📄Работа №210028
Тема: Оптимизация характеристик электропривода козловых кранов
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Электротехника
Объем:
109 листов
Год:
2021
Просмотров:
41
5900
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ 9
1.1 Назначение и краткое описание конструкции 9
1.2 Технические характеристики козлового крана ККС-10 11
1.3 Основные проблемы электропривода козлового крана 13
1.4 Требования, предъявляемые к электроприводу козлового крана 17
2 ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ КОЗЛОВОГО
КРАНА 22
2.1 Обзор существующих систем управления электроприводами
механизмов передвижения козловых кранов 22
2.2 Сравнение скалярного и векторного управления для электропривода
системы «ПЧ-АД» 26
2.3 Анализ технических решений для демпфирования колебаний
подвешенного груза в приводе подъема 33
2.4 Анализ технических решений для управления приводом
передвижения крана 40
2.5 Замена двигателей козлового крана 44
2.6 Выбор преобразователей частоты 46
2.7Структурная схема реализации системы управления козловым краном 51
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СКАЛЯРНОГО УПРАВЛЕНИЯ 53
3.1 Функциональная схема системы регулирования скорости со
скалярной системой управления 53
3.2 Компьютерная модель частотно-регулируемого электропривода со
скалярной системой управления 56
3.3 Статические и динамические характеристики электропривода 60
3.3.1 Динамические характеристики электропривода 60
3.3.2 Механические характеристики электропривода 64
3.4 Спектральный анализ 66
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ВЕКТОРНОЙ СИСТЕМОЙ
УПРАВЛЕНИЯ 73
4.1 Функциональная схема системы регулирования скорости
асинхронного двигателя с управлением по вектору потокосцепления ротора 73
4.2 Компьютерная модель частотно-регулируемого электропривода с
векторной системой управления 76
4.2 Расчет и настройка замкнутых контуров системы электропривода .. 79
4.3 Статические и динамические характеристики электропривода 88
4.3.1 Динамические характеристики электропривода 88
4.3.2 Механические характеристики электропривода 93
4.4 Спектральный анализ 94
4.5 Сравнение и анализ полученных результатов при векторном и
скалярном способе управления 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ 9
1.1 Назначение и краткое описание конструкции 9
1.2 Технические характеристики козлового крана ККС-10 11
1.3 Основные проблемы электропривода козлового крана 13
1.4 Требования, предъявляемые к электроприводу козлового крана 17
2 ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ КОЗЛОВОГО
КРАНА 22
2.1 Обзор существующих систем управления электроприводами
механизмов передвижения козловых кранов 22
2.2 Сравнение скалярного и векторного управления для электропривода
системы «ПЧ-АД» 26
2.3 Анализ технических решений для демпфирования колебаний
подвешенного груза в приводе подъема 33
2.4 Анализ технических решений для управления приводом
передвижения крана 40
2.5 Замена двигателей козлового крана 44
2.6 Выбор преобразователей частоты 46
2.7Структурная схема реализации системы управления козловым краном 51
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СКАЛЯРНОГО УПРАВЛЕНИЯ 53
3.1 Функциональная схема системы регулирования скорости со
скалярной системой управления 53
3.2 Компьютерная модель частотно-регулируемого электропривода со
скалярной системой управления 56
3.3 Статические и динамические характеристики электропривода 60
3.3.1 Динамические характеристики электропривода 60
3.3.2 Механические характеристики электропривода 64
3.4 Спектральный анализ 66
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ВЕКТОРНОЙ СИСТЕМОЙ
УПРАВЛЕНИЯ 73
4.1 Функциональная схема системы регулирования скорости
асинхронного двигателя с управлением по вектору потокосцепления ротора 73
4.2 Компьютерная модель частотно-регулируемого электропривода с
векторной системой управления 76
4.2 Расчет и настройка замкнутых контуров системы электропривода .. 79
4.3 Статические и динамические характеристики электропривода 88
4.3.1 Динамические характеристики электропривода 88
4.3.2 Механические характеристики электропривода 93
4.4 Спектральный анализ 94
4.5 Сравнение и анализ полученных результатов при векторном и
скалярном способе управления 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
📖 Аннотация
В данной магистерской диссертации представлены результаты исследования, направленного на оптимизацию характеристик электропривода козлового крана модели ККС-10. Актуальность работы обусловлена необходимостью снижения высоких динамических нагрузок, возникающих в повторно-кратковременных режимах работы и ведущих к преждевременному износу оборудования и разрушению элементов конструкции. Основным результатом является разработанный проект модернизации, предусматривающий переход на современную систему частотного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором для всех механизмов (передвижения крана, передвижения тележки и подъема груза). Для механизма передвижения крана выбрана схема параллельного подключения двух двигателей к общему преобразователю частоты Danfoss VLT Micro Drive FC 51, а для механизма подъема проанализированы решения для демпфирования колебаний груза. Научная значимость заключается в системном анализе и синтезе методов управления для многодвигательного электропривода крана, а практическая — в конкретных инженерных решениях, повышающих надежность, энергоэффективность и срок службы оборудования. Теоретической основой исследования послужили работы таких авторов, как М.П. Александров, рассматривающий конструкции грузоподъемных машин, Л.Б. Масандилов, исследующий особенности электропривода кранов, и Ф.К. Иванченко, анализирующий динамику промышленных механизмов.
📖 Введение
Козловые краны являются неотъемлемой частью современных промышленных предприятий. Ежегодно создаются все более новые варианты исполнения данных подъемных механизмов, отличающиеся повышенной надежностью и эффективностью, позволяющие упростить технологические процессы [1].
Козловое краны входят в группу механизмов, работающих в тяжёлых и интенсивных режимах, в процессе эксплуатации которых возникают большие динамические нагрузки. Основными причинами динамических перегрузок этих механизмов являются интенсивные повторно-кратковременные режимы работы в сложных условиях окружающей производственной среды, наличие упругих механических колебаний системы и упругих механических связей с зазорами из- за несовершенства применяемых систем управления электроприводами.
Такой высокий уровень динамических нагрузок возникающий в процессе работы козлового крана (при пуске, торможении, реверсе) имеет ряд негативных последствие, а именно преждевременный износ оборудования, разрушение элементов конструкции крана.
Именно поэтому проблема оптимизации характеристик козлового крана является актуальной на сегодняшний день. Оптимизация динамических характеристик (при пуске и торможении) электропривода, повышение качества энергетических характеристик (КПД), повышение жесткости механических характеристик позволит продлить срок службы оборудования козлового крана, повысив надежность и энергоэффективность.
Проблема оптимизации электроприводов козлового крана привлекает к себе внимание многих специалистов. На сегодняшний день разработаны различные способы управления электроприводами козлового крана, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками.
На стадии проектирования и модернизации козлового крана особое внимание стоит уделить выбору системы управления козловым кранов. Наиболее оптимальные характеристики работы электропривода позволяет получить
частотное регулирование.
В конструкции козлового крана имеется несколько электродвигателей, обеспечивающих работу отдельных механизмов, которые позволяют перемещаться грузу во всех трех плоскостях. К электроприводу каждого механизма применяются особенные требования, которые необходимо учитывать при проектировании системы.
Целью этой работы является выбор такой системы управления электроприводом козлового крана ККС-10, которая позволит получить оптимальные характеристики работы электропривода, повысит энергоэффективность системы. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- Рассмотреть проблемы, встречающиеся в козловых кранах, а также требования, предъявляемые к ним;
- Сравнить системы управления электроприводом козлового крана и выбрать оптимальные варианты для каждого механизма;
- В программе Matlab+Simulink смоделировать электропривод козлового крана и исследовать в программе скалярный и векторный способы управления.
Козловое краны входят в группу механизмов, работающих в тяжёлых и интенсивных режимах, в процессе эксплуатации которых возникают большие динамические нагрузки. Основными причинами динамических перегрузок этих механизмов являются интенсивные повторно-кратковременные режимы работы в сложных условиях окружающей производственной среды, наличие упругих механических колебаний системы и упругих механических связей с зазорами из- за несовершенства применяемых систем управления электроприводами.
Такой высокий уровень динамических нагрузок возникающий в процессе работы козлового крана (при пуске, торможении, реверсе) имеет ряд негативных последствие, а именно преждевременный износ оборудования, разрушение элементов конструкции крана.
Именно поэтому проблема оптимизации характеристик козлового крана является актуальной на сегодняшний день. Оптимизация динамических характеристик (при пуске и торможении) электропривода, повышение качества энергетических характеристик (КПД), повышение жесткости механических характеристик позволит продлить срок службы оборудования козлового крана, повысив надежность и энергоэффективность.
Проблема оптимизации электроприводов козлового крана привлекает к себе внимание многих специалистов. На сегодняшний день разработаны различные способы управления электроприводами козлового крана, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками.
На стадии проектирования и модернизации козлового крана особое внимание стоит уделить выбору системы управления козловым кранов. Наиболее оптимальные характеристики работы электропривода позволяет получить
частотное регулирование.
В конструкции козлового крана имеется несколько электродвигателей, обеспечивающих работу отдельных механизмов, которые позволяют перемещаться грузу во всех трех плоскостях. К электроприводу каждого механизма применяются особенные требования, которые необходимо учитывать при проектировании системы.
Целью этой работы является выбор такой системы управления электроприводом козлового крана ККС-10, которая позволит получить оптимальные характеристики работы электропривода, повысит энергоэффективность системы. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- Рассмотреть проблемы, встречающиеся в козловых кранах, а также требования, предъявляемые к ним;
- Сравнить системы управления электроприводом козлового крана и выбрать оптимальные варианты для каждого механизма;
- В программе Matlab+Simulink смоделировать электропривод козлового крана и исследовать в программе скалярный и векторный способы управления.
✅ Заключение
В данном выпускном квалификационном проекте, исходя из основных проблем и технических требований, было принято решение модернизировать исходную систему управления козлового крана ККС-10 с целью получения оптимальных характеристик электропривода.
В работе был произведен сравнительный анализ основных способ управления козловым краном, выбор был сделан в пользу наиболее современного метода - частотное управление.
Подобраны следующие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: МТКН 211-6 для механизма передвижения крана, МТКН 112-6 для механизма передвижения грузовой тележки, МТКН 412-8 для механизма подъема груза. Так как в козловом кране используется несколько приводов, требования к каждому из них определяется его основными функциями.
Так, привод передвижения козлового крана должен обеспечивать управление двухдвигательной системой. В работе были рассмотрены возможные технических решения для управления приводом передвижения крана, и выбрано параллельное подключение двигателей к общему преобразователю частоты. Для данного механизма был подобран преобразователь частоты Danfoss VLT Micro Drive FC 51 18 кВт со скалярным управлением.
Для передвижения грузовой тележки был выбран преобразователь частоты Danfoss VLTMicro FC 51 7,5 кВт со скалярным управлением.
Для обеспечения нормальной работы механизма подъёма необходимо гасить колебания груза, возникающие при перемещении груза. С этой целью был произведен анализ технических решений для демпфирования колебаний подвешенного груза в приводе подъема. Выбор в работе был сделан в пользу бездатчикового гашения колебаний VACON, которое имеется в преобразователе частоты с векторным управлением Danfoss VLT AutomationDrive FC 302 30 кВт.
Построены компьютерные модели электропривода исследуемого козлового крана в программе Matlab+Simulink для более точного изучения процессов в системе. Для построения моделей в программе были рассмотрены функциональная схема системы ПЧ-АД со скалярным управлением и функциональная схема системы регулирования скорости асинхронного двигателя с управлением по вектору потокосцепления ротора. Каждая компьютерная модель настроена на основании исходных данных и произведённых расчетов для электропривода механизма подъема груза.
С помощью программы были получены динамические и механические характеристики, а также произведен спектральный анализ токов и напряжений для скалярного и векторного способа управления системой ПЧ-АД.
При скалярном способе управления обеспечивается плавный пуск и торможение, а также регулирование скорости электропривода козлового крана. Однако на динамических характеристиках наблюдаются колебания динамического момента во время переходных процессов, также, несмотря на включенный задатчик интенсивности, скорость нарастёт нелинейно, а при набросе нагрузки возникает «провал» скорости. Все это может привести к нежелательным колебаниям груза, дополнительным динамическим нагрузкам в приводе подъема. Указанных недостатков удается избежать при векторном управлении, что доказывается полученными динамическими характеристиками.
Механические характеристики при векторном управлении являются абсолютно жесткими, более того при нулевом значении скорости система позволяет удерживать момент в отличии от характеристик, полученных при скалярном методе управления.
Спектральный анализ токов и напряжений показал, что преобразователи частоты независимо от выбранного способа управления генерируют высшие гармоники токов и напряжений, которые могут оказывать негативное воздействие на двигатель.
Таким образом, результаты моделирования подтвердили, что для привода подъема наиболее оптимальными являются характеристики, полученные при векторном способе управления.
Компьютерное моделирование привода передвижения грузовой тележки и привода передвижения козлового крана в данном выпускном квалификационном проекте не проводилось, однако уже полученные характеристики можно использовать для анализа эффективности их системы управления в аналогии с приводом подъема.
Так, для привода передвижения грузовой тележки характеристики, полученные при скалярном управлении, будут удовлетворительны, а использование более дорогого преобразователя частоты с векторным управлением нецелесообразно. Для привода передвижения козлового крана вопрос о способе управления определяется тем, что двухдвигательный электропривод при питании от одного преобразователя частоты может управляться только скалярным методом, так как расчет требуемых параметров двигателей при векторном управлении невозможен.
В работе был произведен сравнительный анализ основных способ управления козловым краном, выбор был сделан в пользу наиболее современного метода - частотное управление.
Подобраны следующие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: МТКН 211-6 для механизма передвижения крана, МТКН 112-6 для механизма передвижения грузовой тележки, МТКН 412-8 для механизма подъема груза. Так как в козловом кране используется несколько приводов, требования к каждому из них определяется его основными функциями.
Так, привод передвижения козлового крана должен обеспечивать управление двухдвигательной системой. В работе были рассмотрены возможные технических решения для управления приводом передвижения крана, и выбрано параллельное подключение двигателей к общему преобразователю частоты. Для данного механизма был подобран преобразователь частоты Danfoss VLT Micro Drive FC 51 18 кВт со скалярным управлением.
Для передвижения грузовой тележки был выбран преобразователь частоты Danfoss VLTMicro FC 51 7,5 кВт со скалярным управлением.
Для обеспечения нормальной работы механизма подъёма необходимо гасить колебания груза, возникающие при перемещении груза. С этой целью был произведен анализ технических решений для демпфирования колебаний подвешенного груза в приводе подъема. Выбор в работе был сделан в пользу бездатчикового гашения колебаний VACON, которое имеется в преобразователе частоты с векторным управлением Danfoss VLT AutomationDrive FC 302 30 кВт.
Построены компьютерные модели электропривода исследуемого козлового крана в программе Matlab+Simulink для более точного изучения процессов в системе. Для построения моделей в программе были рассмотрены функциональная схема системы ПЧ-АД со скалярным управлением и функциональная схема системы регулирования скорости асинхронного двигателя с управлением по вектору потокосцепления ротора. Каждая компьютерная модель настроена на основании исходных данных и произведённых расчетов для электропривода механизма подъема груза.
С помощью программы были получены динамические и механические характеристики, а также произведен спектральный анализ токов и напряжений для скалярного и векторного способа управления системой ПЧ-АД.
При скалярном способе управления обеспечивается плавный пуск и торможение, а также регулирование скорости электропривода козлового крана. Однако на динамических характеристиках наблюдаются колебания динамического момента во время переходных процессов, также, несмотря на включенный задатчик интенсивности, скорость нарастёт нелинейно, а при набросе нагрузки возникает «провал» скорости. Все это может привести к нежелательным колебаниям груза, дополнительным динамическим нагрузкам в приводе подъема. Указанных недостатков удается избежать при векторном управлении, что доказывается полученными динамическими характеристиками.
Механические характеристики при векторном управлении являются абсолютно жесткими, более того при нулевом значении скорости система позволяет удерживать момент в отличии от характеристик, полученных при скалярном методе управления.
Спектральный анализ токов и напряжений показал, что преобразователи частоты независимо от выбранного способа управления генерируют высшие гармоники токов и напряжений, которые могут оказывать негативное воздействие на двигатель.
Таким образом, результаты моделирования подтвердили, что для привода подъема наиболее оптимальными являются характеристики, полученные при векторном способе управления.
Компьютерное моделирование привода передвижения грузовой тележки и привода передвижения козлового крана в данном выпускном квалификационном проекте не проводилось, однако уже полученные характеристики можно использовать для анализа эффективности их системы управления в аналогии с приводом подъема.
Так, для привода передвижения грузовой тележки характеристики, полученные при скалярном управлении, будут удовлетворительны, а использование более дорогого преобразователя частоты с векторным управлением нецелесообразно. Для привода передвижения козлового крана вопрос о способе управления определяется тем, что двухдвигательный электропривод при питании от одного преобразователя частоты может управляться только скалярным методом, так как расчет требуемых параметров двигателей при векторном управлении невозможен.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.