Реферати українською » Промышленность, производство » Проектування електроприводу підйому мостового крана


Реферат Проектування електроприводу підйому мостового крана

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>Курсовой проект

за курсом "Теорія електропривода"

на задану тему: "Проектування електропривода підйому мостового крана"


Запровадження

У цьому курсовому проекті необхідно розробити силову частина електропривода механізму підйому мостового крана. У процесі проектування необхідно вибрати спосіб втілення даного електропривода, розрахувати його працівники характеристики, зробити теплової розрахунок й забезпечити необхідну динаміку, розробити схему електричну принципову тощо.


1 Аналіз і опис системи “>Электропривод - робоча машина”

1.1Количественная оцінка вектора стану аботахограмми необхідного процесу руху

За завданням маємо дозволене прискоренняа=0.12м/с2. Відповідно до циклу роботи спочатку відбувається спускгрузозахвативающего устрою на висоту 16 м зі швидкістю 0.208 м/с. Час розгону і гальмування можна розрахувати за такою формулою:

>c.(1.1)

Відстань, якененагруженноегрузозахвативающие пристрій проходить під час розгону і гальмування:

>м.(1.2)

Час роботи з швидкості V :

 >с.(1.3)

Далі за циклу, після паузи, підйом вантажу на висотуHм=5.5 м зі швидкістю 0.26 м/с. і допустимим прискоренняма=0.12м/с2 . Час розгону і гальмування цьому буде одно:

,>c(1.4)

Відстань, яке проходить під час розгону і гальмування:


,>м(1.5)

Час роботи з швидкості V:

,>с(1.6)

Далі за циклу, відбувається опускання вантажу на висоту 5.5 м зі швидкістю 0.208 м/с і допустимим прискоренняма=0.12м/с2. Час розгону і гальмування можна розрахувати за такою формулою:

>c.(1.7)

Відстань, яке навантаженегрузозахвативающее пристрій проходить під час розгону і гальмування:h3=0.18 ,м.

Час роботи з швидкостіVсп:

 >с.(1.8)

Далі за циклу, після паузи, підйомгрузозахвативающего устрою на висотуH=16 м зі швидкістю 0.26 м/с. і допустимим прискоренняма=0.12м/с2 . Час розгону і гальмування цьому буде одно:t7=2.167c.

Відстань, яке проходить під час розгону і гальмування:h4=0.282 м.

Час роботи з швидкості:

,>с(1.9)


Сумарна час приводу:

>2·t1+t2+2·t3+t4+2·t5+t6+2·t7+t8=193.858с.(1.10)

За умовою час пауз становить 56% від часу роботи. Тоді можна визначити час паузи:

>с.(1.11)

Відповідно, час циклу:

>с.(1.12)

ЗнайдемоПВ%

%(1.13)

Двигун працює у режиміS3, тому що час циклу менше 10 хв. Перейдемо від лінійної швидкостігрузозахвативающего устрою до кутовий швидкості валу двигуна:

 >рад/с.(1.14)

 >рад/с.(1.15)

деiп – передатне ставлення поліспаста,

>iр – передатне ставлення редуктора,

>Dб – діаметр барабана.

По знайденим часів і швидкостям побудуємотахограмму процесу руху. Її вид представленийрис.1.1.

Малюнок 1.1 –Тахограмма процесу руху

 

1.2Количественная оцінка моментів й снаги опорів

Момент, на валу двигуна при опусканніненагруженногогрузозахвативающего устрою, визначимо за такою формулою:

>Н.м(1.16)

Аналогічно, момент на валу двигуна при опусканні вантажу:

 (1.17)

Момент, на валу двигуна при підйомі вантажу, визначимо за такою формулою:

>Н.м,(1.18)

Аналогічно, момент на валу двигуна при підйомігрузозахвативающего устрою:

>Н.м,(1.19)

>гдеG - вагу вантажу;

>G0 – вагугрузозахвативающего устрою

h - ККД механічних передач.

1.3 Упорядкування розрахункової схеми механічної частини електропривода

>Кинематическая схема представлена малюнку 3.1.

>Jпр і - момент інерції для обертових тіл;

>Jпр j - момент інерції тіл, виконують поступальний рух;

з і - жорсткість;

і - передатне число.

Виконаємо приведення параметрів схеми до розрахункової швидкості:

(1.20)

(1.21)

(1.22)

Момент інерції барабана вираховується за формулою:


 ,(1.23)

>гдеGб – вагу барабана;

D - діаметр барабана;

>iред – передатне ставлення редуктора

Момент інерції вантажу визначаємо за такою формулою:

, (1.24)

>гдеG – вагу вантажу;

D - діаметр барабана;

>Iпол – передатне ставлення поліспаста;

Момент інерціїгрузозахвативающего устрою визначаємо за такою формулою:

(1.25)

>гдеG0 – вагугрузозахвативающего устрою;

Момент інерції двигунаJДВ=1.15 . Наведений момент інерції редуктора за умовою дорівнює 35% від часу інерції двигуна:

(1.26)

Момент інерції муфти:

 (1.27)

Наведена жорсткість муфти:

(1.28)

Наведена жорсткість каната:

 (1.29)

>гдеN – число несучих канатів;

H – максимальна висота підйому.

Маємочетирехмассовую розрахункову схему.

,(1.30)

(1.31)

(1.32)

 (1.33)

Перейдемо до еквівалентнійтрехмассовой розрахункової схемою, використовуючи метод послідовних спрощень.

Розрахунок параметрів еквівалентній схеми проводиться у разі наступним формулам:

,(1.34)

 >Н*м.(1.35)

>Эквивалентнаяжесткость розраховується так:

 >Н*м(1.36)

Перейдемо додвухмассовой розрахункової схемою, зображеною малюнку 1.2.:

 (1.37)

 >Н*м.(1.38)

 >Н*м.(1.39)

1.4 Побудованагрузочной діаграми і механічної характеристики робочої машини

Усі параметри, необхідні для побудовинагрузочной діаграми, розраховані вище.

>Нагрузочная діаграма представлена на рис. 1.2.


Малюнок 1.3 –Нагрузочная діаграма

Час перехідного процесу менше, ніж 10 % від часу встановленого руху. Тому, за складаннінагрузочной діаграми зайве додатково враховувати динамічний момент.

Знаючи моменти навантаження, можна побудувати механічні характеристики робочої машини. Характеристики представлені малюнку 1.4.


Малюнок 1.4 –Механические характеристики робочої машини


 

2. Аналіз і опис системи “>Электропривод - мережу” і “>Электропривод - оператор”

>Электропривод механізму підйому мостового крана харчується стандартним трифазним напругою 380 У частотою 50 гц. У промисловій мережі можливі значні кидки напруги, і навіть можуть бути аварійним ситуаціям, тож треба забезпечити працездатність установки при можливих коливаннях напруги у мережі й забезпечити захисту від струмів короткого замикання. І тому привід підключаємо до неї через автоматичний вимикач, також забезпечує захист двигуна від можливого короткого замикання, як з боку що годує мережі, і із боку навантаження.

Управління краном реєструють безпосередньооператором-крановщиком, тому управління заборгувало бути щодо простим, що дозволяє легко управляти розгоном і гальмуванням крана, а як і здійснювати фіксований режим роботи з номінальних швидкостях переміщення.


 

3. Вибір принципових рішень

3.1 Побудова механічної частини приводу

>Кинематическая схема електропривода механізму підйому зображено на рис. 3.1.

Вал двигуна через муфту з'єднаний із вхідним валом редуктора.Редуктор знижує швидкість обертання і водночас збільшує момент. Вихідний вал редуктора з'єднаний через муфту з канатним барабаном.Полиспаст кріпиться двома канатах. Дополиспасту кріпиться грейфер.Полиспаст призначений зменшення лінійної швидкості грейфера.Канатний барабан у вигляді ремінної передачі з'єднаний із кабельним барабаном, призначеним на шляху подання яке живить кабелю.


Малюнок 3.1 -Кинематическая схема електропривода механізму підйому.

Упорядкування розрахункової схеми механічної частини електропривода наведено у пункті 4.2

На рис. 3.1 введено такі позначення:

1 - двигун;

2 - сполучна муфта;

3 - редуктор;

4 –барабан;

5 – канат;

6 – поліспаст;

7 –грузозахвативающего устрою;

3.2 Вибір типу приведення й способу регулювання координат

Щоб належно в рух механізму крана можна використовувати кілька варіантів двигунів. Це то, можливо двигун постійного струму незалежного чи послідовного порушення, то, можливо асинхронний двигун. Можна застосовувати двигуни загальнопромислового виконання. Також промисловістю випускаються спеціальні кранові серії двигунів постійного і перемінного струму. Кожен з цих двигунів має чесноти та вади. Приміром, двигуни постійного струму дозволяють легко і добре регулювати швидкість обертання, але з габаритам вони значно перевершують двигуни змінного струму.Асинхронние двигуни за габаритами менше, але система регулювання двигунів змінного струму складніше.

Можливими способами регулювання швидкості обертання двигунів постійного струму є регулювання напруги харчування з допомогою керованихвипрямителей для двигунів з незалежним порушенням ішунтированием якоря для двигунів з незалежним і послідовним порушенням.

Для управління асинхронним двигуном зкороткозамкнутимротором можна використовувати перетворювач частоти.

Всі ці засоби як і відрізняються одна від друга складністю, втратами, вартістю і вимагають вибору оптимального способу регулювання кожному за конкретного випадку.

Нижче наведені можливі рішення з урахуванням що висуваються до приводу вимог.

двигун постійного струму з незалежним порушенням, регулювання напруженості із допомогою керованого випрямляча;

двигун постійного струму з послідовним порушенням, шунтування якоря;

двигуни загальнопромислового виконаннякороткозамкнутимротором, частотне управління;

двигуни загальнопромислового виконанняфазнимротором, опору в ланцюг ротора;

3.3 Оцінка і порівняння вибраних варіантів

Оцінка і порівняння даних варіантів здійснюється з допомогою методу експертні оцінки. Вибираємо кілька критеріїв порівняння. У нашому випадку це:массогабаритние показники, втрати, вартість, надійність і повільність регулювання. Кожен з цих критеріїв привласнюємо певний максимальний бал і далі виробляємо оцінку варіантів за цими критеріям, виставляючи їм відповідні бали. Після цієї процедури виробляється підрахунок балів, набраних кожним із варіантів, і вибирається той варіант, який має найбільший сумарний бал. Діаграма порівняння приведено малюнку 3.2.

У результаті отримали таке розподіл балів:

>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;

Дані співвідношень видно, що максимальний сумарний бал має двигуни загальнопромислового виконаннякороткозамкнутимротором і частотним управлінням.

Малюнок 3.2 - Оцінна діаграма сумарних результатів


4 Розрахунок силового електропривода

4.1 Вибір двигуна

Для попереднього вибору двигуна скористаємося методом еквівалентного моменту, що дозволяє оцінити двигун по нагріванню і з перевантажувальної здібності.

Повний цикл роботи приводу становить 302,418 з, що менше, ніж 10 хвилин. Отже привід працює у розрахунковому режиміS3. Тоді величину еквівалентного моменту знаходимо за такою формулою:

;(4.1)

деМi – величина статичного моменту наi-ом ділянцінагрузочной діаграми,Нм;

>ti – час з моментомМi, з;

>tц – час циклу,

>tп – час пауз.

За номінальну розрахункову швидкість двигуна приймаємоwн.расч=1000 про / хв = 104.7 радий / з. в що встановилася режимі двигун працює із меншою швидкістю.

Підставляючи величини часу й моменти в формулу (4.1), знаходимо величину еквівалентного моменту:

(4.2)


Розмір розрахункової потужності дорівнює:

Вт (4.3)

За даними величинам швидкості і вибираємо електродвигун зкороткозамкнутимротором серії4АР225М6У3 номінального режимуS3 з такими паспортними даними:

номінальна потужність РН = 37 кВт;

синхронна частота обертанняw0 = 104.7 радий / з;

номінальний коефіцієнт потужностіcosjН = 0.84;

номінальне ковзанняSH=2%;

номінальний струмстатораI1Н = 73.8 А;

номінальний коефіцієнт корисної діїhН = 90.5%;

кратність максимального моментуНм;

кратність пускового моментуНм;

кратність пускового струмуIП /IН = 7 А;

момент інерціїJДВ = 1.15 кг м2.

>ПВ%=40%

Опору:

>r1=0,137Ом

>r/2=0,07Ом

>X1=0,315Ом

>X/2=0,47Ом

Необхідна умоваР2НР2РАСЧ виконується. Знайдемо номінальний момент двигуна:

 >рад/с(4.4)

 М м (4.5)

УмоваМНМЭКВ виконується, отже двигун відбувається за нагріванню.

4.3 Розрахунок параметрів і вибір перетворювача

Умови вибору перетворювача частоти:

>UВЫХ=380 У.

>РВЫХ>=37 кВт.

Вибираємо перетворювач частоти HitachiSJ300-370HFE з такими паспортними даними:

номінальна потужність 37 кВт

номінальний струм 75 А

діапазон частот 0.1 – 400 гц ±0.01%

точність підтримки швидкості ±0.5%

Перетворювач забезпечує захист двигуна з допомогою електронноготермореле.

Перетворювач забезпечує гальмування. Час розгону і гальмування двигуна задається незалежно друг від друга в інтервалі від 0.01 до 3600 секунд. Може бути задано два значення часу розгону і двоє значення часу гальмування.

Також упреобразователе є вмонтований регулятор струму є можливість організувати пропорційний (П),пропорционально-интегральний (>ПИ) чипропорционально-интегрально-дифференциальний (ПІД) регулятор швидкості.

Для перетворювача непотрібен трансформатор.

 


5 Розрахунок статичних механічних і електромеханічних характеристик двигуна і приводу

5.1 Розрахунок статичних механічної іелектромеханической характеристик двигуна

Для асинхронного двигуна розрахунок статичних механічних характеристик ведеться за формуліКлосса.

Розмір критичного ковзання перебувають розслідування щодо формулі:

(5.1)

Формула до розрахунку механічної характеристики має вигляд:

(5.2)

де

 (5.3)

 (5.4)

Підставляючи в формулуКлосса різні значення ковзання (кутовий швидкості), отримуємо ряд точок, якими будуємо природну механічну характеристику двигуна. Розрахунок механічної характеристики двигуна проводимо з допомогою пакетаMathcad 2003


Малюнок 5.1 – Графік природною механічної характеристики.

Розрахунокелектромеханической характеристики - залежності струмустатораI1 від ковзання P.S здійснюється з використанням наступній формули:

(5.5)

 (5.6)

де

(5.8)

(5.9)

 (5.10)

Підставляючи у цю формулу відомі значення номінального струмустатора, кратності максимального моменту, критичного ковзання іq, а як і різні значення ковзання (швидкості), отримуємо різні значення струму ротора, якими потім будується графікелектромеханической характеристики. Розрахунокелектромеханической характеристики двигуна виробляємо з допомогою пакетаMathcad 2003.

Малюнок 5.2. –Электромеханическая характеристика двигуна

5.2 Розрахунок статичних механічних характеристик приводу

Оскільки для регулювання швидкості застосовуєтьсяПИ – регулятор (буде показано нижче), що дає нульову статичну помилку, тому механічна характеристика приводу буде абсолютно жорсткої.


Малюнок 5.3. –Механические характеристики приводу.


6 Розрахунок перехідних процесів в електроприводі за цикл роботи

Моделювання роботи електропривода проводитимемо середMathlab 6.5.

Оскільки частота комутаціївентелей впреобразователе частоти дуже великий (порядку 15000 гц), його стала часу дуже мала і можна їй знехтувати. Перетворювач частоти під час моделювання уявімо лінійним ланкою з коефіцієнтом передачі КПЧ.

Малюнок 6.1 – Структурна схема перетворювача частоти.

Ми маємодвухмассовую розрахункову схему механічної частини. Висловлювання длядвухмассовой розрахункової схеми:

(6.1)

Значення МС залежить від виду навантаження. Оскільки навантаженняактивная(потенциальная), тоМС=Const.

Структурна схемадвухмассовой розрахункової схеми механічної частини представлена малюнку 6.2:


Малюнок 6.2 – Структурна схема механічної частини.

Для моделювання асинхронного двигуна використовуємолинеаризованную модель:

(6.2)

чиоператорной формі:

(6.3)

де - жорсткість характеристики, визначається за такою формулою:

;(6.4)

 -електромагнитная стала часу двигуна, визначається за такою формулою:


 (6.5)

Схемалинеаризованной моделі асинхронного двигуна представлена малюнку 6.3.

Малюнок 6.3 –Линеаризованная модель асинхронного двигуна.

Максимальне значення моменту двигуна:

(6.6)

Коефіцієнт передачі перетворювача за частотою визначається ставленням максимального сигналу не вдома перетворювача до максимальному сигналу не вдома регулятора моменту:

 (6.7)

Максимальне значення моменту обмеження одно критичного моменту природною характеристики двигуна:

 (6.8)


З рівняння (6.3) знаходимоКрм:

 (6.9)

Регулятор моменту представляється якП–регулятора.

Граничне значення коефіцієнта посилення зворотний зв'язок, що забезпечує регулювання моменту з травня нульової помилкою:

 (6.10)

Для розрахунку контуру швидкості уявімо контур моменту падіння у вигляді ланки:

 (6.11)

Окресливши

,

одержимо передатну функціюоптимизированного контуру регулювання моменту:


 (6.12)

де

Коефіцієнт передачі датчика негативною зворотний зв'язок за швидкістю розраховується як ставлення напруга завдання відповідний значення максимальної швидкості:

 (6.13)

Малоїнекомпенсируемой постійної часу контуру регулювання швидкості єелектромагнитная стала двигуна, тобто. приймаємо .

Великийкомпенсируемой постійної часу контуру регулювання швидкості є механічна стала двигуна.

Для отримання нульової помилки у статиці іфорсировки перехідних процесів у поступовій динаміці регулятор швидкості має бути надано якПИ – регулятора.

>Настроим регулятор швидкості на симетричний оптимум.

Бажана передатна функція контуру швидкості налаштованого на симетричний оптимум:

 (6.14)

>Передаточная функція об'єкта регулювання:


 (6.15)

Розділивши бажану передатну функцію контуру швидкості, на передатну функцію об'єкта регулювання, одержимо передатну функцію регулятора швидкості:

 (6.16)

де

,

 (6.17)

Де - сумарний момент інерції приводу

 (6.18)

 (6.19)

Розрахунок перехідних процесів виробляються у пакетіMatlab 6.5.

Модель на дослідження роботи приводу мостового крана приведено малюнку 6.5:

Малюнок 6.5 – Модель на дослідження роботи приводу мостового крана.


 

7 Перевірка правильності розрахунку потужності й остаточні вибір двигуна

Перевірку правильності розрахунку потужності виконаємо методом середніх втрат.

Повні номінальні втрати у двигуні рівні:

 (7.1)

Змінні номінальні втрати у двигуні рівні:

 (7.2)

Тоді постійні втрати дорівнюватимуть:

 (7.3)

Середні втрати за цикл роботи рівні:

(7.4)

де - втрати уi-й час,

 - коефіцієнт погіршення охолодження під час роботи зі швидкістю ,

>Тц=302 з. – час циклу.

Втрати вi-й час можна висунути зі наступного висловлювання:

(7.5)

де

,

 - ступінь завантаження двигуна.

Або

 (7.6)

Підставляючи (7.6) в (7.4) одержимо:

 (7.7)

Використовуючи висловлювання (7.7) знайдемо середні втрати за цикл роботи. Для перебування середніх втрат за такою формулою (7.7) скористаємося моделлю приводу.

Спочатку будуємо в квадрат момент електромагнітний двигуна. Потім ділимо отримане значення на квадрат номінального моменту і плюсуємо . Потім інтегруємо отримане значення і множимо на , отримуємо значення середніх втрат за цикл роботи.

Модель перебування середніх втрат за цикл роботи представлена малюнку 17.

Малюнок 17 - Модель перебування середній втрат за цикл роботи

Через війну моделювання отримали, що середні втрати за цикл роботи рівні: .

Тоді коефіцієнт завантаження двигуна становить:

 (7.8)

Отже двигун завантажений на 84,32% (що більше 70%), тому остаточно вибираємо даний двигун.


8 Розробка схеми електричної принципової

Схема електрична принципова приводу приведено в графічної частини курсового проекту.

Перетворювач зображений на схемою як блокуUZ1.

>Входное напруга на перетворювач

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація