Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Крановое электрооборудование

Аннотация

В курсовом проекте рассмотрена система автоматизированного управления электропривода мостового крана с гузоподъемностью 30 тонн.

Проект состоит из 3 частей: раздела исходных данных к проекту, расчетного раздела, графического раздела.

В разделе исходных данных к проекту представлена характеристика объекта с исходными данными на разработку проекта.

В расчетном разделе представлены расчеты мощности и выбор двигателя привода, расчет электрических параметров и выбор тиристорного преобразователя и его элементов и устройств, расчет регулировочных и внешних характеристик ТП, выбор функциональных блоков и устройств системы управления, техника безопасности обслуживания.

В графической части представлена принципиальная электрическая схема управления и схема внешних соединений.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..

1 Теоретическая……………………………………………………….………..…

1.1 Назначение и техническая характеристика оборудования…………………

1.2 Краткий анализ работы электрооборудования и требования к САУЭП……

2 Расчетная часть……………………………………….………….………...…….

2.1 Расчет мощности и выбор двигателя привода…………………….…………

2.2 Выбор тиристорного преобразователя,расчет его силовых параметров и

выбор элементов и устройств ТП………………………………………………

2.3Расчет аварийных режимов тиристорного преобразователя и проверка си

ловых тиристоров………………………………………………………….……...

2.4 Расчет регулировочных и внешних характеристик преобразователя…и

механических характерисиик двигателя………………………………………….

2.5 Расчет и выбор эл. аппаратов управления и защиты………………..………

2.6 Описание функциолнальной схемы электропривода……………………….

2.7 Расчет освещения на участке цеха…………………………………………….

2.8 Технико-экономическое сравнение ЭП……………………………………….

Заключение…………………………………………………………………………

Список литературы…….………………………………….....................................

……………………………………..

Введение

Крановое электрооборудование является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Подавляющее большинство грузоподъемных машин изготовляемых отечественной промышленностью, имеет привод основных рабочих механизмов, и поэтому действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового оборудования. Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

Грузоподъемные машины служат для погрузочно-разгрузочных работ, перемещения грузов в технологической цепи производства или строительства и выполнения ремонтно-монтажных работ с крупногабаритными агрегатами. Грузоподъемные машины с электрическими приводами имеют чрезвычайно широкий диапазон использования, что характеризуется интервалом мощностей приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе мощности крановых механизмов может дойти до 1500 –2500 кВт. Мостовые краны в зависимости от назначения и характера выполняемой работы снабжают различными грузозахватными приспособлениями: крюками, грейферами, специальными захватами и т.п. Мостовой кран весьма удобен для использования, так как благодаря перемещению по крановым путям, располагаемым в верхней части цеха, он не занимает полезной площади.

Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно-кратковременном режимом работы при большей частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.

В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радио каналу или одному проводу.

В настоящее время грузоподъемные машины выпускаются большим числом заводов. Эти машины используются во многих отраслях народного хозяйства в металлургии, строительстве, при добыче полезных ископаемых, машиностроении, транспорте, и в других отраслях.

Развитие машиностроения, занимающиеся производством грузоподъемных машин, является важным направлением развития народного хозяйства страны.

Электрические подъёмные краны - это устройства служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер). Он является наиболее распространенной грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение.

1 Теоретическая

1.1 Назначение и техническая характеристика оборудования

При работе крана происходит постоянное чередование направления движения крана, тележки и крюка. Так, работой механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза и процессов передвижения пустого крюка. Для увеличения производительности крана используют совмещение операций: Время пауз, в течение которого двигатель не включен и механизм не работает, используется для навешивания груза на крюк и освобождение крюка, для подготовки к следующему процессу работы механизма. Каждый процесс движения может быть разделен на периоды неустановившегося движения (разгон, замедление) и период движения с установившейся скоростью.

Мостовой кран установлен в цеху металлургического производства, где наблюдается выделение пыли, поэтому электродвигатель и все электрооборудование мостового крана требует защиты общепромышленного исполнения не ниже IP 53 -защита электрооборудования от попадания пыли.

Таблица1

Наименование параметра	Значение параметра
1	2
Грузоподъемность главного крюка	30 т
Скорость подъема главного крюка	4,6 м/мин
Скорость передвижения крана	75 м/мин
Скорость передвижения тележки	30 м/мин
Высота подъема главного крюка	7 м
Вес главного крюка	0,8т
Диаметр барабана лебедки главного крюка	700 мм
Вес тележки	23 т
КПД главного подъема под нагрузкой	0,84
КПД главного подъема при холостом ходе	0,42
КПД моста	0,82
КПД тележки	0,79
Режим работы крана средний	С
Продолжительность включения крана %	40%

1.2 Краткий режим работы электрооборудования и требования к САУЭП

Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям охлаждения, соотношения потерь в период пуска и установившегося движения и т.п., поэтому изготовление электродвигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла.

На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов - номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели.

Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины, относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.

Продолжительный режим работы - работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

Кратковременный режим работы — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.

Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременный режим работы - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Электроприводы должны обеспечивать следующие виды управления:

– ручное по месту с помощью ручного дублера;

– дистанционное с постоянных пультов управления (БЩУ, МЩУ) с помощью отдельных технических средств контроля и управления;

– автоматическое по типовым или специальным алгоритмам с помощью отдельных технических средств контроля и управления или ПТК.

Электроприводы должны обеспечивать следующие функции:

Закрытие арматуры.

Электропривод должен обеспечить плотное закрытие запорной и запорно-регулирующей арматуры с учетом технологических параметров отсекаемой среды. При закрытии арматуры электроприводом должны предусматриваться возможности:

– отключения электродвигателя при полном закрытии арматуры после срабатывания устройства ограничения крутящего момента;

– отключения электродвигателя концевым выключателем при полном закрытии арматуры без уплотнения, если по технологическим условиям работы объекта управления применение такого уплотнения нецелесообразно;

– отключения электродвигателя при неполном закрытии арматуры, если сработало устройство ограничения крутящего момента при заклинивании рабочего органа и других подвижных частей арматуры;

– выдачи исходных данных (или уже обработанных данных) для формирования дискретной информации о крайнем и одном промежуточном положении арматуры для запорной арматуры;

– выдачи исходных (или уже обработанных) данных для формирования дискретной информации о крайнем и одном промежуточном положении регулирующего клапана и выдачи аналоговой информации о динамике его перемещения.

Открытие арматуры.

Электропривод должен обеспечить открытие арматуры на указанное в технической документации значение хода. При этом число оборотов выходного вала электропривода для арматуры с поступательным или поворотным перемещением рабочего органа должно обеспечить перемещение или поворот штока РО на заданное значение, а для однооборотных регулирующих ИМ на рабочий угол поворота.

При открытии арматуры электроприводом должны предусматриваться возможности:

– отключения электродвигателя при полном открытии арматуры концевым выключателем и (или) устройством ограничения крутящего момента;

– отключения электродвигателя при неполном открытии арматуры, если сработало устройство ограничения крутящего момента при заклинивании рабочего органа и других подвижных частей арматуры;

– выдачи исходных (или уже обработанных данных) для формирования дискретной информации о крайнем и одном промежуточном положении арматуры для запорной арматуры;

– выдачи исходных (или уже обработанных данных) для формирования дискретной информации о крайнем и одном промежуточном положении регулирующего клапана и выдачи аналоговой информации о динамике его перемещения.

В любом промежуточном положении по желанию оператора, если арматура управляется дистанционно;

По условиям работы алгоритма управления;

По условиям закона регулирования (только для регулирующих клапанов).

Запрет на произвольное перемещение рабочего органа арматуры под влиянием рабочей среды при исчезновении напряжения питания в цепях электропривода.

Механическая блокировка, препятствующая дистанционному и автоматическому управлению арматурой, если она предусмотрена конструкцией электропривода. Для этого должно быть предусмотрено специальное устройство формирования дискретного сигнала для организации информации о положении ручного дублера в системы контроля и управления.

2 Расчетный раздел

2.1 Расчет мощности и выбор двигателя привода

Статическая мощность на валу электродвигателя подъемной лебедки при подъеме груза, в кВт определяется следующим образом:

Рст.гр.под = ((G+ G0) Vн 10-3)/hнагр

где G=m∙g=30∙103∙ 9,8=294000H-вес поднимаемого груза;

m-номинальная грузоподъемность, кг;

g-ускорение свободного падения, м/с2;

G0=m0∙g=0,8∙103∙9,8=7840Н-веспустого захватываю щего приспособления;

m0 - масса пустого захватывающего приспособле ния, кг;

Vн = 4,6м/мин = 0,07 м/с - скорость подъема груза;

hнагр = 0,84 - КПД под нагрузкой.

Р ст.гр.под .=((294000+7840)*0,07*10-3/0,84 = 25,15 кВт.

Мощность на валу электродвигателя при подъеме пустого захватывающего

приспособления, кВт:

Р ст.п.гр.= (G vн10-3)/hxx

где hхх=0,42 - КПД механизма при холостом ходе

Рст.п.гр.= 25,15 0,07 10-3/0,42 =4,2 кВт.

Мощность на валу электродвигателя обусловленная весом груза, кВт:

Ргр.=(G+G0) vс 10-3

где vс=vн=0,07 м/с - скорость спуска.

Ргр=(294000+7840)*0,07*10-3=21,12 кВт.

Мощность на валу электродвигателя, обусловленная силой трения, кВт:

Ртр.= ((G+ G0) hнагр) (1 - hнагр.) vc 10-3

Ртр .= (294000+7840/0,84) * (1-0,84) * 0,07 * 10-3 = 4,88 кВт.

Так как выполняется условие Ргр > Ртр, следовательно, электродвигатель работает в режиме тормозного спуска.

Мощность на валу электродвигателя при тормозном спуске, определяется

следующим способом, кВт:

Рт.сп.=(G+G0) Vс (2-(1/hнагр.))*10-3

Рст.сп.=(294000+7840)*0,07*(2-1/0,84)*10-3=14,8 кВт.

Мощность на валу электродвигателя во время спуска порожнего

захватывающего приспособления, кВт:

Рс.ст.о.=G0∙Vс∙ (1/hxx-2) ∙10-3

Рс.ст.о.=7840∙0,07(1/0,42-2) ∙10-3=0,2 кВт.

После определения статических нагрузок рассчитаем нагрузочный график механизма подъема мостового крана для наиболее характерного цикла работы (Таблица 2)

Время подъема груза на высоту Н:

tр1= Н/ V=6/0,07= 85,7 сек.

где Н-высота подъема груза, м.

Время перемещения груза на расстояние L:

t01=l/Vr =60/1,25= 48 сек.

4 Время для спуска груза:

tр2=Н/Vн=7/0,07 =85,7 сек.

Время на зацепление груза и его отцепления:

t02= t 04=200 сек.

Время подъема порожнего крюка:

tр3= Н/Vн=7/0,07 =85,7 сек.

Время необходимое для возврата крана к месту подъема нового груза:

t03= L/Vкр=60/1,25 =48 сек.

Время спуска порожнего крюка:

tр4= Н/Vн=7/0,07 =85,7 сек.

Таблица 2- Рабочий цикл механизма подъема.

Участки	Подъем груза	пауза-	Спуск груза	пауза	Подъем крюка	пауза	Спуск крюка	пауза
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Рс, (кВт)	25,15	0	21,12	0	4,2	0	0,2	0
t, (cек)	85,7	48	85,7	200	85,7	48	85,7	200

Суммарное время работы электродвигателя:

S tр=tр1+ tр2+ tр3+ tр4=48 5,7 = 342,8 сек.

Суммарное время пауз:

S t0=t01+t02+t03+t04=48+48+200+200=496 сек.

Действительная продолжительность включения, %:

ПВд=

∙ 100%

ПВд= 342,8/342,8+496 ∙100%=40,8%.

Эквивалентная мощность за суммарное время работы электродвигателя, кВт:

Рэкв=

Рэкв= =11,8кВт

Эквивалентную мощность пересчитываем на стандартную продолжительность включения соответствующего режима работы механизма крана, кВт:

Рэн=Рэкв

Рэн=11,8∙ =12,2 кВт.

Определяем расчетную мощность электродвигателя с учетом коэффициента

запаса, кВт:

Рдв=(Pэн Кз)/hред

где Кз = 1,2 - коэффициент запаса;

hред = 0,95 - КПД редуктора.

Рдв= 12,2 1,2/0,95 =15,4кВт.

Полученные значение мощности электродвигателя и значение стандартной продолжительности включения ПВст = 40% , будут являться основными критериями для выбора электродвигателя.

Целью расчета является выбор приводного электродвигателя по справочнику и проверка его по перегрузочной способности и по условиям осуществимости пуска.

Выберем электродвигатель Д806

Рном = 18,5кВт

Таблица 3 - Технические данные электродвигателя Д806

Параметры двигателя	Значение параметра
1	2
Мощность, Рн	18,5 кВт
Частота вращения, nн	970 об/мин
Ток статора, I1	59 А
Коэффициент мощности, Соs j	0,76
КПД, hн	89 %
Ток ротора, I2	66 А
Напряжение ротора, U2	340 В
Максимальный момент, Мm	630 Нм
Маховый момент, GD2	4,10 кг∙м2
Напряжение, U	380 В
Частота, f	50 Гц
Продолжительность включения, ПВст	40 %

Проверяем выбранный электродвигатель по допустимой нагрузке и условию осуществимости пуска.

Выбранный электродвигатель должен удовлетворять следующим условиям:

Первое условие допустимой нагрузки:

Мдоп > Мс.max,

где Мс.max = 9550 ∙ (Рсмах/nн) Нм;

Рс - статическая мощность при подъеме груза, кВт;

nн - частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

Мс.max = 9550 ∙25,15/970 =247,5 Нм;

Мдоп = Мm = 630 Нм;

Мдоп=630 Нм > 247,5 Нм = Мс.max

Первое условие выполняется.

Второе условие допустимой нагрузки:

Мср.п ³ 1,5 Мс.max

где Мср .п = (М1+М2)/2 - средний пусковой момент, Нм;

М1 = 0,85 ∙ Мm = 0,85 ∙ 630 = 535,5 Нм - максимальный момент двигателя при пуске, Нм;

М2 = (1,1 - 1,2) ∙ Мн = 1,2 ∙ 541,4 = 649,4 Нм

Нм - минимал ный момент двигателя, Нм;

Мн = 9550 ∙ (Рн/nн) = 9550 30/970 =541,4 Нм - номинальный момент двигателя, Нм.

Мср.п= 649,4+535,5/2=592 Нм

1,5 ∙ Мс.max = 1,5 ∙ 247 = 370,5 Нм;

Мср.п = 592 Нм > 370,5Нм = 1,5 ∙ Мс.max

Второе условие выполняется.

Третье условие допустимой нагрузки:

М2 ³ 1,2Мс.max

1,2 ∙Мс.max = 1,2 ∙ 370,5= 444 Нм.

М2 = 649 Нм ≥ 444 Нм = 1,2 ∙ Мс.max

Третье условие выполняется.

Так как электродвигатель Д806 удовлетворяет всем условиям выбора, то для привода механизма подъема мостового крана устанавливаем электродвигатель данного типа.

2.2 Выбор тиристорного преобразователя, расчет его силовых параметров и выбор элементов и устройств ТП

Выбор производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2) · Iн условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.

Выбирали двигатель Д806 Р = 18,5 кВт,

Определяем ток номинальный двигателя

Iн=Pн/Uн 1,73 cos

Iн=18500/380 1,73 0,8=105А

Среднее значение тока через тиристор

Iср= kз· Iн /kох· mт А

где kз = (2-2,5) – коэффициент запаса по току

kох – коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении kох = 0,35

электродвигатель преобразователь цепь связь

Idср = 2,5·105/0,35·3= 248А

Максимальная величина обратного напряжения

Uобрм =kзн· kuобр· Idср , В

где kзн = (1,5-1,8) – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей

kuобр – коэффициент обратного напряжения;

kuобр = 2,25

Udо – напряжение преобразователя при ά = 0 предварительно подсчитывается по формуле

Udо = kс· ka· kг· Ud = 1,05· 1,05· 1,05· 220 = 254,68 В

Uобрм =1,5· 2,25· 248 = 840 В

Выбираем тиристоры типа Т133-320

Uобрм =900В Id = 320А

Таблица 2 - Технические данные тиристора Т133-320

Тип тирис-тора

Номина-льный ток Iн, А

Действи-тельное значение тока Iв.н, А

Повторя-

ющееся

напряже-ние Uповт, В

Неповто-ряющееся напряже-ние Uнп, В

Ток обратный максимальный Iобр,

Падение напряжения на вентиле,В

Т133-320

320

550

900-2400

1200

3,5

Силовая схема реверсивного тиристорного преобразователя приведена на рис. 1.

Расчет и выбор силового согласующего трансформатора.

Первичный ток трансформатора определим по формуле:

I1=1/16 0,81 320=16,4А

где - коэффициент трансформации

Кт=10000/220 1,73=26

где =Ud=460В - среднее значение выпрямленного напряжения .

Вторичный ток трансформатора определим по формуле:

I2=0.81 320=259А

Мощность трансформатора определим по формуле:

ST=1,35 81,2=99,7 кВт

Рd=320 460=81,2 кВт

Выбирается силовой трансформатор по условиям.

Условия выбора трансформатора

100 кВт>99,7 кВт

= U

10000В=10000В U2Л.ТР.> U2Л

U2т > U2

460 В>380 В

I2ТР.> I2

630 А >

259 А

Выписываются все технические данные трансформатора в таблицу 3 и дается

Крановое электрооборудование

Участки

пауза-

Спуск груза