Транспорт. Основная часть. Электропривод подъемных кранов 3 Защита крановых электропривода 4
 Скачать 0.6 Mb.
|
СодержаниеВведение 2 Основная часть. Электропривод подъемных кранов 3 Защита крановых электропривода 4 Рис. 11. Схема защитной панели крана 5 Контроллерное управление крановыми двигателями 6 Схемы непосредственного управления с использованием 7 кулачковых контроллеров 7 Заключение 18 Системы электропривода подъемных установок ВведениеРассматривая все многообразие современных производственных процессов, в каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных отраслей народного хозяйства. К их числу относятся доставка сырья и полуфабрикатов к истокам технологических процессов и межоперационные перемещения изделий в процессе обработки, погрузочно-разгрузочные работы на складах, железнодорожных станциях и т. д. Механизмы, выполняющие подобные операции, как правило, универсальны и имеют общепромышленное применение, в связи, с чем и называются общепромышленными механизмами. Общепромышленные механизмы играют в народном хозяйстве страны важную роль. На промышленных предприятиях наиболее распространенным и универсальным подъемно-транспортным устройством является кран, основным механизмом которого является механизм подъема, который снабжается индивидуальным электроприводом. Основные механизмы таких установок, как правило, имеют реверсивный электропривод, рассчитанный для работы в повторно-кратковременном режиме. В каждом рабочем цикле имеют место неустановившиеся режимы работы электропривода: пуски, реверсы, торможения, оказывающие существенное влияние на производительность механизма, на КПД установки и на ряд других факторов. Все эти условия предъявляют к электроприводу сложные требования в отношении надежности и безопасности. От технического совершенства электроприводов в значительной степени зависят производительность, надежность работы, простота обслуживания. Кран позволяет избавить рабочих от физически тяжелой работы, уменьшить дефицит рабочих в производствах, отличающихся тяжелыми условиями труда. Основная часть. Электропривод подъемных крановМассовость применения и весьма тяжелые режимы работы электроприводов крановых механизмов определяют жесткие требования в отношении простоты их эксплуатации и высокой надежности работы. Поэтому при проектировании крановых электроприводов стремятся к использованию максимально простых систем электропривода и их схем управления даже за счет некоторого снижения требований к статическим характеристикам и динамическим свойствам приводов. Так как подъемные краны на всех этапах работы управляются оператором, главным технологическим требованием, влияющим на выбор системы электропривода, является требование регулирование скорости. Требуемый диапазон регулирования скорости D определяется отношением рабочей скорости к минимальной, необходимой по условиям работы. Минимальная скорость для механизмов подъема ограничивается условиями мягкой установки груза в назначенное место без недопустимого толчка. При управлении механизмами передвижения регулирование скорости облегчает оператору остановку механизмов с необходимой точностью, сокращает число необходимых для этой цели повторных включений привода. Управление скоростью электропривода должно осуществляться при наложенных на ускорение, ток и момент ограничениях. Рабочие скорости основных механизмов большинства кранов таковы, что при нормированных допустимых средних ускорениях суммарное время переходных процессов составляет небольшую долю общего времени цикла. Так же при проектировании следует оценивать влияние раскачивания груза, кинематических зазоров и т.п. и при необходимости принимать дополнительные меры для ограничения динамических нагрузок. Для большинства универсальных мостовых и поворотных кранов удовлетворительная управляемость механизмов обеспечивается при диапазоне D =  . В связи с этим наиболее массовое применение на кранах находит асинхронный двигатель с фазным ротором, регулируемый переключением сопротивлений в роторной цепи. Для расширения области применения простого, надежного и дешевого асинхронного двигателя основными схемными решениями, улучшающие его регулировочные свойства могут быть:1. Использование принципа сложения механических характеристик в двухдвигательном электроприводе; 2. Использование динамического торможения с самовозбуждением для расширения диапазона регулирования скорости двигателей с фазным ротором при спуске груза; 3. Использование для регулирования скорости тиристорных регуляторов напряжения с обратной связью по скорости; 4. Использование многоскоростных крановых асинхронных двигателей; 5. Использование частотного управления асинхронных электроприводов. Защита крановых электроприводаПравила безопасности предъявляют ко всем схемам управления крановыми электроприводами ряд обязательных требований: автоматическое ограничение хода механизмов; блокировки, предотвращающие столкновение двух тележек или двух кранов, работающих на одних путях и т.п. Крановые электроприводы имеют следующие основные типы защитных устройств: максимальную защиту, нулевую защиту для отключения электропривода при перерыве подачи питания и снижении напряжения на 15 - 20%. Разновидностью нулевой защиты является нулевая блокировка, исключающая самозапуск двигателя при восстановлении питания, если орган управления находится в рабочем положении. Включение, т.е. подача питания может осуществляться после отпирания включающего устройства с помощью индивидуально ключа - марки; ключ не может быть вынут без выполнения операции отключения. Такая блокировка гарантирует приведение крана в действие только лицом, имеющим право на управление краном. Аппараты, входящие в схему защиты, могут быть встроены в общую для всего крана защитную панель. Защитные панели предназначены для максимальной и нулевой защиты двигателей и применяются совместно с кулачковыми и магнитными контроллерами. Панель расположена в металлическом шкафу, в котором на изоляционной асбестоцементной плите смонтированы трехполюсный рубильник с наружной рукояткой и линейный контактор. Панель также снабжена максимальными реле, действующими на линейный контактор, предохранителями цепей управления, переключателем опробования, пусковой кнопкой и ключом - маркой. Для кранов, получающих питание от цепи постоянного тока, используется защитная панель типа ППЗБ, а для кранов, получающих питание от сети переменного тока, защитные панели типов ПЗКБ и ПЗКВ. На рис. 11 представлена схема защитной панели крана, работающего на переменном токе и управляемого кулачковым контроллером. Электродвигатели механизмов подъема, тележки и моста получают питание от трехфазной сети через разъединитель QS и контактор KM1. При включении контактора KM1 напряжение подается к контроллерам электродвигателей, но включение их можно произвести только соответствующим контроллером.  Рис. 11. Схема защитной панели крана В комплект электрооборудования защитной панели входят также следующие аппараты: двухкатушечное реле максимального тока FA1 - FA3, пусковая кнопка SB1, предохранители FU1, FU2. В схему защитной панели вошли некоторые элементы электрооборудования, конструктивно не входящие в ее состав. К ним относятся: нулевые контакты силовых контроллеров, контакты SQ3 - SQ7 конечных выключателей механизмов подъема, тележки и моста; аварийный выключатель SQ1, контакт блокировки люка SQ2. При включение рубильника QS напряжение от главных тролеев подводится к главным контактам линейного контактора КМ1 и через предохранители - к схеме управления защитной панели. Если аварийный выключатель SQ1 замкнут, люк, ведущий из кабины на мост, закрыт, а контроллеры находятся в нулевом положении, то, нажимая кнопку SB1, можно включить линейный контактор КМ1. Тогда через главные контакты КМ1 и катушки реле максимального тока две фазы сети подводятся к контроллерам, а третья фаза - ко всем трем двигателям, минуя контроллеры. После включения контактора КМ1 можно при помощи контроллеров осуществлять управление двигателями. Как видно из схемы, нулевые контакты контроллеров заблокированы цепочкой, состоящей из контактов конечных выключателей. Вследствие этого в процессе управления двигателем, когда размыкаются нулевые контакты контроллеров, контактор КМ1 остается включенным. Контактор КМ1 и, следовательно, все двигатели отключаются при значительном снижении напряжения сети или его полном исчезновении; при срабатывании максимального реле; при размыкании контактов конечных выключателей в крайних положениях механизмов; в случае отключения аварийного выключателя или открывания люка; при перегорании плавких предохранителей FU в цепи управления. Повторное включение линейного контактора может быть проведено лишь при установке контроллеров в нулевое положение, чем обеспечивается нулевая защита. Контроллерное управление крановыми двигателямиСхема управления крановыми двигателями проектируются в соответствии с правилами эксплуатации крановых установок и технологическими требованиями, которые являются специфическими для различных видов кранов. К крановым механизмам предъявляются неодинаковые требования. Например, двигатели моста и тележки в ряде случаев не требуют регулирования скорости движения, в то время как подавляющее большинство подъемных устройств не может по технологическим условиям работать без регулирования скорости. Вследствие указанных обстоятельств появляется необходимость в применении для крановых механизмов различных систем электропривода и соответственно управления. По способу управления крановые электроприводы могут быть разделены на две группы: с силовыми и магнитными контроллерами. Выбор способа управления в зависимости от рабочего режима и мощности двигателя производится в соответствии с табл. 3, где буква К означает силовой контроллер с ручным приводом, а буква М - магнитный контроллер. Рабочие режимы кранового электрооборудования в общем случае понятие, охватывающее условия выбора всех элементов крана, включая электрооборудование. В это понятие входит частота пусков, относительная продолжительность включения (ПВ), годовое и суточное использование механизма, степень ответственности. Все многообразие режимов эксплуатации сведено к четырем: Л - легкий, С - средний, Т - тяжелый, ВТ - весьма тяжелый. Таблица 3
В схемах управления электроприводами крановых механизмов на переменном и постоянном токе применяются кулачковые контроллеры соответственно ККТ и ККП. Схемы управления крановыми двигателями могут быть симметричными и несимметричными относительно нулевого положения контроллера или командоконтроллера. Симметричной схемой называется такая, при которой включение двигателя, а следовательно, и его характеристики на положениях рукоятки контроллера, имеющих одинаковый номер, аналогичны. Симметричные схемы применятся обычно на механизмах передвижения, когда требуется, чтобы при одинаковых положениях рукоятки контроллера в случае движения в разные стороны двигатель работал на аналогичных характеристиках. Несимметричные схемы применяются на механизмах подъема, когда при подъеме и спуске груза требуется, чтобы двигатель работал на различных характеристиках. Схемы непосредственного управления с использованиемкулачковых контроллеровДля крановых механизмов с режимом работы Л и С могут использоваться электроприводы с силовыми кулачковыми контроллерами типа ККТ - 61, ККТ - 62, ККТ - 63. Электропривод этого типа охватывает диапазон номинальных мощностей двигателей 11 - 180 кВт для механизма подъема и 3.5 - 110 кВт для механизма передвижения. На рис. 12 представлена схема кулачкового контроллера ККТ - 61А.  Рис. 12. Схема кулачкового контроллера ККТ – 61А Контроллер имеет пять фиксированных рабочих положений для каждого направления движения и одно фиксированное нулевое положение. Контроллер обеспечивает ступенчатый пуск, ступенчатое регулирование скорости, реверс и торможение. Включение электродвигателя и реверсирование производится контактами К2, К4, К6, К8. Коммутирование ступеней реостата ротора осуществляется контактами К7, К9 - К12 по несимметричной схеме, когда с целью увеличения числа пусковых характеристик при ограниченном числе коммутирующих контактов на каждой позиции контроллера выводится резистор только в одной фазе. Для остановки двигателя после его отключения предусмотрен тормоз с приводом от электромагнита YВ, подключенного наглухо к статору двигателя. Рассмотрим работу схемы. Если контроллер установлен в нулевое положение, то контакты блокировки нулевого положения контроллера К1, К5, К3 замкнуты. Нажатием на кнопку SB можно включить линейный контактор КМ1 и через его контакты КМ1 напряжение будет подано на контроллер SA. Одна фаза С3 питающей сети подводится к статору двигателя М непосредственно, а две фазы С1 и С2 - через контроллер. В первом положении Вперед (Подъем) рукоятки контроллера замкнуты контакты К4, К8 и статор двигателя включается в сеть при полностью введенных сопротивлениях в цепи ротора. В первом положении Назад (Спуск) замкнуты контакты К2 и К6, чем обеспечивается изменение порядка чередования фаз напряжения на зажимах статора. Одновременно со статором двигателя в сеть включается тормозной электромагнит YB, растормаживающий механизм. В положениях контроллера 2 - 5 Вперед (Подъем) или Назад (Спуск) замыкаются контакты К10, К12, К11, К9, К7 и шунтируются ступени пусковых резисторов в цепи ротора двигателя. Резисторы выводятся по фазам несимметрично (возникающая при этом несимметрия ротора невелика и не оказывает существенного влияния на форму реостатных механических характеристик), что позволяет уменьшить число переключающих контактов контроллера при требуемом числе пускорегулировочных ступеней и получить механические характеристики (рис. 13), обеспечивающие требуемый режим работы механизма. Для механизмов передвижения они обеспечивают реостатное регулирование скорости в небольшом диапазоне и ограничение токов и моментов электропривода при пуске, которое осуществляет оператор, постепенно переставляя контроллер из положения 0 в положение 5 с допустимым темпом. Регулировочные возможности для механизмов подъема ограничены. При спуске грузов получить среднюю пониженную скорость спуска оператор может только периодически накладывая механический тормоз путем установки контроллера в нулевое положение. Развернутые схемы соединения резисторов для различных положений контроллера приведены на рис. 14.  Рис. 13. Механические характеристики кранового асинхронного двигателя с пятью ступенями регулирования (контроллер ККТ61А)  Рис. 14. Развернутые схемы соединения резисторов для различных положений контроллера ККТ - 61А Для управления двигателями постоянного тока последовательного возбуждения применяются контроллеры типа ККП - 101 (для механизмов передвижения), которые имеют симметричную схему, и типа ККП – 102 (для механизмов подъема) с несимметричной схемой. Схема контроллера ККП – 102 приведена на рис. 15. На рис. 16 приведены развернутые схемы включения двигателя последовательного возбуждения, управляемого посредством кулачкового контроллера, при подъеме и спуске грузов. Напряжение к двигателю подводится в обоих случаях через контакты 0Л и 3Л. При подъеме грузов якорь двигателя М, обмотка возбуждения ОВ, обмотка тормозного электромагнита YB и пускорегулирующие резисторы Р1 - Р2, Р2 - Р3, Р3 - Р4, Р4 - Р5, Р5 - Р6 соединены последовательно. Пуск двигателя на подъем и регулирование скорости осуществляется путем постепенного выключения резисторов в цепи якоря. В режиме спуска грузов используется потенциометрическая схема с параллельным соединением цепей якоря и обмотки возбуждения. Регулирование угловой скорости осуществляется изменением сопротивления в цепи обмотки возбуждения и в общей части схемы. Каждому положению контроллера соответствует определенная характеристика, имеющая то же цифровое обозначение (рис. 17). Характеристика 1 подъема груза соответствует первому положению контроллера и получается при замкнутом сопротивлении Р1 - Р2 и введенном в цепь якоря Р2 - Р6. На всех положениях спуска последовательно с якорем включено сопротивление Р7 - Р8. При опускании грузов характеристика 1 получается путем введения сопротивления Р1 - Р3 последовательно с сетью, а в цепи обмотки возбуждения дополнительного сопротивления нет. На следующих положениях контроллера последовательно вводятся дополнительные сопротивления в цепь обмотки возбуждения. Причем до положения 5 общее дополнительное сопротивление, включенное последовательно с сетью, остается неизменным (Р1 -Р3), а начиная с положения 5 оно переводится в цепь обмотки возбуждения. В положении 6 обмотка возбуждения включается в сеть независимо от якоря, двигатель имеет в данном случае механическую характеристику, подобную двигателю независимого возбуждения. Это исключает при соответствующем подборе сопротивлений возможность значительного повышения скорости спуска грузов. Тяжелые грузы спускаются в генераторном режиме (тормозной спуск). При этом контроллерное управление обеспечивает плавное регулирование и низкие скорости опускания грузов. Когда легкие грузы не могут спускаться за счет собственного веса вследствие того, что создаваемый ими момент меньше момента трения, двигатель создает дополнительный момент, преодолевающий совместно с грузом момент трения (силовой спуск).  Рис. 15. Принципиальная схема управления двигателем последовательного возбуждения с кулачковым контроллером ККП - 102 Перевод контроллера при спуске грузов в нулевое положение сопровождается генераторным (динамическим) торможением двигателя с самовозбуждением, так как при отключении двигателя от сети ЭДС якоря создает в обмотке возбуждения ток, который по направлению будет соответствовать протекавшему ранее току и возбудит машину.  Рис. 16. Развернутые схемы включения двигателя последовательного возбуждения, управляемого посредством кулачкового контроллера  Рис. 17. Механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения, управляемого посредством контроллера ККП - 102 Если двигатель работал на подъем груза, то перевод контроллера в нулевое положение не вызовет динамического торможения, хотя соответствующая цепь будет создана. В этом случае при замыкании цепи машина будет размагничена. Расчет механических и электромеханических характеристик ДПТ последовательного возбуждения, управляемого посредством контроллера ККП - 102  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  1. Двигательный режим работы ДПТ последовательного возбуждения (первый квадрант подъем груза). Схема включения двигателя имеет вид   Расчет искусственных характеристик можно вести различными методами: А. Если известны естественная электромеханическая характеристика двигателя и зависимость  , то по выражению рассчитывают электромеханическую характеристику, а пользуясь зависимостью механическую характеристику.В. Если естественная характеристика двигателя последовательного возбуждения не известна, то пользуются зависимостью  . Тогда методика расчета реостатных характеристик следующая: – задаемся рядом значений  ,  ;– по известной зависимости для каждого определяем соответствующее значение  , при  ;– определяем значение скорости  ; – определяем значение момента  .2. Динамическое торможение с самовозбуждением ДПТ последовательного возбуждения (четвертый квадрант спуск груза). Схема включения двигателя имеет вид  Методика расчета (на основании кривой ):– задаемся рядом значений  ;– по известной зависимости для каждого определяем соответствующее значение при величина  ;– определяем значение скорости  ;– определяем значение момента . 3. Характеристики ДПТ в режиме спуска (обмотка возбуждения включена параллельно) – первый и второй квадранты.  Рис. 18 Методика расчета: – задаемся рядом значений , ;– определяем   ,– определяем ток в обмотки возбуждения  ;– по известной зависимости для каждого  определяем соответствующее значение  при  величина  ;– определяем ток якоря  ;– определяем значение скорости (знак «+» соответствует генераторному режиму работы, знак «-» – двигательному)  – определяем значение момента  . Рис. 19 ЗаключениеПодъемный механизм должен работать с большим диапазоном регулирования скорости, так как наряду с большими скоростями подъема требуются малые скорости при опускании груза. Все механизмы крана рассчитывают на быстрый разгон и торможение для повышения производительности работы. Вместе с тем, пуск механизмов должен быть плавным. Электродвигатели кранов должны обладать большой перегрузочной способностью и мягкой механической характеристикой, обеспечивающей при изменении нагрузки значительное изменение частоты вращения для исключения рывков и ударов. | ||||||||||||||||||||||||