1.2.3 Выбор преобразователя. В соответствии с разделом 1.2.1 наиболее оптимальным является использование системы асинхронный двигатель с фазным ротором с импульсно-ключевым управлением по цепи ротора.

В качестве преобразователя выберем панель крановую. Так как режим работы механизма сверх тяжелый и предназначен для работы в литейном цеху, то выберем для управления ЭП крановую панель типа ТАИ60 M5 [1]. Панель предназначена для пуска, реверсирования, торможения, регулирования скорости, а также конечной защиты двигателей электроприводов грузоподъемных механизмов передвижения.

Выбираем крановую панель ТАИ60 с командо-контроллером типа ККП1100. Технические характеристики данной панели представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Основные технические характеристики панели крановой ТАИ60 5М

№	Наименование	Параметр
1	Напряжение силовых цепей	В
2	Номинальная мощность управляемого двигателя	до 11кВт
3	Диапазон регулирования скорости вращения	10:1
4	Группа климатического исполнения по ГОСТ 15150	У1
5	Степень защиты оболочки по ГОСТ 14254-96	не ниже IP43
6	Номинальный ток	до 60 А

Условия эксплуатации.

→ высота над уровнем моря до 2000 м;

→ температура окружающего воздуха от минус 40 °C до плюс 60 °С;

→ относительная влажность воздуха до 98% при температуре плюс 25 °С;

→ окружающая среда содержит агрессивные газы и пары в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию.

1.2.4 Выбор и обоснование структуры системы регулирования. Так как структурная схема системы разомкнута, то она не описывается в виде контуров регулирования. Поэтому моделирование системы регулирования невозможно. Функциональная схема системы управления представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Функциональная схема системы управления механизма тележки

Функциональная схема состоит из следующих элементов:

питание 1 – питание силовой части механизма передвижения тележки;

питание 2 – питание системы управления тележки;

защита – блоки защиты силовой и управляющей части;

подключения двигателя к сети – блок отвечающий за коммутацию двигателя;

аппараты коммутации – магнитные пускатели, реле времени, контакторы.

1.3 Разработка схемы электрической принципиальной системы управления

1.3.1 Выбор и обоснование элементной базы схемы электроавтоматики. Системы управления крановыми механизмами относятся к категории устройств, находящихся под непрерывным контролем оператора, т, е. в этих системах выбор момента- начала операции, скоростных параметров и момента окончания операции осуществляется лицом, управляющим механизмом. В свою очередь система управления должна обеспечивать необходимую последовательность переключения для реализации желаемых скоростных параметров, предотвратить при этом недопустимые перегрузки и обеспечить необходимую защиту. Все многообразие различных систем управления может быть разделено на следующие группы.

По способу управления:

1) управляемые непосредственно силовыми кулачковыми контроллерами; весь процесс управления, включая выбор необходимых скоростей, осуществляется исключительно оператором;

2) управляемые кнопочными постами; возможности управления ограничены конструктивными особенностями поста и заданной программой пуска (торможения);

3) управляемые сложным комплектным устройством (магнитным контроллером с использованием преобразователя энергии или без него), оператор выбирает только необходимые скорости, а процессы разгона, торможения и необходимые промежуточные переключения осуществляются автоматически.

Выполним анализ функций, возлагаемых на систему управления, для выбора и обоснования элементной базы схемы управления.

Система управления должна выполнять следующие функции:

1) управление регулируемыми электроприводом перемещения;

2) управление нерегулируемыми электроприводами (пуск/останов);

3) управление электромагнитными тормозами;

4) световую индикацию режимов работы электрооборудования.

Данные функции должны быть реализованы автоматически по требованию оператора.

Поэтому система управления для обеспечения данных условий требует:

1) релейно-контакторной аппаратуры для управления электроприводами;

2) применение специализированного кранового контроллера для общего управления краном и устройства защиты от перегрузок со стороны грузов (ограничитель грузоподъемности).

1.3.2 Выбор рода тока, величины напряжения цепей управления. В схеме применяем:

1) напряжение переменного тока 380В для подключения электропривода, тормоза;

2) напряжение переменного тока 220В для подключения схемы управления;

3) напряжение постоянного тока 12 В для цепей, необходимых для обслуживания крана при монтаже и ремонтах (паяльники, осветители и т. д.).

1.3.3 Разработка алгоритма работы схемы управления. Алгоритм схемы управления механизмом передвижения тележки представлен на рисунке 1.6.

Перед началом работы схемы необходимо замкнуть рубильники QS1 . После этого необходимо проверить, находится ли контроллер в нулевом положении. Если нет, необходимо перевести его рукоятку в нулевое положение. После этого можно начинать движение. Движение в одну или другую сторону возможно, только если не сработал соответствующий конечный выключатель. Если это произошло, то необходимо перевести контроллер в сторону, противоположную предыдущему движению. Регулирование скорости происходит переводом рукоятки командоконтроллера в одно из четырех положений.

Также при движении постоянно проверяется срабатывание защиты (от токов короткого замыкания, от пропадания напряжения), и, если срабатывание защиты произошло, то схема возвращается в исходное состояние. Для повторного запуска необходимо снова перевести контроллер в нулевое положение и процесс повторяется.

Рисунок 1.6 – Алгоритм схемы управления механизмом передвижения тележки

1.3.4 Описание работы схемы электрической принципиальной. Схема представлена в графической части проекта АЭП09117 00.00.000 Э3. Для обеспечения защиты схемы применены следующий аппараты:

1) для защиты от токов короткого замыкания (КА1-КА3,FU1);

2) для защиты от пропадания напряжения (KM1).

В схеме реализованы следующий блокировки:

1) нулевая блокировка (SA1);

2) ограничение рабочей зоны (SQ1, SQ2).

Набор силовой схемы осуществляется контакторами: линейным КМ1, направления КМ2 – КМ3, торможения КМ4 в цепи электромагнита тормоза YA1 и управления коммутацией тиристоров КМ5 – КМ6.

Коммутатор выполнен в виде полу управляемого моста на тиристорах VS1-VS3 и диодах V1-V3. Изменение ступеней резисторов ротора R18-R20 осуществляется тиристорами VS5-VS7. Импульсно-ключевой коммутатор обеспечивает при этом не только регулирование частоты вращения двигателя, но и коммутацию тиристоров в цепи постоянного тока в момент закрытия моста.

Управление ИКК осуществляется с помощью элемента с регулируемым порогом срабатывания однопереходного транзистора VT1. Транзистор подключается таким образом, что потенциал между эмиттером и первой его базой определяется диодами VD1-VD6 напряжением на резисторе R8, пропорциональным скольжению ротора, а потенциал между первой и второй базой – выпрямленным мостом UZ1 напряжением сети. Такое включение элемента с регулируемым порогом срабатывания позволяет обеспечить стабильность механических характеристик при колебаниях напряжения сети. При срабатывании транзистора VT1 включается формирователь импульсов, в качестве которого использован тиристор VS4, и через распределитель импульсов на диодах VD7-VD9 и резисторах R1-R3 сигнал управления поступает на управляющие электроды тиристоров коммутатора. Уровень поддерживаемого на характеристиках 1-3 скольжения задается контактами командоконтроллера SА7-SА9. Пуск двигателя на характеристику 4 происходит под контролем реле времени KT1 и KT2 через промежуточную характеристику 4'. При этом сигналы на включение тиристоров подаются от выпрямителя UZ1 и через контакты реле KT1, KT2 и КМ5. На последним положении командоконтроллера цепи управления ИКК шунтируется, с помощью реле КМ5 и контактом командоконтроллера SА5. При этом ИКК работает как неуправляемый выпрямитель. При обратном переводе рукоятки командоконтроллера снижается напряжения управления транзистора VT1, ИКК закрывается, что и позволяет производить коммутацию тиристоров VS5-VS7. При установке рукоятки командоконтроллера в нулевое положение электропривод работает в режиме свободного выбега, поскольку контактор тормоза KM1 находится на само подхвате. Торможение электропривода производится в режиме противовключения на характеристике Т под контролем реле КМ6, которое через реле КМ5 отключает цепи управления тиристоров VS5-VS7. Реле КМ6 включается тиристором VS8 при скольжении , большем единицы. При снижении скорости двигателя до нуля тиристор VS8 закрывается и реле КМ5 и КМ6 позволяют выполнить пуск в обратном направлении. Характеристики представлены на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Рабочие характеристики панели ТАИ60 М5

Используя рисунок 1.7 построим характеристики для выбранного двигателя. Момент номинальный для выбранного двигателя:

(1.51)

Согласно формуле (1.1) определим ωн:

Согласно формуле (1.1) определим ω0 :

Согласно формуле (1.51) определим Мн :

В таблице 1.3 и таблице 1.4 представлены значения параметров Мн ,ωн по которым построим характеристики выбранного двигателя.

Таблица 1.3 – Значения параметров Мн от ωн для движения в одну сторону

Параметры	Тормоз		1- характеристика			2 - характеристика
М	-115	-57.5	9,2	13,8	53	6,9	14	134
ω	105	0	19	9,5	8	25	21	19
Параметры	3 характеристика			4- характеристика		5- характеристика
М	4,6	11,5	83	0	230	0	230
ω	57	48	46	105	76	105	48

Таблица 1.4 – Значения параметров Мн от ωн для движения в обратную сторону

Параметры	Тормоз		1’- характеристика			2’ - характеристика
М	115	57.5	-9,2	-13,8	-53	-6,9	-14	-134
ω	105	0	-19	-9,5	-8	-25	-21	-19
Параметры	3’-характеристика			4’- характеристика		5’- характеристика
М	-4,6	-11,5	-83	0	-230	0	-230
ω	-57	-48	-46	-105	-76	-105	-48

По значениям из таблиц 1.3, 1.4 строим характеристики. Характеристики представлены на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 – Рабочие характеристики панели ТАИ60 М5 для выбранного двигателя

Где есть:

Ммин - момент статический минимальный (Мс2), когда тележка движется без груза;

Ммакс - момент статический максимальный (Мс1), когда тележка полностью загружена;

1,2,3,5 – характеристики механизма передвижения тележки при движении в одну сторону, соответствующие положением магнитного контроллера 1-4 (вправо);

1’,2’,3’,5’ – характеристики механизма передвижения тележки при движении в обратную сторону, соответствующие положением магнитного контроллера 1-4 (влево);

Т, Т’ – характеристики тормоза;

4, 4’ – промежуточные характеристики при переходе от 3 к 5, 3’ к 5’ соответственно.

1.3.5 Расчет и выбор электроаппаратуры. Выбираем командоконтроллер. Согласно [1] для выбранной панели управления приводом передвижения совместно скранвой панелью ТАИ60 5М применяются магнитные контроллеры ККП1100.

Выбираем крановый контроллер типа ККП1100 со следующими характеристиками:

а) номинальное напряжение, В - 220 переменного тока;

б) включаемый ток, А – 50;

в) отключаемый ток при напряжении 220В, А – 25;

г) механическая износостойкость, циклов – 10000000;

д) коммутационная износостойкость, циклов – 1000000;

е) частота включений в час – 60;

ж) масса командоконтроллера, кг – 9;

з) число рабочих положений: 4-0-4;

и) рукоятка – нормальная, фиксация в каждом положении.

Выберем магнитные пускатели КМ1-КМ5 по следующему условию:

(1.52)

где: I_ном – ток работы силовых контактов, А;

U_ном – напряжение катушки, А;

U_{ном.конт} – напряжения работы силовых контактов, А.

В соответствии с (1.52) получаем:

Выбираем магнитные пускатели серии ПМЛ3500 со следующими параметрами.

Номинальное напряжение катушки – 220 В переменного тока.

Ток номинальный – 40 А.

Напряжение силовых контактов – 380 В переменного тока.

Количество контактов – 2р+2з.

Мощность катушки номинальная – 7,6 ВА.

Мощность катушки пусковая - 87 ВА.

Выберем реле времени КТ1-КТ2 по следующему условию:

(1.53)

В соответствии с (1.53) получаем:

Выбираем реле РВП72М-3121 00УХЛ3 (ТУ 16-90 ИГЛТ.647452.004 ТУ).

Напряжение питание катушек – 220 В переменного тока.

Диапазон регулирования времени – 0.3-3 с.

Потребляемая мощность – 30 ВА.

Выберем предохранитель FU1 из условия селективности работы аппаратов:

U_ном≥ U_{цепи упр.,}

I_ном. ≥ I_{раб.макс}+0.1·I_{макс.вкл .} (1.54)

В соответствии с (1.54) получим:

U_ном≥220В,

I_ном. ≥5·0,04+2·0,13+0,1(5·0.4)=0.7 А

Выбираем предохранитель ПДС-1 ТУ 16-522.112-74 с параметрами:

Номинальный ток основания - 6 А.

Номинальное напряжение – 220 В.

Вставка плавкая со следующими пара­метрами:

Номинальный ток плавкой вставки - 1А.

Выберем реле максимального тока КА1 – КА3 по следующему условию:

(1.55)

где: I_сраб – ток срабатывания реле, А.

В соответствии с (1.55) получаем:

Выбираем реле максимального тока РЭО-401 УХЛ3 со следующими параметрами.

Номинальное напряжение втягивающей катушки – 220 В переменного тока.

Ток срабатывания – 100 А.

Количество контактов – 1р+1з.

Выберем разъединитель QS1. Он должен удовлетворять следующему условию:

(1.56)

где: U_конт – номинальное напряжение контактов аппарата, В;

U_сети – номинальное напряжение сети, U_сети=220В;

I_конт - номинальный ток контактов аппарата, А;

I_ном - номинальный ток аппаратов, I_ном.дв=0,7 А.

К_з – коэффиицент запаса по току, К_з=1,1.

В соответствии с (1.56) получаем:

Выбираем разъединитель ВР32- 35А21120 – 54 УХЛ3 со следующими параметрами:

Номинальное напряжение контактов – 220 В постоянного тока.

Номинальный ток контактов – 16 А.

Число полюсов и число направлений - двухполюсный выключатель-разъединитель на одно направление.

Защита от перехода механизмом предельных положений осуществляется конечными выключателями SQ1 и SQ2.

Выберем конечный выключатель типа ВК-200 со следующими параметрами:

Привод – механический с самовозвратом.

номинальное напряжение – 220 В переменного тока.

Продолжительный ток – 16 А.

Скорость передвижения механизма - 1-80 м/мин.

Число включений в час – 600.

Степень защиты – IP44.

Количество контактов – 1з.

Выбор электромагнитного тормоза YA1. При расчете тормозного устройства для передвижения тележки исключается условие, при котором может произойти скольжение колес по рельсам.

Определим тормозной моммент:

(1.57)

где: J_Х.К. – момент инерции ходовых колес, ;

ω_Х.К. – скорость вращения ходовых колес, ;

R_К – радиус колеса, м;

r_Ш – радиус тормозящего шкива, м. Примем r_Ш=0,1 м.

В соответствии с (1.57) получим:

Находим необходимый тормозной момент с учетом коэффициента запаса торможения:

(1.58)

где: К_торм – коэффициент запаса торможения. Для тяжелого режима К_торм=2.

В соответствии с (1.58) получим:

Необходимое усилие на колодках:

(1.59)

где: - коэффициент трения между колодками и тормозным шкивом;

- диаметр тормозного шкива, м.

В соответствии с (1.59) получим:

Выбор тормозного электромагнита должен обеспечивать тяговое усилие F_Э и иметь достаточный ход якоря:

(1.60)

где: h_Я – ход якоря, м;

- КПД рычажной передачи;

- коэффициент использования хода якоря. ;

- ход тормозной колодки якоря, м. Примем .

В соответствии с (1.60) получим:

Выбранный короткоходовый магнит должен удовлетворять следующему условию:

(1.61)

Выбираем тормоз ТКП 400 со следующими параметрами:

Напряжение питания катушки – 220В переменного тока.

Тяговое усилие – 53000 Н.

Потребляемая мощность – 1680 ВА.

Диаметр шкива – 100 мм.

Расчетный ход – 1,2 мм.

Максимальный ход – 3 мм.

Тормозной момент – 1200 Нм.

Время срабатывания – 0,1 с.

Проверим выполнение условия (1.61):

Условие (1.61) выполняется, следовательно электромагнит выбран верно.

Выберем кнопочный выключатель SB1 по следующему условию:

(1.62)

Выбираем кнопочный выключатель ПКЕ 4110УЗ ТУ16-526.427-79 со следующими параметрами:

Напряжение нагрузки Uн = 220 В.

Ток коммутируемый контактами 16 А.

1.4 Разработка монтажа электрооборудования

1.4.1 Монтаж основного оборудования на установке. Функционально механизм передвижения тележки можно разделить на две части: платформа с тележкой, на которой смонтирован электропривод перемещения и шкаф управления 1; кабину, в которой установлены пульты управления краном. ЭП механизма передвижения тележки получает питание через шкаф управления 1. Расположение отдельных элементов электрооборудования приведено в графической части проекта.

Установка двигателя на тележке производится с помощью крепежных элементов, таких как болты. гайки и шайбы. Провода от двигателя и электромагнитного тормоза укладываются в трубы металлические диаметром 15 мм, которые затем через коробку соединительную протягиваются с помощью гибкого кабеля ВВГ к шкафу управления. Кабель подвешен на троллеях, что позволяет кабелю изменять свою длину в зависимости от положения тележки относительно моста.

Особенности монтажа электрооборудования кранов требуют соблюдения соответствующих мер безопасности. Все места, откуда возможно падение людей, должны быть ограждены. Вход на кран допускается только по специально для этого устроенной лестницей с перилами. Инструменты, материалы и оборудование поднимать на кран следует только при помощи пеньковой веревки.

Зону под монтируемым краном ограждают и вывешивают плакат: «Проход запрещен! Вверху работают». Работа с электроинструментом, который должен быть заземлён. Электроэнергию к электроинструменту подводят по шланговому проводу с исправной изоляцией. В местах, где можно упасть, работают в предохранительном поясе. Электросварочные провода должны иметь надёжную изоляцию, а сварщик работать в резиновых галошах или сапогах. Запрещается использование смонтированных троллеев в качестве подводки электроэнергии при производстве работ. Категорически запрещается передвигаться по подкрановым путям. При монтаже электрооборудования необходимо руководствоваться "Инструкциями по монтажу электрооборудования, силовых и осветительных сетей", "Правилами устройства электроустановок" (ПУЭ), "Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" (ПТЭ и ПТБ).

При монтаже электрооборудования должны быть обеспечены:

– защита от поражения электрическим током;

– удобство наладки, обслуживания и эксплуатации.

– минимальная стоимость и наименьшие затраты времени при монтаже.

Всё электрооборудование должно быть установлено в соответствии с техническими условиями.

Все электрические аппараты и электрооборудование перед монтажом должны быть тщательно осмотрены и проверены на стендах. До подключения проводов к электродвигателям необходимо проверить состояние изоляции и целостность обмоток.

Электропроводка должна быть выполнена в металлорукавах , прикрепленных к металлоконструкциям способом, обеспечивающим надежное заземление. Ввод проводов, жгутов, кабелей в аппарат не должен нарушать степень защиты оболочки аппарата, а также не должен создавать вредного механический воздействия на аппарат.