3

ЗМІСТ

ВСТУП ............................................................................................................... 5

1 КОРОТКА ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ І

РЕЖИМІВ ЙОГО РОБОТИ ........................................................................................ 6

1.1 Загальна характеристика ............................................................................ 6

1.2 Вимоги до електропривода механізму підйому ..................................... 10

2 РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ТАХОГРАМИ РУХУ

РОБОЧОГО ОРГАНА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ ....................................... 12

2.1 Розрахунок основних величин ................................................................. 12

2.2 Тахограма руху робочого органу виробничого механізму ................... 13

2.3 Розрахунок статичних навантажень ........................................................ 15

3 ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ПРИВОДНОГО

ДВИГУНА ............................................................................................................... 20

4 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СИСТЕМИ

ЕЛЕКТРОПРИВОДА ................................................................................................ 21

5 ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНА ЗА ПОТУЖНІСТЮ І ШВИДКІСТЮ

ОБЕРТАННЯ ............................................................................................................. 29

6 РОЗРАХУНОК ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ТА ПОБУДОВА

НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ДІАГРАМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА ............................. 31

7 ПЕРЕВІРКА ВИБРАНОГО ДВИГУНА ЗА НАГРІВОМ,

ПЕРЕВАНТАЖУВАЛЬНОЮ ЗДАТНІСТЮ ТА УМОВАМИ ПУСКУ .............. 35

8 РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДНОГО

ДВИГУНА ............................................................................................................... 37

9 РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПРИВОДА . 41

9.1 Розробка функціональної схеми .............................................................. 41

9.2 Загальні рекомендації щодо вибору перетворювача частоти ............... 42

9.3 Розрахунок та вибір перетворювача частоти ......................................... 43

9.4 Вибір сенсора швидкості .......................................................................... 49

9.5 Вибір контролера....................................................................................... 52

4

9.6 Розробка принципової схеми ................................................................... 54

10 МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ЕЛЕКТРОПРИВОДА 56

11 ОХОРОНА ПРАЦІ ..................................................................................... 68

11.1 Технічні рішення з безпечної експлуатації козлового крана ............. 69

11.2 Технічне рішення з гігієни праці і виробничої санітарії ..................... 70

11.2.1 Мікроклімат .......................................................................................... 70

11.2.2 Склад повітря робочої зони ................................................................. 71

11.2.3 Штучне та природне виробниче освітлення ...................................... 71

11.2.4 Виробничий шум .................................................................................. 73

11.3 Пожежна безпека ..................................................................................... 74

ВИСНОВКИ ..................................................................................................... 76

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ................................................................................... 77

Додаток A Технічне завдання ........................................................................ 79

Додаток Д Ілюстративні матеріали ............................................................... 80

5

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.

6

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

7

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,

8

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.

Рисунок 1.1 – Зовнішній вигляд мостового крана

9

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.

10

M

123

54

6

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.

1. Забезпечення заданого діапазону зміни моменту двигуна (як при

підйомі, так і при спуску вантажів).

2. 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.

3. Плавність регулювання швидкості, що дозволить знизити ударні

навантаження на механізм підйому при гальмуванні в кінці спуску чи підйомі.

4. Забезпечення високої жорсткості механічних характеристик, що є

особливо важливим для механізмів підйому, в яких статичний момент

11

змінюється в широких межах і які передбачають роботу на зниженій швидкості.

В іншому випадку значення зниженої швидкості значно буде залежати від

завантаження механізму.

5. Обмеження динамічних навантажень в елементах механічної частини

ЕП (прискорень, моментів).

6. 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.

12

2 РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ТАХОГРАМИ

РУХУ РОБОЧОГО ОРГАНА ВИРОБНИЧОГО МЕХАНІЗМУ

2.1 Розрахунок основних величин

Вага номінального вантажу:

gmG вв , (2.1)

вG 15000 9,81 147150(Н) .

Вага підвісу:

gmG 00 , (2.2)

0G 500 9,81 4905 (Н) .

Номінальна швидкість підйому (опускання):

60

хв/мVV номном , (2.3)

ном

6V 0,1(м / с)

60 .

Швидкість обертання барабану при номінальній швидкості підйому:

б

номном.б

D

Vu60n

, (2.4)

б. ном

60 4 0,1n 17,362

3,14 0,44

(об/хв).

Кутова швидкість двигуна при номінальній швидкості підйому:

і60

n2 ном.бном.дв

, (2.5)

дв. ном

2 3,14 17,36240 72,727

60

(с-1).

13

Швидкість двигуна при номінальній швидкості підйому:

2

60n

ном.двном.дв , (2.6)

дв. ном

60 72,727n 694,494

2

(об/хв).

Кутове прискорення двигуна при пусках та гальмуваннях:

б

двD

uia2 , (2.7)

дв

2 0,1 40 472,727

0,44

(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):

a

Vt номп , (2.8)

п

0,1t 1

0,1 (с).

Час роботи механізму при гальмуванні (підйом, опускання):

г пt t 1 (с). (2.9)

14

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

a2

VН

2ном

п

, (2.10)

2

п

0,1H 0,05

2 0,1

(м).

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

г пH Н 0,05 (м). (2.11)

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

H7,0Hc , (2.12)

cH 0,7 12 8,4 (м).

Пройдений шлях з усталеною швидкістю в режимах навантаження або

холостого ходу (підйом, опускання), м:

гпсу HHHH , (2.13)

уH 8,4 0,05 0,05 8,3 (м).

Час роботи механізму з усталеною номінальною швидкістю в режимах

навантаження або холостого ходу (підйом, опускання):

ном

уy

V

Нt , (2.14)

y

8,3t 83

0,1 (с).

Сумарний час роботи механізму за один цикл:

гyпроб ttt4t , (2.15)

робt 4 1 83 1 340 (с).

15

Час циклу:

пер0з0робц tt2tt , (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),

цt 340 2 150 100 840 (с).

Фактична тривалість включення:

%100t

tTB

ц

робф , (2.17)

ф

340TB 100% 40,476 %

840 .

2.3 Розрахунок статичних навантажень

Статичний момент в режимі номінального навантаження приведений до

валу двигуна (підйом):

ном

бв01нав

ui2

DGGMc

, (2.18)

нав1

4905 147150 0,44Mc 246

2 40 4 0,85

(Н·м).

Статичний момент в режимі номінального навантаження приведений до

валу двигуна (опускання):

номбв0

2навui2

DGGMc

, (2.19)

де ном – коефіцієнт корисної дії механічної передачі механізму підйому

мостового крану при опусканні номінального вантажу,

ном

ном

12 , (2.20)

16

824,085,0

12ном ,

нав2

4905 147150 0,44Mc 0,824 172,2

2 40 4

(Н·м).

Статичний момент в режимі холостого ходу приведений до валу двигуна

(підйом):

хх

б01хх

ui2

DGMc

, (2.21)

де ηхх – 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:

1

1 ba

1

1

, (2.22)

де a1 та b1 – коефіцієнти постійних та змінних втрат;

γ – коефіцієнт завантаження механізму:

0в

0

mm

mm

, (2.23)

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

m0 – маса підвісу, кг.

При номінальному навантаженні механізму (γ = 1):

11

номbа1

1

(2.24)

При номінальному навантаженні співвідношення коефіцієнтів втрат,

відомі із статистичних даних:

17

1

1

ak 1,2...1,5 1,3

b (2.25)

Значення коефіцієнтів a1 і b1 знаходять шляхом сумісного розв’язку

системи:

ном

1 1

1 1

1,

1 a b

a k b .

(2.26)

Звідси:

- коефіцієнти змінних втрат:

k1

1b

ном

ном1

, (2.27)

1

1 0,85b 0,077

0,85 1 1,3

;

- коефіцієнт постійних втрат:

k1

1ka

ном

ном1

, (2.28)

1

1 0,85а 1,3 0,1

0,85 1 1,3

.

Коефіцієнт завантаження механізму підйому без вантажу:

0в

00

mm

m

, (2.29)

0

5000,032

15000 500

.

Коефіцієнт корисної дії механічної передачі механізму підйому мостового

крану при підйомі пустого вантажозахватного пристрою:

18

1

0

1хх

ba

1

1

, (2.30)

хх

10,24

0,11 0,077

0,032

.

Відповідно до формули (2.21):

хх1

4905 0,44Mc 28,1

2 40 4 0,24

(Н·м).

Статичний момент в режимі холостого ходу приведений до валу двигуна

(опускання):

xxб0

2хх Mui2

DGMc

, (2.31)

де ΔМхх – втрати в механічній передачі при підйомі або опусканні

вантажозахватного пристрою,

1

1

ui2

DGM

хх

б0xx . (2.32)

xx

4905 0,44 1M 1 21,4

2 40 4 0,24

(Н·м),

хх2

4905 0,44Mc 21,4 14,6

2 40 4

(Н·м).

На основі отриманих даних побудуємо діаграму зміна статичного

моменту механізму підйому мостового крану при зміні навантаження

(рисунок 2.1).

19

50

50

Mc, Н·м

ω, рад/с

1навMc

2навMc

1xxMc

2xxMc

-30 0 30 90 12060 150 180 210 240

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.

20

3 ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ПРИВОДНОГО

ДВИГУНА

Зробимо приведення побудованої навантажувальної діаграми до

стандартного для режиму S3 вигляду:

ггyпп

гyп2хх2

2хх1

2нав2

2нав1

еквttt4

tttMcМcMcМcМc

, (3.1)

де βп (βг) – коефіцієнт погіршення тепловіддачі при пуску (гальмуванні);

де β0 – коефіцієнт погіршення тепловіддачі при нерухомому роторі (для

двигунів з само вентиляцією β0=0,5).

Коефіцієнт погіршення тепловіддачі при пуску (гальмуванні):

2

1 0гп

, (3.2)

75,02

5,01гп .

Згідно формули (3.1):

22 2 2

екв

245,971 172,18 28,116 14,627 1 83 1Мc

4 0,75 1 83 0,75 1

151,4 (Н·м).

Розрахункова потужність приводного двигуна:

ст

фном.двеквзроз

TB

TBcMkP , (3.3)

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

роз

40,476P 1,1...1,3 151,4 72,727 12,2 14,4

40 (кВт).

Висновок. Здійснено попередній розрахунок потужності приводного

двигуна. Згідно стандартного ряду потужностей обираємо двигун на 15 кВт.

21

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

22

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.

23

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):

СКЕЗ н , (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:

СКДK , (4.2)

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

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

K 9200 35000 44200 (грн).

Річні капітальні витрати:

КЕK нрічні , (4.3)

річніK 0,17 44200 7514 (грн/рік).

24

Загальні додаткові відрахування:

ОДРА ССССС , (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:

К1,0СА , (4.5)

АС 0,1 44200 4420 (грн/рік).

Відрахування на ремонт електрообладнання приймають в розрахунку 2%

від капітальних вкладень:

К02,0СР , (4.6)

РС 0,02 44200 884 (грн/рік).

Додаткові відрахування, які враховують втрати енергії системі

електричного привода у стаціонарних та перехідних режимах роботи за рік:

2Д1ДД ССС , (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:

cWС дв1Д , (4.8)

де ΔWдв – кількість втраченої електроенергії в двигуні у стаціонарних та

перехідних режимах роботи за рік, (кВт·год)/рік;

25

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:

ФkPPW з.перехномдв , (4.9)

де ΔРном – втрати потужності в двигуні в номінальному режимі

роботи, кВт;

ΔРперех. – 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:

ном

номномном

1PP

, (4.10)

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

ηном – номінальний ККД двигуна (ηном = 0,8),

ном

1 0,8P 15 3,75

0,8

(кВт).

Додаткові втрати потужності в двигуні у перехідних режимах роботи

приймають рівними 10% від номінальних:

ном.перех P1,0P , (4.11)

перех.P 0,1 3,75 0,375 (кВт).

Дійсний фонд часу роботи електричного привода за рік:

.з.р.з.р.д.р tZZФ , (4.12)

де ε – відносна тривалість ввімкнення згідно тахограми (ε = 0,40476);

26

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),

Ф 0,40476 250 1 8 810 (год/рік).

Сумарні втрати енергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах

роботи згідно формули (4.9):

двW 3,75 0,375 0,8 810 3400 (кВт·год/рік).

Додаткові відрахування згідно формули (4.8):

Д1С 3400 0,82 2788 (грн/рік).

Додаткові відрахування, які враховують втрати енергії в системі

керування за рік:

cWС ск2Д , (4.13)

де ΔWск – кількість втраченої електроенергії в системі керування за рік,

(кВт·год)/рік.

Втрати енергії в системі керування за рік:

ФkPW зскск , (4.14)

де ΔРск – втрати потужності в системі керування, кВт.

Втрати потужності в системі керування:

пп

ппспск

1PP

, (4.15)

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

ηпп – номінальний ККД перетворюючого пристрою (ηпп = 0,98),

ск

1 0,98P 30 0,61

0,98

(кВт).

27

Втрати потужності в системі керування згідно формули (4.14):

скW 0,61 0,8 810 396 (кВт·год/рік).

Додаткові відрахування згідно формули (4.13):

Д2С 396 0,82 325 (грн/рік).

Додаткові відрахування згідно формули (4.7):

ДС 2788 325 3113 (грн/рік).

Відрахування на обслуговування електрообладнання приймають рівним

5% від суми відрахувань на амортизацію, ремонт та додаткових витрат:

ДРАО ССС05,0С , (4.16)

ОС 0,05 4420 884 3113 421 (грн/рік).

Загальні додаткові відрахування згідно формули (4.4):

С 4420 884 3113 421 8838 (грн/рік).

Приведені витрати згідно формули (4.1):

З 0,17 44200 8838 16352 (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

28

Продовження таблиці 4.1

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.

Показники

Системи електричного привода

РКС-ДПС РКС-АД ТП-Д ПЧ-АД

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

29

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 ηном, % 80

Кратність пускового моменту двигуна λm пуск 3,154

Кратність максимального моменту двигуна λm max 3,251

Номінальний струм статора І1 ном, А 40

Кратність пускового струму λІ 4,625

Момент інерції ротора Jрот, кгм2 0,538

Номінальний момент приводного двигуна:

ном

номном

n

Р9550M , (5.1)

ном

15M 9550 206,115

695 (Н·м).

Номінальна кутова швидкість обертання приводного двигуна:

60

n2 номном

. (5.2)

ном

2 69572,727

60

(с-1).

30

Пусковий момент двигуна:

номпускmпуск MM , (5.3)

пускM 3,154 206,115 650 .

Максимальний момент двигуна:

номmaxmmax MM , (5.4)

maxM 3,251 206,115 670 (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.

31

6 РОЗРАХУНОК ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ТА ПОБУДОВА

НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ДІАГРАМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Момент інерції робочої машини приведений до валу двигуна в режимі

холостого ходу:

2

ном.дв

2ном

02б

редшрот0

Vm

i

JJJJ1,1J

, (6.1)

2

0 2 2

8,7 0,1J 1,1 0,538 0,16 0,18 500 0,938

40 72,727 (кг·м2).

Момент інерції робочої машини приведений до валу двигуна в режимі

номінального навантаження:

2

ном.дв

2ном

в02б

редшротнав

Vmm

i

JJJJ1,1J

, (6.2)

2

нав 2 2

8,7 0,1J 1,1 0,538 0,16 0,18 (500 15000) 0,967

40 72,727 (кг·м2).

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

дв0хх JMд , (6.3)

ххMд 0,938 72,727 68,2 (Н·м).

Динамічний момент при пуску (гальмуванні) в режимі номінального

навантаження:

двнавнав JMд , (6.4)

навMд 0,967 72,727 70,3 (Н·м).

Приведені до валу двигуна статичні моменти на ділянках пуску і

гальмування виробничого механізму:

32

- пуск в режимі номінального навантаження (підйом):

нав1навп.нав.п MдMcM , (6.5)

п. нав. пM 246 70,3 316,3 (Н·м);

- гальмування в режимі номінального навантаження (підйом):

нав1навп.нав.г MдMcM , (6.6)

г. нав. пM 246 70,3 175,7 (Н·м);

- гальмування в режимі номінального навантаження (опускання):

г. нав. о нав2 навM Mc Mд (Н·м), (6.7)

г. нав. оM 172,2 70,3 101,9 (Н·м);

- пуск в режимі номінального навантаження (опускання):

п. нав. о нав2 навM Mc Mд , (6.8)

п. нав. оM 172,2 70,3 242,5 (Н·м);

- пуск в режимі холостого ходу (підйом):

хх1ххп.хх.п MдMcM , (6.9)

п. хх. пM 28,1 68,2 96,3 (Н·м);

- гальмування в режимі холостого ходу (підйом):

хх1ххп.хх.г MдMcM , (6.10)

г. хх. пM 28,1 68,2 40,1 (Н·м);

33

ω, с -1

Mc, Н·м

ном.дв

tп tу tг tп tу tг tп tу tг tп tу tг

tц

Опускання

пустого ВЗП

Підйом

вантажу

Опускання

вантажу

Підйом

пустого ВЗП

t, с

t, с

1навMc

172,2

28,1

2ххMc

Mд, Н·м

t, с

ххMд

ххMднавMд

навMд

t, с

M, Н·м 316,3

246

157,7

101,9

172,2

242,5

96,3

28,1

-40,1-14,6

-82,9

53,6

72,727

246

72,727дв. ном

2навMc

1ххMc

68,2 70,3

68,2 70,3

Рисунок 6.1 – Навантажувальна діаграма електропривода

34

- пуск в режимі холостого ходу (опускання):

п. хх. о хх2 ххM Mc Mд , (6.11)

п. хх. оM 14,6 68,2 82,9 (Н·м);

- гальмування в режимі холостого ходу (опускання):

г. нав. о хх2 ххM Mc Mд , (6.12)

г. нав. оM 14,6 68,2 53,6 (Н·м).

За отриманими розрахунками побудуємо навантажувальну діаграму

електропривода (рисунок 6.1):

Висновок. Розраховано динамічні навантаження та побудовано

навантажувальну діаграму електропривода.

35

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:

ст

феквном

TB

TBМM , (7.1)

де Мном – номінальний момент приводного двигуна;

Мекв – еквівалентний момент.

Еквівалентний момент:

yпп

2нав2

2нав1п

2о.хх.р

2п.хх.р

2онав..р

2пнав..р

еквtt4

МcМc(tMMMMM

гг

г2

о.хх.г2

п.хх.г2

онав..г2

пнав..гу2

хх22

хх1

t

tMMMMt)МcМc

(7.2)

22 2 2 2 2 2

екв

316,3 101,9 96,3 82,9 1 246 172,2 28,1М

4 0,75 1 83

2 2 2 2 214,6 83 175,7 242,5 ( 40,1) 53,6 1151,8 Н·м .

0,75 1

Відповідно до умови (7.1):

40,476

206,1 151,840

,

206,1 152,7 .

36

Оскільки умова перевірки виконується, то приводний двигун, при заданих

умовах роботи, перегріватись не буде.

Умова перевірки двигуна на перевантажувальну здатність:

пнав..рмакс.дв MM , (7.4)

де макс.двM – критичний момент приводного двигуна,

дв.макс maxM M 670 (Н·м), (7.5)

р. нав. пM 316,3 (Н·м).

Відповідно до умови (7.5):

670 316,3 .

Умова перевірки на перевантажувальну здатність виконується.

Перевірка двигуна за умовою пуску:

пнав..рпуск.дв2u MMk , (7.6)

де ku – коефіцієнт, який враховує можливе падіння напруги в мережі при

пуску (ku = 0,9),

2 2

u дв.пускk M 0,9 650 526,5 (Н·м).

Відповідно до умови (7.6):

526,5 316,3 .

Отже, перевірка за умовами пуску виконується.

Висновок. Перевірено двигун за нагрівом, перевантажувальною

здатністю і умовами пуску. Оскільки умови перевірок виконуються, то двигун

вибрано вірно.

37

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:

s

ssa2

s

s

sa1М2sМ

кк

к

кк

, (8.1)

де Мк – критичний момент двигуна;

s – ковзання;

sк – критичне ковзання.

Всі необхідні параметри взяті з паспортних даних електродвигуна.

Критичний момент двигуна:

maxк МM , (8.2)

кM 670 (Н·м).

Синхронна кутова швидкість двигуна:

p

f2 10

, (8.3)

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

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

54,784

5014,320

(с-1).

Синхронна швидкість обертання двигуна:

p

f60n 1

0

, (8.4)

7504

5060n0

(об/хв).

38

Номінальне ковзання:

0

ном0ном

n

nns

, (8.5)

ном

750 695s 0,073

750

.

Критичне ковзання:

)1(ss2

maxmmaxmномк , (8.6)

2

кs 0,073 (3,251 3,251 1) 0,465 .

Механічні втрати приймають рівними 5% від номінальної потужності:

номмех P05,0P , (8.7)

мехP 0,05 15 0,75 (кВт) = 750 (Вт).

Розрахунковий активний опір ротора приведений до статора:

ном

ном2ном

мехномp

s

s1І

PP

3

1R

, (8.8)

327,0

067,0

067,0129

55011000

3

1R

2p

(Ом).

Номінальна фазна напруга:

3

UU ном

ном.ф , (8.9)

393,2193

380U ном.ф (В).

39

Розрахунковий активний опір статора:

2ном

мехp

2

ном

номном.фc

І3

PRC

І

1cosUR

, (8.10)

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

665,0293

550327,0032,1

29

78,0174,0393,219R

2

2c

(Ом).

Коефіцієнт а:

p

c

R

Ra

, (8.11)

035,2327,0

665,0a .

Вираз (8.1) набуде вигляду:

2 670 1 2,084 0,465 2638

М ss 0,465 0,47

2 2,084 0,465 2,1 s 1,90,465 s s

.

Механічна характеристика за формулою Чекунова:

s

s

s

s

Kss2МsМ

к

к

s2

к2

к

, (8.12)

де Ks – розрахунковий коефіцієнт:

2

к

ккmaxm

пускm

ss1

2ss

1

K

, (8.13)

s 2

3,154 10,465 2

3,251 0,465K 0,685

1 0,465

.

40

Вираз (8.12) набуде вигляду:

2 2 22 s 0,465 0,685 670 (0,69 s 1,9)

М s 670s 0,465 0,47

2,1 s0,465 s s

.

Рівняння, яке описує залежність швидкості обертання двигуна від

ковзання має вигляд:

s1s 0 . (8.14)

Для побудови механічної характеристики за рівняннями (8.1), (8.12) та

(8.14) скористаємось ППП Mathcad.

M, H·м

ω, с

2

1

нав1Mcxx1Mc

0 100 200 300 400 500 600 700 800

10

20

30

40

50

60

70

80

78.539

7.069 103

s( )

s( )

s( )

s( )

704.4540.027 M.klos s( ) M.chek s( ) M.cxx1 M.cnav1

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.

41

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):

M

3

АІН

380 В, 50 Гц

РШ

TV

L

(-) (-)

зшUРС

RS

AV1

СШ

КВ

БО

ПС2

ПС1

C

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.

42

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.

43

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.

44

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.

Cистема керування

Блок

охолодження

VT1

C

L

DTu

DTv

Iu Iv Iw

A

B

C

380 B

VD5

VD6

VD3

VD4

VD1

VD2

R

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

VD7

VD8

VD9

VD10

VD11

VD12VT7

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.

45

t

∆t1 ∆t2

∆t

-Ud

+Ud

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:

,ІІ

,PP

ном.двПЧ

сп.двПЧ (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:

cos

РkP

дв

номсп.дв , (9.2)

де k – коефіцієнт спотворення струму на виході перетворювача частоти

46

(k = 0,95…1,05);

Рном – номінальна потужність приводного двигуна, кВт;

ηдв – ККД приводного двигуна;

cos φ – коефіцієнт потужності приводного двигуна,

дв.сп

1 15P 26

0,8 0,71

(кВт).

Оскільки робота приводного двигуна характеризується важкими умовами

пуску, то перетворювач частоти додатково перевіряється за такими умовами:

- необхідна робоча потужність перетворювача частоти:

ПЧ

пуск.двПЧ

PP

, (9.3)

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

λПЧ – перевантажувальна здатність перетворювача (λПЧ =1,2 … 1,7).

Пускова потужність приводного двигуна:

п.нав.пдв

пуск.дв Mcos9550

nkP

, (9.4)

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

дв.пуск

1 695P 316,3 40,5

9550 0,8 0,71

(кВт).

Відповідно до виразу (9.3):

ПЧ

40,5P 27

1,5 (кВт);

- струм який споживає електродвигун при лінійному розгоні не повинен

перевищувати пусковий струм перетворювача частоти:

п.нав.п

номдв

пускПЧ M3Ucos9,55

nkI

, (9.5)

47

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

ПЧ пуск

1 695I 316,3 61,6

9,55 0,8 0,71 380 3

(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 cosφ 0,95

Номінальний коефіцієнт корисної дії ηдв.н, % 98

Напруга мережі, В 3 АС 380÷480 ± 10%

Частота мережі, Гц 47÷63

Перевантажувальна здатність λПЧ 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;

48

- 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 cosφ номінальний.

49

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).

50

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

51

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

Ua1

+Sens.

A-канал

5A

6

8

1

3

4

9

7

2

12

11

10

Ua1

Ua2

Ua2

Ua0

Ua0

UaS

UaS

+5V

0V Sens.

0V

AN

B-канал

B

BN

VE

0V

жовтий

зелений

чорний

коричневий

блакитний

фіолетовий

червоний-білий

чорний-білий

блакитний-білий

жовтий-білий

червоний

оранжевий

Розпайка

Рисунок 9.4 – Розпайка штекера Encoder та підключення до модуля

Micromaster 440

52

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 (рисунок 9.6).

Рисунок 9.6 – Програмоване реле типу LOGO!

53

На рисунку 9.6: 1 – джерело живлення; 2 – входи; 3 – виходи; 4 – гніздо

для жолудя з кришкою; 5 – панель керування; 6 – дисплей; 7 – інтерфейс

розширення.

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

54

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

55

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.

56

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.

1Jпр р

ω

Мс

βТе +1р

R (p)рш

+1K

Т рпч

пч

зU

R (p)рм

2πр

п

kзз ш

kзз м

Рисунок 10.1 – Структурна схема електропривода типу ПЧ-АД

Модуль жорсткості лінералізованої механічної характеристики АД:

к

0 к

2 М,

s

(10.1)

2 67036,676.

78,54 0,465

Електромагнітна стала часу АД:

е

0 к

1Т ,

s

(10.2)

е

1Т 0,0274 (с).

78,54 0,465

57

Зробимо структурні перетворення:

Передавальна функція лінералізованої моделі АД:

АД

е

W (р) ,Т p 1

(10.3)

АД

36,676 1335W (р) .

0,0274 р 1 p 36

Передавальна функція механічної частини АД:

мех

рот

1W (р) ,

J p

(10.4)

мех

1W (р) ,.

0,538 p

Коефіцієнт підсилення перетворювача частоти:

maxпч

з max

fk ,

U

(10.5)

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

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

пч

50k 5.

10

Передавальна функція перетворювача частоти:

пчпч

пч

kW (р) ,

Т p 1

(10.6)

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

58

пч

5W (р) .

0,004 p 1

Коефіцієнт підсилення контуру зворотного зв’язку за швидкістю:

зmax

зз _ ш

ном

Uk ,

(10.7)

зз _ ш

10k 0,137.

72,727

Коефіцієнт підсилення контуру зворотного зв’язку за моментом:

зmax

зз _ м

ном

Uk ,

М

(10.8)

зз _ м

10k 0,049.

206,115

Електромеханічна стала часу асинхронного двигуна:

k 0М рот

max

sТ J ,

2 М

(10.9)

M

0,465 78,54T 0538 0,015 (с).

670

Передавальна функція об’єкта регулювання внутрішнього контуру

моменту:

М ПЧ АД зз _ м

2W (р) W (р) W (р) k ,

р

(10.10)

М

14W (р) .

(0,027p 1) (0,004р 1)

59

Ідеалізована передаточна функція прямого каналу розімкнутого контуру

моменту (модульний критерій оптимізації) :

м

0м 0м

1G (p) ,

2 Т р (Т р 1)

(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),

м

1G (p) .

0,008р (0,004р 1)

Передаточна функція регулятора моменту:

мрм

М

G (p)R (p) ,

W (p)

(10.12)

рм

8,994R (p) 0,245.

р

Передавальна функція контуру моменту:

ммм

м

G (p)W (p) ,

1 G (p)

(10.13)

мм 2

31250W (p) .

р 250 р 31250

Передавальна функція об’єкта регулювання зовнішнього контуру

швидкості:

ш мм мех зз _ ш

зз _ м

1W (р) W (р) W (р) k ,

k

(10.14)

60

ш2

658W (р) .

125p ( 1) (0,004р 1)

р (0,004р 1)

Ідеалізована передаточна функція прямого каналу розімкнутого контуру

швидкості (модульний критерій оптимізації) :

ш

0ш 0ш

1G (p) ,

2 Т р (Т р 1)

(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),

ш

1G (p) .

0,008р (0,004р 1)

Передаточна функція регулятора швидкості:

шрш

ш

G (p)R (p) ,

W (p)

(10.16)

рш

5937R (p) 0,19 р .

р 250

Передавальна функція контуру швидкості:

шшш

ш

G (p)W (p) ,

1 G (p)

(10.17)

шш 2

31250W (p) .

р 250 р 31250

Загальна передаточна функція системи електричного привода:

61

заг шш

зз _ ш

1W (p) W (p) ,

k

(10.18)

заг 2

227437W (p) .

р 250 р 31250

Таким чином, передаточна функція системи:

заг 2

227437W (p)

р 250 р 31250

. (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

62

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 ωзр, тобто частоту при якій ЛАЧХ дорівнює нулю та

критичну частоту ωкр, тобто частоту при якій ЛФЧХ перетинає вісь -π.

Очевидно, система є стійкою оскільки виконується умова:

крзр . (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:

p

)p(W)p(H . (10.21)

63

Для побудови перехідної характеристики використаємо спеціальні

оператори в Matlab. Відповідне вікно команд представлено на рисунку 10.4.

Рисунок 10.4 – Вікно команд в Matlab

Графік перехідної характеристики зображений на рисунку 10.5.

Рисунок 10.5 – Графік перехідної характеристики

64

Розрахуємо задавач інтенсивності

Постійна часу задавача інтенсивності:

рот дв.н

ЗІ

дв.н

JТ ,

М

(10.22)

ЗІ

0,538 72,727Т 0,19 (с).

206,115

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

65

Статичний момент

Кутова швидкість

Динамічний момент

Мс, Нм

ω, рад/с

Мд, Нм

t,с

t,с

t,с

Рисунок 10.7 – Характеристики САЕП при підйомі номінального вантажу

Статичний момент

Кутова швидкість

Динамічний момент

Мс, Нм

ω, рад/с

Мд, Нм

t,с

t,с

t,с

Рисунок 10.8 – Характеристики САЕП при опусканні номінального вантажу

66

Характеристики САЕП при підйомі пустого вантажозахватного пристрою

представлені на рисунку 10.9

Характеристики САЕП при опусканні пустого вантажозахватного

пристрою представлені на рисунку 10.10

Статичний момент

Кутова швидкість

Динамічний момент

Мс, Нм

ω, рад/с

Мд, Нм

t,с

t,с

t,с

Рисунок 10.9 – Характеристики САЕП при підйомі пустого вантажозахватного

пристрою

67

Статичний момент

Кутова швидкість

Динамічний момент

Мс, Нм

ω, рад/с

Мд, Нм

t,с

t,с

t,с

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.

68

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).

69

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».

70

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.

Робота кранівника відноситься до легкої фізичної роботи категорія Іа, бо

людина-оператор практично весь свій робочий день проводить сидячи.

Параметри мікроклімату в кабіні крану наведено в таблиці 11.1

Таблиця 11.1 – Нормування параметрів мікроклімату

Період

року

Категорія

робіт

Температу

ра,

°С

Відносна

вологість

Швидкість руху

Теплий Іа 22-28 55 при 28°С 0,1-0,2

Холодний Іа 21-25 75 при 25°С Не більше 0,1

71

Для забезпечення необхідних за нормативами параметрів мікроклімату на

робочому місці оператора крану передбачається: в холодну пору року

використання калорифера; в літню пору застосування кондиціонерів та

вентиляторів обдуву і провітрювання кабіни.

11.2.2 Склад повітря робочої зони

Забруднення повітря робочої зони регламентується концентраціями

(ГДК) в мг/м. В умовах роботи на граничнодопустимих концентраціях

можливими забруднювачами повітря робочої зони на залізничній станції

можуть бути пил та шкідливі гази, їх ГДК наведено в таблиці 11.2.

Таблиця 11.2 - Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у

повітрі ' робочої зони в кабіні оператора крана

Назва речовини

ГДК, мг/м3

Клас небезпечності Максимально

разова

Середньо

добова

Вуглець (окис СО) 3 1 4

Бензин (нафтовий) 5 1,5 4

Пил нетоксичний 0,5 0,15 4

Сажа 0,15 0,15 3

11.2.3 Штучне та природне виробниче освітлення

Раціональне освітлення – один з основних факторів створення

сприятливих робочих умов праці. Недостатнє освітлення викликає передчасне

стомлення працюючих, знижує продуктивність праці, може стати причиною

нещасного випадку.

Приміщення кабіни оператора забезпечене природним освітленням в

денний проміжок часу, але вечері постає проблема в штучному освітленні.

72

Для забезпечення найбільш сприятливих умов зорової праці нормуємо

освітлення на робочому місці в кабіни. Кабіна відноситься до IV розряду

зорової праці, тобто розряду середньої точності. Наведено норми при штучному

та комбінованому освітленні в таблиці 11.3. В приміщенні кабіни, особливо в

зимовий період, коли світлий день досить короткий, природнього освітлення

може бути недостатньо, тому використовується місцеве штучне освітлення.

Штучне освітлення здійснюється лампами розжарювання, що живляться від

трансформатора власних потреб (12В).

Таблиця 11.3 - Норми освітлення робочих поверхонь у виробничих

приміщеннях

Характеристики зорової роботи Малої точності

Мінімальний розмір об'єкту розпізнавання, мм Від 1 до 5

Розряд зорової роботи V

Підрозряд зорової роботи б

Контраст об'єкта розпізнавання з фоном Середній

Освітленість

Штучне освітлення

Загальне

Комбіноване

150

200

Згідно [19]: характер зорової роботи - середня точність; розряд - IV;

бокове значення коефіцієнта природної освітленості, %: прир. 1,5, суміщене 0,9.

еN = eн · mN, (11.1)

де mN – коефіцієнт світлового клімату (mN =0,9).

еN = 1,5·0,9 =1,4%.

73

11.2.4 Виробничий шум

Нормативним документом, який регламентує рівні шуму для різних

категорій робочих місць службових приміщень, є «ССБТ. Шум Загальні вимоги

безпеки».

Таблиця 11.4 – Рівень звукового тиску

Характер робіт

Допустимі рівні звукового тиску (дБ) в

стандартизованих октавних смугах з

середньогеометричними частотами, Гц

32 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Постійні робочі

місця в

промислових

приміщеннях

107 95 87 82 78 75 73 71 69

Шум порушує нормальну роботу шлунку, особливо впливає на

центральну нервову систему. Для забезпечення допустимих параметрів шуму в

приміщенні, проектом передбачено засоби колективного захисту: акустичні,

архітектурно-планувальні й організаційно-технічні.

Засоби боротьби із шумом в залежності від числа осіб, для яких вони

призначені, поділяються на засоби індивідуального захисту і на засоби

колективного захисту - «ССБТ. Засоби індивідуального захисту органів слуху.

Загальні технічні умови і методи випробувань» і «Засоби і методи захисту від

шуму. Класифікація».

Для зниження шуму в приміщенні, необхідно:

- безпосередньо біля джерел шуму використовувати звукопоглинаючі

матеріали для покриття стелі, стін, застосовувати підвісні звукопоглиначі.

- для боротьби з вентиляційним шумом потрібно застосовувати мало

шумові вентилятори.

74

11.3 Пожежна безпека

Пожежа в кабіні кранівника може виникнути з наступних причин:

- заміна запобіжника або проведення якого-небудь ремонту електричного

устаткування при підключеному живленні; застосування запобіжників, які по

номінальному струму не відповідають даному колу;

- при появі перехідного опору, який виникає в місцях з'єднання проводів,

електричних контактів машин, апаратів тощо.

Не можна продовжувати роботу, якщо у кабіні відчувається запах гару і

диму, якщо не з'ясована причина цього і не усунено несправність.

При виникненні пожежі оператор повинен припинити всі виконувані

роботи та залишити кабіну. Потім від'єднати живлення та приступити до гасіння

пожежі вуглекислотним вогнегасником. Ці вогнегасник можна використовувати

для гасіння пожеж будь-який речовин, машин і устаткування, у тому числі і

електричного. Для гасіння пожеж можна також використовувати пісок з

пісочниць.

На території ЕЧ-3 слід виконувати наступні правила протипожежної

безпеки:

- забороняється встановлювати кран так, щоб він перекривав проїзну

частину, виходи і входи, закривав пожежні колодязі, пожежні щити та інші

протипожежні пристрої, або утруднював доступ до них;

- при постановці крана на місце стоянки необхідно відключити

рубильник, виключити усі високовольтні електричні кола (опалення кабіни,

освітлення, двигуни, робочі органи);

- якщо виникло займання мастильних матеріалів потрібно запобігти

Розповсюдженню горючого середовища, ізолювати його, застосувати заходи

пожежогасіння, евакуювати людей у безпечну зону, викликати пожежників;

Необхідно проводити організаційні заходи по забезпеченню пожежної

безпеки; навчання робітників правилам пожежної безпеки, проведення

інструктажу та ознайомлення з нормами пожежної безпеки, проведення

75

навчальних робіт з пожежної охорони об'єкта.

Проектом передбачено, що територія станції і кабіна мають бути

обладнанні:

- пожежною сигналізацією та засобами пожежогасіння;

- ящиком із сухим піском місткістю 1 м3 з совковою лопатою;

- ручні вогнегасники вуглекислотні ВВ-5. Ці вогнегасники призначенні

для гасіння електроустановок напругою до 10 кВ.

76

ВИСНОВКИ

В роботі модернізовано систему електропривода механізму підйому

мостового крана типу К3-К6 по БДС 16570-86 в умовах ТОВ «Люстдорф». На

основі проведеного аналізу визначено, що для привода механізму підйому

мостового крана доцільним є використання таких системи електричного

привода: РКС-ДПС; РКС-АД з ФР; ТП-ДПС; ПЧ-АД.

Побудовано тахограму та розраховано моменти статичного опору в

режимах холостого ходу та номінального навантаження робочого механізму, а

також здійснено попередній розрахунок потужності приводного двигуна.

На основі техніко-економічного обґрунтування вибрано найбільш

економічно вигідну систему – ПЧ-АД з КЗ ротором.

Для приводу механізму підйому вибрано приводний двигун типу MTKH-

411-8 потужністю 15 кВт. Здійснено перевірку вибраного двигуна за нагрівом,

перевантажувальною здатністю та умовами пуску. Оскільки умови перевірок

виконуються, то двигун вибрано вірно.

За допомогою формул Клосса та Чекунова побудовано природну

механічну характеристику приводного двигуна.

Для живлення приводного двигуна вибрано перетворювач частоти

MicroMaster 440, номінальна потужність якого складає 30 кВт.

Розроблено математичну модель САЕП, розраховано параметри

регуляторів в контурах регулювання швидкості та моменту.

Проведено перевірку на стійкість системи за допомогою перехідної та

логарифмічних характеристик.

Розроблено схему електричну принципову САЕП механізму підйому

мостового крана.

Перевірено правильність проведених розрахунків шляхом комп’ютерного

моделювання в ППП Matlab.

77

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Андреев В.П. Основы электропривода / В.П. Андреев, Ю.А. Собинин. – [2-е изд.,

перераб], - М-Л, : Госэнергоиздат, 1963. – 722 с.

2. Москаленко В.В. Электрический привод / Москаленко В.В. – М. Издательский

центр «Академия», 2007. – 368 с.

3. Онищенко Г.Б. Электрический привод / Онищенко Г.Б. - [2-е изд., стер], – М. :

Издательский центр «Академия», 2008. – 288 с.

4. Чиликин М.Г. Общий курс. Электропривода / М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер, - М. :

Энергоиздат, 1981. – 576 с.

5. Ключев В.И. Теория электропривода / Ключев В.И. – М. Энергоатомиздат, 2001. –

704 с.

6. Фираго Б.И. Теория электропривода / Б.И. Фираго, Л.Б. Павлячик. – Мн. : ЗАО

«Техноперспектива», 2004. – 527 с.

7. Драчев Г.И. Теория электропривода : учебное пособие к курсовому проектированию

для студентов заочного обучения спец. 180400 / Драчев Г.И. - [2-е изд., стер], – Челябинск :

Изд. ЮУрГУ, 2002. – 137 с.

8. Кузнецов В.Б. Выбор электродвигателей к производственным механизмам /

Кузнецов В.Б. – Мн.: Беларусь, 1984. – 80 с.

9. Півняк Г.Г. Сучасні частотно – регульовані асинхронні електроприводи з широтно –

імпульсною модуляцією : монографія / Г.Г. Півняк,О.В. Волков.- Дніпропетровськ :

Національний гірничий університет, 2006. – 470 с.

10. Преобразователи частоты. Основы выбора и подбора [Электронный ресурс]. –

Режим доступу:http://powergroup.com.ua.

11. Преобразователи частоты Siemens Micromaster 440. Режим доступу:

http://progressavtomatika.ru/siemens-micromaster-mm-440.php.

78

12. Преобразователи частоты Siemens Micromaster 440 [Электронный ресурс]. – Режим

доступу:

http://novitech.com.ua/ru/produkcia/preobrazovateli_chastoti/siemens_micromast_440.html.

13. Голубь А.П. Системы управления электроприводами / [Голубь А.П., Кузнецов

Б.И.,Опрішко И.А., Соляник В.П.]: под ред. В.П. Соляника. – К: УМК ВО,1992. – 376 с.

14. Черных И.В. электромеханических устройств в MATLAB, Simulink / Черных И.В. –

М.: ДМК Пресс, СПб. : Питер. 2008. – 288с.

15. Чорний О.П. Моделювання електромеханічних систем : підручник / [Чорний О.П.,

Луговий А.В., Родькін Д.Й., Сисук Г.Ю., Садовой О.В]. – Кременчук, 2001. – 410 с.

16. Яуре А.Г. Крановый электропривод:/ Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Справочник. – М.:

Энергоатомиздат, 1988. – 344 с.

17. Герасимяк Р.П. Электроприводы кранових механизмов./ Герасимяк Р.П., Параил

В.А. – М.: Энергия, 1970. – 136 с.

18. Ушаков Н.С. Мостовые электрические краны. / Ушаков Н.С. – Л.:

Машиностроение, 1980. – 296 с.

19. Кобилянський О.В. Охорона праці в робочій професії./ Кобилянський О.В. Навч.

посібник для студ. електротехн.спец. – Вінниця: ВДТУ, 2001 – 127 с.

79

Додаток A Технічне завдання

80

Додаток Д Ілюстративні матеріали