Помощь студентам в учебе
Модернизация электропривода механизма вылета стрелы крана «Кондор»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….. 6
1 Конструкция, принцип действия, назначение стрелочного крана……….. 9
1.1 Назначение и область применения кранов………………………………. 9
1.2 Конструкция стрелочного крана «Кондор»…………………………… 12
1.3 Механизм вылета стрелы……………………………………………… 15
2 Требования предъявляемые к электрооборудованию стрелочного крана.. 18
3 Требования, предъявляемые к электроприводу механизма вылета стрелы крана.………………………………………………………………..……... 18
4 Двигатели, используемые в электроприводе механизма вылета стрелы крана…………………..………………………………………………………
5 Описание систем автоматизации….…………………………………… 21
5.1 Примеры систем электропривода………………………………………… 21
5.2 Система Управляемый преобразователь – двигатель………………… 22
5.3 Система Г – Д………………………………………………………………. 25
5.4 Система ПЧ-АД……………………………………………………………. 25
6 Целесообразность модернизации электропривода механизма вылета
стрелы крана…………..………………………………………………… 28
7 Технические данные для расчета мощности двигателя…………………... 31
8 Расчет электропривода механизма вылета стрелы крана……...…….…… 32
8.1 Расчет статического момента, мощности и скорости вращения
двигателя механизма вылета стрелы крана….…………………….…….. 32
8.2 Выбор двигателя по каталогу…………………………………………….. 36
9 Расчет параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором………………………………… 36
10 Расчет и построение естественной механической характеристики
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором………………….. 38
11 Расчет искусственных механических характеристик асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором………………………………….. 41
12 Выбор преобразователя частоты для электропривода механизма
вылета стрелы крана…………………………..…………………..……….. 45
12.1 Анализ видов преобразователей частоты, схемы решений, достоинства и недостатки………………………………………………... 45
12.2 Выбор преобразователя частоты………………………………………… 49
12.3 Описание структурной схемы преобразователя частоты……………… 57
12.4 Описание электрической принципиальной схемы подключения
АПЧ………………..…………………………………………….………... 59
13 Расчет переходных процессов по управляющему и возмущающему воздействию……………………………………….……………………..…. 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………..…………………….…. 65
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………… 66
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….. 6
1 Конструкция, принцип действия, назначение стрелочного крана……….. 9
1.1 Назначение и область применения кранов………………………………. 9
1.2 Конструкция стрелочного крана «Кондор»…………………………… 12
1.3 Механизм вылета стрелы……………………………………………… 15
2 Требования предъявляемые к электрооборудованию стрелочного крана.. 18
3 Требования, предъявляемые к электроприводу механизма вылета стрелы крана.………………………………………………………………..……... 18
4 Двигатели, используемые в электроприводе механизма вылета стрелы крана…………………..………………………………………………………
5 Описание систем автоматизации….…………………………………… 21
5.1 Примеры систем электропривода………………………………………… 21
5.2 Система Управляемый преобразователь – двигатель………………… 22
5.3 Система Г – Д………………………………………………………………. 25
5.4 Система ПЧ-АД……………………………………………………………. 25
6 Целесообразность модернизации электропривода механизма вылета
стрелы крана…………..………………………………………………… 28
7 Технические данные для расчета мощности двигателя…………………... 31
8 Расчет электропривода механизма вылета стрелы крана……...…….…… 32
8.1 Расчет статического момента, мощности и скорости вращения
двигателя механизма вылета стрелы крана….…………………….…….. 32
8.2 Выбор двигателя по каталогу…………………………………………….. 36
9 Расчет параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором………………………………… 36
10 Расчет и построение естественной механической характеристики
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором………………….. 38
11 Расчет искусственных механических характеристик асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором………………………………….. 41
12 Выбор преобразователя частоты для электропривода механизма
вылета стрелы крана…………………………..…………………..……….. 45
12.1 Анализ видов преобразователей частоты, схемы решений, достоинства и недостатки………………………………………………... 45
12.2 Выбор преобразователя частоты………………………………………… 49
12.3 Описание структурной схемы преобразователя частоты……………… 57
12.4 Описание электрической принципиальной схемы подключения
АПЧ………………..…………………………………………….………... 59
13 Расчет переходных процессов по управляющему и возмущающему воздействию……………………………………….……………………..…. 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………..…………………….…. 65
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………… 66
Грузоподъёмные краны занимают лидирующее место в таких видах деятельностей, как строительные и машиностроительные, горнодобывающие, погрузочно-разгрузочные работы и другие. Высокие темпы строительства и монтажных работ достигаются с помощью подъемных кранов. Целью применения таких машин является практически все строительные площадки и пункты грузопереработки (например, склады).
Грузоподъёмный кран – это циклическая машина, потому что рабочий процесс состоит из чередующихся циклов, включающие периоды рабочие и вспомогательные. Они обеспечивают обслуживание большой площадки рабочей зоны, равной двойному вылету (башенные, пневматические, гусеничные краны) и ходу грузовой тележки (козловых и мостовых кранов) умноженным на длину подкрановых путей. Для увеличения мобильности кранов применяются современные способы их монтажа, демонтажа, транспортирования, подготовки к эксплуатации.
На развитие исполнений кранов, составляющих основную часть машин эксплуатационных баз (башенные, пневмоколесные и гусеничные краны), оказывают влияние происходящие изменения в строительном производстве: индустриальность работ при реконструкции промышленных и гражданский зданий, расширение масштабов замены домов устаревших серий на новые. Неотъемлемой частью организационно-технологических решений на строительных площадках являются проекты производства работ и технологические карты, в которых приведены последовательность выполнения технологических комплексов и операций грузоподъемными кранами, места установки и безопасные рабочие зоны машин.
Электропривод кранов с момента своего появления занимает лидирующее положение в краностроении. Первый электрический портальный кран был построен в 1890 году компанией «Кампна-гель». В первом десятилетии XX века появляются такие компании, как «Демаг», «Кампнагель», «Бэбкокс-Уилкокс» и другие осваивали изготовление перегрузочные краны в портах с электроприводом осваивали производство портовых перегрузочных кранов с электроприводом. Однако слабая энерговооруженность портов и припортовых регионов не позволяла широко использовать такого рода технику. В это время приоритет отдавался электроприводу одиночного двигателя с громоздкой и неудобной механической трансмиссией.
С развитием электромашиностроения и ростом энерговооруженности портов совершенствуются и конструкции кранов за счет создания многодвигательных систем с индивидуальными приводами для каждого механизма. Поколение кранов 30—40-х годов имеет уже независимые электроприводы на всех рабочих механизмах (подъем, поворот, изменение вылета стрелы, передвижение), что дает возможность совмещать рабочие операции в цикле крана, обеспечивая при этом удобство управления и существенное повышение производительности.Управление двигателями ведется при помощи простейших аппаратов непосредственного управления — силовых контроллеров.
Практика морских портов требовала существенного повышения производительности на перегрузочных работах. Растут рабочие скорости, обязательными становятся такие передовые методы работы, как сокращение времени цикла крана за счет максимального совмещения движений. Системы управления на силовых контроллерах не обеспечивают выполнение этих требований. Большие габаритные размеры, трудность в управлении не дают возможности сблокировать на одну рукоятку два контроллера, реализовать даже простейшие элементы автоматизации электроприводов и т. п.
В конце 40-х и начале 50-х годов появляются системы управления, построенные на аппаратуре косвенного управления — магнитные контроллеры. Поколение кранов этих лет («Каяр», «Аппле-важ», «Кировец», «Черетти — Танфани», «Абус» и др.) уже имеют на всех приводах индивидуальные электроприводы с управлением на магнитных контроллерах с элементами автоматизации. Разгон и торможение двигателей автоматические, предусмотрены защиты и блокировки, обеспечивающие безопасную и безаварийную работу. Утяжеляется режим работы двигателей, увеличивается количество переключений в единицу времени. Это привело к разработке специального кранового электрооборудования, позволяющего эксплуатировать перегрузочную технику с максимальной эффективностью. Разрабатываются новые сложные системы крановых электроприводов.
В 70-х годах появляются принципиально новые перегрузочные машины: перегружатели и козловые краны для крупнотоннажных контейнеров, машины внутрипортовой механизации и т. п. Наряду с этим продолжается совершенствование традиционных типов перегрузочной техники. Реализуются технические требования к электроприводам, позволяющие обеспечить высокую точность при выполнении рабочих операций, максимальную производительность за счет автоматизации процессов и сокращения вспомогательных операций, сохранность груза, высокую надежность, безопасность и т. д. Внедряются системы бесконтактного и непрерывного управления на базе силовых полупроводниковых приборов.
Дальнейшие усовершенствования электроприводов кранов расширяют область регулирования и повышают уровень автоматизации, надежности, удобства управления, эксплуатации и ремонта, внедрения диагностического оборудования и т. Д.
В связи с этим необходимо использовать более современный электропривод с плавным регулированием скорости для механизмов крана.
В данном дипломном проекте рассматривается модернизация электропривода вылета стрелы, заключающаяся в замене асинхронного электропривода с ступенчатым регулированием скорости и плавно регулируемого электропривода с частотным регулированием.
В последнее время наблюдается более устойчивая тенденция к использованиючастотно-регулируемых электроприводов в крановой промышленности. Эта ситуация объясняется следующим образом. Использование регулируемых приводов на крановом хозяйстве может значительно повысить показатели работы крана с точки зрения ускорения. А плавные переходные процессы, обеспечиваемые частотно-регулируемым приводом 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.
Преобразователи частоты позволяют использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами общего назначения вместо специальных асинхронных двигателей с фазными роторами. Крутящий момент на маховике ротора такого двигателя в разы меньше, чем у аналогичного кранового асинхронного двигателя с фазным ротором, а его стоимость снижена в 3-4 раза по сравнению со специальной серией крановых двигателей.
Таким образом, экономические выгоды от внедрения частотно-регулируемого электропривода заключаются в экономии энергии и снижении эксплуатационных расходов.
В дипломной работе необходимо произвести модернизацию электропривода механизма вылета стрелы портального крана «Кондор». Заключающуюся в замене асинхронного электродвигателя со ступенчатым регулирование скорости на плавнорегулируемый электродвигатель с частотным управлением.
Грузоподъёмный кран – это циклическая машина, потому что рабочий процесс состоит из чередующихся циклов, включающие периоды рабочие и вспомогательные. Они обеспечивают обслуживание большой площадки рабочей зоны, равной двойному вылету (башенные, пневматические, гусеничные краны) и ходу грузовой тележки (козловых и мостовых кранов) умноженным на длину подкрановых путей. Для увеличения мобильности кранов применяются современные способы их монтажа, демонтажа, транспортирования, подготовки к эксплуатации.
На развитие исполнений кранов, составляющих основную часть машин эксплуатационных баз (башенные, пневмоколесные и гусеничные краны), оказывают влияние происходящие изменения в строительном производстве: индустриальность работ при реконструкции промышленных и гражданский зданий, расширение масштабов замены домов устаревших серий на новые. Неотъемлемой частью организационно-технологических решений на строительных площадках являются проекты производства работ и технологические карты, в которых приведены последовательность выполнения технологических комплексов и операций грузоподъемными кранами, места установки и безопасные рабочие зоны машин.
Электропривод кранов с момента своего появления занимает лидирующее положение в краностроении. Первый электрический портальный кран был построен в 1890 году компанией «Кампна-гель». В первом десятилетии XX века появляются такие компании, как «Демаг», «Кампнагель», «Бэбкокс-Уилкокс» и другие осваивали изготовление перегрузочные краны в портах с электроприводом осваивали производство портовых перегрузочных кранов с электроприводом. Однако слабая энерговооруженность портов и припортовых регионов не позволяла широко использовать такого рода технику. В это время приоритет отдавался электроприводу одиночного двигателя с громоздкой и неудобной механической трансмиссией.
С развитием электромашиностроения и ростом энерговооруженности портов совершенствуются и конструкции кранов за счет создания многодвигательных систем с индивидуальными приводами для каждого механизма. Поколение кранов 30—40-х годов имеет уже независимые электроприводы на всех рабочих механизмах (подъем, поворот, изменение вылета стрелы, передвижение), что дает возможность совмещать рабочие операции в цикле крана, обеспечивая при этом удобство управления и существенное повышение производительности.Управление двигателями ведется при помощи простейших аппаратов непосредственного управления — силовых контроллеров.
Практика морских портов требовала существенного повышения производительности на перегрузочных работах. Растут рабочие скорости, обязательными становятся такие передовые методы работы, как сокращение времени цикла крана за счет максимального совмещения движений. Системы управления на силовых контроллерах не обеспечивают выполнение этих требований. Большие габаритные размеры, трудность в управлении не дают возможности сблокировать на одну рукоятку два контроллера, реализовать даже простейшие элементы автоматизации электроприводов и т. п.
В конце 40-х и начале 50-х годов появляются системы управления, построенные на аппаратуре косвенного управления — магнитные контроллеры. Поколение кранов этих лет («Каяр», «Аппле-важ», «Кировец», «Черетти — Танфани», «Абус» и др.) уже имеют на всех приводах индивидуальные электроприводы с управлением на магнитных контроллерах с элементами автоматизации. Разгон и торможение двигателей автоматические, предусмотрены защиты и блокировки, обеспечивающие безопасную и безаварийную работу. Утяжеляется режим работы двигателей, увеличивается количество переключений в единицу времени. Это привело к разработке специального кранового электрооборудования, позволяющего эксплуатировать перегрузочную технику с максимальной эффективностью. Разрабатываются новые сложные системы крановых электроприводов.
В 70-х годах появляются принципиально новые перегрузочные машины: перегружатели и козловые краны для крупнотоннажных контейнеров, машины внутрипортовой механизации и т. п. Наряду с этим продолжается совершенствование традиционных типов перегрузочной техники. Реализуются технические требования к электроприводам, позволяющие обеспечить высокую точность при выполнении рабочих операций, максимальную производительность за счет автоматизации процессов и сокращения вспомогательных операций, сохранность груза, высокую надежность, безопасность и т. д. Внедряются системы бесконтактного и непрерывного управления на базе силовых полупроводниковых приборов.
Дальнейшие усовершенствования электроприводов кранов расширяют область регулирования и повышают уровень автоматизации, надежности, удобства управления, эксплуатации и ремонта, внедрения диагностического оборудования и т. Д.
В связи с этим необходимо использовать более современный электропривод с плавным регулированием скорости для механизмов крана.
В данном дипломном проекте рассматривается модернизация электропривода вылета стрелы, заключающаяся в замене асинхронного электропривода с ступенчатым регулированием скорости и плавно регулируемого электропривода с частотным регулированием.
В последнее время наблюдается более устойчивая тенденция к использованиючастотно-регулируемых электроприводов в крановой промышленности. Эта ситуация объясняется следующим образом. Использование регулируемых приводов на крановом хозяйстве может значительно повысить показатели работы крана с точки зрения ускорения. А плавные переходные процессы, обеспечиваемые частотно-регулируемым приводом 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.
Преобразователи частоты позволяют использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами общего назначения вместо специальных асинхронных двигателей с фазными роторами. Крутящий момент на маховике ротора такого двигателя в разы меньше, чем у аналогичного кранового асинхронного двигателя с фазным ротором, а его стоимость снижена в 3-4 раза по сравнению со специальной серией крановых двигателей.
Таким образом, экономические выгоды от внедрения частотно-регулируемого электропривода заключаются в экономии энергии и снижении эксплуатационных расходов.
В дипломной работе необходимо произвести модернизацию электропривода механизма вылета стрелы портального крана «Кондор». Заключающуюся в замене асинхронного электродвигателя со ступенчатым регулирование скорости на плавнорегулируемый электродвигатель с частотным управлением.
Частотно-регулируемый электропривод, в общих чертах состоит из трехфазного электродвигателя переменного тока и инвертера, который обеспечивает, как минимум, плавный пуск электродвигателя, его остановку, изменение скорости и направления вращения. Возможность подобного регулирования улучшает динамику работы электродвигателя и, тем самым, повышает надежность и долговечность работы технологического оборудования. Более того, инвертер позволяет внедрить автоматизацию практически любого технологического процесса. При этом создается система с обратной связью, где инвертер автоматически изменяет скорость вращения электродвигателя для поддерживания на заданном уровне различные параметры системы, например, давление, расход, температура, уровень жидкости и т.п.
За счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки, потребление электроэнергии агрегатах снижается на 40-50%, а пусковые токи, составляющие 600-700% от номинального тока являющийся трагедией пускового устройства, полностью исчезают. Таким образом, применение регулируемых электроприводов на основе частотных преобразователей позволяет сэкономить не только электрическую энергию, но и увеличивается срок службы электродвигателей и всего технологического оборудования в целом.
В дипломной работе рассмотрена модернизация электропривода механизма вылета стрелы крана «Кондор». Был выбран асинхронный двигатель и преобразователь частоты.
В соответствии с необходимостью в дипломном проекте была рассмотрена конструкция портального крана «Кондор», описан электропривод механизма вылета стрелы. Выбран асинхронный электродвигатель для электропривода вылета стрелы типа 4А200M6Y3; Рном = 22 кВт; пн = 1000 об/мин; ин = 380 В.
Согласно предъявляемым требованиям к электроприводу механизма изменения вылета стрелы крана, путем поиска в интернете был выбран преобразователь частоты серии АПЧ, описаны его назначение, технические характеристики, устройство и принцип работы.
Был проведен статический расчет привода, в результате которого были определены параметры объекта управления
Для анализа динамики были рассчитаны передаточные функции звеньев структурной схемы, по которым были построены на ПК переходные процессы с использованием пакета MatLab.
При пуске двигателя без задатчика интенсивности пусковой ток превышает допустимый ток преобразователя в 6 раз, что невозможно. Для ограничения пускового тока на уровне допустимого значения (1,3IH) применен задатчик интенсивности с постоянной времени ТЗИ=0,25с. При ограничении пускового тока разгон двигателя проходит плавно, без перерегулирования. Поэтому переходные процессы затянуты по времени. Время переходного процесса без нагрузки составляет 0,36с, а под нагрузкой 0,4с.
За счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки, потребление электроэнергии агрегатах снижается на 40-50%, а пусковые токи, составляющие 600-700% от номинального тока являющийся трагедией пускового устройства, полностью исчезают. Таким образом, применение регулируемых электроприводов на основе частотных преобразователей позволяет сэкономить не только электрическую энергию, но и увеличивается срок службы электродвигателей и всего технологического оборудования в целом.
В дипломной работе рассмотрена модернизация электропривода механизма вылета стрелы крана «Кондор». Был выбран асинхронный двигатель и преобразователь частоты.
В соответствии с необходимостью в дипломном проекте была рассмотрена конструкция портального крана «Кондор», описан электропривод механизма вылета стрелы. Выбран асинхронный электродвигатель для электропривода вылета стрелы типа 4А200M6Y3; Рном = 22 кВт; пн = 1000 об/мин; ин = 380 В.
Согласно предъявляемым требованиям к электроприводу механизма изменения вылета стрелы крана, путем поиска в интернете был выбран преобразователь частоты серии АПЧ, описаны его назначение, технические характеристики, устройство и принцип работы.
Был проведен статический расчет привода, в результате которого были определены параметры объекта управления
Для анализа динамики были рассчитаны передаточные функции звеньев структурной схемы, по которым были построены на ПК переходные процессы с использованием пакета MatLab.
При пуске двигателя без задатчика интенсивности пусковой ток превышает допустимый ток преобразователя в 6 раз, что невозможно. Для ограничения пускового тока на уровне допустимого значения (1,3IH) применен задатчик интенсивности с постоянной времени ТЗИ=0,25с. При ограничении пускового тока разгон двигателя проходит плавно, без перерегулирования. Поэтому переходные процессы затянуты по времени. Время переходного процесса без нагрузки составляет 0,36с, а под нагрузкой 0,4с.
