Проектирование электропривода подъема мостового крана (стр. 2 из 4)
Электропривод механизма подъема мостового крана питается стандартным трехфазным напряжением 380 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. Для этого привод подключаем к сети через автоматический выключатель, который также обеспечивает защиту двигателя от возможного короткого замыкания, как со стороны питающей сети, так и со стороны нагрузки.
Управление краном осуществляется непосредственно оператором-крановщиком, поэтому управление должно быть относительно простым, позволяющим легко управлять разгоном и торможением крана, а так же осуществлять фиксированный режим работы на номинальных скоростях перемещения.
3. Выбор принципиальных решений
3.1 Построение механической части привода
Кинематическая схема электропривода механизма подъема изображена на рис. 3.1.
Вал двигателя через муфту соединен с входным валом редуктора. Редуктор понижает скорость вращения и одновременно увеличивает момент. Выходной вал редуктора соединен через муфту с канатным барабаном. Полиспаст крепится на двух канатах. К полиспасту крепится грейфер. Полиспаст предназначен для уменьшения линейной скорости грейфера. Канатный барабан посредством ременной передачи соединен с кабельным барабаном, предназначенным для подачи питающего кабеля.
 |
Рисунок 3.1 - Кинематическая схема электропривода механизма подъема.
Составление расчетной схемы механической части электропривода приведено в пункте 4.2
На рис. 3.1 введены следующие обозначения:
1 - двигатель;
2 - соединительная муфта;
3 - редуктор;
4 –барабан;
5 – канат;
6 – полиспаст;
7 – грузозахватывающего устройства;
3.2 Выбор типа привода и способа регулирования координат
Для приведения в движение механизма крана можно использовать несколько вариантов двигателей. Это может быть двигатель постоянного тока независимого или последовательного возбуждения, может быть асинхронный двигатель. Можно применять двигатели общепромышленного исполнения. Также промышленностью выпускаются специальные крановые серии двигателей постоянного и переменного тока. Каждый из этих двигателей имеет свои достоинства и недостатки. Так, например, двигатели постоянного тока позволяют легко и хорошо регулировать скорость вращения, но по габаритам они намного превосходят двигатели переменного тока. Асинхронные двигатели по габаритам меньше, но система регулирования двигателей переменного тока сложнее.
Возможными способами регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока являются регулирование напряжения питания с помощью управляемых выпрямителей для двигателей с независимым возбуждением и шунтированием якоря для двигателей с независимым и последовательным возбуждением.
Для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором можно использовать преобразователь частоты.
Все эти способы так же отличаются друг от друга сложностью, потерями, стоимостью и требуют выбора оптимального способа регулирования для каждого конкретного случая.
Ниже приведены возможные решения с учетом предъявляемых к приводу требований.
двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, регулирование напряжения с помощью управляемого выпрямителя;
двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, шунтирование якоря;
двигатели общепромышленного исполнения с короткозамкнутым ротором, частотное управление;
двигатели общепромышленного исполнения с фазным ротором, сопротивления в цепь ротора;
3.3 Оценка и сравнение выбранных вариантов
Оценка и сравнение данных вариантов осуществляется с помощью метода экспертных оценок. Выбираем несколько критериев сравнения. В нашем случае это: массогабаритные показатели, потери, стоимость, надежность и плавность регулирования. Каждому из этих критериев присваиваем определенный максимальный бал и затем производим оценку вариантов по этим критериям, выставляя им соответствующие балы. После этой процедуры производится подсчет баллов, набранных каждым из вариантов, и выбирается тот вариант, который имеет наибольший суммарный балл. Диаграмма сравнения приведена на рисунке 3.2.
В результате получили следующее распределение баллов:
S1=4*5+3*5+4*3+4*4+2*4+5*4 = 91;
S2=2*5+3*5+3*3+1*4+4*4+3*4 = 66;
S3=5*5+4*5+4*3+4*4+1*4+5*4 = 97;
S4=5*5+4*5+4*3+4*4+1*4+4*4 = 74;
Из данных соотношений видно, что максимальный суммарный балл имеет двигатели общепромышленного исполнения с короткозамкнутым ротором и частотным управлением.
Рисунок 3.2 - Оценочная диаграмма суммарных результатов
4 Расчет силового электропривода
Для предварительного выбора двигателя воспользуемся методом эквивалентного момента, который позволяет оценить двигатель по нагреву и по перегрузочной способности.
Полный цикл работы привода составляет 302,418 с, что меньше, чем 10 минут. Значит привод работает в расчетном режиме S3. Тогда величину эквивалентного момента находим по формуле:
;(4.1)где Мi – величина статического момента на i-ом участке нагрузочной диаграммы, Н×м;
ti – время работы с моментом Мi, с;
tц – время цикла,
tп – время пауз.
За номинальную расчетную скорость двигателя принимаем wн. расч=1000 об / мин = 104.7 рад / с. в установившемся режиме двигатель работает с меньшей скоростью.
Подставляя величины времени и моменты в формулу (4.1), находим величину эквивалентного момента:
(4.2)Величина расчетной мощности равна:
Вт (4.3)По данным величинам скорости и мощности выбираем электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии 4АР225М6У3 номинального режима S3 со следующими паспортными данными:
номинальная мощность РН = 37 кВт;
синхронная частота вращения w0 = 104.7 рад / с;
номинальный коэффициент мощности cos jН = 0.84;
номинальное скольжение SH=2%;
номинальный ток статора I1Н = 73.8 А;
номинальный коэффициент полезного действия hН = 90.5%;
кратность максимального момента
Н×м;кратность пускового момента
Н×м;кратность пускового тока IП / IН = 7 А;
момент инерции JДВ = 1.15 кг × м2.
ПВ%=40%
Сопротивления:
r1=0,137 Ом
r/2=0,07 Ом
X1=0,315 Ом
X/2=0,47 Ом
Необходимое условие Р2Н ³ Р2РАСЧ выполняется. Найдем номинальный момент двигателя:
рад/с(4.4) 
Н × м (4.5)Условие МН ³ МЭКВ выполняется, значит двигатель проходит по нагреву.
4.3 Расчет параметров и выбор преобразователя
Условия выбора преобразователя частоты:
UВЫХ=380 В.
РВЫХ>=37 кВт.
Выбираем преобразователь частоты Hitachi SJ300-370HFE со следующими паспортными данными:
номинальная мощность 37 кВт
номинальный ток 75 А
диапазон частот 0.1 – 400 Гц ±0.01%
точность поддержания скорости ±0.5%
Преобразователь обеспечивает защиту двигателя с помощью электронного термореле.
Преобразователь обеспечивает торможение. Время разгона и торможения двигателя задается независимо друг от друга в интервале от 0.01 до 3600 секунд. Могут быть заданы два значения времени разгона и два значения времени торможения.
Также в преобразователе имеется встроенный регулятор тока и есть возможность организовать пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор скорости.
Для преобразователя не нужен трансформатор.
5 Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода
5.1 Расчет статических механической и электромеханической характеристик двигателя
Для асинхронного двигателя расчет статических механических характеристик ведется по формуле Клосса.
Величина критического скольжения находится по формуле:
(5.1)Формула для расчета механической характеристики имеет вид:
(5.2)где
(5.3) 
(5.4)Подставляя в формулу Клосса различные значения скольжения (угловой скорости), получаем ряд точек, по которым строим естественную механическую характеристику двигателя. Расчет механической характеристики двигателя проводим с помощью пакета Mathcad 2003
Рисунок 5.1 – График естественной механической характеристики.
Расчет электромеханической характеристики - зависимости тока статора I1 от скольжения S производится с использованием следующей формулы:
(5.5)