Электропривод механизма вертикального перемещения крана – штабелера

СОДЕРЖАНИЕ

 1. Введение и краткое содержание технологического процесса ………………………  3

 2. Расчет тахограммы механизма………………………………………………………  6

 3. Формирование требований к электроприводу……………………………………..   9

 4. Выбор типа электропривода………………………………………………………… 10

 5. Предварительный выбор мощности электропривода, выбор типа двигателя…… 12

 6. Расчет нагрузочной диаграммы  электропривода…………………………………. 13

 7. Проверка выбранного двигателя по нагреву………………………………………. 15  

 8. Анализ механической части электропривода……………………………………… 20

 9. Выбор вентилей силовой части электропривода…………………………………... 21

10. Система управления тиристорным преобразователем напряжения……………..  22

11. Расчеты по энергетике электропривода…………………………………………… 24

      Заключение…………………………………………………………………………..  25

      Библиографический список………………………………………………………… 26

1. ВВЕДЕНИЕ И КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В данном проекте рассматривается электропривод механизма вертикального перемещения крана-штабелера.

В проекте рассмотрены следующие вопросы: расчет тахограммы, анализ механической части электропривода, выбор исполнительного двигателя с последующей проверкой на нагрев, выбор и расчет параметров силовой части электропривода и системы управления силовым преобразователем энергии, расчеты по энергетике электропривода.

Сейчас рассмотрим кратко назначение кранов, их основные функции [3].

Склады представляют собой сложное хозяйство. Наибольшее распространение получили системы с кранами-штабелерами, укладывающими грузы в штабеля или стеллажи с помощью грузозахватывающих устройств.

Краны-штабелеры позволяют рационализировать складское хозяйство, экономить производственные площади, освободить значительное количество вспомогательных рабочих, открывают широкие возможности складирования. Кран-штабелер - это подъемно-транспортная машина циклического действия, которая передвигаться по рельсам. Кран оборудован вертикальной колонной, по которой перемещается грузовой захват.

Рабочий цикл крана-штабелера зависит от планирования склада, он состоит в подведении грузового захвата под груз, перед фронтом стеллажей, подъеме на небольшую высоту, в повороте платформы, перемещении тележки к проходу между колоннами, перемещении по проходу до нужной секции. Груз на захвате останавливается напротив выбранной ячейки, несколько выше плоскости стеллажа, затем захват опускается, при этом груз остается лежать на опорной плоскости стеллажной ячейки, а грузовой захват возвращается в проход.

Мостовые краны-штабелеры обслуживают большие площади складов. Их используют также для перемещения грузов из складов в производственное помещение. Кроме вилочных захватов краны оборудуют специальными захватами, позволяющими переносить и переворачивать грузы, опорожнять тару и производить другие операции. Краны-штабелеры управляются крановщиками или дистанционно.

Краны-штабелеры позволяют уменьшить проходы между стеллажами, увеличить полезную высоту складов до 10-30 метров. При использовании кранов-штабелеров складское помещение используется на 165-200%.

Время выполнения рабочего цикла является основным параметром, определяющим производительность крана-штабелера.

Кран-штабелер является подъемно-транспортной машиной циклического действия и осуществляет циклы «отнести» тару с приемного стола в ячейку склада, «принести» тару из ячейки стеллажа на приемный стол.

Положение тары в стеллажах определяется двумя координатами, соответствующими номерам вертикального и горизонтального рядов стеллажей, а также номеру одного из двух стеллажей, между которыми движется кран.

Кран-штабелер имеет два электропривода: привод механизма горизонтального перемещения и привод механизма вертикального перемещения. Кроме того, на каретке механизма вертикального перемещения смонтирован грузозахват, который выдвигается при установке крана-штабелера против нужной ячейки стеллажа, либо против приемного стола.

Цикл работы крана по выполнению операции «отнести» тару с приемного стола в ячейку стеллажа состоит из следующих этапов: подвод крана-штабелера к приемному столу (причем уровень каретки установлен на 15 мм ниже уровня стола), выдвижение захвата, подъем каретки на 30 мм, возврат грузозахвата с грузом на место, отработка приводом горизонтального перемещения заданной координаты вертикального ряда стеллажа, отработка приводом вертикального перемещения заданной координаты ячейки стеллажа (причем каретка устанавливается на 15 мм выше уровня опорной плоскости стеллажа), выдвижение грузозахвата с грузом внутрь ячейки, опускание каретки на 30 мм (груз остается лежать на опорной плоскости ячейки), возврат захвата.

После этого кран готов к выполнению следующего цикла работы.

Конструктивно-технологические параметры механизма вертикального перемещения.

№ п/п

Технологические данные
Обозначение

Размерность

1

Максимальное количество ячеек по высоте

Kh

-

30

2

Высота ячейки

H

м

0.4

3

Масса грузоподъемника с тарой

Gгр

кг

1000

4

Масса груза
G

кг

500

5

Номинальная скорость подъема

Vп

м/с

0.3

6

Допустимое ускорение (замедление)

a(b)

м/с2

0.5

7

Число включений в час

Z

-

30

8

Точность останова

DQ

м

0.004

9

Диаметр барабана

Dб

м

0.3

10

Путь перемещения на пониженной скорости в зоне точного останова

DS

м

0.04

11

Путь перемещения механизма подъема по условиям нормальной работы грузозахватного устройства

DL

м

0.04

Кинематическая схема механизма вертикального перемещения крана-штабелера представлена на рис 1.

     Д

Х

Х

Х

Х
                                                                                                                   Тормоз

                                                                                                                                                                                               Груз

                               i

                                      Редуктор

Рис. 1. Кинематическая схема механизма подъема

2. РАСЧЕТ ТАХОГРАММЫ МЕХАНИЗМА

Кран-штабелер является механизмом циклического действия. Это механизм с интенсивным режимом работы, тахограмма содержит участки пуска, торможения и работы с несколькими значениями установившейся скорости. Электропривод механизма работает в повторно-кратковременном режиме. Определим отрезки пути и времени работы на отдельных участках тахограммы (знание параметров тахограммы необходимо для расчета мощности двигателя). Расчет будем вести согласно методике, которая изложена в [6]:

Время разгона tр1 от Vнач=0 до Vп=0.3 м/с:

Vп=0.3 м/с – номинальная скорость подъема;

Vнач=0 – начальная скорость подъема;

a=0.5 м/с2 – допустимое ускорение.

Путь, проходимый при разгоне Sр1:

Значение пониженной скорости Vпон, определяемое по условию требуемой точности позиционирования:

b=0.5 м/с2 – допустимое замедление;

DQ=0.004 м – точность останова.

Время торможения tТ1:

Путь, проходимый на отрезке торможения SТ1:

Время работы на участке с пониженной скоростью tу2:

DL=0.04 м – путь перемещения механизма подъема по техническим требованиям грузозахватного устройства.

Время торможения tТ2:

Путь, проходимый на отрезке торможения SТ2:

Расчетный путь перемещения S:

Kh=30 – максимальное количество ячеек по высоте;

h=0.4 м – высота ячейки.

Путь, проходимый при работе с установившейся скоростью Sу1:

Время работы на участке с установившейся скоростью tу1:

Время разгона tр2от Vнач=0 до -Vпон:

Путь, проходимый при разгоне Sр2:

Время работы на участке с пониженной скоростью tу3:

DS=0.04 м – путь перемещения на пониженной скорости в зоне останова.

Время торможения tТ3:

Путь, проходимый на отрезке торможения SТ3:

Время цикла tц:

z=30 – число включений в час.

Время паузы t0:

Тахограмма механизма представлена на рис.2.

    V

                                                               

VN                                

Vпон1

                                                                                                   t0   tр2   tу3     tт3     t

               tр1                                                tу1                                    tт1              tу2            tт2

Vпон2

                                           Рис. 2. Тахограмма механизма

3. ФОРМИРОАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

1.Электропривод работает в повторно-кратковременном режиме;

2. Диапазон регулирования скорости до 10:1 (в зависимости от требуемой точности останова);

3. Необходимость точного позиционирования электропривода в фиксированных точках;

4. Должна быть обеспечена возможность работы и регулирования скорости электропривода при активном моменте статической нагрузки;

5. Привод должен быть реверсивным.

4. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Конструкция кранов в основном определяется их назначением и спецификой технологического процесса, но ряд узлов, например механизм подъема и перемещения, выполняется однотипными для кранов различных видов. Поэтому имеется много общего в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования кранов.

Электрооборудование кранов работает, как правило, в тяжелых условиях: повышенная загазованность и запыленность, высокая влажность, влияние химических реагентов. В связи с этим оно должно выбираться в соответствующем конструктивном исполнении, оборудование кранов стандартизировано.

К электрооборудованию кранов предъявляются следующие требования: обеспечение высокой производительности, надежности работы, безопасность обслуживания, простота эксплуатации и ремонта.

Режим работы крановых механизмов – важный фактор при выборе мощности приводных электродвигателей, он характеризуется следующими показателями: относительная продолжительность включения, среднесуточное время работы, число включений за 1 час работы электродвигателя, коэффициент переменности нагрузки.

В механизмах кранов-штабелеров находят применение крановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока. Они  работают в повторно-кратковременном режиме при широком регулировании частоты вращения, причем их работа сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами и торможениями.

Кроме того, электродвигатели крановых механизмов работают в условиях повышенной вибрации. В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели отличаются от электродвигателей общепромышленного исполнения.

Наибольшее применение для крановых механизмов получили крановые электродвигатели серии MTKF, асинхронные с короткозамкнутым ротором, обеспечивающие высокий пусковой и номинальный моменты, регулирование скорости в широких пределах и плавный пуск [7].

Преимуществами асинхронных электродвигателей перед электродвигателями постоянного тока является их меньшая стоимость, простота ремонта и обслуживания, меньшая масса.

Для электроприводов крановых механизмов находят применение системы управления крановыми электродвигателями с тиристорным преобразователем напряжения (ТПН).

Система управления преобразователем переменного напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя должна быть замкнутой по скорости и току [1]. Силовая часть ТПН содержит пять пар встречно-параллельно соединенных тиристоров. Последние две пары позволяют осуществить реверс двигателя и динамическое торможение. Магнитное поле вращается в прямом направлении («вперед») при открывании тиристоров VS1…VS6. Порядок открывания вентилей    1-6,3-2,5-4,1-6 и т.д. Для получения поля, вращающегося в обратном направлении («назад»), открывают тиристоры VS5…VS10 в порядке: 5-10,7-6,9-8,5-10 и т.д. В случае динамического торможения в обмотки двигателя подается постоянный ток. Чтобы  ток протекал в этом режиме в положительные полупериоды напряжения  надо

открывать VS1 и VS4. В отрицательные полупериоды следует открывать тиристоры VS9 и VS8.

ТПН включается в цепь обмотки статора и служит для регулирования напряжения статора.

Использование замкнутых систем автоматического управления, построенных по принципу подчиненного регулирования, позволяет получить управляемые пуско-тормозные режимы и плавное регулирование скорости вращения в широких пределах.

В качестве электропривода для крановых механизмов рекомендован тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением в качестве наиболее рационального для позиционных механизмов, если при повторно-кратковременном режиме работы число включений в час не превышает 150-200, мощность асинхронного двигателя 15-20 кВт.

Исходя из вышесказанного, выбираем для механизмов нашего крана тиристорный электропривод с фазовым управлением.

Такой привод имеет ряд достоинств:

- простота силовых цепей;

- легко осуществляется формирование динамических характеристик с ограничением        момента двигателя;

- возможность осуществления динамического торможения подачей постоянного тока в обмотку статора.

Недостатками данного привода являются:

- большие потери энергии в двигатели на пониженных скоростях;

- необходимость использования тахогенератора и замкнутой системы регулирования       для получения достаточно жестких характеристик при сравнительно небольшом   диапазоне регулирования скорости.

5. ПРЕДВОРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ВЫБОР ТИПА ДВИГАТЕЛЯ

Статическая мощность  на  валу электродвигателя при подъеме груза Pc [6]:

Gгр=gmгр – вес, грузоподъемного устройства;

G=gm – вес, груза;

hмех=0.7 – коэффициент полезного действия подъемного механизма.

Двигатель выбираем из условия, что его номинальная мощность будет превышать статическую мощность на валу, т.е. PN>Pc.

Предварительно выбираем двигатель с короткозамкнутым ротором MTKF211-6, у которого PN=7.5 кВт, nN=880 об/мин, IN=19.5 A [5]

Расчет передаточного числа редуктора i:

wN=92.11 рад/с – номинальная скорость вращения двигателя;

wб=(2.mп.Vп)/Dб=(2.2.0.3)/0.3=4 рад/с - скорость вращения барабана.

Из стандартного ряда принимаем i=22.4. С учетом принятых передаточного числа и номинальной скорости вращения двигателя найдем реальную скорость подъема:

Полученная скорость больше скорости заданной по условию на 0.008 м/с, что не существенно, поэтому примем Vп=0.3 м/с, а, следовательно, пересчета тахограммы не требуется.

Пониженная угловая скорость двигателя wпон:

Приведенный к валу двигателя статический момент при подъеме груза Mсп [6]:

Dб=0.3 м – диаметр барабана;

mп=2 – кратность полиспаста.

Приведенный к валу двигателя момент инерции механизма подъема Jмех:

Суммарный момент инерции электропривода JS:

6. РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Момент на участке разгона Mр1 [4]:

-ускорение при разгоне.

На участках с установившейся скоростью момент равен моменту статическому. (Му1=Му2= Му3=Мс=70.31 Н.м).

Момент на участке торможения до пониженной скорости Mт1:

 -ускорение при торможении.

Момент на участке торможения с пониженной скорости до нуля Mт2:

 -ускорение при разгоне.

Момент на участке разгона Mр2:

-ускорение при разгоне.

Момент на участке торможения до пониженной скорости Mт3:

 -ускорение при торможении.

Нагрузочная диаграмма представлена на рис.3.

М

                                                               

Мр1                                                                                                                                                                         Мт3

                                   Му1                                                            Му2                                         Мр2

Мс

                                                               Мт1                         Мт2             Мр2

t

                                      Рис. 3. Нагрузочная диаграмма

7. ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ

Регулируемый электропривод в системе ТПН-АД при сравнительно низкой стоимости, относительной простоте, хороших массогабаритных показателях и высокой надежности обладает достаточно широкими техническими возможностями при приемлемых в ряде случаев технико-экономических показателях. Это позволяет применять его в механизмах циклического действия, которые требуют управляемых пускотормозных режимов, кратковременного снижения скорости, точной отработки позиционных перемещений.

Важной задачей при проектировании системы ЭП является обоснованный выбор мощности электродвигателя [2]. Для АД решение задачи осложнено нелинейной зависимостью между моментом двигателя и его током статора, т.е. нельзя использовать метод эквивалентного момента для проверки двигателя по нагреву. Из-за этого используют метод средних потерь, для реализации которого достаточно знание лишь паспортных данных АД, параметров тахограммы ЭП и его нагрузочной диаграммы.

В системах ТПН-АД регулирование скорости связанно с возрастанием скольжения, следовательно и с увеличением потерь, т.к. DP2=PэмS. Нагрев двигателя в повторно-кратковременном режиме определяется потерями энергии в машине на участках разгона, торможения и установившейся скорости. При этом необходимо обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя, т.е. его работу без перегрева.

Исходное выражение для метода средних потерь в системе ТПН-АД выглядит так [2]:

DPср – средние потери в двигателе за цикл работы;

eгр` - приведенная продолжительность включения графика нагрузки

DPN – номинальные потери двигателя;

eN` - приведенная номинальная продолжительность включения.

Для двигателей, нормированных на повторно-кратковременный режим работы:

eN - номинальная продолжительность включения;

b0 – относительный коэффициент теплоотдачи при неподвижном двигателе;

bПТ – относительный коэффициент теплоотдачи при пуске (торможении) двигателя и при работе на пониженной скорости.

Без учета добавочных и механических потерь суммарные потери в АД:

DPм1(DPм2) – потери в меди статора (ротора) (DPм1N=3.I21N.r1 и DPм2N=MN.w0.SN);

DPс1(DPс2) – потери в стали статора (ротора).

Потери в меди и стали асинхронной машины могут быть определены, если известны ее параметры, напряжения, приложенные к обмоткам двигателя, и токи. Для облегчения расчетов и анализа необходимо выразить потери в относительных единицах. При этом допустимым является пренебрежение потерями в стали на фоне потерь в меди.

Средние потери:

DWп, DWт – потери энергии в меди статора и ротора при пуске, торможении;

DPу, DPпон – мощность потерь при работе на установившейся полной и пониженной скорости.

При динамическом торможении ток протекает только по двум обмоткам статора. Поэтому для исключения перегрузки отдельных фаз двигателя условие проверки целесообразно рассматривать по отношению к мощности потерь, выделяющихся в одной фазе:

n – количество участков тахограммы;

Dtj – время работы на j-м участке тахогаммы.

При работе в установившихся режимах энергия потерь может быть определена:

Потери энергии в меди статора и ротора в установившемся двигательном режиме (и режиме торможения противовключением) [2]:

MC – момент статической нагрузки;

kп – коэффициент перегрузки по току, учитывающий нагрев от высших гармоник тока;

Dм1,  DPм2 – потери в меди статора и ротора;

А – коэффициент, определяемый по паспортным данным.

Для определения потерь энергии в пускотормозных процессах, протекающих в двигательном режиме работы машины:

Mд – момент двигателя при работе в двигательном режиме;

e - заданное ускорение (замедление).

Потери энергии в меди статора и ротора в режиме динамического торможения (при изменении скорости от w1 до w2):

Mд – момент двигателя в тормозном режиме.

Зная номинальную мощность, можно определить значение потребляемой активной энергии. При этом не учитывают несущественные составляющие потерь: механические и добавочные потери в двигателе, потери в стали ротора, потери в стали статора от высших гармоник.

Номинальная мощность потерь в меди статора:

DPNS – мощность потерь в двигателе в ном. режиме;

DPс1N – номинальная мощность потерь в стали статора.

kC – коэффициент потерь энергии в стали статора kC=(015-0.2).

Активная энергия, потребляемая двигателем при работе на установившейся
скорости в двигательном режиме:

Режим динамического торможения:

w*=w/w0 - относительная скорость движения.

Активная энергия, потребляемая в двигательном пускотормозном режиме:

Активная энергия, потребляемая в режиме динамического торможения:

Активная энергия, потребляемая асинхронным двигателем за цикл при отработке тахограммы, определяется:

Wп, WТ, Wу – активная энергия, потребляемая двигателем соответственно при пуске, торможении, работе на установившихся скоростях.

Проверка асинхронного двигателя, управление которого осуществляется за счет изменения подводимого к статорным обмоткам напряжения, осуществляется с помощью программы «TEPLO» на ЭВМ. Данная программа позволяет на основании нагрузочной диаграммы, тахограммы и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма проверить двигатели по нагреву в соответствии с методом средних потерь. В программе предполагается, что изменение скорости происходит по линейному закону, а изменение момента нагрузки ступенчато. Для каждого проверяемого двигателя и заданной тахограммы рассчитываются следующие значения: максимально допустимые греющие потери в двигателе за цикл, фактические греющие потери в двигателе за цикл, активная энергия, потребляемая электроприводом за цикл, время цикла для получения минимально допустимой по нагреву продолжительности паузы, максимальное число включений в час, момент и энергия тепловых потерь двигателя на всех участках тахограммы. Проверку осуществим для двух двигателей.

Исходные данные для ввода в программу:

Наименование

MTKF211-6

Номинальная мощность, PN кВт

7.5

Номинальное напряжение, UN В

220

Номинальная частота вращения двигателя, nN об/мин (wN 1/c)

880 (92.11)

Номинальный ток, IN А

19.5

Номинальный коэффициент мощности, cosfN

0.77

Номинальный КПД, hN

75.5

Ток намагничивания, Io А

11.65

Номинальный коэффициент мощности на холостом ходу, cosf0

0.085

Активное сопротивление фазы обмотки статора, r1 Ом

0.76

Активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведенное к статору, r`2 Ом

1.62

Индуктивное сопротивление рассеяния статора, x1 Ом

1.05

Индуктивное сопротивление рассеяния ротора, приведенное к статору, x`2 Ом

1.02

Максимальный момент, Mmax Н.м

216

Пусковой ток, IП А

78

Момент инерции двигателя, Jg кг.м2

0.110

Масса двигателя, m кг

110

Число пар полюсов, p

3

Номинальная продолжительность включения, eN о.е.

0.4

Относительный коэффициент теплоотдачи двигателя в неподвижном состоянии, bo

0.5

Конструктивный коэффициент, определяемый параметрами схемы замещения, a1

0.97

Пусковой момент, Mп Н.м

208.25

Коэффициент для расчета мощности потерь в стали двигателя, KC

0.2

Приведенный момент инерции механизма, Jмех кг.м2

0.0159

Получены следующие результаты.

Средняя мощность потерь за цикл: ΔPср = 241,8 Вт

Номинальные средние потери: ΔPср.доп = 360,2 Вт.

Активная энергия потребленная за цикл: Wц = 0,05046 кВт·ч.

Энергия потерь на участках сведена в таблицу

Участок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Энергия потерь, Вт·с

462,60

11457

656,02

2333,88

312,47

0

129,39

581,21

252,8

0

В приложении приведены распечатки работы программы. Двигатель MTKF211-6 по нагреву прошел (допустимая мощность потерь за цикл равна 360.2 Вт, а средняя мощность потерь за цикл равна 241.8 Вт). Поэтому для данного механизма выбираем двигатель MTKF211-6. Двигатель выбран с достаточным запасом, это обеспечит дополнительную надежность и позволит в случае необходимости увеличить максимальное число включений в час.

8. АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Естественная механическая характеристика исполнительного двигателя [4]:

Критическое скольжение:

S

1

0.9

0.8

0.73

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.05

0.01

U=220 B

226

231

233

234

234

230

222

205

177

136

77

41

8.5

U=176 B

145

148

149

150

149

147

142

131

113

87

49

26

5.43

U=110 B

56.6

57.7

58.4

58.6

58.5

57.7

55.5

51

44.4

34

19.3

10.2

2.12

Механическая характеристика режима динамического торможения:

Xo=Xm=17.819 Ом

Iэкв – действующее значение переменного тока, эквивалентное постоянному из условия равенства МДС обмоток статора:

Критическое скольжение:

S`

1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.086

0.05

0.01

 M

Iп=4I0

60

66

74

84

98

116

144

185

254

345

349.7

304

80.2

Iп=3I0

34

37

42

47

55

65.7

80.8

104

143

194

196.64

171

45.1

Iп=2I0

15

16

19

21

24.

29.2

35.9

46.3

63.4

86.4

87.34

76

20.1

Iп=4I0=46.6 A (Iэкв=38.05 А);

Iп=3I0=34.95 A (Iэкв=28.54 А);

Iп=5I0=23.3 A (Iэкв=19.02 А).

9. ВЫБОР ВЕНТИЛЕЙ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Для электроприводов крановых механизмов находят применение системы управления крановыми электродвигателями с тиристорным преобразователем напряжения (ТПН). ТПН включается в цепь обмотки статора и служит для регулирования напряжения статора.

Выберем вентили преобразователя:

Средний ток вентиля Iв найдем из условия, что ток двигателя наибольший при его пуске:

kф – коэффициент формы тока двигателя;

IП – пусковой ток двигателя;

kохл – коэффициент, учитывающий естественное охлаждение вентилей.

Выбираем тиристор, у которого номинальный ток превышает рассчитанный средний ток, T-152-100 .

Т.к. торможение осуществляется при не затухшем поле ротора, то необходимо учитывать примерно двойное напряжение на тиристорах, следовательно, выберем тиристоры, у которых класс по напряжению равен 6-9.

10. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

В качестве электропривода для крановых механизмов используем тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением. Функциональная схема системы управления и принципиальная схема силовых цепей электропривода представлена на рис.4.

Система управления выполнена на основе реверсивного симметричного тиристорного преобразователя напряжения. Как уже было сказано выше, он содержит пять пар вентилей, с помощью которых регулируется напряжение питания двигателей, задается необходимый порядок чередования фаз питающего напряжения, а также обеспечивается возбуждение двигателя постоянным током при реализации динамического торможения. Значение угла открытия a вентилей регулируется с помощью одноканальной синхронной СИФУ, на вход которой через выпрямитель (введение выпрямителя предполагает использование одного фазосмещающего устройства для всех групп вентилей) поступает напряжение управления Uрс от системы автоматического регулирования электропривода. Одноканальная СИФУ состоит из:

-        трехфазного (по числу фаз питающей сети) генератора синхронизирующих импульсов (ГИ);

-        блока регулируемых временных задержек (БЗ) трехфазного распределителя импульсов (РИ);

-        коммутатора импульсов (К);

-        выходных усилителей импульсов (ВУ);

-        фазосмещающее устройство, в которое входят ГИ, БЗ, РИ.

ФСУ формирует на выходе РИ три пары последовательностей прямоугольных импульсов длительностью 1800эл., передние фронты которых сдвинуты на угол a, по отношению к моментам перехода синусоиды питающего напряжения соответствующей фазы через нуль.

Угол a линейно зависит от напряжения управления UУ=Uсм –êUрсê, где Uсм – напряжение смещения, обеспечивающее при Uрс=0 практически нулевое напряжение на выходе ТРН и, соответственно, нулевой момент двигателя.

При соединении обмоток статора в звезду это условие удовлетворяется при a=1350эл., что и определяет необходимый диапазон регулирования угла a.

ФСУ связывается с выходными усилителями импульсов через коммутатор с 4m входов, l выходов и с К – количество групп, в которые вентили объединены. Применение коммутатора, взаимно-однозначное состояние входов и выходов которого определяется состояние сигналов на К управляющих входах, позволяет использовать только одно ФСУ, так как с помощью коммутатора становится возможной передача сигналов от РИ на необходимую группу вентилей через соответствующие выходные усилители. При нашей схеме силовых цепей используется 4-х программный коммутатор (К=4), позволяющий реализовать пуск, реверс, динамическое торможение и регулирование скорости асинхронного двигателя в обоих направлениях вращения. Причем динамическое торможение обеспечивается за счет питания двух обмоток статора  двигателя от двухполупериодного полууправляемого мостового выпрямителя, образуемого из тиристоров преобразователя.

Выходные каналы формирования управляющих импульсов в СИФУ построены по принципу модуляции-демодуляции сигналов, поступающих на входы ВУ от коммутатора импульсов.

Логическое переключающее устройство (ЛПУ), наряду с выбором необходимой группы тиристоров, создает бестоковую паузу при переключениях тиристорных групп, необходимую для исключения коротких замыканий сети через вентили ТРН, а также осуществляет защиту и блокировку преобразователя.

Схема ЛПУ независимо от числа выходных команд включает в себя логический блок ЛБ, блок фазонаправленного переключения и памяти БПП и узел управления. Входными сигналами ЛБ (а также и ЛПУ) является напряжение задания на скорость вращения двигателя (Uз) и выходное напряжение регулирующей части САР скорости (Uрс). Выходными сигналами ЛБ являются потенциальные сигналы, зависящие от входных сигналов ЛПУ. Эти сигналы поступают на входы БПП. Узел переключения БПП обеспечивает фазонаправленное переключение двигателя из режима в режим, суть которого в том, что при появлении команды на смену режима в ближайший момент перехода через нуль напряжения нереверсивной фазы сети снимается управляющая команда и отключается работающая группа тиристоров, а в следующий момент перехода напряжения через нуль формируется команда и включается очередная группа тиристоров. Текущий режим работы двигателя при изменении входных сигналов ЛПУ, не приводящих к изменению режима, запоминается памятью БПП, т.е. триггерами, выходы которых являются выходами ЛПУ. Узел управления ЛПУ анализирует состояние защит и цепей контроля преобразователя и двигателя, а также фиксирует наличие сигналов на входах разрешения и запрета работы электропривода.

Выходной сигнал узла управления, воздействуя на узел памяти БПП, может разрешать или запрещать поступление выходных управляющих команд от ЛПУ на коммутатор импульсов.

Рассмотренная система управления реверсивным преобразователем позволяет получить четырехквадратный асинхронный электропривод. Так как направление вращения и величина скорости двигателя в этой системе определяются аналоговым входным сигналом, то для управления электроприводом можно использовать унифицированные бесконтактные командоаппараты или аналоговые датчики.

11. РАСЧЕТЫ ПО ЭНЕРГЕТИКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Данные для расчетов берутся в 7-ом разделе

Номинальные средние потери:

ΔPср.доп = 360,2 Вт.

Суммарная энергия, потребленная за цикл:

Среднецикловый КПД:

                    

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В курсовом проекте разработан электропривод механизма вертикального перемещения крана-штабелера. В проекте есть расчет моментов сопротивления, инерции, тахограмм механизма и электропривода, механической характеристики двигателя. Двигатель проверен по нагреву при помощи программы «TEPLO» на ЭВМ. Также было дано руководителем исследовательское задание, которое было выполнено.

Для механизма выбран двигатель MTKF211-6, у которого PN=7.5 кВт, nN=880 об/мин, IN=19.5 A, hN=75.5. Передача крутящего момента от вала двигателя до барабана осуществляется при помощи редуктора с передаточным числом i=22.4.

Система управления электропривода выполнена на основе реверсивного симметричного тиристорного преобразователя напряжения. Он содержит пять пар вентилей, с помощью которых регулируется напряжение питания двигателей, задается необходимый порядок чередования фаз питающего напряжения, а также обеспечивается возбуждение двигателя постоянным током при реализации динамического торможения. В качестве вентилей силовой части выбраны тиристоры T-152-100. Значение угла открытия a вентилей регулируется с помощью одноканальной синхронной СИФУ.

БИБЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Браславский И.Я., Зюзев А.М. и др. Система управления тиристорным преобразователем для реверсивных асинхронных электроприводов. «ЭП. Электропривод», 1981, № 5(94).

2. Выбор мощности асинхронного электродвигателя, управляемого от тиристорного преобразователя напряжения: Методические указания к проекту по курсу «Теория электропривода» / И.Я. Браславский, А.М. Зюзев, В.Г. Тейхриб, С.И. Шилин. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1998.

3. Зерцалов А.И., Певзнер Б.И. Краны-штабелеры. М.: Машиностроение, 1974.

4. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Справочные данные по элементам электропривода: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Теория электропривода» / И.Я. Браславский, А.М. Зюзев, В.И. Лихошерст, В.П. Метельков, С.И. Шилин. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1995.

6. Теория электропривода: Методические указания и типовые задания к проекту. И.Я. Браславский, В.И. Лихошерст, В.П. Метельков, Е.Ф. Тетяев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1999.

7. Яуре А.Г., Певзнер Б.И. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988.

8. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник /О.Г.Чебовский, Л.Г.Моисеев, Р.П.Недошвин. - 2-е изд. перераб. и доп. М.:Энергоатомиздат, 1985.