Міністерство освіти україни національний університет “львівська політехніка”

Дослідження електроприводів кранових механізмів інструкція

до лабораторної роботи № 5

з курсів “АВТОМАТИЗОВАНИЙ ЕЛЕКТРОПРИВОД ТИПОВИХ ВИРОБНИЧИХ МЕХАНІЗМІВ”

для студентів спеціальності 7.092203

"Електропривод і автоматизація промислових установок і виробничих комплексів" та

“ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ ЦЕХОВИХ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ”

спеціальності 7.092201.

“Електричні системи та комплекси транспортних засобів”

Піднімально-транспортні механізми циклічної дії широко використову­ються у всіх галузях промисловості. До них, зокрема, належать мосто­ві, козлові, контейнерні, баштові і портальні крани. Незважаючи на різноманітність кранів, всі приводи можна за характером навантажен­ня і умовами роботи розділити на електроприводи механізмів піднімання і механізмів переміщення (обертання).

В зв’язку з масовим використанням кранів практично кожен інженер-електроприводчик має з ними справу. Тому вивчення специфіки вказаних електроприводів кранових механізмів є важливим практичним завданням.

І. Основні відомості

Типова кінематична схема механізму піднімання зображена на рис. 5.І, а. Двигун Д з'єднаний з понижуючим редуктором Р, вихідний вал якого при­водить в рух барабан Б. На барабан намотано трос, до якого підвішений вантаж С. Забезпечує гальмування при вимкненні двигуна від мережі гальмо Г.

В механізмі переміщення (рис. 5.2,а) двигун Д встановлено на віз­ку, а вихідний вал редуктора приводить в рух колеса візка, які котяться рейками. В механізмах обертання (рис. 2,6) вихідний вал редук­тора з'єднано з ведучою шестернею ВШ, яка оббігає зубчатий вінець 3В, закріплений нерухомо. Внаслідок цього платформа з двигуном, ре­дуктором та іншим обладнанням повертається довкола осі 3В.

Механізми піднімання працюють з активним навантаженням (напрям статичного моменту не залежить від напрямку руху). Активний статич­ний момент навантаження М_вант створюється підвішеним вантажем.

В реальних механізмах є втрати тертя, що зумовлюють наявність реактивного моменту М_тер , що завжди перешкоджає рухові, змінюючи свій знак при зміні його напрямку. При цьому сумарний приведений до вала двигуна статичний момент М_с є алгебраїчною сумою моментів М_вант і М_тер. Діаграма такого навантаження наведена на рис. 1,б.

Статичне навантаження для механізмів переміщення і обертання створюють сили тертя у кінематичних ланках, тому воно має реактив­ний характер, тобто при зміні напрямку руху напрям статичного момен­ту змінюється. Його діаграма показана на рис. 2,в.

Наявність одно- та багатоступеневих редукторів в приводах кра­нових механізмів приводить до утворення значних люфтів в передачах. В механізмах піднімання внаслідок наявності підвішеного вантажу люфт, як правило, вибраний. В механізмах переміщення люфт вибирається під дією моменту двигуна декілька разів за цикл. Враховуючи великий мо­мент інерції механізмів переміщення і обертання, вибір люфтів може викликати в них значні динамічні навантаження.

Як правило, піднімальні крани мають неавтоматизований робочий цикл, що на всіх ділянках здійснюється за командою оператора. Таким чином, механізми кранів є типовими позиційними механізмами з ручним керу­ванням. Масовість використання і досить важкі умови роботи електроприводу кранових механізмів визначають досить жорсткі вимоги щодо простоти їх експлуатації і високої надійності роботи. Тому схеми таких приводів повинні бути максимально спрощені, навіть за рахунок послаблення вимог до статичних та динамічних характеристик.

Головною технологічною вимогою, що впливає на вибір схеми електроприводу кранових механізмів, є вимога регулювання швидкості. Потрібний діапазон регулювання швидкості D_ визначається відношен­ням робочої швидкості до мінімальної, що необхідна за умовами робо­ти.

Рис.5.1. Кінематична схема механізму піднімання (а)

та діаграма статичного моменту (б)

Рис.5.2. Кінематичні схеми механізмів переміщення (а), обертання (б)

та діаграма статичного моменту (в)

Мінімальна швидкість для механізмів піднімання визначається умова­ми плавного опускання вантажів у потрібне місце. При управлінні ме­ханізмами переміщення перехід на понижену швидкість дає змогу здій­снювати зупинку з необхідною точністю. Як було вказано вище, меха­нізм переміщення і обертання мають люфти в передачах. Для забезпечен­ня плавного вибору люфтів до електроприводів цих механізмів ставить­ся вимога обмеження пускового моменту і прискорення. Обмеження при­скорення потрібне також для зменшення розгойдування підвищених ван­тажів.

Ці вимоги можуть бути забезпечені при використанні систем елек­троприводів змінного і постійного струму.

До систем змінного струму належать електроприводи, в яких вико­ристовується:

а) асинхронний двигун з короткозамкненим ротором;

б) асинхронний двигун з фазним ротором;

в) багатошвидкісний асинхронний двигун;

г) асинхронний двигун з короткозамкненим ротором і тиристорним регулятором напруги (система ТРН-АД);

д) асинхронний двигун з короткозамкненим ротором і тиристорним перетворювачем частоти (система ТПЧ-АД).

Електроприводи постійного струму будуються на основі:

а) двигунів незалежного, послідовного і змішаного збудження з реостатним регулюванням швидкості та використанням спеціаль­них схем їх вмикання;

б) системи ТП-Д.

Для механізмів піднімання і переміщення талей і невідповідальних кранів регулювання швидкості не потрібно. В таких випадках викорис­товується асинхронний двигун з короткозамкненим ротором. Щоб забез­печити плавний вибір люфтів в передачах, момент двигуна зменшують за рахунок увімкнення резисторів у коло статора.

Для більшості універсальних мостових і поворотних кранів до­статній діапазон регулювання швидкості D_ = 23. В зв’язку з цим наймасовіше використання в кранах знайшли асинхронні двигуни з фаз­ним ротором, швидкість яких регулюється зміною опорів резисторів в роторному колі. Але при цьому не можна забезпечити жорстких регулю­вальних характеристик для приводів піднімання при опусканні вантажів зі швидкістю, нижчою за синхронну. Тому в багатьох випадках регулюваль­ні властивості такого привода не задовольняють вимогам і в режимі опускання вантажу вмикають двигун за схемою динамічного гальмування з самозбудженням.

Відповідна схема силового кола привода та його механічні харак­теристики показані на рис. 5.3. В режимі динамічного гальмування з самозбудженням контактор КІ вимкнений, а К2 - увімкнений. При цьому живлення обмотки статора здійснюється від роторного кола двигуна через випрямляч В. Увімкнені в коло ротора додаткові опори R_д ви­користовуються як дільник напруги і дають змогу регулювати значення напруги /ЕРС/, що знімається з ротора двигуна і, відповідно, регу­лювати його швидкість обертання.

Для покращення умов самозбудження, крім кола самозбудження пе­редбачають додаткове коло незалежного збудження двигуна від мережі змінного струму. Варіант такого кола показано на рис. 5.3,а пунктир­ними лініями (однопівперіодна схема випрямлення).

Найсприятливіші для регулювання швидкості асинхронного електро­привода способи, що дають змогу змінювати синхронну швидкість дви­гуна. Тому в кранових приводах широко використовуються багатошвидкісні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, що мають на статорі дві або три обмотки з різною кількістю пар полюсів. Схема увімкнення

Рис. 5.3. Схема динамічного гальмування асинхронного

електропривода з самозбудженням (а) та його характеристики (б)

Рис. 5.4. Схема силового кола кранового електропривода

з трьох швидкісним асинхронним двигуном (а)

та його механічні характеристики (б)

обмоток такого двигуна показана на рис. 5.4,а. Особливістю схеми е перемикання трьох обмоток двигуна за допомогою чотирьох контакторів (КСІ-КС4). Для одержання першої швидкості піднімання вмикають контактори КВ і КЛ, для одержання другої - контактори КСІ і КС2. Увімкнення обмотки третьої швидкості ЗСІ, 3С2, ЗСЗ здійснюється вмиканням контакторів КСІ-КС4, Механічні характеристики такого привода показані на рис. 5.4,6, Вони мають високу жорсткість, як в режимі двигуна, так і в режимі генератора. Схема керування симетрична. Головним недоліком таких електроприводів є великі габарити і високий момент інерції багатошвидкісних двигунів.

Використання тиристорних регуляторів напруги дає можливість ре­гулювати швидкість асинхронного електропривода як при підніманні, так і при опусканні вантажів. Однак зменшення напруги на статорі двигуна приводить до зменшення магнетного потоку, що при даному значенні моменту викликає збільшення струму, втрат, що виділяються у двигуні, і, відповідно, приводить до збільшення нагрівання двигуна. Враховуючи це, а також необхідність тахогенератора для одержання жорстких механічних характеристик двигуна, системи ТРН-АД в кранових електро­приводах використовуються рідко.

Найдосконалішу систему змінного струму, ТПЧ-АД, доцільно вико­ристовувати для механізмів з високими вимогами до регулювання швид­кості, моменту і продуктивності, в яких за умовами експлуатації не­обхідне встановлення асинхронних короткозамкнених двигунів. Ця си­стема на даний час знаходиться у стадії впровадження і дослідної експлуатації.

В найважчих умовах роботи, зокрема в металургійному виробницт­ві, в механізмах кранів широко використовуються електроприводи по­стійного струму з двигунами незалежного, змішаного чи послідовного збудження і з реостатним регулюванням. Вибір способу збудження дви­гунів визначається характером : навантажень і межами їх зміни.

Для піднімальних лебідок при роботі на піднімання доцільно використо­вувати двигун з послідовним збудженням. Його характеристика забез­печує значне збільшення швидкості при підніманні легких вантажів. Крім того, перевагою такого двигуна є більша перевантажувальна здатність, ніж двигунів іншого типу. Для механізмів переміщення кранів, що пра­цюють в закритих приміщеннях і навантаження яких обумовлені тільки реактивними силами тертя, також використовується двигун послідовного збудження. В інших випадках використовують двигуни з жорсткішою ме­ханічною характеристикою змішаного або незалежного збудження.

Для розширення меж регулювання швидкості двигуна постійного струму використовується схема шунтування якоря. Схема шунтування якоря двигуна незалежного збудження і відповідні механічні характе­ристики показані на рис. 5.5. В електроприводах піднімальних лебідок з двигунами послідовного збудження регулювання швидкості при опусканні вантажів здійснюєть­ся за допомогою спеціальної схеми, що називають “схемою безпечного спуску” /рис. 5.6,а/. Механічні характеристики такої схеми наведені на рис. 5.6,б. З аналізу цих характеристик видно, що при генераторно­му режимі характеристики мають високу жорсткість, а в режимі двигу­на їх форма забезпечує сприятливі умови обмеження пускового струму і моменту електропривода.

В найвідповідальніших випадках при високих вимогах щодо плав­ності перехідних процесів, а також точності регулювання швидкості використовується схема ТП-Д.

Для ручного управління електроприводами кранових механізмів ви­користовуються силові та магнетні контролери. Контакти силового контролера розраховані на перемикання силових кіл електропривода і замикаються чи розмикаються залежно від положення рукоятки контро­лера.

При інтенсивному режимі роботи і значній потужності привода від ручного керування за

Рис.5.5. Схема шунтування якоря двигуна постійного струму незалежного збудження (а)

та її механічні характеристики (б)

Рис.5.6. Схема безпечного опускання (а)

та її механічні характеристики (б)

допомогою силових контролерів доводиться від­мовлятись, незважаючи на їх простоту. Відсутність автоматичного конт­ролю за процесами пуску і гальмування не дає змоги зменшити трива­лість перехідних процесів, а керування важким контролером вимагає від оператора значних зусиль. Крім цього, комутаційна здатність си­лового контролера обмежена. В таких випадках використовуються магнет­ні контролери, контакти командоконтролерів яких комутують не силові кола, а кола релейно-контакторної апаратури.

Правила безпеки ставлять до всіх схем керування крановими елек­троприводами ряд вимог: автоматичне обмеження ходу механізмів, блоку­вання, що не допускає зіткнення двох кранів, які працюють на одних рейках, блокування, що автоматично вимикає напругу при відкриванні люка для виходу на міст крана і інші. Для цих автоматичних захистів служить захисна панель, що містить, як правило, загальний вимикач живлення крана, лінійний контактор, комплект максимальних реле, а також кнопку і пакетний вимикач для увімкнення і вимкнення кіл керу­вання. Для кранів з двигунами змінного і постійного струму випуска­ються типові панелі керування.

Панелі керування призначені для механізмів переміщення і обертання відповідно до характеру навантажень цих електроприводів мають симетричні схеми, що забезпечують автоматизовані пуск та гальмуван­ня і реостатне регулювання швидкості. Специфіка кранових магнетних контролерів проявляється в панелях, що призначені для керування електроприводами механізмів піднімання. Відповідно до активного характеру навантаження цих електроприводів, їх схеми керування виконують­ся несиметричними, тобто одним і тим самим положенням контролера під час піднімання і опускання відповідають різні схеми увімкнення двигуна. Панелі керування крановими асинхронними двигунами можуть працю­вати або на змінному, або на постійному струмі, залежно від апарату­ри, яка в них використовується. Контактори змінного струму мають мен­ші габарити, ніж контактори постійного струму, але допускають меншу кількість увімкнень за годину (менше 600 вкл/год). Контактори постій­ного струму допускають більшу кількість увімкнень і мають більшу на­дійність роботи внаслідок постійності тягового зусилля і незалежнос­ті опору котушки від стану магнетної системи. Тому у відповідальних випадках використовують апаратуру постійного струму.