Режимы работы крановых механизмов. Выбор типа электропривода, двигателя и силового преобразователя. Общие сведения о применениях различных электроприводов, расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы. Проверка выбранного двигателя по нагреву и перегрузке.
Для более точной оценки экономической и технологической эффективности внедрения частотно-регулируемого электропривода предлагается оснастить таким электроприводом один из кранов и экспериментально замерить расход электроэнергии до и после внедрения, а также оценить динамические нагрузки, удобство в управлении и другие технические параметры крана. У этих кранов большая номенклатура типоразмеров и исполнений, их грузоподъемность достигает 800 т, однако наиболее широко используются краны грузоподъемностью от 5 до 320 т трех-, четырех-и пятидвигательные. Для каждого механизма крана режим работы определяется отдельно, режим работы крана в целом устанавливается по механизму главного подъема. 1.1) состоит из моста по рельсам которого перемещается грузовая тележка 2.Управление краном производится из кабины крановщика 3, расположенной под рабочей площадкой моста. Механизм передвижения крана с приводными колесами выполнен с четырьмя раздельными приводами, состоящими из электродвигателя, тормоза, быстроходного вала с шарнирами муфт, редуктора, тихоходного вала с шарнирами муфт, соединенного с валом приводного колеса.Схема имеет замкнутую систему регулирования проекций токов статора - замкнутая с регулированием по отклонению (регулирование ведется в системе координат сориентированной по вектору потокосцепления ротора, т.е. регулирует постоянные сигналы); Система регулирования скорости - замкнутая с регулированием по отклонению (в реальной системе скорость двигателя вычисляется на основании модели двигателя ); Ввиду этого будем синтезировать "ПИ" - регулятор скорости; при синтезе, которого на входе системы появляется входной фильтр со следующей передаточной функцией: Передаточная функция регулятора скорости имеет вид: Где постоянные времени определяются как: для настройки на модульный оптимум. Типовая передаточная функция разомкнутой системы регулирования скорости настроена на симметричный оптимум и имеет вид: Типовая передаточная функция замкнутой системы по управляющему воздействию имеет вид: Типовой переходный процесс по управляющему воздействию имеет следующие показатели качества: · Время достижения максимума TM= 18T?; Индуктивность рассеяния статорной цепи в о.е.: Индуктивность рассеяния роторной цепи в о.е.: Коэффициент взаимной индукции обмоток статора и ротора в о.е.: Полная индуктивность обмотки ротора в о.е.: Полная индуктивность статорных цепей в о.е.: Коэффициент затухания роторных цепей при разомкнутых статорных в о.е.: Коэффициент связи ротора в о.е.: Постоянная времени цепи ротора: с1) Внедрение частотно - регулируемого электропривода позволяет: Значительно на 30 - 50 % снизить энергопотребление на кранах; Сократить затраты на дополнительное оборудование Не менее важную роль в снижении издержек занимает сокращение расхода энергии, что достигается за счет экономии электрической энергии и повышения КПД.Правовые основы регулирования отношений в области охраны труда между работодателями и работниками и направленные на создание условий труда, соответствующих требованиям сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности в первую очередь закреплены в Трудовом кодексе Российской Федерации (ТК РФ), Федеральном законе "Об обязательном социальном страховании от несчастных случаев и профессиональных заболеваний" № 125-Ф3 от 24.07.1998г. с изменениями от 21.07.2007г. Социально-экономические мероприятия включают: меры государственного стимулирования работодателей с целью улучшения условий и охраны труда; установление компенсаций и льгот за выполнение тяжелых работ, а также за работу во вредных и опасных условиях труда; защиту отдельных категорий работников (женщин, молодежи, инвалидов и т.д.); обязательное социальное страхование и выплату компенсаций при возникновении профессиональных заболеваний и производственных травм и т.д. Организационно-технические мероприятия на уровне предприятия заключаются в планировании, осуществлении и контроле проведения мероприятий по охране труда, в том числе организации обучения руководителей и сотрудников, информировании работников о наличии (отсутствии) вредных и опасных факторов, их правах и обязанностях; аттестации рабочих мест по условиям труда и сертификации работ по охране труда; а также во внедрении новых безопасных технологий, машин, механизмов и материалов; повышении дисциплины труда и т.д. Гигиенические нормативы условий труда - уровни вредных производственных факторов, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должны вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Введение
В последнее время наметилась устойчивая тенденция к применению частотно-регулируемых электроприводов в крановом хозяйстве на металлургических предприятиях и за их пределами, как в России, так и за рубежом. Это обстоятельство объясняется следующим. Использование регулируемых приводов в крановом хозяйстве позволяет значительно повысить комфортные показатели работы крана в части ускорения. В свою очередь, обеспечиваемые частотно - регулируемым приводом плавные переходные процессы приводят к значительному снижению динамических нагрузок в элементах кинематической цепи привода, что позволяет повысить надежность и долговечность работы механического оборудования крана, отпадает необходимость замены редуктора, канатоведущего барабана, тормозных колодок, электродвигателя и других элементов при модернизации кранов.
Основной причиной широкого применения регулируемого привода в крановом хозяйстве является снижение энергопотребления при работе крана на 40-60%, которое достигается за счет значительного снижения вращающихся маховых масс лебедки главного подъема .
Применение частотно - регулируемых преобразователей позволяет использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения, а не специализированные асинхронные двигатели с фазным ротором. Маховый момент ротора таких двигателей в разы меньше аналогичных крановых асинхронных двигателей с фазным ротором, а стоимость их снижается в 3-4 раза по сравнению с крановыми двигателями, специальной серии.
Таким образом, экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого электропривода складывается из экономии электроэнергии и снижения эксплуатационных затрат.
Срок окупаемости в зависимости от грузоподъемности и интенсивности работы крана составляет от 3 до 8 лет (меньшая цифра соответствует большей грузоподъемности и интенсивности).
Для более точной оценки экономической и технологической эффективности внедрения частотно-регулируемого электропривода предлагается оснастить таким электроприводом один из кранов и экспериментально замерить расход электроэнергии до и после внедрения, а также оценить динамические нагрузки, удобство в управлении и другие технические параметры крана. Наиболее важное значение для успешного проведения этой работы имеет правильный выбор преобразователя частоты, как по его техническим параметрам, так и по маркетинговым соображениям, с учетом опыта использования преобразователей другими предприятиями.
Стоимость предлагаемого проекта состоит из стоимости нового электрооборудования (преобразователя частоты с тормозным резистором), стоимости работ по проектированию, монтажу, настройке и наладке электропривода крана, проведения исследовательских работ по оценке его технико-экономических показателей и экономической эффективности. На металлургических предприятиях работают мостовые краны общего назначения (крюковые, грейферные, магнитные, магнито-грейферные) и металлургические (литейные, для раздевания слитков, колодцевые, посадочные и др.).
Конструкция кранов в основном определяется их назначением и спецификой технологического процесса. Но ряд узлов, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для кранов различных видов. Поэтому имеется много общего в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования кранов.
Электрооборудование кранов металлургических цехов работает, как правило, в тяжелых условиях: повышенная запыленность и загазованность, повышенная температура или резкие колебания температуры окружающей среды (от минусовой до 60-70 °С), высокая влажность (до 80-90%), влияние химических реагентов. В связи с этим оно должно выбираться в соответствующем конструктивном исполнении.
Оборудование кранов стандартизировано, поэтому краны различные по назначению и конструкции комплектуются серийно выпускаемым электрооборудованием. Схемы управления отдельными кранами отличаются, что связано со спецификой соответствующих цехов металлургических предприятий и назначением кранов. К электрооборудованию кранов предъявляют следующие требования: обеспечение высокой производительности, надежность работы, безопасность обслуживания, простота эксплуатации и ремонта и др.
На металлургических предприятиях широко применяются крюковые мостовые краны общего назначения при технологических, погрузочно-разгрузочных, монтажных, ремонтных, складских и других видах работ. У этих кранов большая номенклатура типоразмеров и исполнений, их грузоподъемность достигает 800 т, однако наиболее широко используются краны грузоподъемностью от 5 до 320 т трех-, четырех- и пятидвигательные. Для привода механизмов этих кранов наиболее широко применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором (реже - с короткозамкнутым)
1. Описание технологического процесса
1.1 Основные режимы работы крановых механизмов
Режим работы крановых механизмов - важный фактор при выборе мощности приводных электродвигателей, аппаратуры и системы управления. От него зависит и конструктивное исполнение механизмов.
В ряде случаев даже однотипные краны работают в разных режимах. Неверный выбор режима при проектировании электропривода кранов ухудшает технико-экономические показатели всей установки. Выбор же более легкого режима обусловливает повышенный износ электрооборудования, частые поломки и простои. Поэтому важно выбрать оптимальный режим работы кранового механизма.
По правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных механизмов установлено четыре номинальных режима работы: легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т), весьма тяжелый (ВТ).
Для каждого механизма крана режим работы определяется отдельно, режим работы крана в целом устанавливается по механизму главного подъема.
В соответствии со стандартом СЭВ 2077-80 все краны по условиям использования и нагружения подразделяются на 7 классов (А0-А6).
1.2 Механическая часть
Конструкция крана (см. рис. 1.1) состоит из моста по рельсам которого перемещается грузовая тележка 2.Управление краном производится из кабины крановщика 3, расположенной под рабочей площадкой моста. Для обслуживания питающих крановых троллей и токоприемников предусмотрена кабина для обслуживания троллей 4. Электрооборудование 5, расположенное на мосту, тележки и в кабине крановщика, предназначено для управления механизмами крана. Токоподвод к грузовой тележке осуществляется гибким кабелем 6, подвешенным к кареткам, перемещающимся по монорельсу.
Мост крана состоит из двух полумостов, вес каждого из которых равномерно, передается на четыре ходовых колеса. Полумосты шарнирно соединены между собой переходными балками. Привод передвижения моста -раздельный. Мост оборудован переходными площадками, лестницами, буферами
1.3 Устройство и работа крана
Электропривод большинства грузоподъемных машин характеризуется повторно - кратковременном режимом работы при большой частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъемных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своем составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.
Мост крана состоит из двух пролетных балок коробчатого сечения, каждая из которых опирается на две концевые балки коробчатого сечения, шарнирно соединенных между собой соединительной балкой, образующих жесткую раму.
На концевых балках моста крана закреплены восемь двухребордных ходовых колес, из которых четыре - приводные.
Для выхода на площадку моста из кабины предусмотрен люк.
На пролетных балках при помощи прижимных планок закрепляются подтележечные рельсы.
Площадки пролетных балок оборудованы перилами и предназначены для безопасного и удобного обслуживания кабельного токоподвода грузовой тележки, а также электрооборудования и механизмов, расположенных вне кабины и тележки.
Для обслуживания главных троллей у торца моста подвешена кабина.
Концевые балки моста при монтаже крана оборудуются перилами, а площадки перилами и ограждениями. Переход между площадками пролетных балок, осуществляется по концевым балкам с использованием лестниц.
Ограничение перемещения тележки крана осуществляется буферными устройствами, расположенными на пролетных балках моста, а крана - буферами, закрепленными на концевых балках.
Скребки, установленные перед колесами моста предотвращают возможность попадания под колеса посторонних предметов.
Механизм передвижения крана с приводными колесами выполнен с четырьмя раздельными приводами, состоящими из электродвигателя, тормоза, быстроходного вала с шарнирами муфт, редуктора, тихоходного вала с шарнирами муфт, соединенного с валом приводного колеса. Общий вид крана показан на рис.1.1.
Грузовая тележка состоит (рис. 1.2.) из: рамы, двух механизмов подъема с грузовыми подвесками, механизма передвижения тележки. На одном кране грузовая тележка с электромагнитом на вспомогательном подъеме, оборудуется и кабельным барабаном.
1-рама; 2- механизм главного подъема; 3- механизм вспомогательного подъема, 4-механизм передвижения тележки; 5-кабельный барабан.
Рис. 1.2. Грузовая тележка
Рама тележки сварная, балочной конструкции, разъемная для обеспечения возможности ее транспортировки железнодорожным транспортом. Соединение частей рамы выполнено с помощью накладок и чистых болтов без применения сварки. Рама установлена на четыре ходовых колеса, два из которых приводные. Ходовые колеса крепятся к раме посредством угловых букс.
Грузовая тележка передвигается по рельсам вдоль пролетных балок моста.
Механизм главного подъема состоит из электродвигателя, двух шарниров муфт с промежуточным валом, двух редукторов с зубчатой муфтой между ними, двух колодочных тормозов, барабана, полиспаста, подвески грузоподъемностью 90т.
Полиспаст механизма главного подъема - пятикратный сдвоенный.
Барабаны механизма подъемов получают вращение через зубчатую ступицу с редуктора. Опорами барабанов с одной стороны являются подшипники в выходном зубчатом вале редуктора, а с другой стороны подшипники в опоре барабана.
Барабан механизма главного подъема состоит из сварной обечайки, наповерхности которой нарезаны винтовые канавки, обеспечивающие направление и однослойность навивки грузового каната. С помощью шпилек с пружинными шайбами и гайками, на поверхности барабана накладками, закрепляются концыканата. Задняя опора барабана состоит из корпуса, который может поворачиваться относительно шарнира и вторым концом опирается на весоизмерительную ячейку SIWAREX R серии RN, которая является одним из элементов ограничителя грузоподъемности. Вращение на вилку концевого выключателя передается с вала ступицы через стакан, закрепленного к валу болтами и сухарь.
Механизм вспомогательного подъема состоит из электродвигателя, вала с зубчатыми муфтами, редуктора, колодочного тормоза, барабана, сдвоенного полиспаста, подвески грузоподъемностью 20 т.
Барабан вспомогательного механизма подъема состоит из обечайки, на поверхности которого нарезаны винтовые канавки, обеспечивающие направление и однослойность навивки грузового каната. На поверхности барабана накладками закрепляются концы каната. Задняя опора барабана состоит из корпуса, который может поворачиваться относительно шарнира и вторым концом опирается на весоизмерительную ячейку SIWAREX R серии RN, которая является одним из элементов ограничителя грузоподъемности. Вращение на вилку концевого выключателя передается с вала ступицы через стакан, закрепленного к валу болтами и сухарь.
Тележка опирается на четыре двухребордных колеса, два из которых приводные.
Механизм передвижения тележки состоит из электродвигателя, колодочного тормоза, быстроходного вала с зубчатыми муфтами, вертикального редуктора, двух промежуточных валов с зубчатыми муфтами (шарнирами муфт) и двух приводных колес. Приводные колеса тележки состоят из колеса, насаженного на вал с применением шпонок. Вал колеса вращается на подшипниках качения, установленных в угловых буксах.
Кабина управления закрытого типа остеклена, имеет тепло и шумоизоляцию, оснащена кондиционером, электрообогревателем и пультом управления.
Пульт управления предназначен для управления всеми механизмами крана. Пульт управления поворотный оборудован креслом крановщика имеющего регулировку положения по высоте и вдоль продольной оси кабины.
В конструкции крана предусмотрены: свободный доступ для обслуживания механизмов и электрооборудования;
безопасность обслуживания, ремонта, монтажа механизмов и их сборочных единиц;
места для строповки сборочных единиц крана при монтаже и ремонте;
система лестниц и площадок, необходимых для технического обслуживания и ремонта механизмов и электрооборудования.
В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радиоканалу или одному проводу.
Номинальная грузоподъемность - масса номинального груза на крюке или захватном устройстве, поднимаемого грузоподъемной машиной.
Скорость подъема крюка выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором участвует данная грузоподъемная машина, характера работы, типа машины и ее производительности.
Режим работы грузоподъемных машин цикличен. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата в исходное положение для нового цикла.
2. Выбор типа электропривода, двигателя и силового преобразователя
2.1 Общие сведения о применениях различных электроприводов
В цехах металлургических предприятий находят применения крановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения). Они работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулировании частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами, торможениями. Кроме того, электродвигатели крановых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций. В ряде металлургических цехов они, помимо всего этого, подвергаются воздействию высокой температуры (до 60-70 °С), паров и газов.
В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели отличаются от двигателей общепромышленного исполнения.
Основные особенности крановых двигателей: исполнение, обычно, закрытое;
изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и Н;
момент инерции ротора по возможности минимальный, а номинальная частота вращения относительно небольшая - для уменьшения потерь энергии в переходных процессах;
магнитный поток относительно велик - для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту;
значение кратковременной перегрузке по моменту для крановых электродвигателей постоянного тока в часовом режиме составляет 2,15 -5,0, а для двигателей переменного тока - 2,3 - 3,5;
отношение максимально допустимой рабочей частоты вращения к номинальной составляет для постоянного тока 3,5 - 4,9, для электродвигателей переменного тока 2,5;
для крановых электродвигателей переменного тока за номинальный режим принят режим с ПВ = 40%, а для электродвигателей постоянного тока наряду с этим режимом - режим 60 минут (часовой). Наиболее широко для привода крановых механизмов применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, обеспечивающие регулирование скорости и плавный пуск при относительно большом значении нагрузки на валу. Эти электродвигатели устанавливают на крановых механизмах при среднем, тяжелом и весьма тяжелом режимах работы. Они допускают регулирование пускового момента в заданных пределах и регулирование скорости в диапазоне (1:3) - (1:4).
Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются реже (для привода механизмов передвижения малоответственных тихоходных кранов) изза несколько повышенного пускового момента и значительных пусковых токов, хотя масса их примерно на 8 % меньше, чем у асинхронных двигателей с фазным ротором, а стоимость в 1,3 раза меньше, чем у этих двигателей при одинаковой мощности. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором иногда применяют при режимах Л и С (для механизмов подъема). Применение их на механизмах кранов, работающих в более тяжелых режимах, ограничено малой допустимой частотой включения и сложностью схем регулирования скорости.
Преимуществами асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями постоянного тока являются их относительно меньшая стоимость, простота обслуживания и ремонта. Масса кранового асинхронного электродвигателя с наружной самовентиляцией в 2,2 - 3 раза меньше массы кранового электродвигателя постоянного тока при одинаковых номинальных моментах, а масса меди соответственно примерно в 5 раз меньше. Если эксплуатационные затраты принять за единицу для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, то для электродвигателей с фазным ротором эти затраты составят 5 единиц, а для электродвигателей постоянного тока 10 единиц. Поэтому в крановых электроприводах наиболее широкое применение получили асинхронные электродвигатели (около 90 % от общего числа электродвигателей).
Электродвигатели постоянного тока целесообразно применять в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости, для приводов с большим числом включений в час, при необходимости регулирования скорости вверх от номинальной, для работы в системе Г-Д.
В последнее время достижения в создании относительно малогабаритных и экономичных силовых полупроводниковых преобразователей еще более расширили область применения электродвигателей переменного тока. Полупроводниковые преобразователи на полностью управляемых силовых ключах, а именно: IGCT- тиристорах и силовых IGBT-транзисторах дают возможность применять асинхронные двигатели с короткозамкнутым роторам в крановом хозяйстве повсеместно.
2.2 Требования, предъявляемые к электроприводу главного подъема
• Двигатель должен быть защищен от перегрузки и коротких замыканий в силовой цепи и цепи управления. При прекращении питания приводного двигателя должна автоматически отключится цепь управления, а после восстановления должен быть исключен самозапуск;
• Привод главного подъема должен быть обеспечен нормально -замкнутым контактом, а при включении двигателя тормоз должен автоматически открываться. Замыкание токоведущих частей электрического устройства привода тормоза на корпус не должно вызвать самопроизвольное включение этого привода. У электродвигателя переменного тока при питании от управляемого преобразователя, снятие механического тормоза должно происходить при величине тока двигателя, который обеспечивает необходимый момент для удержания кабины;
• Привод должен быть реверсивным;
• Класс нагревостойкости изоляционных материалов выбранного типа привода должен быть F или Н;
• Работа привода в повторно- кратковременном режиме с ПВ = 40 %;
• Ускорение подъема крюка с грузом не должно превышать amax = 0,3 м/с 2;
• Скорость подъема не должна превышать Vmax = 1,4 м/с;
• Диапазон регулирования привода подъема D (4 : 1);
2.3 Основные исходные данные для проектирования
Технические требования крану предоставлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 Исходные данные
Наименование Обозначение Величина
Масса груза,т GH 90
Масса крюка,т GN 3,03
Суммарный момент инерции механизма, кг м2 Jm 2,3
Передаточное отношение редуктора i 125,00
Суммарный КПД механизма ? 0,90
Скорость подъема заданная,м/с V 0,1
Ускорение м/с2 a 0,04
Диаметр барабана, м Dб 1,228
Полиспастность Кратность m 5,000
Количество веток 2
Номинальная скорость двигателя заданная, об/мин nз 1000
Количество двигателей y 1
Высота подъема,м h 28,00
Диапазон регулирования скорости 1:4
Время технологической паузы, сек ТП 423
Ускорение свободного падения, м/с2 g 9,81
2.4 Предварительный выбор мощности электродвигателя
Приведенный к валу двигателя статический момент при подъеме груза, МС.
Момент статический подъема с учетом запаса 15%
Расчетная мощность электродвигателя
По предварительным расчетам время цикла Тц превышает 10 минут, следовательно необходимо выбрать электродвигатель предназначенный для работы в режиме S1
Выбираем асинхронный электродвигатель с кз ротором K21F315S6
На механизмах крана предусматривается применение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором фирмы VEM motors (Германия), допускающих работу в системах регулируемого электропривода переменного тока в широком диапазоне изменения скорости вращения. Характерными особенностями двигателей этого типа являются: · жесткие механические характеристики двигателей;
· обмотки статора двигателя выполняются из провода с изоляцией класса нагревостойкости "F" (рабочая температура до 155 °С);
· климатическое исполнение всех электродвигателей У1 по ГОСТ 15150-69, степень защиты IP54 по ГОСТ 17494-87, группа условий эксплуатации по стойкости к механическим внешним воздействующим факторам МЗ (на грузоподъемных кранах) по ГОСТ 17516.1-90;ротора электродвигателей подвергаются статической и динамической балансировке; электродвигатели выполняются с независимой вентиляцией; двигатели изготавливаются со встроенными датчиками температуры и термовыключателями, обеспечивающими включение вентилятора независимого обдува при температуре обмотки 70 °С; на двигатели могут быть установлены цифровые датчики скорости (энкодеры) и реле максимальной скорости; двигатели механизмов перемещения снабжены встроенными дисковыми электромагнитными тормозами.
g=9,81м/с2
Угловая скорость барабана
Принимаем частоту вращения двигателя 983 об/мин
Номинальная угловая скорость вращения вала двигателя
Статический момент при подъеме груза, приведенный к валу двигателя
Статический момент при спуске груза, приведенный к валу двигателя
Расчетная статическая мощность на валу электродвигателя
Номинальная скорость вращения барабана
2.5 Расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы электродвигателя
Рассмотрим участок тахограммы на котором происходит спуск крюка без груза.
Статический момент ЭД при опускании крюка без груза:
Время разгона двигателя до номинальной скорости:
Путь проходимый при разгоне:
Суммарный момент инерции механизма
=1,2 JДВ JMEX= 1,2•(3,33 2,3)=6,296кгм2
Угловое ускорение двигателя
Динамический момент
Суммарный момент, на участке разгона
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
Время работы на участке с установившейся скоростью
На участке с установившейся скоростью момент равен моменту статическому
М2= М1СТ=26,27 Н.м.
Время торможения до полной остановки:
Путь проходимый при торможении до полной остановки
Момент на участке торможения, M3: , Рассмотрим участок тахограммы на котором происходит подъем крюка с грузом.
Время разгона двигателя до номинальной скорости t4=TP=2,5с
Путь проходимый при разгоне
S4=SP=0,125м
Момент на участке разгона, (движение вверх)M4: М4=МСП.ПР МДИН =996 259,08=1255,08 Нм
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
S5=SYCT=27,75м
Время работы на участке с установившейся скоростью t5=TYCT=277,5с
Момент на участке с установившейся скоростью
Время торможения до полной остановки: t6=TT= 2,5с
Путь проходимый при торможении
S6=ST= 0,125м
Момент на участке торможения M6: М6=МСП.ПР-МДИН =996-259,08=736,29 Нм
Рассмотрим участок тахограммы на котором происходит опускание крюка с грузом.
Время разгона двигателя до номинальной скорости t7=TP=2,5с
Путь проходимый при разгоне
S7=SP=0,125м
Момент на участке разгона, (движение вниз)M7:
М7=МСС.ПР-МДИН =896,4-259,08=637,32 Нм
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
S8=SYCT=27,75м
Время работы на участке с установившейся скоростью t8=TYCT=277,5с
Момент на участке с установившейся скоростью
М8=МСС.ПР=896,4 Нм
Время торможения до полной остановки: t9=TT= 2,5с
Путь проходимый при торможении
S9=ST= 0,125м
Момент на участке торможения M9: М9=МСС.ПР МДИН =896,4 259,08=1155,48 Нм
Рассмотрим участок тахограммы на котором происходит подъем крюка без груза.
Статический момент ЭД при подъеме крюка без груза:
Время разгона двигателя до номинальной скорости t10=TP=2,5с
Путь проходимый при разгоне
S10=SP=0,125м
Момент на участке разгона, (движение вверх)M10: М10=М2СТ МДИН=32,44 259,08=291,52 Нм
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
S11=SYCT=27,75м
Время работы на участке с установившейся скоростью t11=TYCT=277,5с
Момент на участке с установившейся скоростью
М11=М2СТ=32,44Нм
Время торможения до полной остановки:
t12=TT= 2,5с
Путь проходимый при торможении
S12=ST= 0,125м
Момент на участке торможения M12: М12=М2СТ-МДИН =32,44-259,08=-226,64 Нм
Полное время спуска/подъема
Время паузы между подъемом и спуском
ТП=423с
Тц=(ТПАУЗЫ ТРАБ)•4=(423 282,5)•4=2822с
2.6 Проверка выбранного двигателя по нагреву и перегрузке крановый электропривод двигатель тахограмма
Эквивалентный момент при естественном воздушном охлаждении двигателя
Где -коэффициент ухудшения теплоотдачи
Двигатель имеет принудительную вентиляцию, поэтому .
Тогда:
Так как двигатель предназначен для работы врежиме S1,а фактическая продолжительность включения равна:
То произведем соответствующий пересчет эквивалентного момента, определив для данного двигателя:
Условие проверки двигателя по нагреву: Мэкв< MN
MN=731Нм
Следовательно 272<731
Двигатель удовлетворяет условиям проверки по нагреву
Условие проверки по перегрузке: Максимальный момент двигателя
Ммакс(по НД)<Ммакс.доп
Ммакс.доп=1340 Нм
Ммакс(по НД)=1255,08 Нм
Следовательно 1255,08<1340
Условие выполняется, двигатель K21F315S6 проверку по перегрузке проходит.
2.7 Выбор преобразователя частоты
2.7.1 Краткое описание современных преобразователей частоты
В настоящее время преобразователи частоты считается стандартным промышленным оборудованием в технике электропривода. Они используются везде, где в электроприводе требуются следующие характеристики: а)регулирование скорости, чтобы она могла быть приспособлена под темп производства, б)дистанционное управление скоростью и направлением вращения, в)более высокая точность позиционирования, чем это возможно для двигателей с переключением числа пар полюсов, г)более высокая частота пусков (допустимое по нагреву число пусков в час), чем при питании от сети, д)ограничение нагрузки с помощью электропривода.
Следующий раздел относится исключительно к преобразователю частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения ( инверторы напряжения или импульсные инверторы). Эта группа преобразователей частоты является наиболее значительной и доминирует в диапазоне мощностей от 0,5 до нескольких сот киловатт. Инверторы с промежуточным звеном постоянного тока (инверторы тока) являются экономичными только при мощностях выше 20 КВТ и предназначены в основном в автономных электроприводах. По этим причинам инверторы напряжения с ШИМ являются доминирующими в нижнем диапазоне мощностей.
Главным преимуществом двухзвенных ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока являются: возможность получения на выходе преобразователя широкого диапазона частот, не зависимого от частоты питающей сети и полностью покрывающего потребности электроприводов различного назначения, в том числе высокоскоростных, среднескоростных и тихоходных, прецизионных электроприводов с широким и сверхшироким диапазоном регулирования скорости и др.;
возможность использования относительно простых силовых схем и систем в управлении ПЧ для электроприводов с невысокими требованиями в части диапазона регулирования, быстродействия и других показателей;
возможность наращивания сложности силовой части и системы управления преобразователя соразмерно уровню повышения требований к электроприводу, не допуская чрезмерной избыточности системы;
возможность реализации в сравнительно малоэлементной структуре преобразователя разнообразных алгоритмов управления, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к электроприводам различного назначения;
легкость трансформации преобразователя для работы в установках с питанием электрооборудования от автономных источников либо локальной сети постоянного тока.
Основные недостатки ДПЧ (двухзвенных преобразователей частоты) с промежуточным звеном постоянного тока: двукратное преобразование энергии, что увеличивает потери энергии и ухудшает массогабаритные показатели преобразователя;
наличие в звене постоянного тока силового фильтра как неотъемлемого элемента ДПЧ, содержащего батарею конденсаторов значительной емкости (в схемах ДПЧ с АИН) либо реактор со значительной индуктивностью (в системах ДПЧ с АИТ).
Важным параметром преобразователя частоты является частота модуляции выходного напряжения АИН. Оптимальный выбор этого параметра представляет собой по существу вариационную задачу, содержание которой определяют следующие противоречивые факторы: Увеличение частоты ШИМ дает ряд положительных эффектов: повышает динамическую точность воспроизведения широтно-импульсными модуляторами входных задающих воздействий;
· Расширяет рабочий диапазон частот системы преобразователь -двигатель;
· Уменьшает амплитуды модуляционных пульсаций токов, потокосцеплений и электромагнитного момента двигателя, а также зависящие от них составляющие модуляционных потерь в двигателе и цепи питания;
Уменьшает дополнительный шум двигателя, что в некоторых случаях позволяет отказаться от установки выходных фильтров;
Создает условия для повышения быстродействия и улучшения других показателей качества замкнутых систем автоматического регулирования.
Вместе с тем повышение частоты ШИМ создает ряд отрицательных эффектов: Вследствие повышения частоты коммутации пропорционально увеличиваются коммутационные потери в инверторе, и снижается его допустимая полезная мощность;
Увеличиваются действующие значения емкостных токов в кабелях питания и элементах конструкции двигателя;
Усложняется проблема ограничения перенапряжений от наложения блуждающих электромагнитных волн в цепи нагрузки и ухудшается использование активных элементов преобразователя по напряжению.
По параметрам выбранного двигателя выбираем преобразователь
MICROMASTER 440 фирмы SIEMENS. Преобразователь используется для частоты и момента трехфазного электродвигателя. Преобразователь оснащен микропроцессорной системой управления и использует самые современные технологии с IGBT модулями- транзисторами (Insulated Gate Bipolar Transistor- биполярный транзистор с изолированным затвором). Достоинством такого транзистора являются возможность изготовления на большие токи и напряжения, высокое быстродействие, очень малая мощность управления, большие допустимые скорости нарастания тока и наряжения. Применяются две технологии изготовления IGBT-транзисторов РТ (Punch-Through) и NPT (Non-Punch-Through). Более перспективной является технология NPT . У изготовленных по этой технологии транзисторов, при нагревании увеличивается падение напряжения в открытом состоянии. В случае параллельного соединения нескольких транзисторов это разгружает перегревшийся транзистор и уменьшает вероятность выхода его из строя. Кроме того, у них меньше на 30% динамические потери и на 20% меньше статические потери.
Вследствие этого преобразователи надежны и разнообразны. Оригинальный способ широтно-импульсной модуляции с выбором частоты коммутации дает возможность бесшумной работы электродвигателя. Обширные функции защиты обеспечивают эффективную защиту преобразователя и электродвигателя.
MICROMASTER 440 с заводскими установками является идеальной для широкой области простых применений регулирования скорости. MICROMASTER 440 может применяться как индивидуально, так и интегрироваться в системы автоматизации процесса. Преобразователь частоты имеет модульную конструкцию. Пульт управления и коммуникационные модули могут быть заменены без применения какого-либо инструмента.
Основные характеристики: -Легко устанавливать, параметрировать и пускать в эксплуатацию;
Соответствует международным нормам электромагнитной совместимости;
Высокая частота коммутации для бесшумной работы электродвигателя;
Простое присоединение приводов;
Модульное исполнение;
Может работать с источниками энергии сравнимой мощности;
Обширный набор параметров, которые дают возможность конфигурирования, для широких областей применения;
-Релейные выходы;
-6 изолированных переключаемых позитивных или негативных дискретных входов;
-2 аналоговых входа: AIN- 0-10МА или-10 до 10В AIN2-0-10B, 0-20МА;
Два аналоговых входа могут использоваться как 7-й и 8-й дискретные входы;
- Модульная конструкция для очень гибкой конфигурации;
- Подробная информация о состоянии и встроенные функции сообщений;
-Внешние опции для обмена данными с компьютером, базовая панель обслуживания , расширенная панель оператора и модули передачи данных по шине Profibus.
Функциональные особенности: - Векторное регулирование без датчиков скорости;
Регулирование потока (FCC) для улучшения динамических характеристик и повышения качества регулирования электродвигателя;
-Мгновенное ограничение тока (FCL) для работы без отключения двигателя;
Установленные параметры могут быть перенесены на другие устройства аналогичных процессов.
- Виды законов регулирования напряжения: - Линейное U/f регулирование с FCC. Этот способ регулирования может использоваться для увеличения КПД и динамических характеристик ЭП.
- Квадратичное U/f регулирование. Этот закон применяется для приводов с насосной вентиляторной характеристикой (с малым моментом трения).
- Многоточечное U/f регулирование.
- Линейное U/f с режимом ЕСО. С этой функцией происходит автоматическое снижение или повышение напряжения для минимизации потерь мощности.
- Линейное U/f может применяться для нагрузки с изменяемым и постоянным моментом (насосы конвееры).
- U/f регулирование для применения в текстиле. Нет никакой компенсации и демпфирования. Регулятор максимального тока использует частоту вместо напряжения.
U/f регулирование с FCC для применения в текстиле. U/f регулирование с независимой установкой напряжения. Можно задавать напряжение независимо от выходной частоты преобразователя.
Безсенсорное векторное регулирование. Обеспечивает точное регулирование частоты вращения двигателя без применения датчика скорости. Обеспечивает высокий момент и динамические свойства привода.
Особенности защиты: - Защита от повышенного и пониженного напряжения;
- Защита преобра
Вывод
1) Внедрение частотно - регулируемого электропривода позволяет: Значительно на 30 - 50 % снизить энергопотребление на кранах;
Сократить затраты на дополнительное оборудование
Улучшить условия эксплуатации
Исключить динамические нагрузки
Поскольку, при установке частотно - регулируемого электропривода капитальные вложения меньше и меньше энергопотребление по сравнению с нерегулируемым электроприводом то выбор этого варианта является очевидным.
Срок окупаемости составляет приблизительно 2,9 года, что ниже норматива предприятия (6лет).
Не менее важную роль в снижении издержек занимает сокращение расхода энергии, что достигается за счет экономии электрической энергии и повышения КПД. Также значительный экономический эффект дает и снижение заработной платы основных рабочих вследствие повышения автоматизации процесса
6. Безопасность жизнедеятельности
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
