2.2 Обоснование
выбора мостового крана
В электросталеплавильном
цехе, в связи с увеличением объёмов производства,
возникла необходимость установки двух
мостовых кранов грузоподъёмностью 80/25т.
При выборе производителя мостового крана,
была изучена продукция таких предприятий
как «ТЯЖПРОММАШ», «УРАЛКРАН», «VELKRAN»
и «KONECRANS».
Предпочтение было отдано фирме Konecranes,
так как это мировой лидер в области производства
и технического обслуживания грузоподъемной
техники, предлагающий полный диапазон
передовых подъемных решений для различных
отраслей промышленности во всем мире[1].
В основе стратегии
компании Konecranes
– сочетание двух видов бизнеса: поставка
грузоподъемных кранов и их техническое
обслуживание. Konecranes
работает в следующих стратегических
направлениях: рост, удержание лидирующих
позиций в области исследований и конструкторских
разработок и эффективность использования
ресурсов.
Компания Konecranes
применяет модульный принцип и стандартизацию
в производстве компонентов и кранов.
Создание унифицированной компонентной
базы оптимизирует использование производственных
мощностей и дает возможность быстрого
перераспределения ресурсов. В целях регулирования
затрат постоянно осуществляется вложение
средств в развитие методологии производства
и оборудование. Автоматизация процессов
повышает эффективность действующей производственной
схемы. Так как все компании Группы заняты
в одной и
13
той же отрасли промышленности,
существуют благоприятные условия для
успешной передачи знаний и аттестации
во всех подразделениях Группы.
Konecranes предлагает широкий
выбор взрывобезопасных кранов (рисунок
4) и компонентов к ним. Все основные компоненты,
такие как канатные, цепные и ременные
тельферы, передвижное оборудование, концевые
балки и средства управления кранами спроектированы
и изготовлены для обеспечения высочайшего
уровня безопасности, необходимого в опасных
средах, например, на химических и нефтехимических
предприятиях, нефтеочистительных заводах,
газовых энергоустановках, установках
для очистки сточных вод и в окрасочных
цехах.
Краны и компоненты
кранов компании Konecranes разработаны с учетом
требований директив ATEX,
принятых Европейским союзом. Выполнение
этих директив стало обязательным в Европе
с 1 июля 2003 года. Продукция Konecranes также
соответствует стандартам EN50014 – EN50020.
Электрические аппараты для потенциально
взрывоопасных сред.
Продукция Konecranes
для опасных сред проходит типовые испытания,
утвержденные сертифицирующими органами,
все изделия снабжены CE маркировкой
и документацией.
Рисунок 4 – Кран Konecranes
в работе
14
В сталелитейной промышленности
преимущество дает технология. Поэтому
технологии Konecranes
сочетают интеллектуальное подъемное
оборудование с современными технологиями,
избавляющими от традиционных проблем
технического обслуживания. Кроме того,
гибкие сервисные программы улучшают
общую производительность.
2.3 Режимы
управления двигателем электропривода
крана
Konecranes
Разомкнутая
система управления электроприводом моствого
крана. На рассматриваемом
объекте используется частотное регулирование
угловой скорости. В частотных преобразователях,
применяемых в данном случае, используется
векторное управление (рисунок 5). Векторное
управление требует измерения величины
и пространственного положения вектора
потокосцепления статора или ротора, непосредственно,
с помощью соответствующих датчиков, или
косвенно - с использованием математической
модели АД.
Частотные преобразователи,
используемые на данном кране, имеют встроенную
модель (схему) двигателя, которая тысячу
раз в минуту рассчитывает значения параметров
двигателя. Входные данные, необходимые
для расчета, представляют собой мгновенное
значение напряжения двигателя от специализированной
интегральной схемы ASIC и
измеренное значение тока двигателя. Магнитный
поток двигателя и крутящий момент вала
рассчитываются в схеме двигателя на основе
данных, которые указаны в заводской табличке
двигателя
15
Рисунок 5 – Векторное
управление в разомкнутой системе
Данные для регулирования
параметров поступают на ПЛК по шине данных,
структурная схема которой показана на
рисунке 6.
Регулирование
частоты в разомкнутой системе (режим
0). В режиме регулирования
частоты в разомкнутой системе частота
двигателя соответствует сигналу заданной
частоты. Фактическая частота вращения
двигателя зависит от нагрузки. Даже в
режиме регулирования частоты используется
векторный расчет для поддержания намагничивания
на надлежащем уровне.
Управление
по току (режим 1). В режиме управления
по току в разомкнутой системе ток двигателя
соответствует заданному сигналу. Управление
двигателем по току осуществляется при
низких частотах (типично <10Гц); при более
высоких частотах двигатель управляется
по напряжению. При управлении по току
при низких частотах скорость двигателя
почти не зависит от нагрузки.
16
17
На рисунке 7 представлена шина входов
выходов ПЛК
18
Схема питания ПЛК
представлена на рисунке 8.
19
Векторное
управление в замкнутой система. При векторном управлении
в замкнутой системе (рисунок 9) также используется
расчетная схема двигателя,
которая имеет еще
более простую конфигурацию по сравнению
со схемой, используемой для векторного
управления в разомкнутой системе. Схему
упрощают дополнительные входные данные,
так как имеется сигнал от дифференциального
датчика импульсов (encoder).
Данное измерение используется в качестве
сигнала обратной связи на расчетную схему
двигателя.
Рисунок 9 – Векторное
управление в замкнутой системе
Регулирование
скорости (режим 3). В режиме регулирования
скорости в замкнутой системе угловая
скорость вращения двигателя соответствует
сигналу заданной скорости. Частотные
преобразователи регулируют частоту двигателя
и, благодаря данной функции, компенсируют
зависящее от нагрузки скольжение. Компенсация
скольжения удерживает постоянной фактическую
скорость вращения вала, вне зависимости
от условий нагрузки. При регулировании
скорости в замкнутой системе даже имеется
возможность достигнуть нулевой скорости
при полном крутящем моменте. В системе
используется инкрементный датчик импульсов
(encoder)
для обеспечения высокой точности скорости
и быстродействия, а также для достижения
крайне низких минимальных скоростей.
Сигнал датчика импульсов также используется
в целях контроля скорости. Стандартный
датчик (рисунок 6) имеет 600 импульсов на
оборот. Разрешается использовать датчики
с 512, 1000, 1024, 1200, 2000 или 2048 импульсами на
оборот в зависимости от скорости вращения
двигателя и длины кабеля.
20
Рисунок 10 – Датчик
скорости (Encoder)
Контроль
по крутящему моменту (режим 4). В режиме контроля
по крутящему моменту крутящий
момент вала удерживается равным заданному
сигналу. Скорость вращения двигателя
в значительной степени зависит от условий
нагрузки, например, разгруженный двигатель
будет все время работать с максимальной
скоростью. В целях защиты значение скорости
ограничивается в пределах регулируемых
минимальной и максимальной скоростей.
2.4 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
МОСТОВОГО КРАНА
Сталеплавильный цех
предназначен для серийного выпуска стальной
заготовки. Цех имеет производственные,
вспомогательные, бытовые и служебные
помещения. Размеры цеха 68х20х12. Электроснабжение
завода осуществляется от главной
понизительной подстанции (ГПП) напряжением
10кВ, расположенной на территории завода
на расстоянии 2,5км. Питание осуществляется
трансформатором мощность 64МВА. Главная
понизительная подстанция получает питание
от энергосистемы мощностью 300МВА, расположенной
на расстоянии 12км от ГПП.
Для распределения
электроэнергии в цеху принята магистральная
схема с двухсторонним питанием, выполненная
шинопроводами, что обеспечивает высокую
надёжность, гибкость и универсальность.
Двухстороннее питание также объясняется
тем, что большинство электроприёмников
в цеху относятся к первой и второй категориям
электроснабжения.
21
Общепромышленные
установки. Транспортировка и
подъём грузов осуществляется подъёмно-транспортными
механизмами: мостовым краном, сталевозом,
тельфером транспортным. Мостовой кран
и сталевоз работают в повторно-кратковременном
режиме. У мостового крана kи=0,2, , у сталевоза
kи=0,35, . Перерыв
питания в электроснабжении мостового
крана и сталевоза недопустим, так как
может повлечь за собой серьёзное нарушение
технологии, следовательно, эти электроприёмники
относятся к I категории электроснабжения.
Тельфер работает в повторно-кратковременном
режиме. Для него характерны частые толчки
нагрузки, kи=0,2, . По бесперебойности
питания тельфер относится ко II категории
надёжности электроснабжения.
Электросварочные
установки. Сварочный трансформатор
работает на переменном токе промышленной
частоты напряжением 380В. Он является однофазной
нагрузкой с повторно-кратковременным
режимом работы, с kи=0,35, ; относится
к приёмникам электрической энергии II
категории надёжности электроснабжения.
Электрические
осветительные установки представляют собой
однофазную нагрузку, но при правильной
группировке осветительных приборов можно
достичь равномерной нагрузки по фазам.
Характер нагрузки равномерный, без толчков
kи=0,9, . Напряжение
питания 220В. По надёжности электроснабжения
осветительные установки относятся ко
II категории.
Все производственные
помещения относятся к категории Г по
взрывоопасности и пожароопасности и
к категории ПО по электробезопасности
Система заземления
электроустановок принята TN-C с PEN-проводником.
Система TN-C –
система TN, в
которой нулевой защитный и нулевой рабочий
проводники совмещены в одном проводнике
на всём её протяжении. В системе TN-C предусматриваются
устройства защиты от сверхтоков
22
(коротких замыканий,
перегрузок). В настоящее время
система TN-C остаётся
основной в питающих и распределительных
сетях низкого напряжения промышленных
предприятий. В качестве PEN и PE проводников
допускается использовать:
– алюминиевые оболочки
кабелей;
– металлические конструкции
и опорные конструкции шинопроводов;
– стальные трубы электропроводок;
– металлические конструкции
зданий или сооружений;
– арматуру железобетонных
конструкций и фундаментов зданий;
– металлические стационарно
открыто проложенные трубопроводы всех
назначений, кроме трубопроводов горючих
и взрывоопасных веществ и смесей, канализации
и центрального отопления.
Для питания электродвигателей
подъёмно-транспортных устройств (кранов,
кран-балок) применяются троллейные линии,
выполненные, как правило, троллейными
шинопроводами.
Питание троллейных
сетей может производится от распределительных
устройств 0,4 кВ трансформаторных подстанций,
от магистральных, распределительных
шинопроводов.
Для электроснабжения
непосредственно объекта проектирования
принята схема троллейной линии с двумя
ремонтными секциями (рисунок 22).
23
Рисунок 22 – Схема
электроснабжения мостового крана
Передача электроэнергии
от неподвижной троллейной линии к электродвигателям,
установленным на передвигающихся частях
механизмов, осуществляется токосъёмниками.
Так как на данном кране
используются преобразователи частоты,
то они и будут являться основными приёмниками
электроэнергии:
– главный подъём – D2HCS57Arus,
Рном=100кВт;
– вспомогательный
подъём – D2HCS57Arus,
Рном=40кВт;
– механизм хода моста
– D2HCS57Arus,
Рном=68кВт;
– передвижение тележки
– D2HCS57Arus,
Рном=7кВт.
Основные технические
характеристики электроприёмников сведены
в таблицу 3.
23
Таблица
3 Технические характеристики
электроприёмников
Наименование |
Количество |
Рном, кВт |
|
kи |
|
|
D2HCS57Arus-100 |
2 |
100 |
200 |
0,2 |
0,5 |
1,73 |
D2HCS57Arus-40 |
2 |
40 |
80 |
D2HCS57Arus-68 |
2 |
68 |
126 |
D2HCS57Arus-7 |
2 |
7 |
14 |
Сталевоз |
2 |
15 |
30 |
0,35 |
0,65 |
1,17 |
Тельфер |
2 |
7,2 |
14,4 |
0,2 |
0,5 |
1,73 |
Сварочный трансформатор |
2 |
1 |
2 |
0,35 |
0,35 |
2,58 |
| |
|
|
|
|
|
|
Электрическое освещение |
|
7 |
7 |
0,9 |
0,96 |
0,33 |
kи, , –
определяются из литературы [2]
2.5 Определение
мощности, выбор типа участкового
понизительного трансформатора
Определим средневзвешенный
коэффициент мощности при фактической
нагрузке:
,
Определим расчётную
мощность по методу коэффициента спроса:
По полученной величине
принимается ближайшее большее стандартное
значение мощности трансформатора, то
есть выбираем трансформатор ТМ – 1000/10.
Но, исходя из того, что большинство потребителей
относится к первой
24