Разработка электропривода тележки мостового крана.

Содержание
Введение
Описание мостового крана и тележки (технические характеристики)
Требования, предъявляемые к электроприводу тележки крана
Выбор типа электропривода и его элементов
Разработка принципиальной электрической схемы
Разработка структурной схемы системы управления
Функции ПЧ
Организационно-экономическая часть
Безопасность и экологичность проектных решений
Заключение
Список литературы

Разработка электропривода тележки мостового крана.

Все эти устройства защищают электрические цепи от чрезмерного тока, вызванного замыканиями в цепях.Автоматические выключатели размыкают питающие цепи в случае увеличения выше номинального значения протекающего через них тока, осуществляя таким образом отключение электрооборудования от сети. Кроме того, они имеют возможность замыкания цепи (функция включения), в том числе повторного. К автоматическому выключателю предъявляются требования малого времени размыкания цепи (отключения). Автоматические выключатели соответствуют современным нормам электробезопасности.Современный автоматический выключатель состоит из подпружиненного механического выключателя, замыкающего контактную группу автомата во взведенном состоянии, теплового (на базе биметаллической пластины) и электромагнитного (на базе соленоида) размыкателей, дугогасительного устройства и универсальных контактов.Тепловой размыкатель предназначен для защиты цепей по току перегрузки, а магнитный — для защиты от короткого замыкания. Тепловой размыкатель срабатывает после нагрева биметаллической пластины. Время нагрева пластины зависит от величины тока, превышающей номинальное значение. Этот тип размыкателя — инерционный. Размыкатель не реагирует на небольшие кратковременные увеличения значения тока. Магнитный размыкатель является быстродействующим. Его срабатывание происходит при превышении значения номинального тока в несколько раз. Во взведенном состоянии контакты выключателя замкнуты, ток в цепи протекает через обмотку магнитного размыкателя и часть биметаллической пластины. Срабатывание одного из размыкателей приводит к освобождению взводной пружины и сбрасыванию выключателя, который, в свою очередь, размыкает контактную группу. Чтобы защитить контакты от подгорания в момент размыкания, параллельно им установлены дугогасительные камеры, представляющие собой набор медных пластин, разделенных воздушной прослойкой. Универсальные контакты позволяют фиксировать как проводники, так и клеммы или шины. Конструктивно все выключатели крепятся на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм. Крепление корпуса автоматического выключателя осуществляется с помощью одной защелки. Для удобства защелка имеет два фиксированных положения. В верхнем положении защёлки корпус выключателя фиксируется на DIN-рейке, в нижнем — он освобожден. Головка винта крепления позволяет использовать и крестовую, и плоскую отвертки. Произведем выбор автоматических выключателей исходя из условия, что Iн.р.≥1,25*IдIн.р.>175Выберем в качестве автоматического выключателя для нашего преобразователя частоты следующий автоматический выключатель 3VL3720-1CP36.Данный выключатель рассчитан на ток до 200А, что удовлетворяет нашим требованиям.На выходе из шкафу управления после преобразователя частоты устанавливаем рубильник для отключения силовых цепей с созданием видимого разрыва.Сетевой дроссельКак уже было сказано выше, питающая сеть подвержена воздействиям нелинейных приемников, которые вызывают деформации протекания синусоидального напряжения, следовательно, увеличивают потери, а также создают помехи для работы других машин и приборов, питающихся от сети. Применяемые дроссели позволяют решить множество проблем: -ограничивают возникновение гармоник в сети, - гасят коммутационные перенапряжения,- в случае короткого замыкания уменьшают ток установившегося короткого замыкания и производную тока.Управляемые выпрямители и инверторы генерируют в сети ряд гармоник, которые сильно искажают ход синусоиды напряжения, вызывая увеличение потерь мощности всех машин и приборов, питающихся от сети. Сетевые дроссели ограничивают распространение всех гармоник в сети и гасят коммутационные перенапряжения, возникающие во время переключения тиристоров. Применение сетевых дросселей вызывает ослабление взаимных помех, создаваемых преобразователями во время коммутации.Сетевые дроссели подбираются под преобразователь частоты и в нашем случае необходимо выбрать следующую модель: 6SE6400-3CC02-2CD3ТермостатДля защиты шкафа и оборудования, установленного в нём, от перегрева установим термостат. Термостат контролирует температуру воздуха в шкафу и при её повышении больше заданного уровня замыкает контакт цепи питания вытяжного вентилятора, включая его. При понижении температуры до заданной, термостат разрывает цепь питания вытяжного вентилятора тем самым выключая его. Выбираем термостат фирмы Rittal (так как конструктив для размещения всего электроприводного оборудования будет также этой фирмы).Функции ПЧПрименение ПЧ позволяет реализовать следующие возможности:запуск электродвигателя с пусковым током не выше номинального;осуществлять плавное регулирование скорости вращения электродвигателя от 50 Гц до 0;при наличии модуля рекуперации осуществлять возврат запасенной механической электроэнергии в сеть;наличие встроенных датчиков скорости позволяет осуществлять мониторинг токов электродвигателя и действительной скорости вращения.Операторский интерфейс для машиниста крана будем реализовывать при помощи операторской панели типа MP370.Отличительной особенностью современных преобразователей частоты является возможной автоматической самонастройки контуров скорости и тока. Рассмотрим, как это будет выполняться для нашей задачи.Порядок настройки преобразователя частотыФункциональная схема частотного управления электроприводом представлена на рис. 15. Рис.15. Функциональная схема частотного управления электроприводомВсе блоки реализованы программно. Выходные сигналы блоков могут быть отображены на дисплее панели управления преобразователем как непосредственно (параметры r), так и через соответствующие коннекторы К. Сигналы управления имеют размерность в Гц. Сигналы выходных переменных ПЧ имеют размерности токов и напряжений. Параметры Р над блоками изменяют их внутренние значения.Напряжение управления uy поступает на переключатель П, где параметром Р443 выбирается режим управления либо от потенциометра (P443 = 0011), либо от панели управления PMU (P443 = 0058). С выхода П сигнал изf задания частоты выходного напряжения ПЧ поступает на задатчик интенсивности ЗИ с изменяющимися темпами увеличения и уменьшения его выходного сигнала (Р462, Р464). Выходной сигнал ЗИ ограничивается блоком ограничения Б01 (Р452, Р453).На сумматоре 1 сигнал задания скорости uзс с выхода БО1 сравнивается с сигналом положительной связи uкс с блока компенсации скольжения двигателя КС с коэффициентом усиления кс (Р336). Входом КС является сигнал с ДТ, пропорциональный активной составляющей тока статора I1a. На вход сумматора i поступает также сигнал uтм от регулятора максимального тока РТМ статора АД с коэффициентом усиления kр.т.м. (P331) и постоянной интегрирования Тр.т.м (Р332).Выходной сигнал блока Б1 будет равным нулю, если ток статора I1 (датчик тока ДТ) будет меньше его максимально допустимого значения I1max (Р128). При I1 >I1max сигнал с сумматора 2 изменит свой знак, и на вход РТМ поступит сигнал рассогласования токов I1 и I1max. При этом вступит в работу контур ограничения максимального тока статора двигателя.Сигнал с сумматора 1 (r218) задает частоту f1 выходного напряжения преобразователя, а функциональный преобразователь ФП задает амплитуду этого напряжения. Зависимость между выходными напряжением и частотой ПЧ (u1/f1) определяется параметрами ФП. При этом параметры Р107 и Р101 задают номинальную частоту и напряжение преобразователя; Р330 - линейный (Р330=0) или параболический (Р330=1) характер зависимости u1/f1 P293 – частоту, более которой напряжение ПЧ постоянно; Р326 – частоту, менее которой нарушается постоянное соотношение (u1/f1), P325 – выходное напряжение ПЧ при нулевой частоте.Функциональная схема электропривода с обратной связью по скорости представлена на рис. 16. Сигнал с энкодера поступает на согласующий усилитель УС с коэффициентом усиления (Р138). С выхода усилителя УС сигнал обратной связи по скорости uос поступает на сумматор 3, где сравнивается с сигналом задания скорости uзс (r014). Результат их сравнения с 3 поступает на вход ПИ-регулятора скорости PC с коэффициентом усиления Tр.с. (Р235) и постоянной интегрирования Тр.с. (Р240). Выход регулятора PC (после ограничения в блоке БО) поступает на сумматор 3, где складывается с выходом сумматора 1. Результат является заданием частоты f1 и, после прохождения через блок ФП, заданием выходного напряжения преобразователя.Рис.16. Функциональная схема электропривода с обратной связью по скоростиНаблюдение за координатами электропривода возможно с помощью дисплея на панели управления преобразователем; дисплея персонального компьютера, подключенного к панели управления, и измерительных приборов в силовых цепях двигателя.Настройка Simovert1. Панель управления PMU преобразователем частоты содержит дисплеи, клавиатуру управления и последовательный порт. Функционирование панели PMU основано на структуре трехуровневого меню. Окна основного меню обозначаются индексами Р (для изменяемых параметров) и r (для фиксируемых параметров. Индексы Р и r нумеруются трехзначными числами (000, 001, ... , 990), определяющими содержание меню. Подменю среднего уровня обозначаются индексом j с трехзначными числами (001, ... , 004). В подменю нижнего уровни устанавливаются численные значения параметров основного меню преобразователя.Выбор окна меню и переход с одного уровня на другой осуществляется клавишами Р, ▲ и ▼ панели управления. Клавиши ▲ и ▼ используются соответственно для увеличения и уменьшения численных значений меню и подменю нижних уровней, а также параметров преобразователя. Подтверждение или запуск выбранной информации осуществляется клавишей «Р». Изменение направления вращения вала двигателя выполняется клавишей реверса «∩». Клавишей «I» осуществляется пуск, а клавишей «О» - останов двигателя.2. Последовательность параметрирования преобразователя.2.1. Подать напряжение питания преобразователя. На дисплее PMU должен появиться индекс «o009» готовности преобразователя к работе. Если появится иной индекс, то для его сброса следует одновременно нажать клавиши Р и ▲ .2.2. Нажатием клавиш Р, ▲ или ▼ набрать параметр Р060=2 разрешения работы и доступа к общему меню параметров преобразователя.2.3. Установкой Р970 = 0 произвести сброс всех параметров преобразователя в исходную «заводскую» настройку. Сброс параметров индицируется на дисплее PMU миганием их номеров.2.4. По окончании сброса параметров нажатием клавиш Р, ▲ и ▼ выбрать параметр Р060 = 5 доступа к меню параметров силовой масти и структуры управления электроприводом. Доступ к меню отражается на дисплее PMU индексом «°005». Параметры в данном меню могут устанавливаться лишь при выключенном питании двигателя после нажатия клавиши «О».2.5. В соответствии с таблицей прилож. 1 выполнить набор параметров с п. 5 до п. 23 включительно. 2.6. Выбором параметра Р060 = 1 выйти из параметров силовой цепи электропривода. Возврат в общее меню индицируется появлением на дисплее PMU индекса «°009». Если на дисплее PMU будут мигать его горизонтальные сегменты, следует проверить правильность набора параметров меню, обратив внимание на соответствие параметров Р100 и Р13.2.7. По таблице прилож. 1 набрать параметры с п. 25 до п. 29.3. Идентификация параметров электропривода и ею системы управления.3.1. При выключенном питании двигателя установить Р115 = 2 для скалярной или Р115 = 3 для векторной систем управления приводом.3.2. После подтверждения выбранного параметра на дисплее PMU появится мигание его сегментов, указывающее на готовность преобразователя к идентификации. Через время не более 5 с пос. нажатия клавиши Р следует нажать клавишу «I» включения двигателя. При этом на двигатель поступит серия тестовых импульсов напряжения с различной частотой! Идентификация параметров электропривода происходит примерно 40 с. После идентификации автоматически отключается питание двигателя и преобразователь возвращается в состояние готовности к работе (на ли. высвечивается индекс «°009»).Внимание! Если команда на включение двигателя не поступит в течении 5 с, идентификация не произойдет и на дисплее РМU появится сообщение о сбое F114. Если при идентификации определятся дефекты электропривода, на дисплее PMU появятез сообщения о соответствующей причине сбоя, например F111 - при обрыве цени питания статора двигателя, F112 - при обрыве цепи его ротора или F051 при превышении допустимого тока преобразователя. После идентификации клавишами Р, ▲ или ▼ выбрать меню с индексом r000.3.3. При идентификации автоматически определяются и устанавливаются следующие параметры: Р120 – индуктивное сопротивление цепи намагничивания двигателя; Р121 – активное и Р122 - индуктивное сопротивления обмотки статора; Р283 - коэффициент усиления и Р284 - постоянная интегрирования регулятора тока; Р235 - коэффициент усиления и Р240 - постоянная интегрирования регулятора скорости.3.4. Если в процессе работы потребуется кратковременное отключение преобразователя от питающей сети, то после его последующего включения все параметры электропривода остаются неизменными.4. Последовательность управления преобразователем.4.1. Нажатием клавиши Р выбрать меню с индексом r000.4.2. Нажатием клавиши I осуществить пуск двигателя. На дисплее появиться индекс 0000.4.3. Нажатием клавиш ▲ или ▼ установить желаемую частоту выходного напряжения преобразователя. Значение частоты отражается на дисплее в Гц. Изменение частоты клавишами ▲ или ▼ возможно при вращающемся двигателе.4.4. Останов двигателя осуществляется нажатием клавиши О. Внимание! В целях защиты от перенапряжения выходного фильтра выпрямителя на входе инвертора преобразователя частоты отключать питающее напряжение контактором КМ следует лишь при остановленном двигателе.Таблица 8Параметры преобразователя частоты№Номер параметраКомментарии1Р060 = 2Разрешение работы и доступ к меню2Р970 = 0Сброс параметров на заводскую настройку3Р053 = 7Доступ к изменению параметров4Р060 = 5Установка параметров привода5Р071 =400Напряжение питания преобразователя, В6P095 =10Европейский тип двигателя7P100Структура управления приводом: 0 - скалярная с датчиком скорости ДС; 1 - скалярная без ДС; 3 - векторная без ДС; 4 - векторная с ДС; 5 - векторная с управлением момента8 Р101 =Номинальное напряжение двигателя, В9P102 = Номинальный ток статора, А10Р104 = cos jн двигателя11Р107 = 50Номинальная частота питания двигателя, Гц12Р108 = Номинальная скорость двигателя, об/мин13Р109 = Число пар полюсов двигателя14Р113 = Номинальный момент двигателя, Нм, (%)15P13010 - без датчика скорости; 14 - с датчиком скорости16Р330 = 00- при постоянном статическом моменте; 1 - при вентиляторной нагрузке17Р350 = Номинальный ток двигателя, АISР351 =Номинальное напряжение двигателя, В19Р352 = 50Номинальная частота, Гц20 21Р353 = 1000 Скорость идеального холостого хода, об/мин21P354 = Номинальный момент двигателя, Нм22P452= 110Максимальная выходная частота преобразователя, % (Гц)23Р453 = -110Минимальная выходная частота преобразователя, % (Гц)24P060 = 1Возврат в основное меню25P128 = 7,2Максимальный ток статора двигателя, А26Р462 = 10Время разгона двигателя и ее размерность: 0 -с; 1 - мин; 2 - ч 27 28Р463 = 028Р464 = 20Время торможения двигателя и ее размерность: 0 -с; 1 - мин; 2 - ч 29Р465 = 030P115Режим идентификации параметров электропривода:2 -для скалярной; 3 - для векторной систем управления31P492Максимальный момент двигателя в % номинального32P498Минимальный момент двигателя в % номинального34P4430058 - при управлении с панели PMUПараметры (и их описанием), которые необходимы для настройки преобразователя приведены в приложениях 1 и 2. В приложении 3 приведен порядок настройки преобразователя посредством персонального компьютера (так как настройка через панель оператора является долгим и утомительным процессом для наладочного персонала).Организационно-экономическая частьТехнико-экономическое обоснование модернизации электропривода механизма передвижения тележки мостового крана При перемещении тележкой мостового крана грузов (панелей), выявился ряд недостатков в электроприводе по системе К-АД с ФР, применяемой для её передвижения:отсутствие автоматизированного пуска и торможения;высокая раскачка панелей;низкая точность остановки тележки, приводящая к увеличению времени перемещения панелей;реализация диапазона регулирования скорости в основном за счёт толчковой работы (переключения силового кулачкового контроллера из одного положения в другое) приводящей к:ухудшению условий эксплуатации;увеличению износа коммутационной аппаратуры;снижению производительности крана;утомлению крановщика;ухудшению энергетических показателей электропривода.Для устранения этих недостатков, предполагается усовершенствование и внедрение современного электропривода на основе силовых полупроводниковых приборов по системе ПЧ-АД с КЗ (преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором).Электропривод по системе ПЧ-АД имеет ряд преимуществ по сравнению с используемым на практике электроприводом по системе К-АДФР (силовой контроллер - асинхронный двигатель с фазным ротором):больший диапазон регулирования скорости;плавное изменение скорости;уменьшение раскачки панелей и быстрая посадка их в заданную точку;снижение потребления электроэнергии за счёт более высокого КПД;больший срок службы, за счёт сокращения количества контактной аппаратуры;сокращение времени на ремонт оборудования, за счёт быстрой замены неисправных блоков;увеличение жёсткости механических характеристик во всём диапазоне регулирования скорости.Основные техника - экономические показатели электроприводов К-АД и ПЧ-АД приведены в таблице 9.Таблица 9№п/пПоказателиСистема электроприводаК-АДПЧ-АД1.Тип двигателя4MTF112LA2.КПД двигателя, %653.мощность двигателя [кВт]3.74.Скорость вращения двигателя (об/мин)1370Функционально-стоимостный анализЭффективным методом технико-экономического анализа и оптимизации параметров электропривода, является функционально-стоимостный анализ (ФСА).Для изучения функциональных особенностей конструкции электропривода К-АД, проведём системное исследование функции объекта, с целью минимизации затрат на этапах его проектирования, производства и эксплуатации при сохранении или повышения его качества и полезности для потребителя. Выявление его функционально-эксплуатационных недостатков позволяет улучшить конструкцию электропривода.Для определения путей повышения качества и снижения себестоимости электропривода механизма передвижения тележки мостового крана, разрабатываем схему целей по его модернизации (рис. 17) и строим его структурно-элементную модель (рис. 18)Рис.17. Схема целей модернизации электропривода.Рис.18. Структурно - элементная модель электропривода ПЧ-АДУсловное обозначение модели: ПУ – пульт управления; РКСУ –релейно-контакторная система управления; АД - асинхронный двигатель с фазным ротором; Т – тормоз специального исполнения; R – пускорегулирующий реостат.Анализируя структурно - элементную модель электропривода К-АДФР разрабатываем функционально - элементную модель (табл. 9.2), содержащую перечень функций и реализующих их комплектующих с указанием затрат реализацию функций, давая экспериментальную оценку значимости каждой функции от 0 до 1 определяя тем самым требуемый и фактический ресурс по каждой функции.Функции анализируемого электропривода классифицируются на основные (О) выделением главной (Г) и вспомогательные (В) функции.По результатам анализа функций, уровень их выполнения обозначаем: с указан избыточности (И) или недостаточности (Н), (У)- требующая усилия.Таблица 10Структурно - элементная схема электроприбора К-АДШифр функцииРанг функции и уровень использованияНаименование функцииНаименование элементовАДЛККСБРТЗатратыРуб.