Автоматизированный электропривод передвижения тележки мостового крана

Режимы работы кранового механизма, регламентирует ГОСТ 25546-82, согласно которому имеется восемь групп режима, каждая из которых характеризуется определенными сочетаниями классов нагружения и использования.

Принимаем класс использования С6 (среднеинтенсивная работа крана в две смены). Классу использования С6 соответствует срок службы крана 20 лет. Выбираем класс нагружения Q3, которому соответствует постоянная работа механизма с грузами массой выше средней (в основном близкой к номинальной).

Классам использования С6 и нагружения Q3 соответствует режим работы механизма 7К и коэффициент нагружения 0.25…0.5

Ориентировочно принимаем 15 циклов работы в час.

Группы режима крановых механизмов регламентирует ГОСТ 25835-83, согласно которому предусмотрено шесть групп режима. По таблице выбираем класс использования механизма А4 (нерегулярное интенсивное использование, работа в две смены). Этому классу соответствует группа режима кранового механизма 5М

Для мостового крана грузоподъемностью m_ном= 10 из по табл по ГОСТ 25546-82 (ГОСТ 25711-83) находим:

- номинальная скорость передвижения моста (перемещение в продольной плоскости) V_ном.м=1 м/с

- номинальная скорость передвижения тележки (перемещение в поперечной плоскости) V_ном.т=0.68 м/с

- масса тележки m_т=2 т.

- масса моста m_м=13 т.

Размеры пролета:

- ширина: 22.5 м.

- длина: 50 м.

1. Расчет механизма передвижения тележки мостового крана

Зададимся числом циклов работы в час механизма передвижения тележки.

Для расчета механических нагрузок необходимо знать скорость передвижения тележки и допустимое ускорение при пуске и торможении.

Скорость передвижения тележки V_ном.т=0.68 м/с. (табл. 12.17 [2]).

Диаметр ходового колеса (для грузоподъемности 10 т.)

D=0.25 м (табл. 12.17 [2]), чему соответствует диаметр цапфы d_ц=0.055 м. (табл.V.2.43 [1]).

Допустимое ускорение при пуске и торможении а=0.2 м/с² (табл.VI.3.5 [1]).

По табл. 12.1 [2], длина пролета L=22.5 м.

Время пуска и торможения:

Время работы за цикл:

Путь, пройденный тележкой в установившемся режиме:

По закону равноускоренного движения:

где l₁+l₂=2.3 м. (табл. 12.10 [2]).

Суммарное рабочее время за цикл:

Суммарное время стоянки за цикл:

t_cт=T_ц-t_р=240-97.92=162.08 с.

Найдём продолжительность включения по следующей формуле:

.

Принимаем ПВ_станд.=40%.

Согласно рекомендациям [2, стр. 444] предварительно выбираем электродвигатель с номинальной синхронной частотой вращения (т.е. ).

Определяем угловую скорость ведущего колеса:

D_хк - диаметр ходовых колес; по [3, стр. 132, табл. 7.50] D_б =250 мм;

Тогда требуемое передаточное число редуктора:

.

Принимаем стандартное значение .

Необходимая скорость двигателя:

рад/c.

2. Выбор кинематической схемы

Кинематическая схема привода передвижения тележки изображена на рис 1.

Привод передвижения тележки. Схема кинематическая.



Рис. 1. 1-двигатель асинхронный короткозамкнутый; 2-тормоз; 3 - муфта упругая втулочно-пальцевая; 4-редуктор; 5-муфта зубчатая; 6-ходовое колесо; 7-рельс

Для передачи вращающегося момента с вала двигателя на редуктор служит втулочно-пальцевая муфта с тормозным шкивом (МВП-250) (табл.V.2.41 [3]).

Для тележки грузоподъемностью 10 тонн по табл.V.2.41 [3]

В механизмах перемещения тележки наиболее распространены цилиндрические двухступенчатые редукторы [4, стр. 85].

Согласно [2, стр. 216] редуктор выбирают путем сравнения вращающего момента на тихоходном валу с ближайшим большим по каталогу номинальным вращающим моментом редуктора.

Согласно [5, стр. 106], параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять условию:

М_номМ_max, где

М_ном - номинальный крутящий момент на тихоходном валу редуктора (табличный);

М_max - максимальный крутящий момент на тихоходном валу редуктора.

М_ном

Учитывая все вышесказанное, а также ранее проведенные расчеты, для режима работы 4М выбираем редуктор цилиндрический двухступенчатый горизонтального типа Ц2-250. Для этого редуктора передаточное отношение i_р=16 (табл.V.2.41 [3]).

Тихоходный вал редуктора передает вращающий момент на ходовые колеса через зубчатые муфты.

Считая диаметры колес равными, а соосность абсолютной, с целью упрощения расчетов и моделирования принимаем систему электропривода индивидуальной однодвигательной.

В грузоподъемных машинах тормоз является важнейшим элементом, обеспечивающим безопасность эксплуатации, поэтому наиболее важные условия выбора, установки функционирования тормозов регламентированы действующими правилами безопасной эксплуатации кранов, утвержденных Госгортехнадзором. В соответствии с этими правилами каждый механизм грузоподъемной машины должен снабжаться нормально замкнутым тормозом.

Согласно [5, стр. 118] в крановых механизмах наиболее часто применяют колодочные тормоза типа ТКТ (с магнитами переменного тока) и ТКП (с магнитами переменного тока) как серийно отработанные. Эти тормоза надежны и долговечны в эксплуатации. Основным параметром тормоза является гарантированно развиваемый им момент.

Тормозной момент тормозов, устанавливаемых на механизмах горизонтального перемещения, определяется исходя из условий обеспечения удержания механизма при наибольших внешних статических нагрузках с учетом задаваемого выбега и отсутствия нарушения сцепления колес с рельсами:

где - отношение числа тормозящихся колес к общему числу колес,

- эмпирический коэффициент (для механизмов, работающих в помещениях = 0,2),

- расчетная частота вращения электродвигателя,

- число механизмов с тормозами,

S - установленный допустимый выбег,

- время от момента срабатывания конечного выключателя до начала механического торможения,

,

где - время срабатывания тормоза. Согласно [6, стр. 145] .

;

Выбираем колодочный тормоз ТКТ-200/100 с тормозным моментом 300 Нм, с электромагнитом переменного тока МО-100Б, номинальным напряжением 220 В. Масса - не более 18 кг.

Муфты.

а) муфта упругая втулочно-пальцевая. МУВП способна компенсировать незначительные погрешности взаимного расположения соединяемых валов и смягчать динамические нагрузки. МУВП широко используют в местах установки тормоза. Требования к МУВП определены ГОСТ21424-75.

Согласно [4, стр. 305] муфты выбирают в зависимости от передаваемого вращающего момента:

М_р =kМ_к[М_к], где

М_р - расчетный вращающий момент;

k - коэффициент запаса прочности

k=k₁k₂k₃, где

k₁ - коэффициент режима работы, для перемещения тележки k₁=1.3 [5, стр. 110];

k₂ - коэффициент условий перемещения тележки, для режима работы 4М k₂=1.2 [5, стр. 110, табл. 7.38];

k₃ - коэффициент углового смещения, k₃=1 [4, стр. 305, табл.V.2.36]

k=1.3. 1.2 1=1.56;

М_к - максимальный вращающий момент;

[М_к] - допускаемый вращающий момент, который способна передать муфта.

М_р=1.56. 103=160 Нм.

По [4, стр. 308, табл.V.2.41] выбираем МУВП:

М_{к мувп}= 250Нм; J_мувп=0,32 кгм²; m_мувп=17 кг.

б) Зубчатая муфта, предназначена для непосредственного соединения

валов. Требования к ЗМ определены ГОСТ 5006-83. ЗМ выбираются аналогично МУВП:

М_р=kM_к[М_к], где

k=k₁k₂k₃

для 4М k₃=1.15 [5, стр. 110]

k=1.3. 1.2. 1.15=1.79

М_р=1.79. 411.2=736.048Нм

По [4, стр. 306, табл.V.2.39] выбираем ЗМ:

М_{к зм}=1000 Нм; J_зм=1.14 кгм²; m_зм=32 кг.

3. Расчет статических моментов сопротивления

Приведенный к валу двигателя статический момент сопротивления, обусловленный силами трения, можно вычислить по формуле:

, где:

k_p - коэффициент учитывающий трение о реборды (k_p=1.5) (табл. П-6 [1]);

G_ном - номинальный вес груза;

G_о - вес механизма передвижения тележки;

? - коэффициент трения скольжения (?=0.02) (табл. П-4 [3]);

f - коэффициент трения качения (табл. П-5 [3])

?_м - КПД механизма

КПД механизма:

где _МВП=0.99; _З.М=0.97; _Р=0.96 (табл.V.1.70 [3]).

Передвижение тележки с грузом.

Определим М_ст.1(при G_ном=m_номg):

Передвижение тележки без груза.

Определим М_ст.2(при G_ном=0):

4. Расчет моментов инерции

Момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя:

Таким образом:

Суммарный момент инерции механизма:

Момент инерции двигателя принимаем (табл.II.1.11 [2]).

Суммарный момент инерции механизма с грузом:

Суммарный момент инерции механизма без груза:

5. Расчет динамического и суммарного момента

Момент двигателя при пуске с грузом будет определятся суммой статического и динамического моментов.

Динамический момент:

Ускорение приведенное к валу двигателя:

рад/c²

Радиус приведения:

Момент двигателя при пуске с грузом:

Момент двигателя при торможении с грузом:

Момент двигателя при пуске без груза:

Момент двигателя при торможении без груза:

Динамический момент двигателя при движении тележки с грузом:

M_дин=J^.=1.14^.19.2=21.88 Нм.

Динамический момент двигателя при движении тележки без груза:

M`_дин=J^.=0.41^.19.2=7.9 Нм.

6. Проверка колес на сцепление с рельсом

Запас сцепления при разгоне и при торможении ходовых колес с рельсом [1]:

,

где ₀ - коэффициент сцепления приводных колес с рельсом (для кранов, работающих в закрытых помещениях ₀=0,3);

а - общее число ходовых колес,

b - число ведомых колес,

j - максимальное ускорение тележки.,

d - диаметр вала в месте установки подшипников; (d=150 мм);

- полное статическое сопротивление движению тележки.

Таким образом, ходовые колеса не будут проскальзывать по рельсам.

7. Выбор мощности двигателя

Сопротивление передвижению тележки от трения без учета трения реборд и торцев ступиц при движении с грузом:

,

где G_ном - номинальный вес груза;

G'₀ - вес тележки;

- коэффициент трения скольжения (=0.0005); [6, стр. 115]

f - коэффициент трения в подшипниках ступиц колес (f=0,015); [6, стр. 115]

d - диаметр вала в месте установки подшипников; (d=150 мм);

D_хк - диаметр ходовых колес; по [3, стр. 132, табл. 7.50] D_б =250 мм;

Сопротивление передвижению тележки от трения без учета трения реборд и торцев ступиц при движении без груза:

Полное статическое сопротивление передвижению тележки с грузом:

,

где - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление от трения реборд и торцев ступиц ходовых колес тележки о головки рельсов,

=2 [6, стр. 115].

.

Статическая мощность двигателя:

,

где _м - КПД механизма.

,

_р - КПД редуктора, _р=0.98 [5, стр. 20, табл. 3.1];

_мувп - КПД муфты упругой втулочно-пальцевой, _мувп=0.99 [4, стр. 238];

_зм - КПД зубчатой муфты, _зм=0.99 [4, стр. 238].

=0.98^.0.99^.0.99^.0.99=0.94.

8. Расчет основных параметров двигателя

Для расчёта двигателя обычно используют схему замещения (рис 5).

Выбираем специальный крановый двигатель MTF111-6 со следующими техническими данными:

Номинальная мощность	Р2, кВт.	3.5
Номинальная скорость	nн, об/мин.	885
Номинальный КПД	,%	72
Пусковой момент	Мп, нМ.	103
Максимальный момент	Ммах, нМ.	103
Пусковой ток	Iп, А.	35
Номинальный ток	Iн, А.	9.3
Момент инерции ротора	Jр, кгм2	0.045
Номинальный соs	cоs	0.79

Двигатель асинхронный. Схема замещения

Рис. 5



U_Ф - фазное напряжение двигателя,

₀ - угловая частота вращения,

X_K=X₁+X₂ - индуктивное сопротивление двигателя,

М_К=М_МАХ - критический момент двигателя.

Из приведённых выше соотношений рассчитываем параметры схемы замещения.

где:

Для расчета критического скольжения воспользуемся формулой, приведенной в [2 стр. 291]:

Активное сопротивление статора и ротора:

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

Принимаем тогда:

Пренебрегая потерями цепи намагничивания находим взаимную индуктивность:



Индуктивности статора и ротора

Электромагнитная постоянная времени:

9. Проверка двигателя по нагреву

Произведем проверку двигателя по нагреву, для этого воспользуемся методикой, описанной в [3, стр. 236-237]. Проверка производится по формуле:

где Р_ном - номинальная мощность выбранного двигателя, кВт;

Р_с - расчетная (требуемая) мощность, кВт;

?₀ и ?_Э - эквивалентный базовый и эквивалентный КПД, зависящие от вида электропривода и определяемые по кривым , [3, рис. 11.1.1] соответственно: ?₀ при числе включений в час N'_вк =0 по [3, табл. 11.1.7];

?_Э - для приведенного числа включений в час N'_bk, которое находится по формуле:

где N_вк - число включений механизма в час [2, табл. 11.1.6];

J_? - суммарный момент инерции двигателя и механизма, кг•м²;

J_дв - момент инерции двигателя, кгм²;

К_Н - коэффициент, учитывающий изменение потерь холостого хода от фактического питающего напряжения. При колебаниях сети от -5 до +10%, для электродвигателей переменного тока значение К_Н принимается равным 1, для двигателей переменного тока К_Н=1,00. При колебаниях напряжения сети переменного тока в пределах ±15% номинального напряжения К_н принимается равным 1,15 [3 стр., 236].

К_Э - коэффициент, учитывающий степень загрузки электродвигателя [3, табл. 11.1.8];

ПВ_дв, ПВ_мех - относительные продолжительности включения соответственно двигателя, выбираемого по каталогу, и механизма; К_о - коэффициент, характеризующий изменение потерь холостого хода в зависимости от ПВ_дв, находится по [3, рис. 11.1.2];

К_р - коэффициент, учитывающий увеличение потерь на регулировочных характеристиках для систем с параметрическим управлением, Кр=1…1,2 [3, стр. 236];

К_д - коэффициент, учитывающий влияние динамических потерь энергии на нагрев двигателя, определяется по [3, табл. 11.1.7].

Для выбранного двигателя согласно [3] определяем:

N_вк=15; N'_bk=76; ?₀ =0.91; ?_э =0,89; Кн=1,15; Кэ=1,05; ПВ_дв=40%; ПВ_мех=35%; К_о=1,1; К_р=1; К_д=1,25; Рн=3.5 кВт; Рс=2.21 кВт.

Тогда

Двигатель удовлетворяет условиям работы по нагреву.

10. Моделирование в среде MATLAB

Составим модель электропривода

Рис. 10.1 Модель электропривода в среде MATLAB

Рис. 10.2 Задатчик интенсивности

Результаты моделирования движения тележки моста с грузом

Пуск на максимальную скорость , при моменте сопротивления и торможение с минимальной скоростью .

Рис. 10.3 График зависимости скорости механизма от времени.

Рис. 10.4 График зависимости момента механизма от времени



Рис. 10.5 График зависимости перемещения механизма от времени

Результаты моделирования при движении тележки моста без груза.

При моменте сопротивления

Рис. 10.6 График зависимости скорости механизма от времени

Рис. 10.7 График зависимости момента механизма от времени



Рис. 10.8 График зависимости перемещения механизма от времени

11. Расчет силовой части

Для управления транзистором выбираем ШИМ-контроллер К1114ЕУ4.

Микросхема представляет собой многофункциональную схему управления источником вторичного электропитания (двухтактный ШИМ-контроллер). ИС выполняет следующие функции: формирование опорного напряжения, усиление сигнала рассогласования, формирование пилообразного напряжения, широтно-импульсную модуляцию, формирование двухтактного выхода, защиту от сквозных токов, защиту от перегрузок, обеспечение «мягкого» запуска. Корпус типа 238.16-2, масса не более 1,5 г.

Функциональная схема К1114ЕУ4



Рис. 11.1 Схема функциональная: 1 - неинвертирующий вход ОУ 1; 2 - инвертирующий вход ОУ 1; 3 - выход усилителей; 4 - установка паузы; 5 - вывод задания частоты (C); 6 - вывод задания частоты (R); 7 - общий; 8 - коллектор VT1; 9 - эмиттер VT1; 10 - эмиттер VT2; 11 - коллектор VT2; 12 - напряжение питания; 13 - блокировка двухтактного выхода; 14 - выход источника опорного напряжения; 15 - инвертирующий вход ОУ 2; 16 - неинвертирующий вход ОУ 2

Схема включения данной микросхемы показана на рис. 13.

Электрические параметры

1	Напряжение питания	15 В 5%
2	Опорное напряжение	4,5…5,5 В
3	Остаточное напряжение	не более 1,3 В
4	Ток закрытой микросхемы	не более 100 мкА
5	Ток потребления	не более 20 мА
6	Длительность фронта импульса выходного тока	не более 100 нс
7	Длительность среза импульса выходного тока	не более 200 нс
8	Температурный коэффициент опорного напряжения	не более 0,03%/ ° C
9	Нестабильность по напряжению ИОП	не более 0,05%
10	Нестабильность по току ИОП	не более 1%



Предельно допустимые режимы эксплуатации

1	Напряжение питания	7…40 В
2	Входное коммутируемое напряжение	не более 40 В
3	Выходной ток	200 мА
4	Выходной ток ИОП	10 мА
5	Рассеиваемая мощность при T=-10…+25°C при T=+70 ° C	1 Вт 0,5 Вт
6	Частота коммутации	200 кГц
7	Температура окружающей среды	-10…+70 ° C

Рекомендации по применению

Допускается подключение нагрузки в цепь коллектора или эмиттера выходных транзисторов. При включении нагрузки в цепь эмиттера выходных транзисторов остаточное напряжение не превышает 3 В при I_вых=200 мА. Допускается параллельная работа выходных транзисторов на общую нагрузку. Для осуществления синхронной работы выходных транзисторов и увеличения выходного тока до 0,4 А необходимо соединить вывод 13 с общей шиной. Допускается использовать источник опорного напряжения в качестве маломощного стабилизатора фиксированного напряжения с выходным током до 5 мА. Допускается изменение коэффициентов усиления и частотной коррекции с помощью резисторов и конденсаторов, включаемых между выходом усилителей (вывод 3) и их входами (выводы 1,2 и 15,16). При этом выходной ток усилителей не должен превышать 1 мА, а входной 0,3 мА. Допускается монтаж ИС в аппаратуру 2 раза, демонтаж 1 раз. Допустимое значение статического потенциала 200 В.

В соответствии с этими требованиями, а также учитывая возможную трехкратную перегрузку по току, выбираем диоды типа Д131-63-12, обладающие следующими основными техническими характеристиками:

Максимальное постоянное обратное напряжение, В:	720
Максимальное импульсное обратное напряжение, В:	1200
Максимальный прямой (выпрямленный за полупериод) ток, А:	63
Максимально допустимый прямой импульсный ток, А:	98
Максимальный обратный ток, мкА:	8000
Максимальное прямое напряжение, В:	1.35
при Iпр., А:	63
Рабочая частота, кГц:	1.5
Максимальное время восстановления, мкс:	9.3
Общая емкость, Сд.пФ:	-
Рабочая температура, С:	-60…190

Выбор транзисторов будем осуществлять на основании среднего тока, протекающего через транзистор.

С учетом возможности перегрузки двигателя по току в переходных режимах в два с половиной раза получаем ток проходящий через транзистор:

.

В качестве транзисторов автономного инвертора применяем пятое поколение IGBT модулей Mitsubishi. 5-ое поколение модулей (серия NF) производится по новой технологии CSTBT (Carrier Stored Trench Gate Bipolar Transistor), которая позволила:

- увеличить стойкость к короткому замыканию,

- уменьшить емкость затвора,

- уменьшить напряжение насыщения коллектор-эмиттер,

- облегчить монтаж благодаря использованию унифицированных размеров крепежных отверстий и использованию разъемов с защелками для удобства подключения к плате драйвера.

Основные технические характеристики CM150DY-24NF

Структура:	Полумост
Наличие схем управления / защиты в составе модуля:	нет
Макс.напр. к-э, В:	1200
Защита по току, А:	-
Защита по температуре, С:	-
Номинальный ток одиночного тр-ра, А:	150
Максимально допустимый импульсный ток э, А:	300
Максимально допустимое напряжение затвор-эмиттер (-/), В:	7
Прямое падение напряжения коллектор-эмиттер 125С, В:	1.8
Входная емкость затвора, нФ:	30
Время нарастания импульса тока к-э на индуктивной нагрузке, нс:	80
Максимальная рассеиваимая мощность, Вт:	780
Максимальная частота модуляции, кГц:	-
Температурный диапазон, С:	-40…150

Так как данный тип транзисторов имеет в своём составе диод обратного тока, то расчёт параметров и выбор диодов обратного тока не производим.

Для управления силовым модулем выбираем независимый драйвер верхнего и нижнего плеча IR2184. Выпускаемые IR драйверы предназначены для работы в любых конфигурациях силовых каскадов в диапазоне мощности до 3-5 кВт. Технология производства микросхем управления HVIC вобрала в себя все достижения высоковольтных технологий.

Параметры драйвера IR2184

Тип схемыдрайвер верхнего плеча

Максимальное напряжение коллектор-эммитер

Напряжение питания

Максимальный выходной ток драйвера

Максимальная скорость нарастания напряжения при

выключении

Рис 11.3 Независимый драйвер верхнего и нижнего плеча плеча IR2184. Вид общий

С параметрами:

- Управляющие каналы разработаны для нагруженного функционирования полностью работоспособны до +600В

- Нечувствителен к отрицательным напряжениям при переходных процессах

- Стойкость к скорости нарастания напряжения (dV/dt)

- Диапазон напряжения питания драйверов 10…20В

- Блокировка при снижении напряжения

-5В входная логика с триггерами Шмита

- Логика предотвращения поперечной проводимости

- Согласованная задержка распространения для обоих каналов

- Выход драйвера верхнего уровня в фазе со входом (IN)

- Смещение логики и общего питания ±5В

- Внутренне установленная 500 нс пауза при переключении каналов и программируемая до 5 мкс внешним резистором Rdt (IR21844)

- Уменьшено di/dt для лучшей нечувствительности к шумам

- Вход выключения SD выключает оба канала

- Напряжение смещения V_OFFSET не более 600В

- Имп.вых. ток к.з Iо± 1.7А/1.7А

- Выходное напряжение драйверов V_OUT 10 - 20В

- Время вкл./выкл. 680 нс/180 нс

- Пауза 500 нс (у IR21844 программируется до 5 мкс)

Описание выводов

IN	Логический вход управления выходом драйверами верхнего и нижнего уровней, в фазе с HO (по отношению к COM для IR2184 и к VSS для IR21844)
SD	Вход выключения (по отношению к COM для IR2184 и к VSS для IR21844)
DT	Вывод программирования паузы при переключении уровней (IR21834)
VSS	Общий логики (IR21844)
VB	Напряжение питания ключей верхнего уровня
HO	Выход драйвера верхнего уровня
VS	Возврат питания верхнего уровня
VCC	Питание драйверов нижнего уровня и логики
LO	Выход драйвера нижнего уровня
COM	Возврат питания нижнего уровня

Описание

IR2184/IR21844 - драйверы высоковольтных, высокоскоростных МОП-транзисторов или IGBT-транзисторов с зависимыми выходными каналами нижнего и верхнего уровней. Собственная HVIC-технология и стойкая к защелкиванию КМОП-технология позволили создать монолитную конструкцию.

Логический вход совместим с стандартными КМОП или LSTTL выходом. Выходы драйверов отличаются высоким импульсным током буферного каскада, что выполнено для минимизации встречной проводимости драйвера. Выходной канал может быть использован для управления N-канальным силовым МОП-транзистором или IGBT-транзистором с напряжением питания верхнего уровня до 600В.

Параметры оптореле 5П62.10П1-90-2

Максимальное напряжение вторичной цепи

Максимальный ток вторичной цепи

Время включения выключения

Максимальная частота коммутации нагрузки

Напряжение пробоя изоляции

В данном реле имеются дополнительные выходы для подключения RC-цепочки, служащей для уменьшения влияния коммутационных помех. Воспользуемся типовыми значениями параметров элементов фильтра: и .



Рис. 11.5 Оптореле серии 5П62.10П. Вид общий

Для питания элементов системы управления необходим следующий

ряд значений постоянного напряжения:

· +5В - для питания энкодера и оптореле;

· +/-15В - для питания датчиков напряжения, тока и операционных усилителей;

· +3.3 - для питания микроконтроллеров.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой воспользуемся АЦП, встроенным в микроконтроллер, разрядностью 10-bit.

Микроконтроллер AT91SAM7X256-AU-001

Содержит восьмиканальный мультиплексор 10-разрядных АЦП. Входной сигнал между 0В и напряжением, поданным на выход микроконтроллера ADREF. Микроконтроллер имеет встроенный прецизионный источник опорного напряжения величиной 1.8В (выход Vout). В качестве напряжения, подаваемого на ADREF, используем встроенный источник, таким образом входное напряжение АЦП формируется в диапазоне 0…1,8 В по линейной зависимости.

Т.к. величина напряжения, подаваемого на АЦП, отличается от формируемого датчиками, следовательно, требуется применение дополнительных устройств преобразования уровней. Наиболее распространенным является операционный усилитель. Выберем операционный усилитель MAX437MJA производства MAXIM, параметры которого приведены ниже

Параметры операционного усилителя MAX437MJA

Напряжение питания

Диапазон выходных напряжений

Максимальный входной ток

Коэффициент нарастания напряжения

Коэффициент усиления по напряжению

Максимальная рабочая частота

Рабочие температуры

Напряжение, формируемое датчиком напряжения, составляет:

;

Для того, чтобы получить требуемый уровень напряжения на входе АЦП воспользуемся делителем напряжения (рис.).

Рис. Делитель напряжения



Принимаем R1 = 1 кОм, тогда R2 = 4,8 кОм.

Берем стандартные значения сопротивлений из ряда E24: R1 = 1 кОм,

R2 = 4.81 кОм.

Для того, чтобы получить требуемый уровень напряжения на входе АЦП для сигналов датчиков тока воспользуемся операционным усилителем, подключенным по схеме вычитателя (см. рис.).

Выходное напряжение операционного усилителя рассчитывается по следующей формуле:

где и

Рис. 4.2.6. Схема аналогового вычитателя на операционном усилителе

Принимая напряжение, т.к. именно такое значение выдает встроенный источник напряжения АЦП и, зная границы интервала преобразования, определяет коэффициенты масштабирования из следующей системы уравнений:



Зададимся базовым значением сопротивлений и . Тогда значения сопротивлений иможно определить следующим образом:

Для ограничения ударного тока а так же фильтрации высокочастотных помех, создаваемых коммутацией силовых ключей необходима установка индуктивности

Данный дроссель необходим для ограничения пульсаций тока, которые неблагоприятно сказываются на работе двигателя увеличивая его нагрев.

Гн

Выбираем устройство защиты

Устройство защиты электропривода крана от обрыва фаз

Рис. 11.6 корпус и устройство УЗОФ

Устройство защиты крана от обрыва фаз предназначено для обеспечения требований безопасности в соответствии со ст. 4.9.13 «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» ПБ101492 (защиты электрических кранов от падения груза или стрелы в случае обрыва фазы в питающей сети или в цепи питания электропривода грузоподъемной машины).

Основные технические данные.

Тип изделия устройство защиты от обрыва фаз.

Заводской номер ____________

Год выпуска ____________

Условное обозначение УЗОФМ

Род электрического тока переменный

Номинальное напряжение питания 220 В или 380 В.

Потребляемая мощность прибора, Вт не более 5

Колебания напряжения питания:

от 20% до +10% для переменного тока

Величина тока нагрузки на выходные контакты реле:

6 А при напряжении переменного тока 380 В.

Предел срабатывания защитного устройства, А 5… 300

Время отключения реле, с 0,7±0,1

Габаритные размеры, мм.:

блок датчиков тока 250x65x60;

электронный блок 135x70x77

Масса прибора, кг: блок датчиков тока 1,0 (не более)

электронный блок 0,6 (не более)

Ресурс, срок службы и хранения; гарантии изготовителя.

Срок службы 10 лет (не менее)

Среднее время наработки на отказ 1000 ч (не менее)

Гарантии изготовителя

Предприятие изготовитель гарантирует соответствие реле требованиям

ТУ 58510023303024699 при соблюдении правил эксплуатации, транспортирования и хранения, установленных руководством по эксплуатации УФ 100.00.00. РЭ

Гарантийный срок эксплуатации устройства 18 месяцев со дня ввода его в эксплуатацию.

Гарантийный срок хранения устройства 6 месяцев со дня отгрузки потребителю.

Если устройство не было введено в эксплуатацию до истечения гарантийного срока хранения, началом эксплуатации считается момент истечения гарантийного срока хранения.

Блок трансформаторов тока устройства устанавливается в электрическом шкафу крана, а электронный блок может размещаться или в том же шкафу или в кабине управления.

Размещение, монтаж и эксплуатация

Устройство подключается к внешним цепям крана согласно схемы, показанной на лицевой панели электронного блока, и схемы подключения, приведенной в паспорте. Трансформаторы тока включаются в силовую цепь крана, как правило, на отходящих линиях кабелей после максимальных реле. Устройство может быть использовано для защиты, как отдельного электропривода грузоподъемного механизма, так и группы электроприводов, в том числе для защиты всей группы электродвигателей крана. В зависимости от использования устройства через окна трансформаторов тока пропускают либо провода кабеля отдельного электродвигателя, либо провода отходящих кабелей всей группы электродвигателей крана Цепь питания электронного блока подключается к зажимам 1,5.2 или на напряжение 380 В или 220 В. Работоспособность устройства возможно проверить путем подключения прибора к напряжению 220 В или 380 В. и подачи напряжения на зажимы 6, 7, 8, 9 в пределах 2,5. 24 В.

В процессе эксплуатации проводится техническое обслуживание, которое заключается в проверке целостности внешних подсоединении и проверке технического состояния устройства путем контроля световой индикации и функционирования реле электронного блока.

Проверка действия зашиты от обрыва фаз осуществляется при установке прибора на кран и при каждом техническом освидетельствовании. По окончании гарантийного срока крышка прибора может вскрываться для чистки от пыли печатной платы и ремонта. Ремонт разрешается лицам, прошедшим специальную подготовку. При монтаже и эксплуатации устройства следует руководствоваться правилами ПТЭ и ПТБ электроустановок потребителей.

Схема электрическая подключения устройства

Рис. 11.8 Электрическая схема включения УЗОФ

Конечные выключатели

Конечные выключатели служат для автоматического отключения двигателя при достижении механизмом крайнего положения, переход которого связан с поломкой механизма или какой-либо его части. Они выполняют роль аппаратов безопасности. Конечные выключатели могут быть включены в главную цепь или в цепь управления. В современных крановых схемах конечные выключатели включаются в цепь управления и отключают всю крановую установку. Конечные выключатели, как правило, имеют нормально замкнутые контакты, и только для цепей сигнализации допускаются нормально открытые контакты. Для ограничения движения моста конечные выключатели устанавливаются на мосту и отключаются упорами, устанавливаемыми по краям участка работы крана - обычно на стенах цеха.

Электромагнитный тормоз ТКТ-300

Типоразмер: ТКТ-300

Диаметр шкива, D:300

Тип электромагнита: МО-300Б

Напряжение, V: 220, 380, 500

Масса, кг: 99

Тормоза предназначены для затормаживания и растормаживания механизма, которому придан тормоз, в разных условиях работы. Тормоз ТКТ 100…300 приводятся в действие посредством электромагнита переменного тока типа МО. Работа тормоза: при затормаживании ток отключен, электромагнит не работает, шкив заторможен (принцип \\fail-safe\\). Под действием сжатой пружины рычаги поворачиваются на пальцах и прижимают колодки к поверхности тормозного шкива. При включении электромагнита главная пружина тормоза сжимается, и рычаги, освободившись от пружины, расходятся, растормаживая шкив.