Электрические и электронные аппараты

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «РЫБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени П. А. СОЛОВЬЕВА»

Факультет очно-заочного обучения
(Наименование факультета)

Кафедра электротехники и промышленной электроники
(Наименование выпускающей кафедры)


ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Дипломный проект

на тему: Модернизация судового крана


на соискание квалификации:	бакалавр

по направлению 13.03.02  «Электроэнергетика и электротехника»
(Код и наименование направления подготовки)

Профиль: «Электрические и электронные аппараты»

Пояснительная записка


Соискатель, студент группы ВЭС-13			       Тихомиров А.Ю.          (Код)		                                                         (Подпись, дата)             (Фамилия И. О.)

Руководитель канд. техн. наук, доцент                               Манин А.В.
           (Уч. степень, звание)                     (Подпись, дата)           (Фамилия И. О.)

Нормоконтролер канд. техн. наук, ст.преп.                        Лобацевич К.Л.
           (Уч. степень, звание)                     (Подпись, дата)           (Фамилия, И. О.)


К защите допустить
Зав. кафедрой доктор техн. наук, профессор                      Юдин А. В.
           (Уч. степень, звание)                     (Подпись, дата)             (Фамилия И. О.)

Рыбинск 2017
Рыбинский государственный авиационный технический университет
Кафедра электротехники и промышленной электроники
                                                                                  УТВЕРЖДАЮ:
								 Зав. кафедрой ЭПЭ
								____________А. В. Юдин
								«……..»……………..2017 г.
Задание на дипломное проектирование
Студент: Тихомиров Александр Юрьевич
Факультет  заочного обучения Специальность 140400 Электроэнергетика и электротехника, профиль Электрические и электронные аппараты
1. Тема дипломного проекта: Модернизация судового крана.
Утверждена приказом по университету от ________ № ________
2. Срок сдачи студенткой законченного проекта: _____________
3. Исходные данные к проекту:
* однобалочный судовой кран;
* грузоподъёмностью до 2 тонн;
* средний режим работы
* тип крана - судовой стационарный, электрический, неполноповоротный;
* грузоподъёмная сила крана – 2 т;
* вылет стрелы минимальный – 1,6 м;
* вылет стрелы максимальный – 5 м;
* угол поворота крана – 320°;
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
 Введение.
1. Анализ технического задания.
2. Информационно-патентный поиск.
3. Разработка структурной схемы электропривода крана.
4. Выбор электронного регулятора.
5. Моделирование режима работы частотного электропривода
6. выбор элементной базы.
  Охрана труда (по отдельному заданию): разработать мероприятия по     обеспечению безопасности труда при проектировании, монтаже и эксплуатации устройств.
5. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей):
структурная схема электропривода – 1; электрическая принципиальная схема – 1; принцип работы – 1 плакат.
6. Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта).
Нормоконтроль:		к. т. н., доцент
Дата выдачи задания «……..» ………………2017 г.
Руководитель: к. т. н., доцент                                            Манин А. В 
Подпись студента…………                                     Тихомиров Александр Юрьевич 
     СОДЕРЖАНИЕ
    ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................5
1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА..........................................7
1.1. Устройство и работа крана..................................................................................7
2. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ДВИГАТЕЛЯ И СИЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ............................................................................................................9
2.1. Общие сведения о применениях различных электроприводов........................9
2.2.Требования предъявляемые к электроприводу главного подъема ................11
2.3.Основные исходные данные для проектирования...........................................12
2.4.Предварительный выбор мощности и электродвигателя ...............................12
2.5.Расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы ...............................................15
2.6.Проверка выбранного  двигателя по нагреву и перегрузке ............................21
2.7.Выбор преобразователя частоты .......................................................................22
2.7.1.Краткое описание современных преобразователей  частоты ......................22
2.7.2.Характеристики преобразователей частоты .................................................31
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ......................................................................................................31
3.1. Построение системы автоматического управления с ориентацией поля ротора в системе координат с управляемым скольжением.......................................31
3.2. Синтез регуляторов............................................................................................35
3.2.1. Синтез регуляторов преобразованных токов статора..................................36
3.2.2. Синтез регулятора потокосцепления ротора................................................37
3.2.3. Синтез регулятора электромагнитного момента..........................................37
3.2.4. Синтез регулятора угловой скорости............................................................38
3.3 Моделирование процессов в частотно-регулируемом электроприводе........42
3.3.1.Постановка задачи............................................................................................42
3.3.2.Краткое описание приложения Simulink пакета MATLAB..........................42
3.4. Моделирование частотно-регулируемого электропривода............................45
3.4.1.Математическая модель объекта управления................................................45
3.4.2. Расчет параметров объекта управления.....................................................53
3.4.3. Математическая модель системы управления электроприводом..............55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................................................70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……….........................................................71

































Введение

В последнее время наметилась устойчивая тенденция к применению частотно-регулируемых электроприводов в крановом хозяйстве. Это обстоятельство объясняется следующим. Использование регулируемых приводов в крановом хозяйстве позволяет значительно повысить комфортные показатели работы крана в части ускорения. В свою очередь, обеспечиваемые частотно - регулируемым приводом плавные переходные процессы приводят к значительному снижению динамических нагрузок в элементах кинематической цепи привода, что позволяет повысить надежность и долговечность работы механического оборудования крана, отпадает необходимость замены редуктора, канатоведущего барабана, тормозных колодок, электродвигателя и других элементов при модернизации кранов.
Основной причиной широкого применения регулируемого привода в крановом хозяйстве является снижение энергопотребления при работе крана на 40-60%, которое достигается за счет значительного снижения вращающихся маховых масс лебедки главного подъема .
Применение частотно - регулируемых преобразователей позволяет использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения, а не специализированные асинхронные двигатели с фазным ротором. Маховый момент ротора таких двигателей в разы меньше аналогичных крановых асинхронных двигателей с фазным ротором, а стоимость их снижается в 3-4 раза по сравнению с крановыми двигателями, специальной серии.
Таким образом, экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого электропривода складывается из экономии электроэнергии и снижения эксплуатационных затрат. 
Срок окупаемости в зависимости от грузоподъемности и интенсивности работы крана составляет от 3 до 8 лет (меньшая цифра соответствует большей грузоподъемности и интенсивности).
Для более точной оценки экономической и технологической эффективности внедрения частотно-регулируемого электропривода предлагается оснастить таким электроприводом один из кранов и экспериментально замерить расход электроэнергии до и после внедрения, а также оценить динамические нагрузки, удобство в управлении и другие технические параметры крана. Наиболее важное значение для успешного проведения этой работы имеет правильный выбор преобразователя частоты, как по его техническим параметрам, так и по маркетинговым соображениям.
Стоимость предлагаемого проекта состоит из стоимости нового электрооборудования (преобразователя частоты с тормозным резистором), стоимости работ по проектированию, монтажу, настройке и наладке электропривода крана, проведения исследовательских работ по оценке его технико-экономических показателей и экономической эффективности. Конструкция кранов в основном определяется их назначением и спецификой технологического процесса. Но ряд узлов, например механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для кранов различных видов. Поэтому имеется много общего в вопросах выбора и эксплуатации электрооборудования кранов.
Оборудование кранов стандартизировано, поэтому краны различные по назначению и конструкции комплектуются серийно выпускаемым электрооборудованием. К электрооборудованию кранов предъявляют следующие требования: обеспечение высокой производительности, надежность работы, безопасность обслуживания, простота эксплуатации и ремонта и др.
dhgdrgytiynygkutrygnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnndsfffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffdfffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1. Устройство и работа кранаdddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
Кран судовой состоит из следующих узлов: платформы поворотной, колонны, стрелы, механизма поворота, кнопочного поста управления и крюковой подвески.weeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee
Платформа поворотная предназначена для размещения механизмов подъема груза и изменения вылета стрелы. Платформа представляет собой пространственную сварную металлоконструкциюв виде параллелепипеда со встроенными в нее механизмами подъема груза (таль ТЭ 200-111-00) и изменения вылета стрелы (таль ТЭ 200-111-00). Внизу платформа цапфой опирается на сферический роликовый подшипник, воспринимающий вертикальные (осевые) и радиальные нагрузки (от грузового момента). Подшипник установлен в специальной опоре, опирающейся на фундамент цистерны подсланевых вод). Платформа расположена в трюме теплохода.
Колонна крана является опорой для крепления стрелы и воспринимает вертикальные и горизонтальные нагрузки. Колонна выполнена сварной конструкцией из трубы с наружным диаметром 351 мм. Нижней частью колонна крепится шпильками к поворотной платформе. Средней своей частью колонна удерживается в вертикальном положении с помощью упорных катков, перекатывающихся по выступу колонны. Горизонтальные нагрузки от массы поднимаемого груза и поворотной части передаются на сферические роликовые подшипники упорных катков. В верхней части колонны находятся блоки грузового каната и изменения вылета стрелы.wqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq
Стрела представляет собой сварную конструкцию, состоящую из трех частей У-образной формы рамы, присоединяемой к осям колонны с помощью роликовых сферических подшипников, трубы с наружным диаметром 168 мм и поддерживающих блоков грузового каната. Стрела удерживается на колонне полиспастной оттяжкой, с помощью которой осуществляется изменения вылета стрелы.dsffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
Механизм поворота крана предназначен для вращения крана в горизонтальной плоскости. В этом механизме, вращение от двигателя (4А100L8УЗ) через соединительную тормозную муфту передается на вал червячного редуктора (4-160-80-56-3-1) и далее через открытую зубчатую передачу на ведомый зубчатый венец, связанный с металлической конструкцией крана.
Кнопочный пост предназначен для управления всеми механизмами крана, а также перевод стрелы в положение «по-походному». Управление всеми механизмами осуществляется толчковыми кнопками, раздельное, дистанционное. Кнопочный пост подвешивается на гибком кабеле, выходящем из колонны крана.errrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr
Подвеска крюковая используется от электротали ТЭ 200-111-00. Для обеспечения дистанционного отцепления крюка используется шнур, закрепленный к замку подвески. Errrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrfsevgryve3rutge5iyj=drtujvfm’dyibjylgurfhkhjcy7kjnifkbjncvhguxnvgxfzsezxdychytipl.h,\jbhvhghvgvdzrsxfyguikl/,hubmhvgghftfgg4eb67bi rkyfgchqvhg bferhbrr65unjtfy ghnvqcgggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg
2. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ДВИГАТЕЛЯ И СИЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯfdsfffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffvcccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccvcvc
2.1. Общие сведения о применениях различных электроприводов
На судах находят применения крановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения). Они работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулировании частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами, торможениями. Кроме того, электродвигатели крановых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций. 
В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели отличаются от двигателей общепромышленного исполнения.sdddddddddddddddddddddddddddddddddd
Основные особенности крановых двигателей:dsssssssssssssssssssssssssssssssss
• исполнение, обычно, закрытое;dssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss	
• изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и Н;
• момент инерции ротора по возможности минимальный, а номинальная частота вращения относительно небольшая - для уменьшения потерь энергии в переходных процессах;dssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssds
• магнитный поток относительно велик - для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту;dssssssssssssssssssssssssssssssssssss
• значение кратковременной перегрузке по моменту для крановых электродвигателей постоянного тока в часовом режиме составляет 2,15 -5,0, а для двигателей переменного тока - 2,3 - 3,5;sddddddddddddddddddddddddddddd
• отношение максимально допустимой рабочей частоты вращения к номинальной составляет для постоянного тока 3,5 - 4,9, для электродвигателей переменного тока 2,5;sdddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddsdsds
• для крановых электродвигателей переменного тока за номинальный режим принят режим с ПВ = 25%, а для электродвигателей постоянного тока наряду с этим режимом - режим 60 минут (часовой). Наиболее широко для привода крановых механизмов применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, обеспечивающие регулирование скорости и плавный пуск при относительно большом значении нагрузки на валу. Эти электродвигатели устанавливают на крановых механизмах при среднем, тяжелом и весьма тяжелом режимах работы. Они допускают регулирование пускового момента в заданных пределах и регулирование скорости в диапазоне (1:3) - (1:4).ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
• Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются реже (для привода механизмов передвижения малоответственных тихоходных кранов) из-за несколько повышенного пускового момента и значительных пусковых токов, хотя масса их примерно на 8 % меньше, чем у асинхронных двигателей с фазным ротором, а стоимость в 1,3 раза меньше, чем у этих двигателей при одинаковой мощности. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором иногда применяют при режимах Л и С (для механизмов подъёма). Применение их на механизмах кранов, работающих в более тяжелых режимах, ограничено малой допустимой частотой включения и сложностью схем регулирования скорости.ddddddddddddddddddddddddddddd
• Преимуществами асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями постоянного тока являются их относительно меньшая стоимость, простота обслуживания и ремонта. Масса кранового асинхронного электродвигателя с наружной самовентиляцией в 2,2 - 3 раза меньше массы кранового электродвигателя постоянного тока при одинаковых номинальных моментах, а масса меди соответственно примерно в 5 раз меньше. Если эксплуатационные затраты принять за единицу для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, то для электродвигателей с фазным ротором эти затраты составят 5 единиц, а для электродвигателей постоянного тока 10 единиц. Поэтому в крановых электроприводах наиболее широкое применение получили асинхронные электродвигатели (около 90 % от общего числа электродвигателей).ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss
Электродвигатели постоянного тока целесообразно применять в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости, для приводов с большим числом включений в час, при необходимости регулирования скорости вверх от номинальной, для работы в системе Г-Д.aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
В последнее время достижения в создании относительно малогабаритных и экономичных силовых полупроводниковых преобразователей еще более расширили область применения электродвигателей переменного тока. Полупроводниковые преобразователи на полностью управляемых силовых ключах, а именно: IGCT- тиристорах и силовых IGBT-транзисторах дают возможность применять асинхронные двигатели с короткозамкнутым роторам в крановом хозяйстве повсеместно.sddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddsddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
2.2. Требования, предъявляемые к электроприводу главного подъёма
• Двигатель должен быть защищен от перегрузки и коротких замыканий в силовой цепи и цепи управления. При прекращении питания приводного двигателя должна автоматически отключится цепь управления, а после восстановления должен быть исключен самозапуск;dfsssssssssssssssssssssssssss
• Привод главного подъёма должен быть обеспечен нормально -замкнутым контактом, а при включении двигателя тормоз должен автоматически открываться. Замыкание токоведущих частей электрического устройства привода тормоза на корпус не должно вызвать самопроизвольное включение этого привода. У электродвигателя переменного тока при питании от управляемого преобразователя, снятие механического тормоза должно происходить при величине тока двигателя, который обеспечивает необходимый момент для удержания кабины;dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
• Привод должен быть реверсивным;ddddddddddddddddddddddddddddddd
• Класс нагревостойкости изоляционных материалов выбранного типа привода должен быть F или Н;ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
• Работа привода в повторно- кратковременном режиме с ПВ = 25 %;
• Ускорение подъема крюка с грузом не должно превышать 
amax = 0,3 м/с 2;ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
• Скорость подъёма не должна превышать Vmax = 1,4 м/с;
• Диапазон регулирования привода подъёма D (4 : 1);
dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
2.3. Основные исходные данные для проектирования 
Технические требования крану предоставлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Исходные данные
Наименование
Обозначение
Величина
Грузоподъёмность,тddddddddddddddddddddddddddddd
GHffffffffffffffffffffffff
2fffffffffffffffffffff
Масса крюка,тddddddddddddddddddddddddddddddddd
GNssssssssssssssssss
0,07ddddddddddd
Скорость подъема заданная,м/сdddddddddddddddddd
Vssssssssssssss
0,13ddddddddddd
Номинальная скорость двигателя заданная, об/мин
nзsssssssssssss
920dddddddddddd
Количество двигателейddddddddddddddddddddddddd
yssssssssssssss
2ddddddddddddd
Высота подъема,мdddddddddddddddddddddddddddddd
hsssssssssssssss
12dddddddddddd
Скорость передвижения, м/сdddddddddddddddddddddd
sssssssssssssss
0,33ddddddddddd
Минимальный радиус поворотаddddddddddddddddddd
rsssssssssssssss
2,5dddddddddddd
Ускорение свободного падения, м/с2ddddddddddddddddddddddd
gssssssssssssss
9,81ddddddddddd
Диаметр барабана, мssssssssssssssssssssssssssssssssssss
Dбsssssssssssss
0,176dddddddddd
Полиспастностьsssssssss
Кратностьddddddddddddd
msssssssssssss
2,00ddddddddddd

Количество ветокddddddd
ssssssssssssssss
1dddddddddddddd
Передаточное отношение редуктораdddddddddddddd
isssssssssssssss
3,70dddddddddd
Суммарный КПД механизмаssssssssssssssssssssssssssss
?ssssssssssssss
0,90ssssssssssssss
Ускорение м/с2ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss
asssssssssssssss
0sssssssssssssssss


2.4.Предварительный выбор мощности электродвигателя 
Приведенный к валу двигателя статический момент при подъеме груза, МС.

=Нм
Момент статический подъема с учетом запаса 15%

Мст.р = Мс*1,15 = 1,15*268 = 308,2Нм
Расчетная мощность электродвигателя

= 29,6 кВт
По предварительным расчетам время цикла Tц превышает 3 минут, следовательно необходимо выбрать электродвигатель предназначенный для работы в режиме S4
Выбираем асинхронный электродвигатель с кз ротором КГ 2008-6
Таблица 2.2
Параметры электродвигателя КГ 2008-6

Наименование
Обозначение
Величина
Мощность номинальная, кВт
Рн
30,000
Скорость вращ. номин., об/мин
n
920,000
Момент инерции ротора, кг*м
Jд
1,829
Ток номинальный А
Iн
9,000
КПД, %
?
0,75
Cos ?
cos ?
0,780
Момент номинальный, Н*м
МN
104,900
Момент максимальный, Н*м
Ммакс
150,000
Момент критический, Н*м
Мк
162,000
Параметры схемы замещения:
Индуктивное сопр. гл. магн. цепи, о.е.
xm
2,900
Активное сопр. статорной цепи, о.е.
r1’
0,025
Индук. сопр. расc, статорной цепи, о.е.
x1’
0,101
Активное сопр. роторной цепи, о.е.
r2'
0,017
Индук. сопр. расc, роторной цепи, о.е.
x2'
0,112
Режим работы 
S4
Охлаждение
Принудительная вентиляция

На механизмах крана предусматривается применение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором комбината «ПОДЕМ» (Болгария), допускающих работу в системах нерегулируемого электропривода переменного тока. Характерными особенностями двигателей этого типа являются:
* жесткие механические характеристики двигателей;
* обмотки статора двигателя выполняются из провода с изоляцией класса нагревостойкости «F» (рабочая температура до 155 °С);
* климатическое исполнение всех электродвигателей У1 по ГОСТ 15150-69, степень защиты IP44 по ГОСТ 17494-87, группа условий эксплуатации по стойкости к механическим внешним воздействующим факторам МЗ (на грузоподъемных кранах) по ГОСТ 17516.1-90;ротора электродвигателей подвергаются статической и динамической балансировке; электродвигатели выполняются с независимой вентиляцией; двигатели изготавливаются со встроенными датчиками температуры и термовыключателями, обеспечивающими включение вентилятора независимого обдува при температуре обмотки 70 °С; на двигатели могут быть установлены цифровые датчики скорости (энкодеры) и реле максимальной скорости;  двигатели механизмов перемещения снабжены встроенными дисковыми электромагнитными тормозами.
где Gгр – вес грузоподъёмного устройства
G- вес груза
mп- кратность полиспаста
g- ускорение свободного падения
g=9,81м/с2



G=g*m=9,81*70=686,7Н
Угловая скорость барабана


Принимаем частоту вращения двигателя 920 об/мин
Номинальная угловая скорость вращения вала двигателя


Статический момент при подъёме груза, приведённый к валу двигателя


Статический момент при спуске груза, приведённый к валу двигателя


Расчётная статическая мощность на валу электродвигателя


Номинальная скорость вращения барабана



2.5. Расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы электродвигателя
Рассмотрим участок  тахограммы на котором происходит спуск  крюка без груза.
Статический  момент ЭД при опускании  крюка без груза:



Время разгона двигателя до номинальной скорости:


Путь проходимый при разгоне:


Суммарный момент инерции механизма
=1,2 JДВ  +JМЕХ= 1,2?(2,24+1,829)=4,882кгм2

Угловое ускорение двигателя


Динамический момент



Суммарный момент, на участке разгона


Путь проходимый при работе с установившейся скоростью


Время работы на участке с установившейся скоростью


На участке с установившейся скоростью момент равен моменту статическому 
М2= М1СТ=6,12 Н.м.
Время торможения до полной остановки:


Путь проходимый при торможении до полной остановки


Момент на участке торможения, M3:


Рассмотрим участок  тахограммы на котором происходит подъем  крюка с грузом.
Время разгона двигателя до номинальной скорости
t4=tР=0с
Путь проходимый при разгоне
S4=SР=0м
Момент на участке разгона, (движение вверх)M4:
М4=МСП.ПР+МДИН =268+0=268 Нм
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
S5=SУСТ=11,156м
Время работы на участке с установившейся скоростью
t5=tУСТ=85,8с
Момент на участке с установившейся скоростью


Время торможения до полной остановки:
t6=tТ= 0с
Путь проходимый при торможении 
S6=SТ= 0м
Момент на участке торможения M6:
М6=МСП.ПР-МДИН =268-0=268 Нм
Рассмотрим участок  тахограммы на котором происходит опускание крюка с грузом.
Время разгона двигателя до номинальной скорости
t7=tР=0с
Путь проходимый при разгоне
S7=SР=0м
Момент на участке разгона, (движение вниз)M7:
М7=МСС.ПР-МДИН =201-0=201 Нм
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
S8=SУСТ=11,156м
Время работы на участке с установившейся скоростью
t8=tУСТ=85,8с
Момент на участке с установившейся скоростью
М8=МСС.ПР=201 Нм
Время торможения до полной остановки:
t9=tТ= 0с
Путь проходимый при торможении 
S9=SТ= 0м
Момент на участке торможения M9:
М9=МСС.ПР+МДИН =201+0=201 Нм
Рассмотрим участок  тахограммы на котором происходит подъем  крюка без груза.

Статический  момент ЭД при подъеме  крюка без груза:


Время разгона двигателя до номинальной скорости
t10=tР=0с
Путь проходимый при разгоне
S10=SР=0м
Момент на участке разгона, (движение вверх)M10:
М10=М2СТ+МДИН=21,76+0=21,76 Нм
Путь проходимый при работе с установившейся скоростью
S11=SУСТ=11,156м
Время работы на участке с установившейся скоростью
t11=tУСТ=85,8с
Момент на участке с установившейся скоростью
М11=М2СТ=21,76Нм
Время торможения до полной остановки:
t12=tТ= 0с
Путь проходимый при торможении 
S12=SТ= 0м
Момент на участке торможения M12:
М12=М2СТ-МДИН =21,76-0=21,76 Нм
Полное время спуска/подъема


Время паузы между подъёмом и спуском
tП=0с
Tц=(tПАУЗЫ+tРАБ)?4=(0+85,8)?4=343,2с


2.6. Проверка выбранного  двигателя по нагреву и перегрузке
Эквивалентный момент при естественном воздушном охлаждении двигателя

Где -коэффициент ухудшения теплоотдачи
Двигатель имеет принудительную вентиляцию, поэтому . 
Тогда:




Так как двигатель предназначен для работы врежиме S4,а фактическая продолжительность включения равна:

То произведем соответствующий пересчет эквивалентного момента, определив  для данного двигателя:

==40,36Нм
Условие проверки двигателя по нагреву:
Мэкв< МN
МN=104,9Нм
Следовательно
40,36<104,9
Двигатель удовлетворяет условиям проверки по нагреву
Условие проверки по перегрузке:
Максимальный момент двигателя
Ммакс(по НД)<Ммакс.доп
Ммакс.доп=150 Нм
Ммакс(по НД)=140,6 Нм
Следовательно
140,6<150
Условие выполняется, двигатель КГ 2008-6 проверку по перегрузке проходит.

2.7. Выбор преобразователя частоты
2.7.1 Краткое описание современных преобразователей частоты
В настоящее время преобразователи частоты считается стандартным промышленным оборудованием в технике электропривода. Они используются везде, где в электроприводе требуются следующие характеристики:
а)	регулирование скорости, чтобы она могла быть приспособлена под темп производства,
б)	дистанционное управление скоростью и направлением вращения,
в)	более высокая точность позиционирования, чем это возможно для двигателей с переключением числа пар полюсов,
г)	более высокая частота пусков (допустимое по нагреву число пусков в час), чем при питании от сети,
д)	ограничение нагрузки с помощью электропривода.
Следующий раздел относится исключительно к преобразователю частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения ( инверторы напряжения или импульсные инверторы). Эта группа преобразователей частоты является наиболее значительной и доминирует в диапазоне мощностей от 0,5 до нескольких сот киловатт. Инверторы с промежуточным звеном постоянного тока (инверторы тока) являются экономичными только при мощностях выше 20 кВт и предназначены в основном в автономных электроприводах. По этим причинам инверторы напряжения с ШИМ являются доминирующими в нижнем диапазоне мощностей.
Главным преимуществом двухзвенных ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока являются:
 возможность получения на выходе преобразователя широкого диапазона частот, не зависимого от частоты питающей сети и полностью покрывающего потребности электроприводов различного назначения, в том числе высокоскоростных, среднескоростных и тихоходных, прецизионных электроприводов с широким и сверхшироким диапазоном регулирования скорости и др.;
возможность использования относительно простых силовых схем и систем в управлении ПЧ для электроприводов с невысокими требованиями в части диапазона регулирования, быстродействия и других показателей;
возможность наращивания сложности силовой части и системы управления преобразователя соразмерно уровню повышения требований к электроприводу, не допуская чрезмерной избыточности системы;
возможность реализации в сравнительно малоэлементной структуре преобразователя разнообразных алгоритмов управления, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к электроприводам различного назначения;
легкость трансформации преобразователя для работы в установках с питанием электрооборудования от автономных источников либо локальной сети постоянного тока.
Основные недостатки ДПЧ (двухзвенных преобразователей частоты) с промежуточным звеном постоянного тока:
двукратное преобразование энергии, что увеличивает потери энергии и ухудшает массогабаритные показатели преобразователя;
наличие в звене постоянного тока силового фильтра как неотъемлемого элемента ДПЧ, содержащего батарею конденсаторов значительной емкости (в схемах ДПЧ с АИН) либо реактор со значительной индуктивностью (в системах ДПЧ с АИТ).
Важным параметром преобразователя частоты является частота модуляции выходного напряжения АИН. Оптимальный выбор этого параметра представляет собой по существу вариационную задачу, содержание которой определяют следующие противоречивые факторы:
Увеличение частоты ШИМ дает ряд положительных эффектов:
повышает динамическую точность воспроизведения широтно-импульсными модуляторами входных задающих воздействий;
* Расширяет рабочий диапазон частот системы преобразователь -двигатель;
* Уменьшает амплитуды модуляционных пульсаций токов, потокосцеплений и электромагнитного момента двигателя, а также зависящие от них составляющие модуляционных потерь в двигателе и цепи питания;
Уменьшает дополнительный шум двигателя, что в некоторых случаях позволяет отказаться от установки выходных фильтров;
Создает условия для повышения быстродействия и улучшения других показателей качества замкнутых систем автоматического регулирования.
Вместе с тем повышение частоты ШИМ создает ряд отрицательных эффектов:
Вследствие повышения частоты коммутации пропорционально увеличиваются коммутационные потери в инверторе, и снижается его допустимая полезная мощность;
Увеличиваются действующие значения емкостных токов в кабелях питания и элементах конструкции двигателя;
Усложняется проблема ограничения перенапряжений от наложения блуждающих электромагнитных волн в цепи нагрузки и ухудшается использование активных элементов преобразователя по напряжению.
По параметрам выбранного двигателя выбираем преобразователь 
CHV190A-037-4 фирмы INVT. Преобразователь используется для частоты и момента однофазного электродвигателя. Преобразователь оснащен векторной системой управления и использует самые современные технологии с IGBT модулями- транзисторами (Insulated Gate Bipolar Transistor- биполярный транзистор с изолированным затвором). Достоинством такого транзистора являются возможность изготовления на большие токи и напряжения, высокое быстродействие, очень малая мощность управления, большие допустимые скорости нарастания тока и наряжения. Применяются две технологии изготовления IGBT-транзисторов РТ (Punch-Through) и NPT (Non-Punch-Through). Более перспективной является технология NPT . У изготовленных по этой технологии транзисторов, при нагревании увеличивается падение напряжения в открытом состоянии. В случае параллельного соединения нескольких транзисторов это разгружает перегревшийся транзистор и уменьшает вероятность выхода его из строя. Кроме того, у них меньше на 30% динамические потери и на 20% меньше статические потери.
Вследствие этого преобразователи надежны и разнообразны. Оригинальный способ широтно-импульсной модуляции с выбором частоты коммутации дает возможность бесшумной работы электродвигателя. Обширные функции защиты обеспечивают эффективную защиту преобразователя и электродвигателя.
CH.......................