Мостовой кран

Размещено на http://www.allbest.ru/

22

1. Анализ и описание системы ЭП рабочая машина

1.1 Тахограмма требуемого процесса движения

По условию задано допустимое ускорение а=0,12 м/с². Согласно циклу работы сначала происходит опускание грузозахватывающего устройства на высоту Н=10 м со скоростью V_СП, составляющей 85% от скорости подъёма V_ПОД. Время разгона или торможения при спуске можно рассчитать в виде:

c. (1.1)

За время разгона или торможения проходит расстояние:

м. (1.2)

Тогда время работы на скорости V_СП:

с.(1.3)

Далее по циклу после паузы груз поднимается на высоту Hm=5 м, при этом время разгона или торможения:

с.(1.4)

м,(1.5)

Тогда время работы на скорости V_ПОД:

с.(1.6)

Затем происходит опускание груза на высоту 5 м. Время работы со скоростью V_СП:

с(1.7)

Затем происходит подъём грузозахватывающего устройства на высоту 10 м. Время работы со скоростью V_ПОД:

с. (1.8)

Суммарное время работы:

175.16 с. (1.9)

Время пауз составляет 56% от времени работы, тогда время паузы:

с. (1.10)

Время цикла:

. (1.11)

Двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, так как время цикла меньше 10 мин. Определим продолжительность включения:

. (1.12)

Перейдём к угловым скоростям. Радиус приведения:

м.(1.13)

где i_р ,i_п - передаточные отношения редуктора и полиспаста,

D_б - диаметр барабана.

По формуле (1.13) угловые скорости: _ПОД =74 рад/с, _СП =63 рад/с.

По найденным параметрам строится тахограмма процесса движения, представленная на рис.1.1.

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивлений

Момент сорпротивления, действующий при подъёме грузозахватывающего устройства, может быть определен по формуле:

Н*м. (1.14)

Аналогично, момент на валу двигателя при подъеме груза:

Н^. м, (1.15)

гдеG_0, G вес грузозахватывающего устройства и груза;

КПД механических передач.

Момент на валу двигателя при спуске груза:

Н^.м, (1.16)

Момент на валу двигателя при спуске грузоэахватывающего устройства:

Н^.м, (1.17)

1.3 Построение нагрузочной диаграммы и МХ рабочей машины

Все параметры, требуемые для построения нагрузочной диаграммы, рассчитаны выше.

Определим общее время переходных процессов за цикл работы.

с.

Исходя из условия 12.36<0.1*tр=17.516 , нагрузочную диаграмму не требуется.

Так как известны моменты нагрузки, то можно построить механические характеристики рабочей машины.

2. Анализ и описание системы “ЭП сеть” и “ЭП оператор”

Электропривод подъема мостового крана питается стандартным трехфазным напряжением 380/220 В частотой 50 Гц. В промышленной сети возможны значительные броски напряжения, а также могут возникать аварийные ситуации, поэтому необходимо обеспечить работоспособность установки при возможных колебаниях напряжения в сети и обеспечить защиту от токов короткого замыкания.

Крановые электроприводы весь цикл работы непосредственно управляются оператором, поэтому необходимо обеспечить возможность переключения на фиксированные рабочие скорости. Если в качестве наилучшего из вариантов будет выбран электропривод постоянного тока, то в этом случае важным вопросом является согласование выбора схемы выпрямления с требуемым значением выпрямленного напряжения. Для обеспечения высоких динамических показателей выпрямитель должен иметь достаточный запас по напряжению. Для согласования сети и выпрямителя устанавливаются токоограничивающие реакторы.

3. Выбор принципиальных решений

3.1 Построение МЧЭП

Кинематическая схема электропривода механизма подъема мостового крана изображена на рис. 3.1.

Вал электрической машины через муфту соединен с валом редуктора, который понижает скорость вращения и, одновременно, увеличивает момент. Выходной вал редуктора соединен через муфту с канатным барабаном. На двух канатах через полиспаст крепится грузозахватывающее устройство. Полиспаст предназначен для уменьшения линейной скорости.

3.2 Выбор типа привода и способа регулирования координат

При выборе типа привода и способа регулирования координат для электропривода грейферного подъемника учитываются следующие условия:

продолжительный режим работы;

обеспечение работы в первом и четвертом квад

рантах;

обеспечение необходимого диапазона регулирования.

Ниже приведены возможные решения с учетом предъявляемых к приводу требований.

1. Управляемый выпрямитель двигатель постоянного тока;

2. Непосредственный преобразователь частоты асинхронный двигатель;

3. Генератор двигатель;

4. Автономный инвертор - асинхронный двигатель;

5. Тиристорный регулятор напряжения - асинхронный двигатель с фазным ротором;

6. Асинхронный двигатель с фазным ротором регулированием сопротивлениями в цепи ротора.

3.3 Оценка и сравнение выбранных вариантов

Из перечисленных выше возможных вариантов выберем наиболее подходящий, используя метод экспертных оценок. Оценка и коэффициенты значимости сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Экспертная оценка.

Возможные решения	Весовые коэффициенты
	3	4	5	5	5
	масса	цена	потребление	обслуживание	потери за цикл
тп-дпнв	3	3	4	3	3
нпч-адк	2	2	4	2	4
г-д	2	4	3	4	2
аи-ад	2	1	5	1	5
трн-адф	3	3	3	3	3
адф-рс	4	4	1	4	1

Суммарные результаты (сумма взвешенных показателей) можно увидеть на оценочной диаграмме, которая приведена ниже.

Исходя из результатов расчета, выбираем вариант управляемый выпрямитель двигатель постоянного тока.

4. Расчет силового ЭП

4.1 Расчет параметров и выбор двигателя

Для расчета мощности двигателя в данном случае применяется метод эквивалентного момента, так как потери пропорциональны квадрату току (сопротивление принимается постоянным), а момент пропорционален току (возбуждение за цикл работы не изменяется).

Используя нагрузочную диаграмму на рис.1.2, эквивалентный момент может быть рассчитан по формуле:

, (4.1)

,(4.1)

,(4.2)

, .(4.3)

где в - коэффициент, учитывающий ухудшение вентиляции,

Dсп, Dпод - диапазон регулирования скорости при спуске и подъёме.

За расчетную скорость принимается n=770 об/мин, тогда расчетная мощность двигателя:

(4.4)

Н*м.(4.5)

По найденному эквивалентному моменту, расчетной мощности и расчетной скорости выбирается двигатель постоянного тока с независимым возбуждением Д808, рассчитанный на режим работы S3 со стандартной ПВ%=40%.

Его паспортные данные: n_н = 770 Р_н = 47 кВт, I_н = 240 А, М_н = 582 , J = 8 , U_н = 220 В, U_вн = 220 В, М_MAX=1715 , I_MAX=2.5*I_н, _Н =0,86, R_ЯД=0.028 Ом, R_ДП=0.011 Ом, R_КО=0.004 Ом.

Рассчитаем полное сопротивление якоря.

Ом (4.6)

где --температурный коэффициент:

(4.7)

гдеQ1--паспортная температура ();

Q2--рабочая температура ();

Rяд--сопротивление обмотки якоря двигателя;

Rдп--сопротивление добавочных полюсов;

Rко - сопротивление компенсационной обмотки;

Rщ--сопротивление щеточных контактов:

Ом. (4.8)

Индуктивность обмотки якоря определим из формулы Уманского-Динвилля:

(4.9)

Где к = 0.25 для двигателей с компенсационной обмоткой.

.

Конструктивный коэффициент двигателя:

(4.10)

Найдём коэффициент связи между Мн и током якоря Iн:

(4.11)

4.2 Расчет параметров и выбор силового преобразователя

Управляемый выпрямитель выбираем исходя из номинальных рабочих напряжения и тока. Выбираем преобразователь типа: ТПР4-320/460-2-2 УХЛ4 ТУ16-88 ИЕАЛ.435000.090 ТУ со следующими номинальными параметрами: подключение производится к сети переменного тока 380 В, 50 Гц; U_{d ном} = 460 В, I_{d ном} = 320 A, степень защиты IP20, исполнение защитное (в шкафу), охлаждение принудительное. Схема выпрямления реверсивная, мостовая, m = 6. Имеет регуляторы тока и сорости, датчики тока, электромагнитный тормоз, а также все необходимые защиты и блокировки для самого преобразователя. Питание осуществляется через трёхфазный токоограничивающий реактор, входящий в состав преобразователя, типа РТСТ-320-0,25У3 со следующими параметрами: U_Л = 400 В, I_Н =250 А, L = 0.25 мГн, R=0.013 Ом.

Максимальное выпрямленное напряжение:

(4.12)

Для выявления необходимости установки дросселя определим минимальный ток, соответствующий минимальному моменту сопротивления Мс1:

А (4.13)

Максимальное допустимое значение граничного тока:

А (4.14)

Из выражения для определения граничного тока

(4.15)

для случая маскимального угла открытия тиристоров УВ бмах=77.04 и максимального граничного тока оределим полную индуктивность L₀: L₀=0.01886 Гн. Тогда L_ДР:

L_ДР=L₀-L_Я-2L_Р=0,00117 Гн.(4.14)

Выбираем дроссель СРОСЗ 320 МУХЛ4 на I_dН = 320 А, L_др = 1.2 мГн, R_др=0.077 Ом.

Определим суммарное сопротивление цепи якоря:

 (4.15)

4.3 Составление расчетной схемы МЧЭП

Для составления расчетной схемы все параметры удобно привести к валу двигателя. В качестве приведенных параметров выступают следующие величины:

J_{пр i} момент инерции для вращающихся тел;

J_{пр j} момент инерции тел, выполняющих поступательное движение;

с _i жесткость;

i передаточное число.

Приведение параметров к расчетной скорости выполняется по следующим формулам:

(4.16)

(4.17)

(4.18)

Момент инерции канатного барабана, приведенный к валу двигателя, рассчитывается по формуле:

,(4.19)

гдеm - масса барабана;

Rи радиус инерции барабана;

i_p передаточное отношение редуктора.

Момент инерции нагруженного крана, приведенный к валу двигателя, можно определить по формуле:

(4.20)

Момент инерции двигателя J_ДВ=8 , а приведенный момент инерции редуктора по условию равен 35% от момента

инерции двигателя:

, (4.21)

Момент инерции муфты, приведенный к валу двигателя:

, (4.22)

Приведенная жесткость муфты:

Приведенная жесткость каната:

(4.23)

гдеN - число несущих канатов;

H - максимальная высота подъема.

Полученная четырехмассовая расчетная схема представлена на рис. 4.1.

Используя метод последовательных упрощений можно перейти к эквивалентной трехмассовой расчетной схеме, изображенной на рис.1.4.

Расчет параметров эквивалентной схемы производится по формулам:

.

Эквивалентная жёсткость рассчитывается следующим образом:

Переход к двухмассовой схеме:

(4.24)

, Н*м. (4.25)

Н*м. (4.26)

5. Расчет статических МХ и ЭМХ двигателя и ЭП

Статические МХ и ЭМХ двигателя рассчитываются по следующей формуле:

(5.1)

(5.2)

Запишем выражение механической характеристики электропривода разомкнутой системы:

(5.3)

где U_В = 1 В падение напряжения на вентиле.

Предварительно необходимо вычислить необходимое напряжение по формуле:

(5.4)

Полученные значения напряжений и результаты расчета сведены в таблицу 5.1:

Таблица 5.1 Расчет статических МХ и ЭМХ.

U	140	218	113	178
Iя	Мс	w1	w2	w3	w4
0	0	-60,89
30,8	70,85	-63
0	0		94,8
127,26	292,7		74
0	0			-49,13
193,23	444,43			-63
0	0				77,39
46,67	107,35				74

Статические МХ и ЭМХ двигателя имеют вид:

По выражению 5.4 можно определить углы открывания вентилей для заданных режимов работы. Определим граничные токи для всех случаев по формуле:

(5.5)

где

a =2 для мостовых схем.

(5.6)

Значения сведены в таблицу 5.2:

Таблица 5.2 Углы открывания вентилей и граничные значения линейных характеристик.

Mc	Угол	Iгр	Mгр	wгр
70,85	73,93	8,23	18,93	60,281
673,37	64,6	7,737	17,795	94,247
444,43	77,04	8,347	19,198	48,554
107,35	69,46	8,02	18,447	76,812

Двигатель не работает в режиме прерывистых токов, работает на линейном участке характеристик.

6. Расчет переходных процессов в ЭП за цикл работы

Рассматриваем двухмассовую систему, которая описывается системой уравнений:

(6.1)

Настройку контура тока произведём на технический оптимум и контура скорости на симметричный оптимум. Управляемый выпрямитель описывается апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени 0,001 с и коэффициентом передачи 34,5.

Структурная схема контура тока с регулятором:

;(6.2)

гдеU_ОУ напряжения питания операционного усилителя.

(6.3)

(6.4)

Передаточная функция для замкнутого контура тока:

. (6.5)

При настройки контура скорости можно пренебречь старшими степенями р:

. (6.6)

Контур скорости:

;(6.7)

(6.8)

(6.9)

Модель приведена в приложении. Графики переходных процессов приведены в графической части проекта.

7. Проверка правильности расчета мощности

После расчета переходных процессов можно уточнить выбор двигателя по нагреву по более точному методу - методу средних потерь. Необходимо, чтобы выполнялось неравенство:

, (7.1)

где ,

,

, .

Определим угловые ускорения в переходных процессах.

Таблица 7.1 - Проверочный расчёт.

i	1	2	3	5	6	7	9	10	11	13
з	0.86	0.64	0.86	0.86	0.86	0.86	0.86	0.86	0.86	0.86
P	16443	4464	16443	19314	49829	19314	16443	27999	16443	19314
ДP	2677	2511	2677	3144	8112	3144	2677	8841	2677	3144
в	0.687	0.875	0.6875	0.807	1.114	0.807	0.6875	0.875	0.6875	0.807

Вт, Вт.

Двигатель проходит по нагреву.

8. Разработка схемы электрической принципиальной

электропривод тахограмма двигатель

Управляемый выпрямитель UZ1 подключается к промышленной сети переменного тока, через автоматический выключатель QF1 с помощью магнитного пускателя КМ1. Выпрямленные напряжение и ток с выхода преобразователя подаются на двигатель постоянного тока М1. Датчик скорости выполнен в виде тахогенератора BR1 с делителем напряжения RP1, фильтром С. С помощью SB1 - SB4 производится пуск и останов, изменение скорости привода. Путевые выключатели контролируют положение подъёмника. Для защиты цепей от токов короткого замыкания и перегрева применяется автоматические выключатель.

Выбор автоматического выключателя производим согласно следующим требованиям:

- Uн авт >= Uc;

- Iуст max расц >= (1.5 - 1.8) • Iп;

- Iн авт >= Iдлит;

- Iн тепл расц >= Iн длит.

Рассчитываем значения токов и напряжений:

Uc =380 В; Iдлит = Iн = 240 А; Iп = 2.5•Iн = 3 • 250 =720 А, 1.8•Iп = 1296 А.

По рассчитанным параметрам выбираем автоматический выключатель серии А372-4Б ТУ16-522.028-74 с номинальными параметрами:

Uн ав = 380 В; Iн ав = 250 А;

Iуст.max.расц. = 1500 А;

Iн.тепл.расц = 500 А.

Выбор контакторов осуществляем согласно следующим условиям:

- Uн = Uc;

- Iконт. >= Iн. нагр.;

- по числу и исполнению контактов.

КМ1: КМ20-37Б530 ТУ 16-524.040-75, Uн=380 В, Iконт. = 400 А, Рн=105 В•А.

КМ2, КМ3: КТ6000/01 У3 ТУ 16-524.028-74, Uн=220 В, Iконт. = 16 А, Рн=40 В•А.

Выбор путевых выключатей осуществляем исходя из следующих условий:

- Uн. пв. >= Uс;

- Iн. пв. >= Iнагр.

Ток через контакты концевых выключателей определим исходя из номинальной мощности выбранных контакторов: Iн. пв.= Рн/Uс=40/220=0.18 А.

Устанавливаем путевой выключатель ВП21108-418220-УХЛ4 с номинальными параметрами Uн=220 В, Iн = 0.5 А.

Кнопочные выключатели выбираем из условий:

- Uн >= Uc;

- Iн >= Iдлит.;

Выбираем кнопочные выключатели ПКУ15-21.131-40У3 с номинальными параметрами Uн=220 В, Iн = 3 А.

Выбор тахогенератора проводим согласно следующим условиям:

- wн тг. >= wmax;

коэффициент передачи тахогенератора должен обеспечивать все режимы работы привода.

Скорость wmax соответствует рабочей скорости wпод =74 рад/с.

Выбираем тахогенератор ПТ 31/1 с номинальной частотой n = 1000 об/мин.

Для защиты цепей управления от токов короткого замыкания применяем предохранитель ПРС, U_н=220 В, I_ном.=6 А, I_{ном.пл.вст.}=1 А.

Размещено на Allbest.ru