Введение 6
1. Техническая характеристика механизма подъема крана как
объекта автоматизации 8
1.1 Электропривод механизма подъема крана 9
1.2 Технические характеристики механизма подъема 12
1.2.1 Определение дополнительных параметров механизма
подъема 13
1.3 Обоснование применения частотно-регулируемого
электропривода 13
2. Выбор элементов силового канала электропривода и расчет
параметров 1 7
2.1 Выбор электродвигателя и расчет параметров
2.1.1 Расчетные параметры электродвигателя 18
2.1.2 Определение параметров схемы замещения
электродвигателя по каталожным данным 19
2.1.3 Расчет и построение естественной механической и
электромеханической характеристик двигателя 2 4
2.2 Механическая система электропривода подъема 28
2.2.1 Параметры элементов механической системы 28
2.3 Определение заданной области работы 30
2.4 Расчет предельных характеристик разомкнутой системы
преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД) 33
2.4.1 Определение максимальной и минимальной рабочей
частоты инвертора 33
2.4.2 Расчет механических и электромеханических
характеристик разомкнутой системы 33
2.4.3 Проверка правильности выбора электродвигателя 35
2.5 Выбор преобразователя частоты 38
2.5.1 Параметры преобразователя частоты 39
2.5.2 Проверка правильности выбора преобразователя 40
2.5.3 Проверка обеспечения заданной области работы 41
2.6 Структурная схема силового канала электропривода 44
2.6.1 Расчет параметров элементов структурной схемы
силового канала электропривода 44
2.7 Определение максимального момента при подъеме и спуске в
системе векторного управления, максимального ускорения и максимального усилия в канате 45
3. Анализ линеаризованной САУ РЭП 47
3.1 Структурная схема линеаризованной САУ РЭП 47
3.2 Оптимизация контура тока 51
3.2.1 Структурная схема и параметры элементов контура 51
3.2.2 Оптимизация контура. Ожидаемые показатели качества 53
3.3 Оптимизация контура потокосцепления 54
3.3.1 Структурная схема и параметры элементов контура 54
3.3.2 Оптимизация контура. Ожидаемые показатели качества 56
3.4 Оптимизация контура скорости 57
3.4.1 Структурная схема и параметры элементов контура 57
3.4.2 Оптимизация контура. Ожидаемые показатели качества 58
4. Анализ нелинейной САУ электропривода 61
4.1 Контур потокосцепления 6 1
4.2 Контур скорости 65
4.3 Имитационная модель нелинейной САУ электропривода
механизма подъема 70
4.4 Имитационные исследования частотно - регулируемого
асинхронного электропривода механизма подъема крана 75
4.5 Расчет тормозного резистора 83
5. Разработка и исследование моделей электропривода с учетом
ШИМ напряжения 85
5.1 Разработка модели электропривода с учетом ШИМ напряжения
инвертора 85
5.2 Исследование электропривода методом компьютерног
моделирования 95
Заключение 103
Список использованных источников 104
Приложение А 106
Приложение В 107
Многие промышленные предприятия, активно использующие электрические грузоподъемные краны, сталкиваются с проблемой несоответствия подъемного оборудования современным техническим требованиям. В кранах, изготавливаемых серийно и находящихся в эксплуатации, привод главного подъема осуществляется двигателями постоянного тока с системой регулирования от полупроводниковых преобразователей или асинхронными двигателями с фазным ротором с параметрическим регулированием за счет изменения сопротивления резисторов, подключаемых к контактным кольцам фазного ротора [1]. Используемое для изменения скорости реостатное регулирование отличается крайне низкой энергетической эффективностью. По некоторым оценкам в электроприводах механизмов подъема до 70 % потребляемой электроэнергии может уходить на обогрев воздуха, причем не только при спуске, но и при подъеме груза [2].
Подавляющее большинство грузоподъемных кранов оборудовано недорогой и привычной для обслуживания системой управления электроприводом на базе релейно-контакторных панелей, которая далека от совершенства, характеризуется зависимостью скорости опускания груза от его массы, негативно влияет на ресурс работы механической части крана и требует значительных расходов по поддержанию работоспособности.
Среди направлений повышения эффективности использования кранового оборудования можно выделить два основных: снижение энергопотребления и повышение надежности. Использование частотно-регулируемого электропривода на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором позволяет решить обе задачи достаточно невысокими затратами и является на сегодняшний день наиболее эффективным способом
модернизации кранового оборудования. Преимуществами применения частотно-регулируемого электропривода по сравнению с другими схемами управления двигателями являются:
- повышение качества и значительная рационализация системы управления;
- автоматическое передвижение груза по заданной программе, т.е. введение крана в систему АСУ ТП;
- возможность согласованного действия нескольких кранов по заданной программе, например при монтажно-сборочных работах;
- увеличение надежности и срока службы как самого привода, так и всех его механизмов;
- упрощение процесса обслуживания;
- экономия электроэнергии;
- создание предпосылок для дальнейшего совершенствования как самих кранов, так и систем управления: введение дистанционного управления, ликвидация приборов контроля грузоподъемности, снижение передаточного отношения редуктора, ликвидация полиспастов и т.д.
Целью курсовой работы является разработка и исследование электропривода механизма подъемной лебедки крана грузоподъемностью 35 т.
В данной работе был рассмотрен и рассчитан частотно-регулируемый электропривод механизма подъёма крана. На основе анализа требования, предъявляемых к электроприводу, выбран крановый электродвигатель, предназначенный для частотного регулирования, и преобразователь частоты, обеспечивающий требуемый набор функций управления. В качестве способа управления выбрано векторное управление.
В процессе выполнения работы была определена область работы, рассчитаны параметры схемы замещения двигателя и его характеристики, определены параметры механической системы электропривода подъема. Выполнена оптимизация контуров регулирования линейной САУ РЭП. Предложено использовать ПИ-регуляторы тока, скорости и потокосцепления системы автоматического управления регулируемого электропривода, даны рекомендации по их настройке и определены ожидаемые показатели качества их работы. Показано, что система САУ РЭП является существенно нелинейной, что определяет необходимость проведения дополнительных исследований с целью оценки их влияния на качество регулирования. В ходе имитационных экспериментов установлено, что требуемая плавность регулирования может быть достигнута установкой s - образного задатчика интенсивности.
Исследования электропривода подтвердили полученные ранее выводы.
В целом, разработанная система автоматического управления регулируемого электропривода механизма подъема крана, обеспечивает выполнение заданных технических требований.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
