Зміст
Введення
1. Умови в яких експлуатуєтьсякранове устаткування
2. Система керування електроприводамикранових механізмів, вибір системи електропривода механізму підйому
3. Технічніданні мостові крани
4. Вибір двигунапо потужності
5. Вибір основнихелементів і розрахунок параметрів силового ланцюга
6. Розрахуноксистем підлеглого регулювання
6.1 Вибір структурисхеми
6.2 Оптимізаціяконтуру струму
6.3 оптимізаціяконтуру ЕРС
7. Опис системиелектропривода
Висновки
Перелік посилань
Введення
У цей час відбуваються істотні зміни в розвитку автоматизованих системкерування електропривода. Ці системи характеризуються використанням принципу підлеглогорегулювання, розширенням практичного застосування адаптивного керування, розвиткомробіт з векторного принципу управління електропривода із двигуном змінного струму,застосуванням цифрових систем керування на базі інтегральних мікросхем. Широко використовуютьсяобчислювальні машини різних рівнів, розвиваються роботи із прямого цифрового керуванняелектроприводом.
Усе вище сказане повною мірою ставиться до систем керування електроприводамиосновних механізмів вантажопідйомних кранів, оскільки кранове устаткування являєсобою один з основних засобів скорочення важкої фізичної праці й підвищення ефективностівиробництва. Широке впровадження комплексної механізації й автоматизації виробничихпроцесів, не уклонне скорочення у всіх галузях виробництва працівників, зайнятихручною працею, особливо на допоміжних роботах, є однієї з найважливіших завданьнародного господарства. Кранове встаткування представляє один з основних засобівскорочення важкої фізичної праці.
Переважна більшість вантажопідйомних машин виготовлених вітчизняноюпромисловістю, має електричний привод механізмів і тому ефективність дії й продуктивністьцих машин у значній мірі залежить від якісних показників використовуваного крановоговстаткування. Сучасний крановий електропривод за останнім часом перетерпів значнузміну в структурі й застосовуваних системах керування.
Для найбільш масових кранів загального призначення починають застосовуватисяелектроприводи на основі короткозамкнених двигунів, значна частина кранів виготовляєтьсяз керуванням з підлоги, а швидкохідні крани для важких робіт комплектуються різнимитиристорними системами, що забезпечують глибоке регулювання швидкості, плавністьпуску й гальмування при постійно підвищуються вимогам до економії ресурсів.
1. Умови в які експлуатуються кранове встаткування
Вантажопідйомні машини можуть установлюватися як безпосередньо в робочихприміщеннях, так і на відкритому повітрі. При роботі в приміщенні багато краніврозташовуються безпосередньо над лінією технологічних механізмів у середовищі звисокої концентрації пилу, газів, пар води, масла й іншого. Ряд кранів у процесіексплуатації пересуваються з опалювального приміщення на відкрите повітря й назад. Крани працюючі на відкритому повітрі можуть мати добові перепади температури до500С. Це привод до випадання на поверхні частин крана конденсату атмосферноївологи й солоного туману. У суміші з виробничим пилом конденсат викликає зниженняповерхонь ізоляції між струмоведучими частинами й корозію металевих деталей.
Рух крана з ударами по металевій конструкції на стиках рейок інтенсивніприскорення й гальмування механізмів, власних коливань металоконструкцій при навантаженнімашини викликають досить інтенсивні механічні впливи на електроустаткування, розташовуванена мостах і візках кранів. Хоча ймовірність збігу граничних умов невелика, длязабезпечення необхідної надійності електроустаткування воно повинне відповідатинаступним потребам. Температура навколишнього середовища від -40 до +400С, у металургійних цехах температура змінюється від-10до +600С відноснавологість повітря характеризується середнім рівнем 95% при температурі навколишньогосередовища +200С с випаданням роси. Повітряне середовище для устаткуваннянормального виконання: зміст пар масел 10мг/м3 зміст CO 2-0.8% (по обсязі) .
2. Системи керування крановими електроприводами. Вибір системи електроприводамеханізму пересування візка
Під системою керування електропривода мається на увазі комплекс, щоскладається з перетворення електричної енергії, апаратури керування для комутаціїструму в ланцюзі електродвигуна, органа ручного керування або автоматичного програмногоконтролю органа швидкісного, шляхового або іншого контролю, а також елементів захистуелектроустаткування й механізму, що діє в остаточному підсумку на пристрої відключенняелектропривода. Всі електричні частини підрозділяються на наступні категорії:
1 головні ланцюги, через які проходить основний потік енергії електропривода, а також здійснюється живлення вантажопідйомних магнітів.
2 ланцюга порушення, через які проходить струм порушення електричнихмашин постійного струму, синхронних електричних машин, машин змінного струму, атакож струм двигунів електрогідравлічних штовхачів .
3 ланцюга керування по яких здійснюється подача команд комутаційнимпристроям головних ланцюгів порушення від органів керування, у ланцюгах керуванняздійснюється певна послідовність виконання команд і перемикань по заздалегідь заданійпрограмі .
4ланцюга сигналізації, які передають операторові або контролюючому пристроюінформацію про стан комутуючих елементів головних ланцюгів керування або про значенняконкретних параметрів електропривода й механізму .
У кранових електроприводах застосовують електромашинні й статичні перетворювачіелектричної енергії. В электромашиних перетворювачах дві електричні машини перетворятьелектроенергію, споживану від живильної мережі в електроенергію з регулюючими параметрами(напруга, частота, струм). У статичних перетворювачах електричної енергії здійснюється шляхомбезконтактної комутації
Ланцюгів постійний або змінний струм за допомогою керованих напівпровідниковихприборів. Апаратура керування електроприводом є комплексом, що включає контактній безконтактні пристрої комутації в ланцюгах електродвигуна, перетворювачів енергіїй керування, а також елементи захисту електричних кіл всю контактну апаратуру вкрановому електроприводі можна розділити на дві групи :
Апаратура, керування якої здійснюється не посередньо оператором абовиконавчим механізмом (контролером, кінцевим вмикачем ).
Апаратура із приводом контактів від електромагнітного пристрою (концентраторий реле). Якщо контакт не комутирує елементи безпосереднім ручним приводом, а призначаютьсядля комутації ланцюгів головного струму, то такий пристрій називається силовим кулачковимконтролером, а якщо ці елементи служать для комутації мереж керування, то таке апаратназивається командо-контролером. Якщо контактні комутаційні елементи приводятьсяв дію через зв'язок з механізмом, то такі апарати називаються кінцевими або шляховимивимикачами. Послідовність замикання й розмикання контактів, що приводяться в діючерез зв'язок з механізмом, то такі апарати називаються кінцевими вимикачами. Послідовністьзамикання й розмикання контактів, що приводяться в дію від вала з кулачковими шайбами,у функцію кута повороту вала називається діаграмою включення. Діаграма включеньзображена у вигляді таблиці, називається таблицею включень. Кілька контактів іреле, а також пристрою захисту, об'єднане в закінчений комплектний пристрій длякерування електроприводом, іменуються магнітними контролерами. Магнітний контролер,у якому процес комутації здійснюється без розмикання ланцюга під напругою, називаєтьсямагнітним контролером з бездуговою комутацією. Виходячи з аналізу режимів, основнихтехнічних вимог і на підставі рекомендацій (1) вибираємо для механізму пересуваннясистему тиристорний перетворювач-двигун постійного струму незалежного збудження.
3 Технічні дані мостового крану
Технічні характеристики мостового крана
Вантажопідйомність G, кг. 23000
Продуктивність крана Q, кг/з 50
Маса мосту (безвізка) mм, кг 28000
Маса візка mт, кг 8000
Діаметр коліс мосту Dм, м 0.71
Діаметр коліс тележкиdт, м 0.4
Діаметр цанг коліс мосту dм, м 0.145
Діаметр цанг коліс візків dм, м 0.095
Швидкість пересування мосту Vм, м/с 0.8
Швидкість пересування візка Vм, м/с 0.68
Швидкість підйому Vп, м/с 0.15
Маса вантажозахватного пристрою m0800
Середній шлях візка в одну сторону Lт, м 28.5
Середній шлях мосту в одну сторону Lм, м 30
Середня висота підйому й спуска Lп, м 8
Діаметр барабана механізму підйому D, м 0.75
4. Вибір двигуна по потужності
У завдання вибору двигуна кранового механізму входять попередній вибірдвигуна, розрахунок його на задоволення теплового режиму, а також перевірка назабезпечення заданих прискорень (забезпечення пускового режиму )і запасу зчепленьдля механізмів пересування .
Найбільшу складність представляє розрахунок теплового режиму двигуна.Загальноприйняті методи теплового розрахунку по еквівалентних параметрах навантаження(току, моменту, потужності) або середнім втратам дають достовірні результати тількитоді, коли досить точно відомий навантажувальна діаграма роботи двигуна. Для крановихелектроприводів у більшості випадків характерним є невизначеність режиму роботи, що специфічних особливостях кранових машин закритого виконання з підвищеними втратамий погіршеними умовами теплопередачі приводили до більших погрішностей при традиційнихметодах розрахунку. Авторами [1] розроблений метод вибору двигунів для крановихелектроприводів, що враховує наведені особливості роботи кранових електроприводів.Цей метод, доповнений традиційним методом вибору по еквівалентних величинах є найбільшповним і використовується в даній роботі.
Розрахункова потужність механізму переміщення візка:
Pp=/>(4.1)
Де /> — маса візка, кг
/> — маса вантажу з підвіскою, кг
/>
G-Маса вантажу, кг
/>-маса кранової підвіски, кг
/>кг
Q-прискорення вільного падіння, м/с2
VT-Номінальна швидкість візка
-ккд механізму
-коефіцієнт, щовраховує тертя реборд коліс при перекосах ходової частини
-коефіцієнт тертя в підшипниках маточин коліс
-діаметрцанг коліс візка -коефіцієнт тертя
/>Вт
Частотаобертання двигуна:
/>
Де i-число редуктора i=24.9 [1]
/>
По каталозі[1] вибираємо двигун Д32 потужністю 12 Квт, Un=220в, nн=800об/хв,Iн=57А, Jдв=0.425кгм2 Перевіряємо двигун по нагріванню
Сумарний момент інерції, наведений до вала двигуна
/>
/>
Еквівалентний ККД, ηэкв визначається як відношення корисноїпотужності отриманої електроприводом енергії відповідно до [1]
/>
Де ηэкв-еквівалентний ККД визначається по графіках мал.6.5[1] при нормованому числі пусків у годину Nв=120 величина Nв визначається потаблиці 1.1 [1], ηэкв=0.905
nmax – максимальна швидкість обертання, приймаємо
nmax=2*nн=2*800=1600об/хв
nэквд- ККД привода, при числі включень Nв=0 визначаємо по малюнку6.6[1] nэквд=0.94
/>
Номінальна потужність привода по тепловому режимі
/>
Коефіцієнти, що входять у вираження для Рит визначаються ізграфіків і таблиць [1]
εр=.4, Кз=1, Кєкв=0.78 (табл6.4), К0=1 (рис6.12) εн=номінальнатривалість включення εн=0.4, Кр=0.9 ( по6.42), ηэкв=0.9 (рис6.5),К=1.25д[1], Кн=1 (по6.41)
/>
Оскільки співвідношення Рн≥Рр выполяется, те двигунобраний правильно
Перевіримо двигун за умовами зчеплення. с цією метою визначимозабезпечуване їм прискорення з (6.54)[1]
/>
Де Кн =0.65,Yn=2.8-8- відповідно коефіцієнта використання двигунапо пусковому моменті й кратність відносини максимального пускового моменту дономінального моменту двигуна, вибираємо по табл.(6.2) [1]
/>
jпост=j 2-1.2Iов
Jпост=2.74-1.2*0.425=2.23 кгм2
А=2.74/2.23=1.23
/>
Ці прискорення менше припустимого рівного
/>
Деа- середнє прискорення, вибирается по табл 1.4 [1] а=0.3
/>м/с2
У такий спосіб двигун задовольняє також умовам
Визначаємо основні параметри електропривода
5. Вибір основних елементів і розрахунок параметрів силового ланцюгаелектропривода
По каталозі [1] для живлення якірного ланцюга й ланцюга обмотки збудженняелектродвигуна вибираємо реверсивний тиристорний перетворювач АТРК-100/230.Номінальне випрямлена напруга Uнв=230в., номінальний выпрямлений струмIнв=100A, номінальне випрямлена напруга порушення Uвн=230в,номінальний выпрямлений струм обмотки збудження Iвн=25А
Тиристорний перетворювач одержує живлення від силового трансформатораТСЗР40/0.5 технічні дані Uнсо=380в, Uво=200в, Iнсо=48.6А,Iво=92А, Uкз=8%
Визначаємо основні параметри електропривода. Сумарний активний опірланцюга електропривода
R2=Rяц+Rэпр+2Rтр (5.1)ДеRяц опір якірного ланцюга двигуна
Rяц=ат(Rя+Rдв+Rk)(5.2)
Де ат-температурний коэфіциент враховуючої зміни опору принагріванні для класу ізоляції Н значення ат=1.36
Rя Rдв Rк – активний опір обмоткиякоря, додаткових полюсів і
Компенсаційної обмотки спільно.
Згідно з паспортними даними електродвигуна д21
Rя+Rдп=0.28Ом, Rко=0
Rяц=1.36*0.28=1.38Ом
Rтр – наведене до ланцюга випрямного струму активний опіробмотки трансформатора .
/>
Де м число фаз перетворювачадля трифазної мостової схеми m=6.
Uk- напруга короткогозамикання трансформатора :
Еdmax-Максимальнавеличина випрямленій ЭРС ( при куті керування а=0)
/>
/>
Rэпр- еквівалентний опір перетворювача
/>
/>
Сумарний опір якірного ланцюга
/>
Сумарна індуктивність силової мережі
/>
Де />-індуктивність якірного ланцюга двигуна
/>
Де У- коефіцієнт, рівний 0.6, для нормованих двигунів .
Р- число пар полюсів
/>-номінальна частота обертання
/>
/>
/>
/> — наведена до ланцюга випрямленого струму індуктивностітрансформатора
/>
/> частота живильної мережі: />
Сумарна індуктивність силового ланцюга :
/>
Електромагнітна постійна часу якірного ланцюга двигуна
/>
/>
Електромагнітна постійна часу головного ланцюга:
/>)
/>
Постійна ЭРС двигуна
/>
Де К- конструктивного постійна двигуна
/> номінальний магнітний потік на полюс
/>
Електромагнітна постійна часу електропривода
/>
/>
Коефіцієнти підсилення тиристорного перетворювача визначаємо длясинусоїдальної напруги порівняння й амплітудного значення напруги порівняннярівного />
/>
/>
Коефіцієнт підсилення двигуна
/>
/>
6. Розрахунок системи підлеглого регулювання
6.1 Вибір структури системи
Відповідно до рекомендацій [1] для регулювання частоти обертання приводазастосовуємо двох контурну однократно-інтегруючу систему автоматичного регулюванняіз внутрішнім контуром струму й зовнішнім контуром, замкнутим по ЭРС двигуна.Для компенсації без струмової паузи, викликаної перемиканням контакторів реверса, у систему введемо підлеглий контур регулювання напруги тиристорного перетворювача.
6.2 оптимізація контуру струму
Контур струму оптимізуємо за модульним критерієм. Для цього в контурірегулювання напруги тиристорного перетворювача
Використовуємо п-регулятор, а в контурі пі-регулятор. Спрощена принциповасхема контуру струму показана на мал.6.1 на рис 6.2 показана алгоритмічна схемарозглянутого контуру на схемі прийняті наступні позначення :
ТП- тиристорнийперетворювач
ДТ, ДН- датчик струму, датчик напруги відповідно. Rд — дільникнапруги. Wpm(P),Wpt(P) – перехідні функції регуляторів напругий токи відповідно. Критичний коефіцієнт підсилення контуру напруги
/> (6.1)
Де Т1=2Тмт: Тмт — сума малих (некомпенсуємих)постійних часу контуру струму .
/> (6.2)
/> — постійна часу датчика струму з фільтром на вході .
/> — постійна часу фільтра на вході системи імпульсно-фазового керуваннятиристорного перетворювача .
/> — середньостатистичне запізнювання тиристорного перетворювача .
При розрахунку систем регулювання величиною /> Задаються в межах 4-10мс. Приймаємо /> = 0.005с
/>
/>кругова частота живильної мережі />0 =2πʄ
/>=/>
/>=83
Відповідно до рекомендацій [3] приймаємо Кн=50. Коефіцієнтдільника напруги якоря двигуна визначається з умови одержання сигналу 24У на
вході датчика напруги при мінімальній напрузі двигуна
/>
/>
Мал.6.2 Алгоритмічна схема контуру струму .
Коефіцієнтпідсилення контуру напруги.
/> (6.4)
Звідсикоефіцієнт підсилення регулятора напруги дорівнює
/>
/>
ПриймаємоRзн=2 кому, тоді Rзк=31*2=62кому
Постійні часу фільтра в ланцюзі зворотного зв'язка контуру напруги Тфн=Та=0.036с.
Зіспіввідношення />
Визначаємопараметри фільтра. Приймаємо Сфн-1мкф, тоді Rф.н=144кому. Передатна функціязамкнутого контуру напруги
/>
Алгоритмічнасхема з урахуванням контуру струму показана на рис 6.3
Длявираження синтезу послідовного коригувального пристрою контуру струмуперетворимо алгоритмічну схему 6.3 у схему з одиничним зворотним зв'язком 6.4
ланка,Що Форсує (1+Тдтр) у блоці, що складається на вході замкнутого контуру струму, відповідно до загальноприйнятої методики на враховується й тому на схемі непоказана. для оптимізації контуру струму за модульним критеріємвикористовуємо Пі-регулятор з передатною функцією
/> (6.8)
Визначаємопараметри регулятора
/>
ПриймаємоСост=1 мкф, тоді
/>
Rост=/>
Опіррезистора Rзт визначаємо з умови
/>
ДеКт-Коефіцієнт підсилення ланцюга зворотного зв'язка по струму:
Кт=Кш*Кд.т.Кш-Коефіцієнт підсилення шунта: />
Uнш-Номінальнанапруга шунта Uнш =75мВ
Imax-Максимальнийструм робочого навантаження приймаємо
Imax=21н=2*57=114А
Кш=0.075/114=0.658* 10-3В/А
Кдт-Коефіцієнтпідсилення датчика струму
ЗначенняКдт- визначається зі співвідношення
/>
/>
/>
Приймаємояк датчик струму операційний підсилювач із коефіцієнтом підсилення Кдт=240
Кт=0.658*10-3*240=0.1625
Опіррезистора Rзт:
/>
/>
6.3 Оптимізація контуру
В електроприводахкранових механізмів вимоги до підтримування швидкості відносно не високі, тому використовуєтьсясистема регулювання зі зворотним зв'язком по ЭДС. Підсумовування сигналів, пропорційнінапруги двигуна й сигналу струмової компенсації виконуємо безпосередньо на входірегулятора ЭДС і тим самим спрощуємо схему. Гальванічний поділ системи керуванняй силової частини виробляється за допомогою датчика напруги. Для струму, для струмувстановленого в контурі струму. На рис 6.5 показана принципова схема системи, ана мал.6.6 контур струму, активізованої за модульним критерієм, представлений передатноюфункцією.
/>
Передатний коефіцієнт ланцюга струмової компенсації вибирається втакий спосіб
/>
У цьому випадку сума сигналів на вході регулятора ЭДС дорівнює
/>
При виконаннізазначених умов схема 6.6 може бути перетворена в схему, показану на мал. 6.7.На вході включене операційна ланка, аналогічна ланці в ланцюзі зворотного зв'язкадля усунення перерегулювання струму при зміні впливу, що задає .
Томущо вимоги підтримки швидкості в проектованій системі не є твердими, то контур ЭДСоптимізований за модульним критерієм перетворимо схему 6.7 у схему з одиничним зворотнимзв'язком 6.8.вибираємо П-Регулятор контуру ЭДС із передатною функцією
/>
Передатна функція замкнутого контуру ЭДС дорівнює
/>
З обліком того, що Ед(Р)=1/Кд*W(Р), те передатна функція системипо швидкості має вигляд :
/>
Де Тиэ=2Тмт+Та- мала не компенсуєма постійна часу контуру ЭРС
Тиэ =2*0.05+0.036=0.046
Визначаємо параметри регулятора й фільтра на його вході відповіднодо методики [4]. Задаємося величиною Rзэ=35ком
Опір Rн визначається зі співвідношення :
/>
Значення коефіцієнта Кн визначається в такий спосіб
/>
Де Едвmax- мінімальна ЭРС двигуна, прийнята як мінімальне значенняЭРС у режимі холостого ходу тобто Двmax=220У; Uзэmax-Напруга завдання,щовідповідає Едвmax, приймаємо Uзэmax=24У.
/>
/>
Rн=/>
Опір Rтк визначаємо по формулі:
/>
/>
Опір у ланцюзі зворотного зв'язка регулятора ЭДС
/>
/>
Параметри фільтрів на вході системи й ланцюга зворотного зв'язкана напрузі визначається зі співвідношення
/> ,
Звідки />
/>
Передатні функції системи, оптимізованої за модульним критерієм
/>
/>
/>
Алгоритмічнасхема системи показана на рис 6.9 за допомогою отриманих передатних функцій бувзроблений розрахунок перехідних процесів системи
Висновки
У курсовомупроекті розроблена автоматизована система керування електроприводом механізму пересуваннявізка мостового крана вантажопідйомністю 23 тони
На підставітехніко-економічних характеристик обраний електропривод постійного струму, виконанийпо системі ТП-Д, обраний привод ний електродвигун і основне встаткування силовоголанцюга
У проектірозроблена система підлеглого регулювання координат електропривода, виконаний синтез,наступних коригувальних пристроїв контуру струму й контуру ЭДС. Контури побудованіза модульним критерієм для цього в контур струму включений Пі-регулятор, а в контурЭДС П-Регулятор.
Проведенорозрахунок параметрів регуляторів виконане моделювання динамічних характеристиксистеми ЕОМ.
Перелік літератури
1. Ядрі А.Г. Певзнер Е.М Крановийелектропривод Довідник М. Энергоиздат. 1988-314з.
2. Ключьев В.И. Терехов В.М. Електроприводі автоматизація загальнопромислових механізмів.Енергія 1980-360з.