіційне представництво в нашій країні, може запропонувати необхідне обладнання та супутню документацію.

Використання готових рішень дозволить значно спростити процес проектування та вводу в експлуатацію готового механізму.



5. Вибір силової частини електроприводу

В цьому розділі проведемо розрахунок та вибір основних елементів силової частини електроприводу, таких як:

· електродвигун;

· редуктор;

· перетворювач частоти;

Вхідною інформацією для розрахунку будуть попередньо обрана концепція побудови електроприводу та технічна інформація про кран та його вантажопідйомність, що приведена в таблиці 5.1

Таблиця 5.1

Параметри крану

Найменування параметру	Значення параметру
Номінальна вантажопідйомність, Н		36000
Вага моста, Н		52000
Вага візка, Н		2100
Номінальна швидкість руху, м/с		2.2
Задане прискорення, м/с2		0.4
Діаметр ходового колеса, м		0.8
Передаточне число		11
Діаметр цапфи, м		0.08
Тривалість ПВ, %	ПВ	40
Число включень, 1/ч	h	100
ККД механізму	м	0.8
Тертя ребер колеса по направляючим		1.5
Тертя кочення	f
Тертя в опорах ходових колес		0.02

5.1 Розрахунок потужності двигуна

В результаті розрахунку було виявлено що величина передаточного відношення надто мала, так як при величині і = 11, необхідно підбирати двигун з надто малою кутовою швидкістю для необхідного діапазону потужностей, тому було прийнято рішення про збільшення передаточного відношення до величини і = 18.

Визначимо тривалість циклу і його складові:

Час розгону-гальмування:

Час роботи двигуна:

Час роботи двигуна в усталеному режимі:

Отриманий від'ємний час роботи двигуна в усталеному режимі свідчить про те що, досліджуваний механізм працює тільки перехідних режимах, тобто на тахограмі відсутня ділянка руху з усталеною швидкістю.

Оскільки не задані параметри руху на всіх ділянках, то орієнтуємося на симетричну діаграму швидкості. Робочий цикл представляє собою рух з вантажем в одну сторону, розвантаження, рух без вантажу в зворотну сторону. На рисунку 5.1 зображена тахограма руху механізму.

Статичний момент на валу двигуна з вантажем:

Рис. 5.1 - Тахограма руху механізму

Статичний момент на валу двигуна без вантажу:

Розрахунок навантажувальної діаграми електродвигуна

Радіус приведення:

Сумарний момент інерції:

,

де - коефіцієнт запасу;

Момент інерції без врахування переміщення вантажу:

Кутове прискорення двигуна:

Момент на валу двигуна при пуску з вантажем:

Момент на валу двигуна при гальмуванні з вантажем:

Момент на валу двигуна при пуску без вантажа:

Момент на валу двигуна при гальмуванні без вантажу:

На підставі навантажувальної діаграми проводиться розрахунок потужності електродвигуна і його вибір.

Визначивши моменти електродвигуна на окремих етапах робочого циклу механізму, будуємо діаграму моментів та визначаємо значення еквівалентного моменту при заданому ПВ,%. Діаграма моменту на валу двигуна зображена на рисунку 5.2.

Рисунок 5.2 - Діаграма моменту на валу двигуна

Вибір електродвигуна

Розрахунок еквівалентного моменту на валу двигуна:

Номінальна кутова швидкість барабану:

Еквівалентний момент при ПВ = 25%

Потужність двигуна:

Вибираємо двигун MTKF311-6 [6]. Паспортні данні двигуна наведені в таблиці 1:

Таблиця 2

Характеристики двигуна MTKF 311-6

Параметр двигуна	Значення параметру
Потужність двигуна, кВт	13
Номінальна швидкість, рад/с	93.724
Момент інерції,	0.85
Перевантажувальна здатність
Кратність пускового моменту

Перевірка двигуна

Момент інерції механізму без врахування двигуна та редуктора:

Перевірка використаного моменту інерції з реальним.

Реальний момент інерції механізму:

Номінальний момент двигуна:

Перевірка по пусковому моменту

Двигун проходить по пусковому моменту

Перевірка по перевантажувальній здатності:

Двигун проходить по перевантажувальній здатності.

Перевірка по нагріву:

Виходячи з того, що двигун був вибраний на основі еквівалентного моменту на валу, який відображає термічні процеси та не перевищує номінальний, то перевірка по нагріву вже ураховується у розрахунках.

5.2 Вибір силового перетворювача

При виборі частотного перетворювача посилаються на такі характеристики як тип двигуна та його потужність. В результаті обираємо перетворювач частоти від компанії Schneider Electric серії Altivar 71 що спеціально розроблена для використання для приводу в рух механізмів кранів та інших ПТМ. Оберемо перетворювач моделі. ATV71HD15M3X

Таблиця 5.3

Паспортні дані ATV71HD15M3X

Номінальна потужність	15 кВт
Число фаз/напруга на вході	3-ф/380 В
Число фаз/напруга на виході	3-ф/380 В
Максимальна вихідна частота	599 Гц
Номінальний струм	66 А
Максимальний струм	109 А
Режими керування	Скалярний, векторний
Вбудовані типи захисту	· Двигун, тепловий захист; · Двигун, відключення живлення; · Двигун, зникнення фази двигуна; · ПЧ, тепловий захист; · ПЧ, коротке замикання між фазами двигуна; · ПЧ, перенапруження на шині пост. струму; · ПЧ, захист від перегріву; · ПЧ, перевищення струму між вихідною фазою і землею; · ПЧ, підвищена напруга живлення; · ПЧ, підвищена напруга лінії живлення; · ПЧ, зникнення фази на вході;

5.3 Вибір комутуючої апаратури

Для комутації мережі живлення частотного перетворювача, згідно з технічною документацію необхідно використовувати 3 фазний контактор. Оберемо контактор фірми АВВ моделі AF30-30-00-13 24V 50Hz з номінальною потужністю рівною потужності ПЧ що дорівнює 15 кВт.

Для реалізації вимог безпеки оберемо понижуючий трансформатор для кіл керування контактора. Оберемо тороідальний трансформатор моделі 406420-1-24V0.8A, з Uвх=220В, Uвих.наг.=24В, Iвих=0.8А

Для реалізації контролю крайнього положення мосту крану та контролю стану дверей кабіни оператора необхідно підібрати кінцеві вимикачі. Оберемо кінцеві вимикачі фірми АВВ моделі LS20P11В11-Р01. Зовнішній вигляд яких зображений на рис. 5.3

Рисунок 5.3 - Зовнішній вигляд кінцевого вимикача

В якості механізму обов'язкового незалежного механічного гальмування оберемо дискове гальмо що живиться від мережі трьох фазного змінного струму моделі HZg 180. Для його ввімкнення/вимикання скористаймося контактором моделі AF09-30-10-11.

електропривод кран силовий комутуючий



6. Дослідження динамічних режимів електроприводу при коливанні навантаженні

Моделювання майбутнього пристрою є одним з найважливіших етапів при проектування будь якого механізму. Математичне моделювання дозволяє проаналізувати поведінку виробу та виявити можливі помилки чи особливості роботи ще на етапі проектування без необхідності виготовлення стендів для дослідження чи тестового зразка. Даний підхід дозволяє значно скоротити витрати на якісне проектування чи дослідження будь яких систем.

В даній роботі для моделювання та дослідження динамічних режимів роботи електроприводу при коливанні навантаження був використаний програмний пакет MATLAB та його тулбокс Simulink, за допомогою якого була промодельована електромеханічна система що представлена типовою одномасовою механічною розрахунковою схемою (6.1), двофазною моделлю АД с КЗ ротором та системою керування на основі алгоритму непрямого векторного керування, математичне описання яких приведене в 6.1. Структура модельованої системи приведена на рисунку 6.1.

(6.1)

При моделюванні був виконаний стандартний тест дослідження. В нульовий момент часу алгоритм починає відпрацьовувати процедуру створення магнітного потоку, через дві секунди, після намагнічування, починається відпрацювання заданої траєкторії швидкості, при номінальному статичному навантаженні на валу. Траєкторія задана кривою другого порядку, та містить ділянки розгону до номінальної швидкості та гальмування до нуля за час що був розрахований в попередньому розділі, ділянка з усталеною швидкістю відсутня.

При дослідженні було отримано 5 графіків перехідних процесів при різних значеннях величини навантаження. В загалом, були проведені досліди при 0.3, 0.5, 0.7, 1 та 1.2 кратній вазі вантажу від номіналу. Зміна ваги враховувалася при розрахунку величини статичного моменту та при розрахунку сумарного моменту інерції системи. Отримані результати зображені на рисунку 6.2-6.3.

Для моделювання систем керування АД прийнято використовувати математичну модель (3.1), яка записується в стаціонарній системі координат.

(6.1)

Рисунок 6.1 - Структурна схема модельованої системи



Рисунок 6.2 - Тахограма руху

Рисунок 6.3 - Електромагнітний момент двигуна

Аналізуючи отримані результати, бачимо що система керування дозволяє реалізувати необхідні режими. З рисунку 6.2 очевидно що відбувається ідеальне відпрацювання необхідної траєкторії швидкості, зміна навантаження не призводить до утворення значних статичних чи динамічних похибок.

Моделювання режимів генерування моменту (див. рисунок 6.3) показало що зміна навантаження крану призводить до незначної зміни величин та характеру перехідного процесу. Ці не значні зміни пояснюються тим, що величина номінального навантаження в декілька разів менше ніж власна вага моста крана і відповідна зміна вантажу не може призвести до кардинальної зміни характеру перехідних процесів створення електромагнітного моменту двигуна.



7. Розробка електричних схем

Аналізуючи розглянуті в попередніх розділах вимоги до системи електроприводу сформуємо основні функції що повинні реалізовуватися на схемо-технічному рівні та приклади їх реалізації.

Результуючим етапом проектування будь якої автоматизованої системи є розробка відповідних електричних принципових та схем електричних з'єднань готового пристрою. Електрична схема - це технічний документ, що містить у вигляді умовних графічних зображень чи позначень інформацію про будову виробу, його складові частини та взаємозв'язки між ними, дія якого ґрунтується на використанні електричної енергії. [9]

Основним елементом системи автоматичного керування є частотний перетворювач і саме він реалізує більшість функцій готового пристрою. За його допомогою відбувається опитування органів керування, перевірка ланцюгів захисту, формування керуючих дій для двигуна згідно з алгоритмом керування. Налаштування режимів та алгоритмів роботи здійснюються за допомогою його безпосереднього програмування. Методика налаштування, програмування [10] та монтажу [11] перетворювача частоти розкрита у відповідній технічній документації.

Оскільки даний пристрій має надто складну схемну реалізацію, інформація про яку нам в загальному випадку не потрібна, на обох типах схем даний вузол будемо зображувати схематично.

Окрім ПЧ до системи керування електроприводу відноситься зовнішні кола що безпосередньо підключаються до дискретних входів, виходів ПЧ чи силових клейм. До цих кіл відносяться:

· силове коло живлення ПЧ;

· силове коло живлення АД;

· ланцюг захисту (що включає в себе контакти всіх захисних пристроїв таких як кінцеві вимикачі крайніх положень мосту крану, контакт кінцевого вимикача що регіструють положення дверей кабіни оператора та кнопка аварійного стопу);

· коло вибору напрямку руху.

Посилаючись на технічну документацію, представимо типову схему живлення перетворювача (див рис. 7.1).

Рисунок 7.1 - Типова схема підключення силового живлення

Типова схема підключення кіл дискретних входів зображена на рисунку 7.2.

Рисунок 7.2 - Типова схема підключення кіл дискретних входів



Як видно з рисунку, в залежності від положення перемикача SW1, можливо налаштування типу підключення.

Спроектована схема працює за наступним алгоритмом. Живлення перетворювача, згідно з вимогами виробника, здійснюються через контактор KM1 що керуються за допомогою кнопок SB1 та SB2. Обов'язкове коло захисту під'єднується до спеціального контакту перетворювача PWR, наявність на якому потенціалу в +24 В дозволяє роботу системи. Коло захисту передбачує наявність кнопки аварійного стопу, контактів кінцевих вимикачів що сигналізують про крайні положення мосту крану та про стан дверей кабіни оператора (відкрито/закрито). Напрям руху крану задається за допомогою клавіш «Вперед» та «Назад» (SB4 та SB5 відповідно). Взаємодія з зовнішнім механічним гальмом реалізується через контакти цифрових виходів R2A та R2C.

При розробці монтажної схеми скористаємось рекомендаціями виробника стосовно розташування силових кабелів та перетину проводів. Згідно [11] та рисунку 7.3 виробник рекомендує провідники для силового живлення ПЧ з поперечним перерізом на рівні 2.5 мм².

Рисунок 7.3 - Розташування силових клейм

Аналогічні рекомендації стосовно розташування клейм та діаметру провідників для кіл керування представлені на рисунку 7.4.



Рисунок 7.4 - Розташування клейм керування

Результуючі креслення розробленої принципової та схеми з'єднань представлені відповідно на кресленнях ЕП22.01.0615.16.П3 та ЕП22.01.0615.16.Е3 .



ВИСНОВОК

В результаті виконання курсового проекту було проведено комплексне дослідження систем електроприводу переміщення мостового крану, були проаналізовані основні особливості технологічного процесу даного механізму на основі яких сформовані вимоги до ЕП. Були розглянуті та порівняні найбільш розповсюджені системи електроприводу. Проведено докладне обґрунтування та вибір концепції побудови системи електроприводу механізмів переміщення крану, результатом якого став вибір принципу побудови ЕП за системою перетворювач частоти - асинхронний двигун. Був здійснений розрахунок та вибір елементів силової частини ЕП згідно до індивідуального завдання, а саме, мостового електродвигуна моделі MTKF 311-6 потужністю 13 кВт, циліндричного редуктора 1Ц2У-250 з i = 18 та частотного перетворювача компанії Schneider Electric серії Altivar 71 моделі ATV71HD15M3X потужністю 15 кВт. Було проведено моделювання динамічних режимів роботи ЕП та розроблена необхідна технічна документація (принципова та монтажна схема, специфікація).



ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Попов Е.В. Проектирование электроприводов крановых механизмов. Техническая коллекция Schneider Electric / Евгений Владимирович Попов, 2009 - 52 с.

2. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов, Учебник для вузов.- М.: Энергия, 1980.- 360

3. Електромеханічні системи автоматизації загальнопромислових механізмів-2: Методичні вказівки до виконання курсової роботи для студентів форми навчання напряму підготовки 6.050702 "Електромеханіка" спеціальності "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод"/ Уклад. М.В. Печеник, С.О. Бур'ян - К.: НТУУ ”КПІ”, 2013. - 43 с.

4. Тетяев Е. Частотно-регулируемый электропривод крановых механизмов / Е. Тетяев, А. Волегов, А. Таран. // Силовая электроника. - 2007. - №4. - с. 40-42.

5. Приводные решения для кранового оборудования [електронний ресурс]

6. Вишневский С.Н. - характеристики двигателей в электроприводе - 1977 г.

7. Преобразователь частоты ATV71HU22N4S337. Характеристики. [Електронний ресурс] // Schneider-electric

8. Автоматизація електромеханічних систем. курсовий проект. Методичні вказівки до виконання курсового проекту для студентів напрямку підготовки 6.050702 - "Електромеханіка" спеціальності "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод" / Уклад: С.М. Пересада, С.М. Ковбаса, С.С. Димко -К.: НТУУ “КПІ”, 2014 р. 43 с.

9. Електрична схема [Електронний ресурс] // Вікіпедія -- вільна енциклопедія. - 2014

10. Altivar 71. Руководство по программированию. [Електронний ресурс] // Schneider-electric

Размещено на Allbest.ru

...