Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. КОРОТКА ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ І РЕЖИМІВ ЙОГО РОБОТИ

1.1 Загальна характеристика

1.2 Вимоги до електропривода механізму підйому

2. РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ТАХОГРАМИ РУХУ РОБОЧОГО ОРГАНА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ

2.1 Розрахунок основних величин

2.2 Тахограма руху робочого органу виробничого механізму

2.3 Розрахунок статичних навантажень

3. ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ПРИВОДНОГО ДВИГУНА

4. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

5. ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНА ЗА ПОТУЖНІСТЮ І ШВИДКІСТЮ ОБЕРТАННЯ

6. РОЗРАХУНОК ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ТА ПОБУДОВА НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ДІАГРАМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

7. ПЕРЕВІРКА ВИБРАНОГО ДВИГУНА ЗА НАГРІВОМ, ПЕРЕВАНТАЖУВАЛЬНОЮ ЗДАТНІСТЮ ТА УМОВАМИ ПУСКУ

8. РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДНОГО ДВИГУНА

9. РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПРИВОДА

9.1 Розробка функціональної схеми

9.2 Загальні рекомендації щодо вибору перетворювача частоти

9.3 Розрахунок та вибір перетворювача частоти

9.4 Вибір сенсора швидкості

9.5 Вибір контролера

9.6 Розробка принципової схеми

10. МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

11. ОХОРОНА ПРАЦІ

11.1 Технічні рішення з безпечної експлуатації козлового крана

11.2 Технічне рішення з гігієни праці і виробничої санітарії

11.2.1 Мікроклімат

11.2.2 Склад повітря робочої зони

11.2.3 Штучне та природне виробниче освітлення

11.2.4 Виробничий шум

11.3 Пожежна безпека

ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

ВСТУП

Здійснення вантажно-розвантажувальних робіт, виключення важкої ручної праці при виконанні основних і допоміжних виробничих операцій, комплексна механізація і автоматизація виробничих процесів у всіх галузях народного господарства немислимі без використання широкого комплексу підйомно-транспортних машин. Сучасні потокові технологічні й автоматизовані лінії, міжцеховий і внутрішньо цеховий транспорт, вантажно-розвантажувальні операції на складах та перевалочних пунктах органічно пов'язані із застосуванням різноманітних типів підйомно-транспортних машин і механізмів, що забезпечують безперервність і ритмічність виробничих процесів. Тому застосування даного обладнання визначає ефективність сучасного виробництва, а рівень механізації технічного виробництва - ступінь досконалості і продуктивність підприємства. При сучасній інтенсивності виробництва не можна забезпечити його стійку і ритмічну роботу без узгодженої і безвідмовної роботи засобів транспортування сировини, напівфабрикатів і готової продукції на всіх стадіях обробки і складування.

У даній бакалаврській роботі буде модернізовано електропривод механізму підйому мостового крана.

Бакалаврська дипломна робота присвячена важливому питанню модернізації електричного привода механізму підйому мостового крана типу К3-К6 по БДС 16570-86 в умовах ТОВ «Люстдорф», зокрема необхідно: здійснити коротку характеристику механізму і режимів його роботи, сформувати вимоги до електропривода механізму підйому; розрахувати потужність і вибрати приводний двигун, силовий перетворювач, систему керування; змоделювати роботу модернізованої системи електропривода; розробити необхідні електричні схеми.

1. КОРОТКА ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ І РЕЖИМІВ ЙОГО РОБОТИ

1.1 Загальна характеристика

Краном називають вантажопідйомну машину циклічної дії, призначену для захвату, підйому і переміщення в горизонтальному напрямку різноманітних вантажів на порівняно невеликі відстані.

Крани класифікують так:

1) за конструктивним виконанням:

- козлового типу (мостові, козлові, перевантажувальні);

- стрілового типу (баштові, портальні, самохідні);

- кабельного типу;

2) за вантажопідйомністю:

- легкі (до 10 тон);

- середні (від 10 до 40 тон);

- важкі (більше 40 тон);

3) за видом вантажозахватного пристрою:

- з гаком;

- грейферні (для сипучих матеріалів);

- магнітні (для феромагнітних матеріалів);

- кліщові;

- контейнерні.

Мостовий кран (кран-балка) (рисунок 1.1) -- підіймальний кран, що пересувається рейками на нерухомих опорах. Кран мостовий має широку сферу застосування - він призначений для підйому і переміщення вантажу в приміщенні або під навісом.

Мостовий кран пересувається рейками, прикріпленими до нерухомих опор. На сьогоднішній день мостові крани є невід'ємною часткою будь-якого крупного виробництва і використовуються для виконання різного роду навантажувально-розвантажувальних робіт усередині виробничих і складських приміщень.

Існують також моделі кранів мостових, які використовуються на відкритій території, на відкритих майданчиках заводів, складських терміналів тощо.

Мостовий кран буває однобалочний і двобалочний. Двобалочний мостовий кран передбачає найважчі режими роботи. Однобалочний має вищу швидкість переміщення при меншій вантажопідйомності.

Мостовий кран також ділиться на підвісний (кран балка підвісна) і опорний (кран балка опорна). За видом приводу розрізняють мостовий електричний кран (з електричним приводом) і мостовий ручний кран -- з механічним приводом, тобто підйом вантажу і переміщення крана проводиться за допомогою фізичних зусиль людини.

Мостові крани на стаціонарних опорах (естакадах) використовуються тільки на базових складах для розвантаження і навантаження. Інколи їх також застосовують для монтажу важких верстатів або іншого устаткування

Крани мостового типу являють собою механізми з вантажозахоплювальним вузлом, який підвішується до переміщуваного по мосту вантажного візка. Несучі елементи пристрою безпосередньо спираються на крановий шлях.

Рухомий міст крана встановлюється на ходових колесах і переміщається за допомогою спеціальних механізмів по підкранових шляхах, який облаштовується на колонах, виступах стін або зовнішніх естакадах. Завдяки цьому мостовий кран займає мінімум корисної площі цеху або складу. Вантажний візок крана обладнаний механізмом для підйому вантажу. Також на мосту розташовується кабіна керування краном.

Використання мостових кранів дозволяє здійснити механізацію спуску і підйому вантажів, їх вертикального і горизонтального переміщення при організації вантажно-розвантажувальних операцій та інших технологічних процесів багатьох виробничих і будівельних підприємств. Величина простору, який можуть обслуговувати мостові крани, залежить від параметрів їх конструкції, в тому числі висоти підйому вантажозахоплювального пристрою і можливої довжини переміщення крана і вантажного візка.

По конструкції крани мостового типу можуть бути опорними і навісними. Керуються крани з підлоги, з кабіни або дистанційно. В якості вантажозахоплювальних вузлів для кранів загального призначення використовуються гаки, для кранів спеціального призначення - грейфери або електромагніти.

Крани можуть випускатися в загальнопромисловому, вибухобезпечному і різних кліматичних виконаннях. Ціна на мостовий кран залежить від умов його майбутнього використання, різновиди, особливостей конструкції, вантажопідйомності та інших факторів.

Для кранів характерні наступні режими роботи:

І - легкий: ТВ = (15…25)%, число пусків за годину в межах 60;

ІІ - середній: ТВ = 25%, число пусків за годину в межах 120;

ІІІ - важкий: ТВ = 40%, число пусків за годину в межах 240;

ІV - досить важкий: ТВ = 60%, число пусків за годину в межах 600.

Основними механізмами мостових кранів є механізми підйому, переміщення крану та візка.

Згідно графіка навантаження за цикл роботи механізми кранів можна розділити на дві групи:

1) механізми підйому, в яких графік навантаження складається з чотирьох ділянок: підйом і опускання вантажу, підйом і опускання не завантаженого захватного пристрою;

2) механізми переміщення, в яких графік навантаження має дві ділянки: робота з вантажем і без нього.

Механізми крана працюють в повторно-короткочасному режимі з великим числом включень за годину і подекуди у важких атмосферних умовах, тому для них випускається спеціальні кранові і металургійні електродвигуни з підвищеною перевантажувальною здатністю, механічною міцністю та із зменшеним моментом інерції.

Кінематична схема механізму підйому мостового крана приведена на рисунку 1.2.

На рисунку 1.2: 1 - електродвигун; 2 - гальмівний шків; 3 - редуктор; 4 - барабан; 5 - поліспаст; 6 - вантажозахватний пристрій; 7 - вантаж.

Рисунок 1.2 - Кінематична схема механізму підйому мостового крана

1.2 Вимоги до електропривода механізму підйому

Основні вимоги, які висуваються до електроприводів кранових механізмів полягають в наступному.

Забезпечення заданого діапазону зміни моменту двигуна (як при підйомі, так і при спуску вантажів).

Забезпечення заданого діапазону регулювання швидкості. Діапазон регулювання швидкості механізму головного підйому визначається, з однієї сторони, номінальною швидкістю підйому і спуску, а з іншої - зниженою швидкістю для установочних робіт чи посадочною швидкістю. Діапазон регулювання швидкості підйомних механізмів може коливатись в самих широких межах, досягаючи зрідка величин (40…50):1.

Плавність регулювання швидкості, що дозволить знизити ударні навантаження на механізм підйому при гальмуванні в кінці спуску чи підйомі.

Забезпечення високої жорсткості механічних характеристик, що є особливо важливим для механізмів підйому, в яких статичний момент змінюється в широких межах і які передбачають роботу на зниженій швидкості. В іншому випадку значення зниженої швидкості значно буде залежати від завантаження механізму.

Обмеження динамічних навантажень в елементах механічної частини ЕП (прискорень, моментів).

На початку підйому вантажу при зниженні напруги на затискачах двигуна до 90% номінальної повинна бути виключена можливість спуску номінального вантажу.

Висновок. Аналіз найбільш характерного режиму роботи мостового крана дозволяє зробити припущення, що для привода механізму підйому доцільно використовувати системи електричного привода, які передбачають регулювання швидкості вниз від основної, а також дозволяють реверсування і електричне гальмування, мають підвищений пусковий момент тощо. Цим вимогам відповідають системи електропривода типу ПЧ-АД, ТП-Д, а також системи електропривода типу РКС-АД з ФР, РКС-ДПС.

2. РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ТАХОГРАМИ РУХУ РОБОЧОГО ОРГАНА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ

2.1 Розрахунок основних величин

Вага номінального вантажу:

, (2.1)

.

Вага підвісу:

, (2.2)

.

Номінальна швидкість підйому (опускання):

, (2.3)

.

Швидкість обертання барабану при номінальній швидкості підйому:

, (2.4)

(об/хв).

Кутова швидкість двигуна при номінальній швидкості підйому:

, (2.5)

(с-1).

Швидкість двигуна при номінальній швидкості підйому:

, (2.6)

(об/хв).

Кутове прискорення двигуна при пусках та гальмуваннях:

, (2.7)

(рад/с2).

2.2 Тахограма руху робочого органу виробничого механізму

Робочий цикл механізму підйому мостового крану складається з таких складових: опускання пустого вантажозахватного пристрою; пауза, під час якої вантаж застроповується; підйом вантажу; пауза, під час якої піднятий вантаж переміщується в точку з необхідними координатами; опускання вантажу; пауза, під час якої вантаж розстроповується; підйом пустого вантажозахватного пристрою; пауза, під час якої відбувається повернення крану в точку з вихідними координатами.

Час роботи механізму при пуску (підйом, опускання):

, (2.8)

(с).

Час роботи механізму при гальмуванні (підйом, опускання):

(с). (2.9)

Шлях, який проходить вантаж за час пуску (підйом, опускання):

, (2.10)

(м).

Шлях, який проходить вантаж за час гальмування (підйом, опускання):

(м). (2.11)

Середнє значення висоти підйому (опускання), причому (Н=12 м):

, (2.12)

(м).

Пройдений шлях з усталеною швидкістю в режимах навантаження або холостого ходу (підйом, опускання), м:

, (2.13)

(м).

Час роботи механізму з усталеною номінальною швидкістю в режимах навантаження або холостого ходу (підйом, опускання):

, (2.14)

(с).

Сумарний час роботи механізму за один цикл:

, (2.15)

(с).

Час циклу:

, (2.16)

де t0 з - час застроповування (розстроповування) (t0 з = 150 с);

t0 пер - середній час паузи при переміщенні крану (візка) (t0 пер = 100 с),

(с).

Фактична тривалість включення:

, (2.17)

.

2.3 Розрахунок статичних навантажень

Статичний момент в режимі номінального навантаження приведений до валу двигуна (підйом):

, (2.18)

(Н·м).

Статичний момент в режимі номінального навантаження приведений до валу двигуна (опускання):

, (2.19)

де - коефіцієнт корисної дії механічної передачі механізму підйому мостового крану при опусканні номінального вантажу,

, (2.20)

,

(Н·м).

Статичний момент в режимі холостого ходу приведений до валу двигуна (підйом):

, (2.21)

де зхх - коефіцієнт корисної дії механічної передачі механізму підйому мостового крану при підніманні пустого вантажозахватного пристрою.

Коефіцієнт корисної дії механічної передачі механізму підйому при підніманні пустого вантажозахватного пристрою визначають аналітичним шляхом:

, (2.22)

де a1 та b1 - коефіцієнти постійних та змінних втрат;

г - коефіцієнт завантаження механізму:

, (2.23)

де m і mв - поточна і номінальна маси вантажу, кг;

m0 - маса підвісу, кг.

При номінальному навантаженні механізму (г = 1):

(2.24)

При номінальному навантаженні співвідношення коефіцієнтів втрат, відомі із статистичних даних:

(2.25)

Значення коефіцієнтів a1 і b1 знаходять шляхом сумісного розв'язку системи:

(2.26)

Звідси:

- коефіцієнти змінних втрат:

, (2.27)

;

- коефіцієнт постійних втрат:

, (2.28)

.

Коефіцієнт завантаження механізму підйому без вантажу:

, (2.29)

.

Коефіцієнт корисної дії механічної передачі механізму підйому мостового крану при підйомі пустого вантажозахватного пристрою:

, (2.30)

.

Відповідно до формули (2.21):

(Н·м).

Статичний момент в режимі холостого ходу приведений до валу двигуна (опускання):

, (2.31)

де ДМхх - втрати в механічній передачі при підйомі або опусканні вантажозахватного пристрою,

. (2.32)

(Н·м),

 (Н·м).

На основі отриманих даних побудуємо діаграму зміна статичного моменту механізму підйому мостового крану при зміні навантаження (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Діаграма зміни статичного моменту механізму підйому мостового крану при зміні навантаження

Висновок. Розраховано тахограму та статичні навантаження в різних режимах роботи механізму підйому мостового крану. Як випливає із діаграми зміни статичного моменту електропривод механізму підйому повинен забезпечувати режими гальмівного та силового спусків.

3. ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ПРИВОДНОГО ДВИГУНА

Зробимо приведення побудованої навантажувальної діаграми до стандартного для режиму S3 вигляду:

,(3.1)

де вп (вг) - коефіцієнт погіршення тепловіддачі при пуску (гальмуванні);

де в0 - коефіцієнт погіршення тепловіддачі при нерухомому роторі (для двигунів з само вентиляцією в0=0,5).

Коефіцієнт погіршення тепловіддачі при пуску (гальмуванні):

, (3.2)

.

Згідно формули (3.1):

(Н·м).

Розрахункова потужність приводного двигуна:

, (3.3)

де kЗ - коефіцієнт запасу (kЗ = 1,1…1,3),

(кВт).

Висновок. Здійснено попередній розрахунок потужності приводного двигуна. Згідно стандартного ряду потужностей обираємо двигун на 15 кВт.

4. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Техніко-економічне обґрунтування виконується з метою вибору оптимального варіанта системи електропривода з ряду можливих, які придатні для привода даної робочої машини.

Техніко-економічне обґрунтування базується на використанні двох критеріїв:

- технічного;

- економічного.

Обґрунтування згідно з технічним критерієм передбачає виконання порівняльного аналізу технічних характеристик кожної з систем електропривода, які можуть бути використані для привода даної робочої машини.

До переліку основних технічних характеристик відносяться:

- діапазон регульованої швидкості;

- жорсткість механічних характеристик;

- перевантажувальна здатність;

- економічність.

Приведення систем електропривода за технічним критерієм наведемо у таблиці 4.1.

Для привода механізму підйому мостового крану можуть бути використані такі системи електричного привода: РКС-ДПС; РКС-АД з ФР; ТП-ДПС; ПЧ-АД.

Двигуни з КЗ ротором застосовуються в електроприводі, де не вимагається регулювання частоти обертання, або в якості другого (допоміжного двигуна) для одержання знижених швидкостей. Недоліком електродвигунів з КЗ ротором є великий пусковий струм.

Використовувати двигуни постійного струму і системи побудовані на їх основі є недоцільним оскільки вони мають значні масо-габаритні показники порівняно з двигунами змінного струму, а також потребують перетворення змінної напруги у постійну.

АД з контактними кільцями і ФР в порівнянні з КЗ ротором мають дещо більші масо-габаритні показники, більш дорогі, складніші за конструкцією, однак основна їх перевага полягає у можливості зменшення пускового струму (за допомогою реостата) при одночасному збільшенні пускового моменту. Оскільки пускові моменти в даному випадку порівняно не великі, то використання систем електропривода на базі АД з ФР є не виправданим. Окрім того, релейно-контакторна система керування (РКС) передбачає лише ступінчасте регулювання швидкості та більш складна для включення її в сучасну автоматизовану систему.

Недоліком АД з КЗ ротором є великий пусковий струм, який у 5...7 разів перевищує струм двигуна при роботі в номінальному режимі. Однак при його використанні в системі електропривода типу ПЧ-АД цей недолік суттєво згладжується.

Щодо системи ПЧ-АД, то вона характеризується широким діапазоном регулювання швидкості, а отримані характеристики мають високу жорсткість. Сучасні перетворювачі частоти дозволяють значно підвищити ефективність технологічного процесу і реалізувати найбільш економічний алгоритм керування приводним двигуном, а також - зекономити від 20 до 50% електроенергії порівняно з іншими системами регулювання.

Обґрунтування згідно з економічним критерієм передбачає порівняння розглянутих варіантів систем електропривода за критерієм приведених витрат.

Приведені витрати - показник порівняльної економічної ефективності капітальних вкладень, який широко використовують при виборі кращого з варіантів вирішення технічних завдань.

При порівнянні можливих варіантів вирішення будь-якого завдання кращим, за інших рівних умов, вважається варіант, що вимагає мінімуму приведених витрат.

Таблиця 4.1 - Результати розрахунків

Показники	Системи електричного привода
	РКС-ДПС	РКС-АД ФР	ТП-Д	ПЧ-АД
Діапазон регулювання швидкості	1:3	1:3	1:5000	1:20000
Жорсткість механічних характеристик	-	-	+	+
Перевантажувальна здатність	+	+	+	+
Економічність	-	-	+-	+

Приведені витрати розраховуються за формулою (4.1):

, (4.1)

де Ен - нормативний коефіцієнт економічної ефективності капітальних вкладень (приймається 0,17 для всіх галузей промисловості), 1/рік;

К - капітальні вкладення, грн;

С - загальні щорічні відрахування, які враховуються в собівартості продукції (враховуючи і амортизаційні відрахування), грн/рік.

Здійснимо розрахунок для системи ПЧ-АД.

Капітальні вкладення:

, (4.2)

де Д - вартість приводного двигуна (Д = 9200 грн);

СК - вартість системи керування (СК = 35000 грн),

(грн).

Річні капітальні витрати:

, (4.3)

(грн/рік).

Загальні додаткові відрахування:

, (4.4)

де СА - амортизаційні відрахування, грн/рік;

СР - відрахування на ремонт, грн/рік;

СД - додаткові відрахування, грн/рік;

СО - відрахування на обслуговування, грн/рік.

Величина амортизаційних відрахувань в середньому приймається 10% від капітальних вкладень:

, (4.5)

(грн/рік).

Відрахування на ремонт електрообладнання приймають в розрахунку 2% від капітальних вкладень:

, (4.6)

(грн/рік).

Додаткові відрахування, які враховують втрати енергії системі електричного привода у стаціонарних та перехідних режимах роботи за рік:

, (4.7)

де СД1 - додаткові відрахування, які враховують втрати енергії в двигуні за рік, грн/рік;

СД2 - додаткові відрахування, які враховують втрати енергії в системі керування за рік, грн/рік.

Додаткові відрахування, які враховують втрати енергії в двигуні за рік:

, (4.8)

де ДWдв - кількість втраченої електроенергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах роботи за рік, (кВт·год)/рік;

с - вартість для промисловості одного кіловата потужності за годину, грн/(кВт·год) (с = 0,82 грн/(кВт·год)).

Сумарні втрати енергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах роботи за рік:

, (4.9)

де ДРном - втрати потужності в двигуні в номінальному режимі роботи, кВт;

ДРперех. - додаткові втрати потужності в двигуні у перехідних режимах роботи, кВт;

kз - коефіцієнт завантаження по потужності (приймають рівним 0,8);

Ф - дійсний фонд часу роботи системи електричного привода за рік, год/рік.

Втрати потужності в двигуні в номінальному режимі роботи:

, (4.10)

де Рном - номінальна потужність електричного двигуна (Рном = 15 кВт);

зном - номінальний ККД двигуна (зном = 0,8),

(кВт).

Додаткові втрати потужності в двигуні у перехідних режимах роботи приймають рівними 10% від номінальних:

, (4.11)

(кВт).

Дійсний фонд часу роботи електричного привода за рік:

, (4.12)

де е - відносна тривалість ввімкнення згідно тахограми (е = 0,40476);

Zр.д. - кількість робочих днів за рік (Zр.д. = 250 1/рік);

Zр.з. - кількість робочих змін (Zр.з. = 1);

tр.з. - тривалість робочої зміни (tр.з. = 8 год),

(год/рік).

Сумарні втрати енергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах роботи згідно формули (4.9):

(кВт·год/рік).

Додаткові відрахування згідно формули (4.8):

(грн/рік).

Додаткові відрахування, які враховують втрати енергії в системі керування за рік:

, (4.13)

де ДWск - кількість втраченої електроенергії в системі керування за рік, (кВт·год)/рік.

Втрати енергії в системі керування за рік:

, (4.14)

де ДРск - втрати потужності в системі керування, кВт.

Втрати потужності в системі керування:

, (4.15)

де Рпп - номінальна потужність перетворюючого пристрою (Рпп = 30 кВт);

зпп - номінальний ККД перетворюючого пристрою (зпп = 0,98),

(кВт).

Втрати потужності в системі керування згідно формули (4.14):

(кВт·год/рік).

Додаткові відрахування згідно формули (4.13):

(грн/рік).

Додаткові відрахування згідно формули (4.7):

(грн/рік).

Відрахування на обслуговування електрообладнання приймають рівним 5% від суми відрахувань на амортизацію, ремонт та додаткових витрат:

, (4.16)

(грн/рік).

Загальні додаткові відрахування згідно формули (4.4):

(грн/рік).

Приведені витрати згідно формули (4.1):

(грн/рік).

Для інших систем електричного привода проведемо аналогічні розрахунки, результати розрахунків зведемо в порівняльну таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 - Порівняльна таблиця

Показники	Системи електричного привода
	РКС-ДПС	РКС-АД	ТП-Д	ПЧ-АД
Вартість двигуна Д, грн	23000	18400	20700	9200
Вартість системи керування СК, грн	17500	19250	31500	35000
Капітальні вкладення К, грн	40500	37650	52200	44200
Річні капітальні витрати Крічн, грн/рік	6885	6401	8874	7514
Амортизаційні відрахування СА, грн/рік	4050	3765	5220	4420
Відрахування на ремонт СР, грн/рік	810	753	1044	884
Додаткові відрахування СД, грн/рік	13166	13409	3384	3113
Відрахування на обслуговування. СО, грн/рік	901	896	482	421
Загальні відрахування С, грн/рік	18927	18823	10130	8838
Приведені витрати З, грн/рік	25812	25224	19004	16352

Висновок. Аналізуючи технічний та економічний критерій робимо висновок, що нам підходить система керування приводом ПЧ-АД, оскільки вона має найбільший ККД та приведені витрати для неї є найменшими.

5. ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНА ЗА ПОТУЖНІСТЮ І ШВИДКІСТЮ ОБЕРТАННЯ

Згідно розрахункових даних для привода механізму підйому мостового крана вибираємо АД з КЗ ротором типу MTKH-411-8 (таблиця 5.1).

Таблиця 5.1 - Технічні дані приводного двигуна типу MTKH-411-8

Параметри	Значення
Номінальна потужність Рном, кВт	15
Номінальна напруга Uном, В	380
Номінальна швидкість обертання nном, об/хв	695
Коефіцієнт потужності cosном	0,71
Коефіцієнт корисної дії зном, %	80
Кратність пускового моменту двигуна лm пуск	3,154
Кратність максимального моменту двигуна лm max	3,251
Номінальний струм статора І1 ном, А	40
Кратність пускового струму лІ	4,625
Момент інерції ротора Jрот, кгм2	0,538

Номінальний момент приводного двигуна:

, (5.1)

(Н·м).

Номінальна кутова швидкість обертання приводного двигуна:

. (5.2)

(с-1).

Пусковий момент двигуна:

, (5.3)

.

Максимальний момент двигуна:

, (5.4)

(Н·м).

Висновок. Згідно розрахункових даних для привода механізму підйому мостового крана попередньо вибрано АД з КЗ ротором типу MTKH-411-8 потужністю 15 кВт.

6. РОЗРАХУНОК ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ТА ПОБУДОВА НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ДІАГРАМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Момент інерції робочої машини приведений до валу двигуна в режимі холостого ходу:

, (6.1)

(кг·м2).

Момент інерції робочої машини приведений до валу двигуна в режимі номінального навантаження:

, (6.2)

(кг·м2).

Динамічний момент при пуску (гальмуванні) в режимі холостого ходу:

, (6.3)

(Н·м).

Динамічний момент при пуску (гальмуванні) в режимі номінального навантаження:

, (6.4)

(Н·м).

Приведені до валу двигуна статичні моменти на ділянках пуску і гальмування виробничого механізму:

- пуск в режимі номінального навантаження (підйом):

, (6.5)

(Н·м);

- гальмування в режимі номінального навантаження (підйом):

, (6.6)

(Н·м);

- гальмування в режимі номінального навантаження (опускання):

(Н·м), (6.7)

(Н·м);

- пуск в режимі номінального навантаження (опускання):

, (6.8)

(Н·м);

- пуск в режимі холостого ходу (підйом):

, (6.9)

(Н·м);

- гальмування в режимі холостого ходу (підйом):

, (6.10)

мостовий кран підйом потужність

(Н·м);



Рисунок 6.1 - Навантажувальна діаграма електропривода

- пуск в режимі холостого ходу (опускання):

, (6.11)

(Н·м);

- гальмування в режимі холостого ходу (опускання):

, (6.12)

(Н·м).

За отриманими розрахунками побудуємо навантажувальну діаграму електропривода (рисунок 6.1):

Висновок. Розраховано динамічні навантаження та побудовано навантажувальну діаграму електропривода.

7. ПЕРЕВІРКА ВИБРАНОГО ДВИГУНА ЗА НАГРІВОМ, ПЕРЕВАНТАЖУВАЛЬНОЮ ЗДАТНІСТЮ ТА УМОВАМИ ПУСКУ

Для перевірки правильності вибору потужності приводного двигуна виконаємо його перевірку за нагрівом відповідно до умови:

, (7.1)

де Мном - номінальний момент приводного двигуна;

Мекв - еквівалентний момент.

Еквівалентний момент:

(7.2)

Відповідно до умови (7.1):

,

.

Оскільки умова перевірки виконується, то приводний двигун, при заданих умовах роботи, перегріватись не буде.

Умова перевірки двигуна на перевантажувальну здатність:

, (7.4)

де - критичний момент приводного двигуна,

(Н·м), (7.5)

(Н·м).

Відповідно до умови (7.5):

.

Умова перевірки на перевантажувальну здатність виконується.

Перевірка двигуна за умовою пуску:

, (7.6)

де ku - коефіцієнт, який враховує можливе падіння напруги в мережі при пуску (ku = 0,9),

(Н·м).

Відповідно до умови (7.6):

.

Отже, перевірка за умовами пуску виконується.

Висновок. Перевірено двигун за нагрівом, перевантажувальною здатністю і умовами пуску. Оскільки умови перевірок виконуються, то двигун вибрано вірно.

8. РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДНОГО ДВИГУНА

Для побудови природної механічної характеристики АД з КЗ ротором можна скористатись як формулою Клосса, так і формулою Чекунова.

Механічна характеристика за формулою Клосса:

, (8.1)

де Мк - критичний момент двигуна;

s - ковзання;

sк - критичне ковзання.

Всі необхідні параметри взяті з паспортних даних електродвигуна.

Критичний момент двигуна:

, (8.2)

(Н·м).

Синхронна кутова швидкість двигуна:

, (8.3)

де f1 - частота напруги живлення (f1 =50 Гц);

p - число пар полюсів електричної машини (р = 4),

(с-1).

Синхронна швидкість обертання двигуна:

, (8.4)

(об/хв).

Номінальне ковзання:

, (8.5)

.

Критичне ковзання:

, (8.6)

.

Механічні втрати приймають рівними 5% від номінальної потужності:

, (8.7)

(кВт) = 750 (Вт).

Розрахунковий активний опір ротора приведений до статора:

, (8.8)

 (Ом).

Номінальна фазна напруга:

, (8.9)

(В).

Розрахунковий активний опір статора:

,(8.10)

де С - розрахунковий коефіцієнт (С = 1,032),

(Ом).

Коефіцієнт а:

, (8.11)

.

Вираз (8.1) набуде вигляду:

.

Механічна характеристика за формулою Чекунова:

, (8.12)

де Ks - розрахунковий коефіцієнт:

, (8.13)

.

Вираз (8.12) набуде вигляду:

.

Рівняння, яке описує залежність швидкості обертання двигуна від ковзання має вигляд:

. (8.14)

Для побудови механічної характеристики за рівняннями (8.1), (8.12) та (8.14) скористаємось ППП Mathcad.



Рисунок 8.1 - Природні механічні характеристики АД з КЗ ротором побудовані за формулами Клосса (1) та Чекунова (2)

Висновок. Побудовано механічну характеристику АД з КЗ ротором типу MTKF-312-8. Як випливає із отриманих графічних залежностей, кращі результати дає механічна характеристика побудована за формулою Чекунова.

9. РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПРИВОДА

9.1 Розробка функціональної схеми

Підтримання сталої швидкості руху та обмеження за струмом забезпечує двоконтурна система підпорядкованого керування із зворотними зв'язками, відповідно, за швидкістю та струмом (рисунку 9.1):

Рисунок 9.1 - Функціональна схема системи частотно-керованого електропривода

На рисунку 9.1: БО - блок обмеження; ПС1, ПС2 - перетворювачі сигналу; AV1 - пристрій керування; RS - шунт.

Система керування виконана двоконтурною з регуляторами швидкості (РШ) та струму (РС). Сигнал зворотного зв'язку за струмом береться з сенсора струму (RS), який знаходиться в колі постійного струму. Регулятор швидкості забезпечує формування сигналу керування контуру струму. Сенсор зворотного зв'язку за швидкість (СШ) забезпечує формування контуру швидкості.

Застосування системи зворотних зв'язків забезпечує бажану статичну точність швидкості обертання та динаміку привода.

9.2 Загальні рекомендації щодо вибору перетворювача частоти

Переваги використання перетворювачів частоти:

- оперативне автоматичне чи ручне керування швидкістю або параметром, який від цієї швидкості залежить;

- економія електроенергії за рахунок високого ККД перетворювача та оптимізації роботи приводного двигуна із конкретним навантаженням;

- широкий діапазон регулювання швидкості;

- зниження пускових струмів до мінімального рівня, який необхідний для реалізації пуску;

- зниження ударних навантажень на механізм при пуску;

- комплексний захист двигуна та механізму.

Промисловістю випускаються перетворювачі частоти зі скалярним та векторним керуванням. Векторне керування є більш досконалим і дозволяє працювати з повним моментом двигуна в області нульових частот, підтримувати швидкість при змінному навантаженні без датчиків зворотного зв'язку, точно контролювати момент на валу двигуна.

При виборі потужності частотного перетворювача необхідно ґрунтуватися не лише на потужності електродвигуна, але й на номінальних струмах і напругах перетворювача і двигуна. Це пояснюється тим, що зазначена потужність частотного перетворювача відноситься лише до експлуатації його зі стандартним асинхронним електродвигуном в стандартному використанні. Реально ж промисловістю випускаються приводні двигуни номінальний струм яких істотно перевершує стандартне для даної потужності значення.

Не слід забувати також і про те, що згідно з міжнародними стандартами для електродвигунів поняття потужність відноситься до механічної потужності двигуна на валу, а не до споживаної від джерела живлення активної потужності, як це прийнято для інших споживачів електричної енергії.

Ще один момент, який обов'язково потрібно враховувати при виборі перетворювача частоти - характер навантаження та допустимі перевантаження (рівень перевантажень, тривалість і частоту появи).

Потрібно також враховувати те, що пусковий струм двигуна обмежується перетворювачем за рівнем (120-170% від номінального струму частотного перетворювача) і за часом дії (зазвичай до 60 с), тому, умови прямого пуску двигуна і пуску двигуна від перетворювача частоти відрізняються. При подачі номінальної напруги від мережі на двигун пускачем, пусковий струм може досягати 7Ін, а в умовах «важкого пуску» 12Ін. При плавному розгоні до заданої швидкості, пусковий струм на виході перетворювача частоти може підвищуватися тільки до величини встановленої на обмежувачі струму. Тому при механічному навантаженні, що характеризується великою інерційністю, може знадобитися значно більший часу розгону. Якщо потрібно здійснити швидкий розгін інерційного навантаження, слід застосовувати перетворювач частоти більшої номінальної потужності, ніж потужність двигуна.

9.3 Розрахунок та вибір перетворювача частоти

Перетворювач частоти - це пристрій, що перетворює вхідну синусоїдальну напругу фіксованої частоти та амплітуди у вихідну імпульсну напругу змінної частоти та амплітуди.

На рисунку 9.2 представлено силову частину перетворювача частоти з ШІМ.

Частотний перетворювач з ШІМ являє собою інвертор з подвійним перетворенням напруги.

На першому етапі перетворення напруга мережі випрямляється вхідним діодним мостом, потім згладжується і фільтрується.

На другому етапі перетворення з постійної напруги формується ШІМ послідовність визначеної частоти. На виході частотного перетворювача видаються прямокутні імпульси, які за рахунок індуктивності обмоток статора двигуна інтегруються і перетворюються в напругу близьку до синусоїдальної.

Рисунок 9.2 - Силова частина схеми частотно-керованого електропривода

Слід зазначити, що інвертор з ШІМ не тільки змінює частоту вихідної напруги, але і регулює її середнє значення, що дозволяє відмовитись від керованого випрямляча і використовувати більш простий діодний випрямляч.

Принцип дії інвертора з ШІМ зображено на рисунку 9.3.

Рисунок 9.3 - Вихідна напруга з інвертора ШІМ

Період синусоїдального сигналу розбивається на число (не менше 24) малих інтервалів тривалістю ?t. На кожному інтервалі створюються два різнополярних імпульси тривалістю ?t1 та ?t2. Якщо тривалість позитивного і негативного імпульсів однакова, то середнє значення напруги на інтервалі ?t рівне 0. В протилежному випадку отримують позитивну або негативну вихідну напругу, пропорційну модулю різниці тривалостей цих імпульсів, ±[?t1-?t2]. Якщо один з імпульсів має нульову тривалість, отримують максимальну середню напругу, рівну Ud.

Умови вибору перетворювача частоти:

(9.1)

де Рдв.сп - споживана електродвигуном потужність в номінальному усталеному режимі, кВт;

Ідв.ном - номінальний струм приводного двигуна, А.

Споживана електродвигуном потужність в номінальному усталеному режимі:

, (9.2)

де k - коефіцієнт спотворення струму на виході перетворювача частоти (k = 0,95…1,05);

Рном - номінальна потужність приводного двигуна, кВт;

здв - ККД приводного двигуна;

cos ц - коефіцієнт потужності приводного двигуна,

(кВт).

Оскільки робота приводного двигуна характеризується важкими умовами пуску, то перетворювач частоти додатково перевіряється за такими умовами:

- необхідна робоча потужність перетворювача частоти:

, (9.3)

де Рдв.пуск - пускова потужність приводного двигуна, кВт;

лПЧ - перевантажувальна здатність перетворювача (лПЧ =1,2 … 1,7).

Пускова потужність приводного двигуна:

,(9.4)

де n - оберти до яких потрібно розігнати двигун за час t, об/хв,

(кВт).

Відповідно до виразу (9.3):

 (кВт);

- струм який споживає електродвигун при лінійному розгоні не повинен перевищувати пусковий струм перетворювача частоти:

, (9.5)

де Uном - напруга на обмотка двигуна на номінальних обертах, В,

(А).

Виходячи з даних умов, обираємо перетворювач частоти Siemens Micromaster 440 6SE6430-2UD33-0DA0 з проміжною ланкою постійного струму (рисунок 9.2). Паспортні дані перетворювача частоти наведені в таблиці 9.1

Таблиця 9.1 - Паспортні дані перетворювача частоти

Тип перетворювача частоти	Siemens Micromaster 440 6SE6430-2UD33-0DA0
Номінальна потужність РПЧ, кВт	30
Розрахунковий вхідний струм ІПЧ.пуск, А	75
Розрахунковий вихідний струм ІПЧ, А	72
Номінальний коефіцієнт потужності cosц	0,95
Номінальний коефіцієнт корисної дії здв.н, %	98
Напруга мережі, В	3 АС 380ч480 ± 10%
Частота мережі, Гц	47ч63
Перевантажувальна здатність лПЧ	1,2

Перетворювачі частоти серії MicroMaster 440 оснащені мікропроцесорною системою керування і використовують найсучасніші технології з IGBT модулями.

Micromaster 440 може застосовуватися як індивідуально, так і інтегруватися в автоматизовані системи.

Основні характеристики перетворювачів Micromaster 440:

- простий монтаж та введення в експлуатацію;

- релейні виходи;

- аналогові виходи 0-20мА;

- 6 дискретних входів;

- 2 аналогових входи, які в разі необхідності можуть бути використані як 7-й і 8-й дискретні входи:

AIN 1: 0-10 В, 0-20 мА або від -10 до-10 В;

AIN 2: 0-10 B, 0-20 мА;

- модульна конструкція;

- зовнішні опції для обміну даними з комп'ютером, базова панель обслуговування (ВОР), розширена панель оператора (АОР) і модулі передачі даних по шині Profibus.

Функціональні особливості:

- векторне керування без датчика швидкості;

- вбудоване динамічне гальмування постійним струмом;

- використання замкнутого регулятора PID з автопідстроюванням;

- програмована інтенсивність розгону і зупинки.

Особливості захисту:

- захист від підвищеної і зниженої напруги живлення;

- захист перетворювача від перегріву;

- захист від замикання на землю;

- захист від короткого замикання;

- захист від перегріву двигуна.

Швидке введення в експлуатацію частотного перетворювача здійснюється після його попереднього скиду на заводські установки в такій послідовності:

1. Рівень доступу Р0003 - в «3».

2. Р0010 в «1».

3. Р0100 в «0».

4. Р0205 «0» робота з постійним моментом.

5. Р0300 «1» вибір типу двигуна (АД).

6. Р0304 Номінальна напруга двигуна, В.

7. Р0305 Номінальний струм двигуна, А.

8. Р0307 Номінальна потужність двигуна, кВт.

9. Р0308 cosц номінальний.

10. Р0309 ККД номінальний.

11. Р0310 Номінальна частота двигуна, Гц.

12. Р0311 Номінальна швидкість, об/хв.

13. Р0314 Число пар полюсів (може бути пройдений автоматично).

14. Р0320 Значення струму х.х. (з паспорту двигуна), при його відсутності залишити «0».

15. Р0335 Охолоджування.

16. Р0500 Вибрати тип навантаження.

17. Р0640 Перевантаження по струму (рекомендується не більше 150%).

18. Р0700 Вибір джерел керування.

19. Р1000 Вибір джерел завдання.

20. Р1040 Початкова частота мотор-потенціометра, Гц.

21. Р1080 Мінімальна частота, Гц.

22. Р1082 Максимальна частота, Гц.

23. Р1120 Час розгону, с.

24. Р1121 Час гальмування, с.

25. Р1135 Час останову, с.

26. Р1300 Вибір режиму керування.

27. Р1500 Вибір джерела завдання моменту (при необхідності).

28. Р1910 Вибір визначення параметрів двигуна «1».

29. Р3900 Завершення введення.

30. Натиснути кнопку пуск.

9.4 Вибір сенсора швидкості

Для реалізації контуру зворотного зв'язку за швидкістю вибираємо Incremental Encoder типу IdNr. 521-28-532.

Для налаштування контуру зворотного зв'язку необхідно виконати послідовність команд (таблиця 9.2).

Таблиця 9.2- Перелік команд

Параметр	Назва	Величини
r0061	Швидкість ротора	Параметр показує швидкість обертання ротора.
r0090	Кут повороту ротора	Параметр показує поточний кут повороту ротора.
P0400[3]	Тип Encoder	0 = Encoder не задіяний 1 = Окремий вхідний канал (А) 2 = Квадратичний Encoder без нульової пульсації (канал А+В).
r0403	Слово стану	Слово стану дисплея Encoder в форматі біта:
	Bit00	Модуль Encoder активний: 0 - ні;1 - так.
	Bit01	Помилка Encoder: 0 - ні; 1 - так
	Bit02	Сигнал в нормі: 0 - ні; 1 - так
	Bit03	Втрата малої швидкості Encoder: 0 - ні; 1 - так
	Bit04	Використання HW таймера: 0 - ні; 1 - так
P0408[3]	Кількість пульсацій - Encoder на один оберт	Параметр визначає кількість пульсацій Encoder на один оберт
P0491[3]	Реакція на втрату сигналу швидкості	Вибирає реакцію на втрату сигналу швидкості. Настройки: 0 - не змінювати до SLVC 1 - змінити до SLVC

Encoder підключається до частотного перетворювача за допомогою спеціального 12-пінового штекера.

Схема підключення Encoder зображена на рисунках 9.4 та 9.5.

При цьому DIP-перемикачі повинні бути встановлені відповідним чином (таблиця 9.3).

Таблиця 9.3 - Положення DIP-перемикачів модуля Micromaster 440

DIP-Switch	1	2	3	4	5	6
Стан	OFF	ON	OFF	ON	OFF	ON

Рисунок 9.4 - Розпайка штекера Encoder та підключення до модуля Micromaster 440

Рисунок 9.5 - Підключення TTL Encoder (5V DC) при живленні від внутрішнього джерела частотного перетворювача

9.5 Вибір контролера

Для вирішення завдання автоматичного керування САЕП механізму підйому мостового крану виберемо програмоване реле типу LOGO!12/24RC фірми Siemens.

Сам мікроконтролер містить в своїй структурі аналогові і дискретні входи та виходи, релейні виходи, вбудований дисплей, комунікаційний порт для зв'язку з персональним комп'ютером через RS 232 або RS 485 (визначається типом комунікаційного кабелю). Окрім того, в залежності від складності поставлених задач, дозволяє легко нарощувати конфігурацію мікроконтролера, забезпечує зв'язок з зовнішньою мережею, для здійснення обміну даними з іншими пристроями.

Максимальна конфігурація LOGO! зображена на рисунку 9.7.

Рисунок 9.7 - Максимальна конфігурація LOGO!

Основні технічні дані мікроконтролера LOGO 12/24 RC наведені в таблиці 9.4.

Таблиця 9.4 - Технічні характеристики мікроконтролера LOGO 12/24 RC

Параметр	Значення
Напруга живлення	12/24 В DC
Споживана потужність	0,4 - 1,8 Вт
Цифрові входи	«0» < 5 В DC «1» > 8 В DC
Аналогові входи (виходи)	0 - 10 В DC
Час циклу на функцію	<0,1 мс

Для програмування CPU використовують спеціальний пакет для програмування LOGO!Soft Comfort, який являє собою середовище для розробки, редагування і контролю необхідної логіки керування.

LOGO!Soft Comfort забезпечений двома редакторами програм (LAD, FBD), за допомогою яких можна зручно і ефективно розробляти необхідні програми керування.

9.6 Розробка принципової схеми

Схема електрична принципова представлена в додатку Д.

Основним елементом схеми, який забезпечує безпосереднє керування приводного двигуна є частотний перетворювач, який отримує живлення від трифазної мережі змінного струму промислової частоти через автоматичний вимикач QF1, який забезпечує захист привода від коротких замикань та перевантажень. Автоматичний вимикач QF2 забезпечує живлення та захист контролера, який реалізує логіку керування.

Програмування частотного перетворювача та індикація його поточного стану здійснюється за допомогою панелі Basis Operator Panel.

Схемою передбачено два зворотних зв'язки:

- за струмом, яких реалізовано безпосередньо в частотному перетворювачі;

- за швидкістю, який реалізовано за допомогою цифрового сенсора швидкості (Encoder) та відповідного модуля (Encoder Module).

В кабіні кранівника розміщені органи керування: кнопки керування та кулачковий контролер SA1. Кулачковий контролер, який має три положення:

- в положенні «0» на дискретний вхід DIN3 частотного перетворювача поступає сигнал +24 В, відповідно до якого відбувається гальмування приводного двигуна. Гальмівний електромагніт знеструмлюється і барабан блокується;

- в положенні «1» на дискретний вхід DIN1 частотного перетворювача поступає сигнал +24 В, який дає команду початку руху механізму в напрямку підйому з встановленою швидкістю;

- в положенні «2» на дискретний вхід DIN2 частотного перетворювача поступає сигнал +24 В, який дає команду початку руху механізму в напрямку опускання з встановленою швидкістю.

Висновок. Розроблено структурну та принципову схеми електропривода. Здійснено розрахунок та вибір основних елементів схеми.

10. МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Перехідним режимом електропривода називається режим роботи при переході з одного усталеного режиму до іншого, який відбувається під час пуску, гальмування, реверсу, скиду чи накиду навантаження на вал. Ці режими характеризуються зміною електрорушійної сили, кутової швидкості, моменту і струму.

Структурна схема електропривода типу ПЧ-АД зі зворотним зв'язком за швидкістю зображена на рисунку 10.1.

Рисунок 10.1 - Структурна схема електропривода типу ПЧ-АД

Модуль жорсткості лінералізованої механічної характеристики АД:

(10.1)

Електромагнітна стала часу АД:

 (10.2)

Зробимо структурні перетворення:

Передавальна функція лінералізованої моделі АД:

(10.3)

Передавальна функція механічної частини АД:

(10.4)

Коефіцієнт підсилення перетворювача частоти:

(10.5)

де fmax - максимальна частота (fmax = 50 Гц);

Uз max - максимальна напруга задання (Uз max = 10 В),

Передавальна функція перетворювача частоти:

(10.6)

де Тпч - стала часу перетворювача частоти (Тпч ? 0,001 … 0,005 с),

Коефіцієнт підсилення контуру зворотного зв'язку за швидкістю:

(10.7)

Коефіцієнт підсилення контуру зворотного зв'язку за моментом:

(10.8)

Електромеханічна стала часу асинхронного двигуна:

(10.9)

Передавальна функція об'єкта регулювання внутрішнього контуру моменту:

 (10.10)

Ідеалізована передаточна функція прямого каналу розімкнутого контуру моменту (модульний критерій оптимізації) :

(10.11)

де Т0м - мала некомпенсована стала часу контуру моменту (приймаємо рівною сталій часу перетворювача частоти Т0м = Тпч = 0,004 с, оскільки вона є найменшою),

Передаточна функція регулятора моменту:

(10.12)

Передавальна функція контуру моменту:

(10.13)



Передавальна функція об'єкта регулювання зовнішнього контуру швидкості:

(10.14)

Ідеалізована передаточна функція прямого каналу розімкнутого контуру швидкості (модульний критерій оптимізації) :

(10.15)

де Т0ш - мала некомпенсована стала часу контуру швидкості (приймаємо рівною сталій часу перетворювача частоти Т0ш = Тпч = 0,004 с, оскільки вона є найменшою),

Передаточна функція регулятора швидкості:

(10.16)



Передавальна функція контуру швидкості:

(10.17)

Загальна передаточна функція системи електричного привода:

(10.18)

Таким чином, передаточна функція системи:

. (10.19)

Для отриманої передаточної функції (10.19) побудуємо логарифмічну амплітудо-частотну (ЛАЧХ) та логарифмічну фазочастотну характеристики (ЛФЧХ). Для цього використаємо спеціальні оператори в Matlab. Відповідне вікно команд представлено на рисунку 10.2.



Рисунок 10.2 - Вікно команд в ППП Matlab

Отримано графіки ЛАЧХ та ЛФЧХ, які представлено на рисунку 10.3.



Рисунок 10.3 - Графіки ЛАЧХ та ЛФЧХ

З отриманих графічних залежностей для ЛАЧХ та ЛФЧХ визначаємо відповідно частоту зрізу щзр, тобто частоту при якій ЛАЧХ дорівнює нулю та критичну частоту щкр, тобто частоту при якій ЛФЧХ перетинає вісь -р.

Очевидно, система є стійкою оскільки виконується умова:

. (10.20)

Значення ЛАЧХ при критичній частоті дає запас стійкості системи по амплітуді, а 180° відняти значення фазочастотної характеристики в частоті зрізу - запас по частоті.

Якість системи можна будемо оцінювати за її реакцією на одиничну функцію 1(t), тобто по перехідній характеристиці:

. (10.21)

Для побудови перехідної характеристики використаємо спеціальні оператори в Matlab.

Графік перехідної характеристики зображений на рисунку 10.5.

Рисунок 10.5 - Графік перехідної характеристики

Розрахуємо задавач інтенсивності

Постійна часу задавача інтенсивності:

(10.22)



Моделювання електропривода здійснимо в пакеті прикладних програм ППП Simulink.

Модель ПЧ-АД в Simulink представлена на рисунку 10.6

Рисунок 10.6 - Модель ПЧ-АД в Simulink

Характеристики САЕП при підйомі номінального вантажу представлені на рисунку 10.7

Характеристики САЕП при опусканні номінального вантажу представлені на рисунку 10.8



Рисунок 10.7 - Характеристики САЕП при підйомі номінального вантажу



Рисунок 10.8 - Характеристики САЕП при опусканні номінального вантажу

Характеристики САЕП при підйомі пустого вантажозахватного пристрою представлені на рисунку 10.9

Характеристики САЕП при опусканні пустого вантажозахватного пристрою представлені на рисунку 10.10



Рисунок 10.9 - Характеристики САЕП при підйомі пустого вантажозахватного пристрою



Рисунок 10.9 - Характеристики САЕП при опускані пустого вантажозахватного пристрою

Висновок: Розраховано параметри моделі електричного привода типу ПЧ-АД та змодельовано її роботу з кутовими швидкостями та навантаженнями, які відповідають тахограмі та навантажувальній діаграмі привода.

11. ОХОРОНА ПРАЦІ

У даній бакалаврській роботі модернізується електропривод механізму підйому мостового крана. Згідно ГОСТ 12.003-74, при обслуговуванні оперативно-ремонтним персоналом мостового крана, який встановлений на території ЕЧ-3, існують наступні шкідливі та небезпечні фактори.

Фізичні:

підвищена та понижена температура робочої зони;

підвищена та понижена рухомість повітря;

підвищена та понижена вологість повітря;

нестача природного освітлення;

підвищена запиленість повітря робочої зони;

підвищений рівень шуму;

підвищений рівень вібрації;

небезпечний рівень напруги в електричному колі,замикання якого може виникнути через тіло людини.

Хімічні:

по характеру дії на організм людини:

токсичні (вуглець, бензин);

подразнюючі (сажа).

по шляху проникнення в організм людини через:

органи дихання;

шкірні покриви і слизові оболонки;

Психофізіологічні:

фізичні перевантаження(динамічні);

нервово-психічні перевантаження (монотонність праці, емоційне перевантаження).

11.1 Технічні рішення з безпечної експлуатації козлового крана

При експлуатації та ремонті мостового крана дотримуються наступних основних правил техніки безпеки:

1. Кранівник повинен візуально обстежити кран у відповідності з інструкцією по експлуатації і переконатися в його повній справності;

2. Забороняється експлуатація кранів з несправним керуванням, гальмами і звуко/світловими сигналами. Якщо немає можливості усунення пошкодження на місці своїми силами, необхідно залучити до робіт фахівців спеціалізованої організації.

3. Забороняється керування краном вологими або замасленими руками;

4. Забороняється збільшувати вантажопідйомність крана;

5. Рух крана повинен здійснюватися на безпечній швидкості;

6. Роботи по монтажу і модернізації системи керування проводяться за допомогою справного інструменту.

Для забезпечення безпечного ведення робіт обслуговуючий персонал зобов'язаний суворо дотримуватись правил техніки безпеки при експлуатації, технічному обслуговуванні, ремонті кранів. Недотримання правил техніки безпеки може призвести до отримання травм та втрати працездатності. Живлення схеми системи керування крана, що розробляється здійснюється від трифазної промислової мережі напругою 380В з частотою 50Гц.

Обладнання повинно бути надійно заземлене. Справність і опір контуру заземлення один раз на рік перевіряється. Всі обертові частини механізму повинні мати добре закріплену огорожу. Забороняється виконувати всі види ремонту під час роботи баштового крану.

Під час роботи, пов'язаної з дотиком до струмопровідних частин електродвигуна, що обертаються, і механізму, що вони приводять в рух, необхідно зупинити двигун і на його пусковому пристрої, якщо можливе обертання електродвигунів від з'єднаних з ним механізмів, слід зачинити на замок засуви, а також вивісити плакат «Не вмикати! Працюють люди».

Забороняється знімати огородження тих частин електродвигунів, що обертаються під час їх роботи.

11.2 Технічне рішення з гігієни праці і виробничої санітарії

11.2.1 Мікроклімат

Мікроклімат приміщення - це сукупність фізичних параметрів повітря в виробничому приміщені, які діють на людину в процесі праці на її робочому місці, в робочій зоні. Параметри мікроклімату характеризуються такими показниками: температурою повітря і відносною вологістю повітря, швидкістю його переміщення, потужністю теплових випромінювань.

Оптимальні параметри мікроклімату в кабіні за технологічними вимогами забезпечити неможливо по технічним та економічним причинам, тому встановлюються допустимі параметри. Крім того, між людиною та навколишнім середовищем відбуваються процес безперервного теплового обміну, при цьому слід враховувати, що незалежно від температури навколишнього середовища (влітку сонце нагріває кабіну оператора крану до температури 50-60 °С, а взимку до 0 °С) температура людини залишається постійною - 36,5-37 С. вологість в свою чергу значно впливає на терморегуляцію організму людини.