2 Спеціальна частина. Модернізація электопривода головного підйому мостового крану км 20/10т

2.1. Розрахунок і моделювання природних характеристик асинхронного двигуна

Дано двигун 4МТМ 280 S10 M1.

Основні технічні характеристики дивися таблицю 2.1 і 2.2

Таблиця 2.1 – Технічна характеристика асинхронного електродвигуна крану серії 4MTM 280 S10 M1(50 Гц, 220/380 В, режим S3, ТБ=40%)

Тип двига-теля	PН, кВт	nН про/мін	CosφН	Mmax, Нм	Статор					Ротор				KR	Jд, кг* м2
					IН, А	Iх.х, А	R1, Ом	X1, Ом	σ1	I2Н, А	R2, Ом	X2, Ом	U2ф В
4MTM 280 S10	45	570	0.76	1940	103	57,8	0,06	0,21	1,06	146	0,017	0,024	181	3,72	4,3

Таблиця 2.2 – Настановний - приєднувальні розміри асинхронного електродвигуна крану серії 4MTM 280 S10 M1

d1, мм	L1, мм	L10, мм	L31, мм	d10, мм	b10, мм	h, мм	Вал
90	170	368	190	24	457	280	Конус

Рисунок 2.1 – Загальний вигляд асинхронного крану

електродвигуна серії 4MTM 280 S10 M1

Асинхронні електродвигуни кранів з фазним ротором серії МТ призначені для приводу кранів і інших механізмів, працюючих в короткочасних і повторно-короткочасних режимах, у тому числі з частими пусками і електричним гальмуванням. Асинхронні електродвигуни кранів також використовуються в механізмах тривалого режиму роботи.

Призначені для живлення від мережі напругою 380 В частотою 50 Гц з трьома виведеними кінцями від обмотки статора.

Застосовуються в: житловому і капітальному будівництві, енергетиці, транспорті, гірничодобувній і металургійній промисловості. Поставляються для комплектації веж, козлових, портальних, бруківок і інших кранів.

Види кліматичного виконання : У, Тонна, УХЛ, Про по ГОСТ 15150-96.

Категорія розміщення 1, 2, 3

Міра захисту двигунів - IP44.

Режим роботи : повторно-короткочасний S3 - ПВ 40% по ГОСТ 183-74. Двигуни можуть працювати в інших режимах: S3 15, 25, 60, 100%, короткочасних S2 - 30 і 60 хв.

Клас вібрації : 4,5 для 4МТМ 280 по ГОСТ 20815-93.

Напруга: 220, 380, 660 В і інша стандартна напруга при частоті f =50Гц або 60Гц.

Клас нагрівостійкості ізоляції : "F", "Н" по ГОСТ 8865-93.

Короткий опис конструкції : елементи, що Несуть, - корпус з горизонтальним обребренням і підшипникові щити відлили з високоміцного чавуну. З'єднання кабелю з обмоткою фазних роторів здійснюється через отвори в підшипникових щитах, а коробка виведень розташована згори, що забезпечує підведення живлення з будь-якою з бічних сторін двигуна. Вентилятор виконаний з алюмінієвого сплаву, кожух сталевий.

Механічна характеристика розраховується по формулі Клосса

.

Електромеханічна характеристика розраховується по формулі

,

.

Розрахуємо критичне ковзання

.

Визначимо момент критичний

За розрахунками побудуємо графіки

Риcунок 2.2 – Природна механічна M=f(S) характеристика

електродвигуна 4MTM 280 S10 M1

Риcунок 2.3 – Природна електромеханічна I2=f(S) характеристика електродвигуна 4MTM 280 S10 M1

Механічна M=f(S) і електромеханічна I2=f(S) характеристики двигуна 4MTM 280 S10 M1 отримані в результаті моделювання в програмі MatLab Simulink (рисунок 2.2 і рисунок 2.3 відповідно).

2.2.1. Розрахунок і побудова пускових характеристик

Рисунок 2.4 - Структурна силова схема реостата АД

Спочатку розраховується і будується природна механічна характеристика АД (дивися пункт 1.6.1).

Потім залежно від необхідних пускових умов задаються піковим моментом М1 і перемикальним М2, виходячи з умови що М1 0,8МКР і М2= (1,1-1,2) МНОМ.

Тоді підставимо значення і отримаємо

Нм,

Нм.

Побудова пускових характеристик проводиться відповідно до методики побудови, запропонованої з методичних вказівок по СУЭП [5].

Опори секцій дані по паспорту двигуна

Таблиця 4 - Пускові опори

Пускові опори
Р1 - Р4 Р2 - Р5 Р3 - Р6	Р4 - Р7 Р5 - Р8 Р6 - Р9	Р7 - Р10 Р8 - Р11 Р9 - Р12	Р10 - Р13 Р11 - Р14 Р12 - Р15	Обознач. східців
0,0308	0,0615	0,123	0,207	Ом

Розрахуємо опори пускових східців

Для побудови пускової діаграми скористаємося уточненою формулою Клосса

.

Результати розрахунків зведемо в таблицю 2.3

Таблиця 2.3 – Результати вичислень за формулою Клосса

№ східці	а	Sk
1	0,01	13,391
2	0,019	7,081
3	0,04	3,332
4	0,091	1,457

Пускові і природна характеристики двигуна 4MTM 280 S10 отримані в результаті моделювання в програмі MatLab 2009 Simulink приведені на

рисунку 2.5

Рисунок 2.5 - Пускова діаграма двигуна базової системи

2.2.2. Розрахунок витримок часу

Знаходимо час розгону на кожному ступені.

Спершу знайдемо постійні часу для кожного ступеня, причому

Jпр=4,3 Кгм2; KТР=3,72; w0=62,8; MКР=2248 Нм; r1=0,06 Ом;

xК=0,45 Ом

.

Критичне ковзання для кожного ступеня знайдемо по формулі:

,

де - приведений опір.

,

,

,

.

Постійні часу

Знайдемо час розгону на кожному ступені

,

,

,

,

.

Час розгону двигуна(перехідного процесу) отримаємо

2.3. Побудова і моделювання перехідних процесів при реостатному пуску АД. Аналітичний метод

Запишемо закони зміни моменту і швидкості при пуску на кожному ступені:

,

.

Будуємо таблиці даних для побудови перехідних процесів

Таблиця 2.4 - Перший ступінь

tf	Wнач	Wуст i	W	М
0,05	0	41,6	6	2056,5
0,1	0	41,6	11,2	1902,7
0,15	0	41,6	15,6	1771,1
0,2	0	41,6	19,3	1658,5
0,25	0	41,6	22,6	1562,3
0,3	0	41,6	25,3	1480
0,35	0	41,6	27,7	1409,5
0,4	0	41,6	29,7	1349,2
0,45	0	41,6	31,4	1297,7
0,5	0	41,6	32,6	1253,6
0,587	0	41,6	35	1191,6

Таблиця 2.5 - Другий ступінь

tf	Wнач	Wуст i	W	М
0,02	35	53,2	37,4	2070,9
0,04	35	53,2	39,5	1927,4
0,06	35	53,2	41,3	1803
0,08	35	53,2	42,9	1695,2
0,1	35	53,2	44,3	1601,7
0,12	35	53,2	45,5	1520,7
0,14	35	53,2	46,5	1450,4
0,16	35	53,2	47,4	1389,5
0,18	35	53,2	48,2	1336,7
0,2	35	53,2	48,8	1291
0,22	35	53,2	49,4	1251,3

Таблиця 2.6 - Третій ступінь

tf	Wнач	Wуст i	W	М
0,01	50,3	58,6	51,7	2033,1
0,02	50,3	58,6	52,8	1863
0,03	50,3	58,6	53,7	1720,4
0,04	50,3	58,6	54,5	1601,4
0,05	50,3	58,6	55,2	1501,9
0,06	50,3	58,6	55,8	1418,7
0,07	50,3	58,6	56,2	1349,1
0,08	50,3	58,6	56,6	1290,9
0,09	50,3	58,6	56,9	1242,1
0,103	50,3	58,6	57,3	1190,5

Таблиця 2.7 - Природний ступінь

0,02	57,3	60,8	58,5	1812,3
0,04	57,3	60,8	59,3	1533,2
0,06	57,3	60,8	59,8	1349,1
0,08	57,3	60,8	60,1	1227,8
0,1	57,3	60,8	60,4	1147,8
0,13	57,3	60,8	60,6	1075,8
0,16	57,3	60,8	60,7	1037,3
0,2	57,3	60,8	60,75	1012,3
0,22	57,3	60,8	60,76	1005,7
0,25	57,3	60,8	60,8	999,8
0,27	57,3	60,8	60,8	997,5

За даними таблиць будуємо перехідний процес.

Рисунок 2.5 - Характеристика реостатного пуску АД w=f(t)

Рисунок 2.6 - Характеристика реостатного пуску АД М=f(t)

2.3.3. Побудова і моделювання перехідних процесів при реостатному пуску АД в програмному середовищі Simulink пакету MatLab 2009

Для розуміння процесів, що протікають в системі управління об'єктом регулювання, регулятором і елементами контролю основних процесів в системі регулювання замість принципової схеми використовується функціональна схема, на якій відображається взаємозв'язок між окремими елементами системи автоматичного управління. Функціональна схема представлена на малюнку 10.

Рисунок 2.7 - Функціональна схема системи підйому крану на базі

АД з фазним ротором

На схемі позначено

КМ - командоконтролер. Використовується як механічний регулятор швидкості. Перемикання руків'я КМ, здійснюється безпосередньо робочим персоналом. При перекладі руків'я з одного положення в інше, відбувається перемикання силових контактів на пускових(додаткових) опорах. Відсутній зворотний зв'язок за швидкістю;

ПО - пускові опори;

АД - асинхронний двигун;

Н - навантаження на валу електричного двигуна. У разі крану - це момент опору, що задається механізмами крану плюс маса підійманого(що опускається) вантажу.

Як видно з цієї функціональної схеми система управління дуже примітивна: відсутність зворотних зв'язків, складається з оператора і командоконтролера.

Скориставшись програмним середовищем MatLab Simulink 2009 проведемо, моделювання системи, зображеної на функціональній схемі.

Функціональну схему, зібрану в MatLab Simulink дивися на рисунок 2.7

Рисунок 2.7 – Структурна схема системи АД з фазним ротором - командоконтролер в Matlab SimPower

Розглянемо детальніше кожного з блоків, представлених на рисунку 2.7

Блок 1­ «Трифазне програмоване джерело напруги» - «3 - faznaja set'»

Основні параметри які ми задали можна подивитися на

рисунку 2.7

Рисунок 2.8 – Скриншот блоку «Трифазне програмоване джерело напруги»

Блок 2 ­ «Сходинка» - в програмі представлений двома об'єктами «Sbros» «Nabros». Цими блоками ми задаємо момент опору на валу двигуна залежно від режиму роботи.

Блок 1 ­ «Асинхронна машина»(«AD s faznim rotorom») - один з готових блоків асинхронної машини, реалізованої розробниками. Ми тільки підставляємо параметри свого двигуна. Основні параметри які ми задали можна подивитися на малюнку 13. Ці параметри були дані по умові, або розраховані в попередніх розділах.

Рисунок 2.9 – Скриншот блоку «Асинхронна машина»

Блок 2 ­ «Трифазна R - L - C ланцюжок» - має три силові входи і три силові виходи. Усередині блоку вибираємо тип навантаження R і задаємо його значення, розраховане в попередньому розділі.

Блок 3 ­ «Ідеальний ключ» - служить силовим ключем, для перемикання пускових реостатів в ланцюзі ротора.

Результати моделювання приведені на малюнку 2.10

Рисунок 2.10 - Результати моделювання в середовищі MatLab

Показники якості

– статична помилка за швидкістю

;

– час перехідного процесу з;

– коливальна ;

– перерегулювання по положенню .

Висновок: в розділі розраховані і побудовані статичні характеристики розімкненої системи. Проведені дослідження структурної схеми і динаміки розімкненої системи. На її основі за допомогою програми Matlab Simulink отримані графіки перехідних процесів пуску в замкнутій системі, накидання і скидання навантаження. Аналіз результатів показав невідповідність вимогам технологічного процесу.

2.4 Розрахунок статичних навантажень і попередній вибір потужності електроприводу.