Текст
                    КРАНОВЫЙ
ЭЛЕКТРОПРИВОД
СПРАВОЧНИК
МОСКВА
ЭНЕРГО АТОМИЗДАТ
1988

ББК 31.291 Я88 УДК 62-83:621.873(035.5) Рецензент В. Н. Иванов Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Я88 Крановый электропривод: Справочник.— Мл Энергоатомиздат, 1988.—344 с.: ил. ISBN 5-283-00508-9 Содержится информация по всем видам крановых элек- троприводов. Приводятся технические данные типовых ком* плектов электроприводов и рекомендации по их примене- нию, рассматриваются методы выбора и использования кра- нового электрооборудования в зависимости от условий экс- плуатации. Значительное внимание уделяется новым системам тиристорных электроприводов. Для инженерно-технических работников, связанных с экс- плуатацией и конструированием крановых электроприводов. 2302050000-335 051(01)-88 195-88 ББК 31.291 Справочное издание Яуре Андрей Григорьевич Певзнер Ефим Маркович КРАНОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Редактор А. В. Шинянский Редактор издательства Л. А. Решмина Художественные редакторы В. А. Гозак-Хозак, Г. И. Панфилова Технический редактор Г, С. Соловьева Корректор 3. Б. Драновская ИБ № 1411 Сдано в набор 1102 88. Подписано в печать 27.06.88. Т-15704. Формат 60Х90’/1в. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 21,5. Усл, кр.-отт. 21,5. Уч -изд. л. 25,4. Тираж 28 600 экз. Заказ 918. Цена 1 р. 70 к. Энергоатомиздат. 113114 Москва, М-П4, Шлюзовая наб., 10 Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудо- вого Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государ-» ственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книж- ной торговли. 198052, г. Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29. ISBN 5-283-00508-9 © Энергоатомиздат, 1988
ПРЕДИСЛОВИЕ Широкое внедрение комплексной механизации и автоматизации произ- водственных процессов, неуклонное сокращение во всех отраслях численно- сти работников, занятых ручным трудом, особенно на вспомогательных и подсобных работах, являются одной из важных задач народного хозяйства. Крановое оборудование при этом представляет собой одно из основных средств сокращения тяжелого физического труда. Подавляющее большинство грузоподъемных машин, изготовляемых оте- чественной промышленностью, имеет электрический привод механизмов, и поэтому эффективность действия и производительность этих машин в значи- тельной степени зависят от качественных показателей используемого крано- вого электрооборудования. Современный крановый электропривод за послед- нее время претерпел существенное изменение в структуре и применяемых системах управления. Для наиболее массовых кранов общего назначения начинают широко применяться электроприводы на основе короткозамкнутых двигателей, зна- чительная часть кранов изготовляется с управлением с пола, а быстроходные краны для тяжелых режимов работы комплектуются различными тиристор- ными системами, обеспечивающими глубокое регулирование скорости, плав- ность пуска и торможения при постоянно повышающихся требованиях к эко- номии энергоресурсов. Предлагаемый читателям справочник по крановому электроприводу до- статочно полно освещает всю номенклатуру кранового электрооборудования, изготовляемого предприятиями электротехнической промышленности, а также странами-членами СЭВ (пульты управления), и позволяет правильно и на- учно обоснованно увязать это электрооборудование в комплектные электро- приводы крановых механизмов. В справочнике приведены технические данные как вновь освоенных, так и серийно изготовляемых электродвигателей, аппаратов и комплектных уст- ройств, предназначенных для крановых электроприводов, при этом даны конкретные рекомендации по использованию этого электрооборудования в новых классификационных режимах кранов по ГОСТ 25546-82 и международ- ным нормам ИСО 4301-80. При отборе конкретных материалов для справочника авторы основное внимание уделили наиболее массовым электроприводам, охватывающим по- давляющее число грузоподъемных машин. Вместе с тем рассмотрены и слож- ные специальные системы, но в несколько сокращенном виде. Большинство предлагаемых в справочнике технических и конструктивных решений прошло производственную проверку на заводах-изготовителях электрооборудования. Авторы справочника, многие годы проработавшие в сфере создания кра- новых электроприводов, достаточно широко осветили весь комплекс вопро- сов современной техники этого направления и создали книгу, которая окажет помощь специалистам различных отраслей промышленности в нахождении оптимальных решений при конструировании новых подъемно-транспортных машин и при модернизации имеющегося парка механизмов. Главный конструктор крановой аппаратуры завода «Динамо» им. С. М. Кирова В. И. ИВАНОВ
ОТ АВТОРОВ Предлагаемый читателям справочник является результатом многолетнего опыта, накопленного предприятиями краностроения и электротехнической промышленности по созданию электроприводов разнообразных грузоподъем- ных кранов, используемых во всех отраслях промышленности и на транспорте. Справочник содержит информацию как по основным элементам крановых электроприводов — электродвигателям, аппаратуре управления, резисторам, различным выключателям, так и по комплектным электроприводам основных механизмов кранов. В отличие от ранее издававшейся справочной литературы по крановому электрооборудованию наибольшее внимание в данном спра- вочнике уделено увязке параметров и характеристик кранового электрообо- рудования с механизмами кранов, их эксплуатационными режимами и осо- бенностями работы в составе грузоподъемных машин. Большинство грузоподъемных кранов характеризуется постоянно меняю- щимися условиями использования при переработке грузов, и поэтому меха- низмы кранов, имеющие в своем составе электроприводы, должны быть в максимальной степени приспособлены к постоянно видоизменяющейся ра- боте с грузами, разнообразными по массе, размерам, форме, и в условиях производственных помещений или на открытых грузовых площадках. Чрезвычайно широкий диапазон изменения нагрузок практически любого из крановых электроприводов является одним из главных факторов, тре- бующих особого подхода к выбору расчетных параметров приводных элек- тродвигателей, аппаратуры управления и защиты. Поскольку классические методы определения среднеквадратичной нагрузки электродвигателей могут быть применены лишь для малочисленной группы механизмов со стабильным циклом работы, в справочнике приведены разработанные авторами и под- твержденные многолетней практикой методы подбора электродвигателей и аппаратуры, учитывающие все составляющие потерь в обмотках для широ- кого диапазона изменения относительной продолжительности включения, сте- пени загрузки и числа пусков за цикл. Этот способ, названный методом вы- бора по эквивалентному КПД электропривода, в настоящее время принят практически всеми предприятиями краностроения страны и утвержден в ка- честве обязательного для предприятий тяжелого машиностроения. В предлагаемом читателям справочнике приведены информационные дан- ные по электрооборудованию, серийно изготовлявшемуся промышленностью в 1987 г. или подготовленному к производству в 1988 г. Значительное вни- мание уделено новым перспективным системам крановых электроприводов, производство которых будет начато в 1988—1990 гг. Работа между авторами была распределена следующим образом: раз- делы 1—4 написаны А. Г. Яуре, разделы 5—10—Е. М. Певзнером. Авторы выражают благодарность рецензенту главному конструктору крановой аппаратуры завода «Динамо» им. С. М. Кирова В. II, Иванову за ряд ценных советов и указаний, а также канд. техн, наук А. В. Шинян- скому за большую работу по редактированию рукописи. Все замечания и пожелания по содержанию книги следует направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб, 10, Энергоатомиздат. Авторы
РАЗДЕЛ 1 ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИНАХ Перемещение грузов в процессе хозяйственной деятельности осуществля- ется с использованием гр'узоподъемных машин различного назначения. Грузоподъемные машины по назначению объединяются в следующиз группы: 1. Универсальные машины для подъема и перемещения груза с помощью крюка на гибком подвесе (грузовом канате). К ним относятся различные краны, краи-балки, лебедки, тали. Вариантом этой группы являются машины со специальным грузозахватным органом на грузовом канате. 2. Различные грузоподъемные краны для перегрузки сыпучих грузов с помощью грейфера. 3. Грузоподъемные машины для перемещения груза при помощи захвата, перемещающегося по жестким направляющим. К ним относятся краны-шта- белеры, технологические краны металлургии, штыревые краны цветной ме- таллургии. 4. Специализированные краны для возведения зданий и сооружений. К ним относятся строительные башенные краны, судосборочные краны и са- моподъемные строительные краны. 5. Краны с несущими канатами (кабель-краны). По условиям использования грузоподъемные машины объединяются в следующие группы: 1. Машины универсального назначения, используемые для работы в по- мещениях в одну-две смены в повторно-кратковременном режиме: кран- балки, мостовые опорные и подвесные краны. 2. Машины универсального назначения, используемые для работы на от- крытом воздухе в одну-две смены в повторно-кратковременном режиме: козловые краны, портальные краны, поворотные стреловые краны, мостовые Краны на эстакадах: грейферные и магнитно-грейферные крапы. 3. Машины для циклической перегрузки специализированных грузов (контейнеров, пакетов, поддонов, связок лесоматериалов) в две-три смены в повторно-кратковременном режиме: мостовые, козловые и портальные краны. 4. Машины для выполнения технологических операций в металлургии, термических и кузнечных цехах по вполне определенному комплексу пере- грузочных работ круглосуточно в повторно-кратковременном режиме: маг- нитные мостовые краны, литейные краны, ковочные крапы, стриппер-краны, колодцевые краны и т. п. 5. Машины для выполнения разовых и эпизодических грузоподъемных операций в помещениях и на открытом воздухе при кратковременном и
6 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 повторно-кратковременном режиме работы с общим годовым числом часов работы до 500: козловые краны гидроэлектростанций, мостовые краны ма- шинных залов, мостовые краны ремонтные, козловые и портальные краны судосборки и т. п. Грузоподъемные машины изготовляются для различных условий исполь- зования по степени загрузки, времени работы, интенсивности ведения опе- раций, степени ответственности грузоподъемных операций и климатических факторов эксплуатации. Эти условия обеспечиваются основными парамет- рами грузоподъемных машин. Номинальная грузоподъемность Qhom, кг, — масса номинального груза на крюке или грузозахватном приспособлении, поднимаемого грузоподъемной машиной. Минимальная грузоподъемность машины определяется массой под- нимаемой грузозахватной подвески qt кг. В процессе эксплуатации масса поднимаемого груза может меняться от QH0M до 0. Грузоподъемные машины характеризуются степенью загрузки. Прави- лами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, ут- вержденных Госгортехнадзором СССР и в дальнейшем именуемых прави- лами Госгортехнадзора, введено понятие коэффициента использования крана по грузоподъемности Лрр в Qcp/QhOm> где QCp — среднее значение массы поднимаемого груза за смену, кг. ГОСТ 25546-82 и 25835-83 установлен коэффициент нагружения кранов (механизмов) Cj ст’ где — масса груза, перемещаемого краном с числом циклов С £ С? — число циклов работы крана за срок его службы, == Сv Масса перемещаемых конструкций кранов, крановых тележек 6, кг, рас- пределяется на колеса опоры этих конструкций. Число приводных колес-опор обозначается тк- Отношение числа приводных колес к общему числу колес- опор обозначается а. В литературе этот коэффициент иногда называется коэффициентом сцепной массы. Режим работы грузоподъемной машины циклический. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата машины к исходному положению для нового цикла. Число законченных циклов в час Сн входит в понятие производительности крана. В цикле работы машины время вклю- чения (работы) любого из его механизмов чередуется с временем пауз /пауз этого механизма (пока включен другой механизм, происходит застро- повка или расстроповка груза либо технологическая пауза). Максимальное время законченного цикла работы машины (механизма) /Р + /Пауз, нормиро- ванное ГОСТ 183-74, составляет 600 с. При продолжительности цикла более 600 с он условно разделяется на законченные составные части, например движение в одном направлении и паузу после него общей продолжитель-
§ 1.1 Общие сведения о грузоподъемных машинах ностью до 600 с. Условные циклограммы цикла работы грузоподъемной машины (крана) приведены на рис. 1.1. Краны могут иметь четко выраженный циклический режим работы, на« пример перегрузочные краны штучных грузов, грейферные краны навалоч- ных грузов, технологические краны металлургии, у которых повторяющиеся циклы идентичны. Значительное число кранов универсального назначения не имеет многократно повторяемых однотипных циклов. Краны машинострои- тельных производств, монтажные краны и т. п., у которых циклы работы $4 Операция с грузам Возврат к исходному Время цикла. Рис. 1.1, Типовая циклограмма работы мостового или козлового крана: 1 — обтягивание троса; 2 — подъем груза и крюка; 3 —спуск груза и крюка; 4 — посадка груза и крюка; 5 — гашение раскачки; 6 •— горизонтальное движение; 7— на- ведение крана в заданные координаты постоянно меняются как по продолжительности, так и по составу последо- вательно используемых механизмов, относятся к машинам с условно цикли- ческой работой. Механизмы кранов характеризуются относительной продол- жительностью включения, когда время включения и время пауз регулярно чередуется. Относительная продолжительность включения е выражается от- ношением времени включения механизма к общему времени цикла или в виде отношения времени включения за определенный промежуток времени к вре- мени этого промежутка. Для кранов с четко выраженной цикличностью расчетная относительная продолжительность включения механизма может быть выражена как в долях единицы, так и в процентах % = 1 - ^Лауз/3600-’ ПВ = (1 - Ся/пауз/3600) . 100. (1.1)
8 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. I Для кранов с условно циклическим режимом работы расчетная относи- тельная продолжительность включения, %, Ср—2УПйуз)» 0*2) где У* / — суммарное время включения механизма при нормированном про- межутке времени 600 с; /пауз — суммарное время пауз при нормирован- ном промежутке времени 600 с; + X ^пауз “ 600 с* Расчетная средняя производительность кранов, т/ч, с четко выраженной цикличностью представляет собой объем грузов, переработанных за 1 ч, Q - КгрСнРнОмД Q00. (1.3) В свою очередь число циклов в час грузоподъемной машины определя- йся из зависимости между траекторией движения груза, средней скорости перемещения груза по траектории, наиболее вероятного совмещения опера- ций, времени технологических пауз, времени точной установки груза, времени разгона и торможения каждого из механизмов и числа включений в час 3600 3,5// — 0,02jV Vn 83 — 0,1 TV f 20 — 0,05# (1-4) где H — расчетная высота подъема, м; — скорость подъема, м/с; vM — скорость передвижения моста или линейная скорость поворота груза на под- весе, м/с; ит — скорость передвижения тележки или скорость груза при из- менении вылета стрелы, м/с; N — среднесменное число включений в час ме- ханизма (см. табл. 1.1); ^всп вспомогательное время, здесь /п — сумма времен пусков всех механизмов за цикл, с; У^ /т — сумма времен торможений всех механизмов за цикл, с; У2 fper — сумма вре- мен движения с малой скоростью за цикл всех механизмов, с, У /всп принимает следующие значения: Группа режимов по ГОСТ 25546-82 . . . ЗК 5К 7К 8К У /всп, с........................................ 100 70 50 35 Для канатных систем подвеса грузов максимальное число циклов пере- грузок в 1 ч не превышает 60, минимальное число циклов может составлять 6 по условиям наибольшей продолжительности цикла 600 с по ГОСТ 183-74. В каждом цикле работы крана, как фактическом, так и условном, механизмы имеют некоторое число включений для разгона, движения с желаемой ско- ростью и торможения перед остановкой. При включении механизма может происходить разгон как до номинальной скорости, так и до промежуточ- ной — регулировочной — скорости. В среднем за цикл каждый механизм имеет кроме обязательных включений с пуском до номинальной скорости еще некоторое количество включений для точной установки груза, обтягива-
Технические характеристики грузоподъемных машин 9 ния грузового каната, гашения раскачки груза и т. п. (рис. 1.1). Число вклю- чений механизмов за цикл составляет от 6 до 12, Среднее число включений за цикл может быть принято равным 9. Можно также принять, что допол нительные включения производятся до скорости 0,3 или 0,15 номинальной причем числа включений до указанных скоростей равны между собой. При ведение общего числа включений к числу пусков до номинальной скорости производится по формуле ^вкл 2Z^(Z„Z]) 2 П7 [/^НОМ* 1 уп1*/ ~~ v Чп2*) J’ (1.5) где Z — общее число включений за цикл; Zi — минимально необходимое чи- сло пусков до номинальной скорости за цикл; пнош — относительное значе- ние номинальной скорости механизма, принимается равным 1; уц1!^ — относительные значения промежуточной скорости разгона при дополнитель- ных включениях, принимаются равными 0,3 и 0,15. Если в (1.5) подставить значения Z = 6 — 12 и Zi = 2 4, то значение /гВК1 будет находиться в пределах 0,55 — 0,65, в общем случае /гнКл —0,6. Расчетное число пусков в 1 ч до конечной (номинальной) скорости ZC„^QfiZCf/ р вкл /1 ’ п’ (1-6) Среднесменное число включений в 1 ч N = ZC}1 нормировано для кранов различных режимных групп и является исходным показателем для расчетов нагрузки крановых электроприводов. Номинальной скоростью механизма цНОм, м/с, принято считать устано* вившуюся наибольшую скорость при номинальной нагрузке и расчетных по- стоянно противодействующих усилиях, приложенных к крапу (механизму). Расчетное ускорение (замедление) цР, м/с2, обеспечивает разгон груза (механизма) от неподвижного состояния до номинальной скорости пр = у//п, (17) где /п — время пуска с неподвижного состояния до номинальной (конечной) скорости движения. 1.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Основные параметры. Номинальная грузоподъемность кранов и других подъемных машин регламентирована ГОСТ 1575-81 и представляет собой ряд: 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63, 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 1С; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600 т. У специализированных кранов средние массы поднимаемых грузов близ- ки к номинальной грузоподъемности. У универсальных крюковых кранов средние массы перемещаемых грузов составляют 30—50 % номинальной гру- зоподъемности, а из всех подъемов грузы, близкие к номинальному, подни- маются не чаще каждого десятого подъема.
10 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Грузоподъемность, т, некоторых подъемных машин лежит в следующих диапазонах: Электрические тали , ..................... . . . 0,2—5 Краны: мостовые....................................... 1 — 1000 специальные мостовые ..................... До 320 подвесные . , . ............ 1—25 козловые................................. 3,2—32 монтажные козловые . . ...................... До 500 перегрузочные портальные ..................... 5—32 монтажные портальные...................... . До 160 самоходные . . . ............... 3,2—250 плавучие . .................................. 5—300 специальные плавучие..........................До 2500 Перегружатели.................................. 16—40 Номинальные скорости движения рабочих органов грузоподъемных ма- шин регламентированы стандартами на различные типы кранов, талей, кран- балок и других грузоподъемных машин. Скоростные параметры определяют производительность механизмов, их энергоемкость и технологические условия работы. Для мостовых и козловых кранов общего назначения практикой выработаны следующие скоростные параметры, значения которых приведены в таблице. Т а б л и ц а Скорость, м/с Наименование передви- передвижения подъема жения крана тележки Краны, управляемые с пола, режимных 0,1-0,15 0,6—0,8 0,35-0,5 групп ЗК — 5К, а также краны, управ- ляемые из кабины, режимной группы ЗК 0,1-0,2 0,8-1 0,5-0,6 Мостовые и козловые краны режимных групп 4К“5К, управляемые из кабины Мостовые краны режимных групп 6К— 7К, 0,3-0,4 1,2-1,5 До 0,7 управляемые из кабины Взрывобезопасные краны режимных групп 0,05—0,06 0,5—0,8 0,15-0,2 2К —ЗК Кран-балки, электротали режимных групп 0,1—0,15 До 0,8 До 0,2 до ЗК Магнитные и грейферные мостовые краны 0,5-0,7 До 2 0,8-1,2 режимных групп 7К — ЗК Рудно-угольные перегружатели 0,6—0,8 До 1 До 3 Портальные перегрузочные крюковые и 1-1,2 0,5 1,5 * об/мин грейферные краны Грейферно-бункерные перегружатели 1,2-1,4 0,15—0,18 0,5 1,3-2 Козловые контейнерные перегружатели 1 —1,3 0,7—0,8 железнодорожные Штабелеры 0,15-0,2 1,2-1,5 0,2 ** * Скорость поворота. ** Скорость выдвижения захвата.
§ 1.2 Технические характеристики грузоподъемных машин 11 Указанные скорости установлены в- результате многолетней практики использования грузоподъемных механизмов, причем повышение скорости сверх указанных значений практически не приводит к увеличению произво* дительности, если при этом принципиально не меняются технологические приемы транспортировки грузов, например литейные краны традиционных способов сталелитейного производства имеют скорость подъема 0,05 м/с, и ее повышение не сказывается на процессе заливки изложниц. Применение нового технологического процесса непрерывной разливки стали продиктовало необходимость увеличения скорости в 3 раза — до 0,15 м/с, которая для такого процесса является необходимой и оптимальной. Для высокопроизводительных быстроходных кранов рекомендуемые ско- рости установлены исходя из условий минимума затрат энергии на часовую производительность крана данной грузоподъемности. И в этом случае повы- шение скорости сверх рекомендуемой будет сопровождаться непропорцио- нально большими и, следовательно, неоптимальными затратами энергии, В некоторых случаях значение скорости ограничивается возможностями че- ловека управлять процессом перегрузки (для кранов, управляемых с пола)* Классификация. Режимы работы грузоподъемных кранов всех типов и назначении (кроме судовых) установлены ГОСТ 25546-82. Этот стандарт соответствует международному стандарту ИС04301-80. Основой классифи* кации кранов являются параметры циклов работы кранов за срок службы и степень усредненного нагружения крана, выраженная коэффициентом /Ср. Все многообразие грузоподъемных кранов охвачено восемью режимными группами 1К — 8К. Отнесение крана к той или иной режимной группе осу* ществляется иа стадии проектирования и в дальнейшем указывается в его паспортных данных. В свою очередь каждый рабочий механизм крана со- гласно ГОСТ 25835-83 и СТ СЭВ 2077-80 классифицируется по группам режимов работы. Классификация механизмов по группам режимов работы осуществляется по параметрам суммарного времени работы механизмов за срок службы и степени усредненного нагружения крана. Однако принятыми ГОСТ 25546-82 и 25835-83, а также ИСО 4301-80 параметрами классификации кранов ие учитываются некоторые основные условия выбора электрооборудования — относительная продолжительность включения и число включений в час крановых механизмов. Европейской классификацией режимов FEM 9.681 и 9.682 установлены группы режимов, близкие как к международным условиям классификации, так и к нормам правил Госгортехнадзора. В табл. 1.1 даны классификацией* ные параметры, принятые для расчетов, и сравнительные классификацион- ные обозначения FEM. В табл. 1.2 приведены данные по среднесуточному времени работы механизмов кранов. В соответствии с ГОСТ 25546-82 и 25835-83 установлены класифика* ционные режимные группы кранов различного назначения и режимные группы их механизмов. В табл. 1.3 приведено рекомендуемое отнесение кра- нов и механизмов к соответствующим группам режимов работы. Большинство крановых механизмов, имеющих рабочие скорости в пре- делах значений, указанных выше, по характеру использования должны иметь
12 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд I Таблица 1.1. Классификация механизмов и электрооборудования Расчетные параметры механизмов крана,' принимаемые при конструировании и расчетах Классификация режима работы электрооборудования по правилам Госгортехнадзора Классификация по Европейским нормам FEM 9.681 и 9 682 1 Группа режимов < работы механиз- ма по ГОСТ 25835-83 пв, % Нормированное среднесменное число включений в час N Расчетное время работы в год не более, ч Ина енеивноегь использования, число включений за время 603 с наиболее интен- сивного исполь- зования Режим работы механизма или электрообору- дования Коэффициент использования крана по грузо- подъемности кгр пв, % Число включений в час, среднее за смену Группы режимов механизмов Максимальное число включений в час 1М 15 60 250 50 Л 0,25-1 15 60 IDm 60 2М 15 60 250 50 [Cm 90 зм 25 90 500 60 ^2 0,75 25 40 120 \Bm 120 4М 40 120 1000 80 lAm 150 2m 180 5М 40 240 2500 100 Т 0,7б— 1 40 240 3in 240 4m 300 6М 60 Свыше 360 4000 120 ВТ 1,0 60 300-600 5 m Свыше 360 Таблица 1.2. Режимы эксплуатации кранов Группа режима работы по ГОСТ 25835-83 Коэффициент сменности работы крана Среднесуточное время работы (включения) механизма, ч Время включения на малых, установочных скоростях или толчковых включении. % среднесуточного времени вклю ен ! 1 1М 2М зм 4М 5М 6М До 1 1-2 2-3 3—4 4-10 10-15 60 50 85 25 12 у малые установочные и посадочные скорости для обеспечения остановки в за- данных координатах с необходимой точностью, безопасной посадки грузов или грузозахватных органов либо для снижения нагрузки на механические тормоза в целях обеспечения необходимого уровня их износостойкости. Точ- ность установки крана или тележки в заданных координатах зависит прежде всего от скорости начала торможения, а также от разброса времени сраба-
Технические характеристики грузоподъемных машин 13 Таблица 13. Рекомендуемые группы режимов работы кранов и механизмов Наименование кранов Группа режима работы крана Назначение кранов Группы режима работы механизма главного подъема вспомога тельного подъема передни.<е ния моста передвиже ния тележки поворота 1 изменения 1 вылета • Мостовые и коз- 1К Ремонтные 2М 2М 2x4 — ловые с привод- ными подвесны- ми талями 2К Перегрузочные огра- ниченной интенсивно- сти, общего назначе- ния, вспомогательные в механических цехах ЗМ 1^» ЗМ ЗМ - — зк Перегрузочные сред- ней интенсивности, ос- новные механических цехов с ограниченной интенсивностью 4М ЗМ ЗМ Мостовые и коз- ловые с лебе- дочными грузо- выми тележка- 2К Монтажные для рабо- ты на строительных площадках и в ма- шинных залах 1М 1М 2М 2М — —* ми, крюковые и с захватами зк Перегрузочные работы ограниченной интен- сивности (редкого ис- пользования) ЗМ ЗМ ЗМ ЗМ — -_«* Мостовые и коз- вые с лебедоч- ными грузовыми тележками, крю- ковые и с за- хватами 5К Для работы в цехах и на складах промыш- ленных предприятий при средней интенсив- ности; на лесных скла- дах строительных ма- териалов 4М 4М 4М 4М •— 7К Для промышленных предприятий при круг- лосуточной работе; ли- тейные цехи; для пе- регрузки лесоматериа- лов 5М 4М 4М 5М —4 Мостовые с грей- ферами двухка- натного типа, магнитно-грей- ферные 6К Смешанные склады, работа с разнообраз- ными грузами, преиму- щественно сезонное ис- пользование 5М —• 5М 5М — || 7К Склады насыпных гру- зов и металлолома, не- круглосуточная работа 5М 5М 5М
14 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Продолжение табл, 1 3 » — Наименование кранов Группа режима работы крана Назначение кранов Группы режима работы механизма главного подъема вспомога- тельного подъема передвиже- ния моста передвиже- ния тележки поворота изменения , вылета Грейферные пере- 8К Склады насыпных гр у- 6М 6М 4М Гружатели зов Мостовые с грей- 8К Цехи и склады метал- 6М 4М 6М 6М 1—1 ферами двухка- лургических предприя- натного типа, магнитно-грей- тий; крупные метал- лобазы, круглосуточ- ферные ная работа Металлургические: траверсный 8К Основные цехи метал- лургических предприя- тий 5М 1 5М 6М 5М то же с авто- матическим гру- зозахватом 6М 6М 6М 5М 1 |И1 с лапами 6М — 6М 6М 6М —"* мульдомагнит- 6М — 6М 6М 4М — ный кран мульдогрей- 6М 6М 6М ф ер ный мульдозава- 6М —— 6М 6М 6М —* лочный посадочный 6М 6М 6М 6М для раздевания слитков 6М 5М 6М 6М 5М колодцев ый 6М 5М 6М 6М 5М 1 < шихтовый 6М 6М 5М 5М копровый 6М 6М 6М — —— штыревой 7К Цехи металлургиче- 6М 5М 5М 5М ——1 ковочный ских и машинострои- 5М 5М 5М 5М — закалочный тельных предприятий 5М 5М 5М 6М — — литейный 5М 5М 5М 5М — 1 * Козловые контей- 5К Железнодорожные 4М - 4М зм 4М нерные 6К станции, склады про- мышленных предприя- тий, перегрузка раз- ных грузов, в том чи- сле контейнеров Перегрузка только контейнеров 5М — 5М 4М 4М ——*“
Технические характеристики грузоподъемных машин 15 Продолжение табл. 1,3 Наименование кранов Группа режима работы крана Назначение кранов Группы режима работы механизма - — . главного подъема вспомога- тельного подъема передвиже- ния моста передвиже- ния Тележки поворота изменения вылета Штабелеры: управляемые из кабины и авто- матического действия управляемые с пола 6К 5К зк Склады автоматизиро- ванные 1о же Монтаж промышлен- ных зданий и соору- жений 5М 4М ЗМ ЗМ 5М 4М зм 5М 4М ЗМ 4М ЗМ ЗМ ЗМ Башенные строи- тельные всех ти- пов и назначе- ний 4К 7К Домостроительные комбинаты; склады строительных деталей Строительство гидро- технических сооруже- ний 4М 5М ЗМ ЗМ ЗМ 4М ЗМ зм ЗМ 4М зм зм Стреловые само- ходные 2К зк Монтаж промышлен- ного и энергетического оборудования Погрузочные и мон- тажно-строительные ра- боты 2М ЗМ 2М ЗМ —— — 2М ЗМ 2М ЗМ Портальные крю- ковые перегру- зочные 6К Транспортные и склад- ские объекты 5М 4М м II* 4М 5М 5М Портальные грей- ферные 7К 8К Склады и порты при сезонной работе Склады и порты при круглосменной кругло- годичной работе 5М 6М —— —* ЗМ 4М 4М 5М 4М 5М Портальные мон- тажные зк Судостроение ЗМ 4М ЗМ 4М 4М Портальные лесо- погрузчики с мо- торным грейфе- ром 6К Крупные лесные скла- ды 5М —— 5М 4М 5М 4М
16 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд I Продолжение табл. 1.3 Наименование кранов Группа режима работы крана Назначение кранов Группы режима работы механизма главного подъема вспомога- тельного подъема передвиже- ния моста гередвиже- 1ия тележки шворота [зменения , вылета Краны с несущи- 1 ми канатами (кабель-краны): крюковые мон- 2К Для обслуживания ЗМ — ЗМ ЗМ —• тажпыс больших площадей крюковые пе- регрузочные 5 К То же 4М — 4М ЗМ — грейферные 7 К » » 6М 1 5М ЗМ — Консольные перс- 4К Общего назначения 4М ЗМ — ЗМ * движные 6К Литейные цехи 5М 4М 4М ЗМ —• Настенные кон- ЗК Общего назначения ЗМ — ЗМ — ЗМ сольные Плавучие: монтажные ЗК Монтажные работы ЗМ 4А4 ЗМ —— 4М ЗМ грейферные 5К Для перегрузки сыпу- чих грузов 5М 4М 4М 4М тывания коммутационных аппаратов и тормозов. Поскольку проектировщик крана не может влиять на факторы разброса времени срабатывания элемен- Рис. 1.2, Зависимость диапазона регу- лирования от точности остановки меха- низма крана тов механизма, то единственным фактором достижения неб ходи- мой точности является выбор ско« рости начала торможения, т. е. ма- лой скорости движения. Точность остановки характе- ризуется наибольшим возможным отклонением v. от заданной коор- динаты. На рис. 1.2 для ряда значений номинальной скорости приведены зависимости необходи- мого диапазона снижения скоро- сти перед остановкой Dp от задан- ных значений v. При задан- ной точности остановки и извест- ной номинальной скорости движения можно найти требуемый диапазон ре- гулирования скорости Dp и избежать излишних дополнительных доводочных включений механизмов.
§ L2 Технические характеристики грузоподъемных машин 17 Посадочные скорости механизмов подъема кранов выработаны на основе многолетней практики эксплуатации и за последнее десятилетие практически не претерпели изменений. В табл. 1.4 приведены рекомендуемые значения посадочных и доводочных скоростей механизмов кранов различного казна* чения. Промежуточные скорости механизмов должны быть существенно отли* чимы от номинальных скоростей и скоростей установки. Оператор средней квалификации уверенно различает изменение скорости движения в 2 раза против установившегося значения, поэтому значения промежуточных скоро- стей следует выбирать из ряда „ _ „ гя-1 где С — коэффициент; Н — порядковый номер фиксированного положения из ряда чисел 1,2, 3 ... Параметры ресурса механизмов кранов устанавливают следующим об- разом: по табл. 1.3 для кранов заданной режимной группы определяют ре- жимную группу механизма; для этой режимной группы механизма по табл. 1.1 находят расчетное время работы в год и нормированное средне- сменное число включений в час 7V. Для механизмов режимных групп 1М—ЗМ установлен календарный срок службы до капитального ремонта 22 года. Для механизмов режимных групп 4М, 5М календарный срок службы до капитального ремонта составляет 11 лет. Для механизмов режимной груп- пы 6М календарный срок службы до капитального ремонта обычно прини- мается 7 лет. При этом ресурс механизмов по числу включений следующий? Режимная группа Число включений 1М-ЗМ............... . 1 . 10е 4М.................... 1,3-106 5М.................... 6,3-10б 6М.................... 10 • 10е Время работы, КРч 11 11 27,5 27,5 Этим условиям должно отвечать электрооборудование механизмов до списания (капитального ремонта). Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требова- ниями безопасности может иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема- опускания груза, механизм передвижения краиа в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижение тележки, по- ворот тележки или всего крана, механизм изменения вылета для стреловых Кранов, механизм поворота крюка или захвата, а для специальных кранов Механизмы клещей, различных подхватов и т. п.). В свою очередь механизмы подъема могут быть с одной или двумя ле- бедками. Краны грузоподъемностью выше 10 т снабжают механизмами вспомогательного подъема грузоподъемностью 1/4—1/5 основной грузоподъ- емности. Механизмы передвижения имеют раздельный привод хода. Типич- ная кинематическая схема механизма приведена на рис. 1.3. Кинематические схемы механизмов передвижения и поворота приведены на рис. 1.4 и 1.5.
18 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. I Таблица 1.4. Расчетные ускорения и минимальные скорости Расчетные Л Минимальная скорость, ускорения я» о о м/с. ар, м/с2, Наименование кранов а режим ы крана и <и л fcf о е rt 2 к к Ж СЗ ниже' >ана, по- (груза) виже- !лежки, ения ВЫ" :трелы о Srf КЗ л S Ж f- X я о Л О. Q. виже- с S о О S ? н к |=С X с Kf (3 г* V п, г-Г И 2 >> >. О. OI О. 9-и 2 н СХК О о. и u, Н ё и — Я И IX ГО <3> с К S С жЗ Е И Мостовые и козловые с 1К-2К 1—5 »" 0,04 0,25 0,25 0,15 0,1 подвесными талями Мостовые и козловые ЗК-5К 5—16 0,05 0,25 0,2 0,25 0,2 с лебедочными те- лежками Мостовые с лебедочны- ЗК-5К 20—100 0,1 0,05 0,08 0,08 0,3 0,3 ми тележками 7К 10-50 — 0,1 0,15 0,1 0,3 0,3 Мостовые грейферные и 6К-7К 16—32 —- 0,15 0,25 0,2 0,4 0,4 магнитно-грейферные 8К 16—32 0,2 0,4 0,25 0,4 0,4 0,5 Мостовые специальные ЗК-4К 10-32 0,03 0,02 0,1 0,05 0,25 0,2 Закалочные 7К 10-40 * 0,07 0,25 0,2 0,3 0,3 Ковочные 7К 10-32 0,1 0,1 0,15 0,1 0,3 0,4 Литейные 7К 100—500 0,04 0,03 0,15 0,1 0,2 0,2 Козловые контейнерные 5К-6К 6-32 0,1 0,06 0,15 0,1 0,25 0,25 Штабелеры 5К-6К 2—12,5 0,05 0,1 0,1 0,3 0,3 Взрывобезопасные мо- ЗК-4К 5—50 — 0,05 0,4 0,2 0,15 од стовые Взрывобезопасные мо- ЗК 5—16 0,02 0,02 0,1 0,1 0,15 0,1 стовые специальные Башенные строительные ЗК-4К 5—25 0,1 0,07 0,2 0,1 0,15 0,2 Портальные крюковые 6К 5—32 0,3 0,15 0,2 0,1 0,3 0,3 перегрузочные Портальные грейфер- 6К-8К 8—16 — 0,2 0,3 0,2 0,4 0,4 ные Портальные монтажные ЗК 5-100 0,05 0,03 0,1 0,08 0,25 0,2 Козловые судосбороч- ЗК 50—150 0,02 0,01 0,1 0,05 0,25 0,3 ные Металлургические спе- 8К 10-50 0,15 0,1 0,2 0,1 0,5 0,5 циальные Козловые лесопогруз- БК 8—32 0,06 0,04 0,2 0,1 0,25 0,23 чики Мостовые для обслужи- 5К 100—400 0,03 0,02 0,05 0,03 0,25 0,25 вания реакторных за- лов АЭС Примечание. Значения расчетных ускорений указаны для наиболее применяемых способов управления.
Технические характеристики грузоподъемных машин 19 Полиспастные системы механизмов подъема кранов общего назначения имеют передаточные числа нп = 3; 4. При грузоподъемности кранов свыше 50 т передаточные числа полиспастов могут быть 6; 8. Диаметры ходовых колес тележек выбирают из ряда 200, 250, 320, 400 мм; диаметры ходовых Рис. L3. Кинематическая схе- ма механизма подъема крюко- вого крана. 1 — двигатель; 2— муфта; 3 — тор- моз, 4 — редуктор; 5 — барабан; Б — полиспаст; 7 — неподвижный блок полиспаста колес кранов DK — из ряда 320, 400, 560, 630, 710, 800 мм; диаметры гру- зовых барабанов — из ряда 260, 335, 410, 510, 630, 750, 900, 1160, 1200, 1450 мм. Двухступенчатые редукторы могут иметь передаточные числа от Рис. 1.4. Кинематическая схема механизма передвижения: $ — тормоз; 2 — двигатель; 3 — муфта; 4 — редуктор; 5 — ходовое колесо Рис. 1.5. Кинематическая схема ме- ханизма поворота крана: / — тормоз; 2 — двигатель; 3 — фрикцион- ная муфта; 4 — редуктор; 5 — зубчатое колесо опорно-поворотной части крана 8,32 до 50,94. Трехступенчатые редукторы могут иметь передаточные числа от 16 до 125. Основные данные некоторых редукторов крановых механизмов приведены в табл. 1.5. Передаточное число редуктора можно выбрать, пользуясь формулой пр — я£>пдв/(6(Ьип), (1.8) где D — диаметр барабана с грузовым канатом для лебедок подъема или диаметр ходового колеса, м; частота вращения вала электродвигателя,
20 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Т а б лиц а 1.5. Технические данные редукторов Ц2 и ГК Тип Частота вращения выходного вала, об/мин Максимальная мощность, кВт, на быстроходном валу для механизмов группы 4М при передаточном числе Масса, редуктора 50,94 41,34 32,42 24,9 19,88 16,3 12,41 9,8 8,32 кг Ц2-250 600 750 1000 1500 3,9 4,2 6 8,5 С£> -О СП 00 оэ ю 5,2 7,6 9,2 12 7 9,4 12 16 9,4 11 14 19 П 13 17 24 15 17 20 25 17 20 24 30 19 23 27,1 34 85 Ц2-300 600 750 1000 1500 5,6 7,4 10 12 6,8 8,3 12 14 8,3 10 15 19 13 16 18 21 15 18 21 26 18 22 25 31 25 29 31 40 29 36 40 43 34 40 44 55 136 Ц2-350 600 750 1000 1500 9,4 11 14 20 10 13 17 24 12 17 22 30 17 22 27 30 22 26 33 44 27 32 37 51 31 43 51 70 37 52 61 85 46 61 72 97 204 Ц2-400 600 750 1000 1500 16 20 24 31 20 26 30 37 25 29 34 37 36 39 44 49 44 46 49 64 48 54 54 81 48 54 54 81 55 59 68 91 63 63 73 102 317 Ц2-500 600 750 1000 1500 32 37 49 63 34 42 58 82 43 52 69 83 63 75 91 116 75 89 104 147 82 103 122 174 113 112 143 189 120 140 178 217 137 163 197 248 505 ГК 800 600 — 83 — — •— 2570 ГК 1000 600 80 100 — 168 1 I 256 *— —- 3550 соединяемого с редуктором, об/мин; о — скорость линейного перемеще- ния, м/с. Передаточное число редуктора механизма поворота определяется по формуле ^р, в — ^дв/(^кри оп, у), (1.9) где гсКр — частота поворота крана, об/мин; ноп, у — передаточное число опор- но-поворотного устройства. В соответствии с данными табл. 1.5 подбирается передаточное число, ближайшее к найденному по (1.8) и (1.9). Редукторы и блоки механизмов крана имеют переменные й постоянные потери на трение и перемешивание смазки. Полные потери в передачах определяются по значению КПД редуктора цном в номинальном режиме. При этом доля постоянной составляющей потерь, не зависящих от нагрузки, со- ставляет 40—50 % общих потерь в передачах. Момент на валу приводного
§ 1.3 Статика и динамика механизмов 21 двигателя в зависимости от степени загрузки механизма определяется по формулам: подъем груза и перемещение против ветра М Q (Кп, П + 'Ином) + (1 Л ном) Мном QНОМ 1 ^Сп, п (1.10) спуск груза и перемещение по ветру М Q (2 + Кп, пЛяом)-(1 4“ Лном) "Л4 = (2 Л ном 1) i t к Л1ном Уном Ч-Лп.п (1.Н) где /(П1 п — коэффициент, определяющий долю постоянных потерь в меха- низме при номинальной нагрузке. Значения т]ном и Кп, п Для различных типов механических передач приведены в табл. 1.6. Таблица 1.6. Значения i)HOM и коэффициентов постоянных потерь в передачах для различных механизмов кранов Узел передачи Механизмы с канатными барабанами Механизмы передвижения тележки, моста Механизм поворота ^ном ^П, п ^ном «п, п ^ном п Блок канатной передачи 0,98—0,99 1 Канатоукладчик 0,98 1 — — — •— Двухступенчатый редуктор 0,86 0,9 0,88 0,9 0,86 0,9 Двухступенчатый редуктор и 0,78-0,82 0,9 0,8-0,82 0,9 0,8—0,82 0,9 открытая передача Трехступенчатый редуктор 0,8-0,84 0,9 0,78—0,84 0,9 0,82—0,85 0,9 Червячная передача несамо- 0,7 0,85 0,65—0,7 0,85 0,65 0,85 тормозящаяся Самотормозящаяся 0,35—0,48 0,6 0,42—0,48 0,5 0,35-0,48 0,5 1.3. СТАТИКА И ДИНАМИКА МЕХАНИЗМОВ КРАНОВ Нагрузки механизмов кранов изменяются как по абсолютному значению от номинальных до холостого хода, так и по направлению в режимах тяги (подъема) и торможения (спуска). На рис. 1.6 представлены области изме- нения нагрузок крановых механизмов. Заштрихованные области соответ- ствуют статическим нагрузкам при установившемся движении; незаштрихо- ванные области, ограниченные штрихпунктирными линиями, соответствуют действию нагрузок в режиме разгонов и торможений. Более плотной штри- ховкой ограничена область действия установившихся нагрузок механизмов, не подвергающихся давлению ветра или движению под уклон. Более редкой штриховкой обозначена зона действия нагрузок от попутного ветра. Статические нагрузки. Нагрузки установившегося движения крановых механизмов при подъеме, спуске и перемещении грузов принято называть
Разд. 1 ______-а. 22 Технические характеристики грузоподъемных машин статическими. Статическая мощность на валу электродвигателя подъемной лебедки при подъеме груза, кВт, определяется по формуле Рст, п — 9,81 (Q + ?)on 103/71пТ1 (1.12) где Q — масса поднимаемого груза, кг; q — масса крюковой подвески, за* хвата, спредера, грейфера или грузоподъемного магнита, кг; — номиналь» ная скорость подъема груза, м/с; г; — КПД канатной системы и механизма Рис. 1.6. Области нагрузок механизмов подъема (а) и передвижения (б) при подъеме номинального груза; шп — коэффициент числа механизмов, под- нимающих груз. Для разных кранов коэффициент тп принимает следующие значения! Крюковой кран с одной лебедкой подъема..........................1 Крюковой кран с двумя лебедками подъема и общим грузовым канатом (контейнерные краны, краны со специальными захватами) .........2 Крюковой кран с двумя лебедками и двумя независимыми подъемными канатами и общей траверсой....................................1,8 Грейферный кран: для замыкающей лебедки в процессе замыкания грейфера.........1 при подъеме груженого грейфера совместно с замыкающей лебедкой 1,8 Статическая мощность на валу электродвигателя механизма горизонталь* кого передвижения крана (тележки) определяется по следующим формулам! механизм работает в помещении при отсутствии ветровой нагрузки (G + Q + <?) 103/пкт) (1.13) где G — масса передвигающегося механизма (крана, тележки), кг; иг — ско- рость передвижения груза, м/с; г; — КПД механизма; <рп — коэффициент тре* ния в подшипниках ступиц колес, для подшипников качения <рп — 0,015; —диаметр ходового колеса, м; dCT— диаметр ступицы ходового колеса, м; обычно для расчетов принимается dCy/DK = 0,25; ц— коэффициент трения качения, ц = 0,5 • 10-3 м; /Срб — коэффициент формы ходового колеса, учи- тывающий трение реборд ходового колеса, /Срб = 1,3 4- 1,4; тк-~ число меха-
Статика и динамика механизмов 23 низмов передвижения; (3 — уклон рельсового пути тележки или крана, при рас- чете мостовых кранов принимается р = 0,003, для строительных кранов ₽ = 0,01. При подстановке в (1.13) приведенных усредненных значений парамет- ров имеем: Рст, г « 0>$ (G + Q + q) vr/(104mKn). (Ы 4) Механизм работает на открытом воздухе Р _____ + Q + Я) Vn ( Фп ^СТ + 2g „ . /1 1К\ Рст’г-------io¥^ I Di Лрб + Р J + Ю3АИкП ’ ( ' где WB— среднее усилие, воздействующее на механизмы крана и груза от ветра. В соответствии с ГОСТ 1451-77 ветровая нагрузка на кран опреде- ляется по формуле — pSK, здесь SK — площадь парусности, м2; р — давление на конструкции крана и груза, Па, р =к=з qkQQC^ftij где q — давление ветра на высоте 10 м; Лев — коэффициент высоты; с8 — коэффициент лобового сопротивления; — коэффициент нагрузки; fl = p^/2; здесь р — плотность воздуха, р — 1,225 кг/м3; vв — скорость ветра у зем* ли, м/с. Для рабочего состояния кранов, используемых во всех зонах, кроме мор- ских побережий, принимается q = 125 Па, соответственно коэффициенты ЛвС == 1, 25; са — 1; щ = 1. Таким образом, расчетное давление от ветра принимается р *= 160 Па. Площадь парусности крана (тележки) с достаточной точностью можно принять SK1 = 0,8 и/G. Площадь парусности груза может быть определена по формуле ^к2 == 0,2 д/ Q. Подстановка значений р и SK в (1.15) дает Рст>г = w [(G + Q + я) (.фпу_2Н. Лрб + р) +160 (0,8 +0,2 То)] (1.16) Эта формула может быть использована для определения мощности ме- ханизмов кранов любого типа, кроме судовых или работающих в портах. Для мостовых кранов грузоподъемностью 5—50 т общего назначения д козловых кранов грузоподъемностью 5—20 т, работающих на открытом
24 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 воздухе, может быть использована простая, по достаточно верная формула определения мощности статической нагрузки Рст « 2,2 (G + Q + q) ог/(104ткт)). (1-17) Для строительных башенных кранов наибольшая мощность статической нагрузки при скорости ветра 15 м/с может быть определена по формуле Рст « 2,5 (G + Q)i>r/( 104/пкГ|). (Ы8) Статическая мощность на валу электродвигателя механизма поворота стрелового крана в общем виде можно найти по формуле /’ст, вр = 10/ п [0,бфврОКр (G + Q) + I (3,2 sin у ± ₽<?)], (1.19) где G — масса поворотной части крана, кг; п— частота вращения крана, об/мин; фвр — коэффициент трения поворотного круга, <рер = 0,01; DKP — диаметр поворотного круга, м; I — вылет стрелы (размер от оси вращения до оси подъемного каната), м; у — угол направления ветра к наветренной площади груза; при определении максимальной мощности статической на- грузки принимается sin у — 1, при определении среднеквадратичной нагрузки sin у = 0,8; р — уклон пути крана, для портальных кранов р = 0,006, для башенных кранов (3 = 0,01, для судовых кранов р = 0,04; твр— число ме- ханизмов поворота; 3,2 — коэффициент, учитывающий давление ветра на груз при скорости ветра 15 м/с. Для механизмов поворота тележек специальных кранов или захватов Лт, вр- n [O,5q>BpfeHDKp (6 + Q)]/(Ю3ц); (1.20) здесь — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления поворота от уклона тележки на путях, kH == 2,2. Статическая мощность на валу электродвигателя механизма изменения вылета стрелы в общем виде может быть определена по формуле /’ст, С = ~~ (0,18vc> Г + 10«с, В + 0.08), (1.21) где G — масса перемещаемых конструкций стреловой части крана, кг; ис, г —- скорость горизонтального перемещения груза, м/с; vCt в — скорость вертикаль- ного перемещения груза, м/с. Статическая мощность на валу электродвигателя механизмов специаль- ных захватов, толкателей, выдвижных устройств может быть определена по формуле Рст-Л^/(103П), (1.22) где FCp — среднее усилие при перемещении рабочего органа, Н; v — скорость перемещения, м/с. При ЭТОМ F max механизма, работающего на упор, должно приниматься не более 2Fcp. Динамические нагрузки. Любое движение механизма происходит в усло- виях разгона, установившейся скорости перемещения и торможения до ос га*
§ 1.3 Статика и динамика механизмов 25 новки. Разгон и торможение механизмов происходят при затрате к и нети че- ской энергии на изменение скоростных параметров движущихся масс. Урав- нение движения механизма с постоянным моментом инерции имеет вид Al da) ~dFf (1.23) где М — момент двигателя при ускорении или торможении; МСт — момент статической нагрузки; J момент инерции электропривода; со — угловая ско- рость двигателя; dw/dt — ускорение или замедление в процессе пуска или торможения. Уравнение (1.23), разрешенное относительно конечной скорости механизма при линейных механических характеристиках двигателя, ° 9,55 Мном и — И кон* 'чгач* — JYI нач* 2кон* ^нач* ^ст+ ^кон* ^ст* (1.24) где о —• конечная скорость разгона (замедления), м/с; а — ускорение (замед- ление) механизма, м/с2; пном — номинальная частота вращения вала электро- двигателя, об/мин; Л/Ном — номинальный момент на валу электродвигателя Н • м; янач$, лкон* — начальная и конечная частоты вращения электродвига- теля при пуске (торможении) механизма в относительных единицах (п* « = л/пном); Мнач*, Мкон# — начальный и конечный моменты при пуске (тор- можении) в относительных единицах; Мст* — относительное значение мо- мента статической нагрузки = Л1/Л11ЮМ). Время пуска (торможения) может быть определено из (1.23) для кон- кретных значений параметров пуска (торможения). При постоянном ускоре- нии (замедлении) == Приведение моментов инерции масс элементов механической передачи к валу электродвигателя производится по следующим формулам; для вращающихся частей кранов вр —- 0,2/дв <Мвр 0.7QZ2 Ч^ред^оп.у (1.25) для поступательно движущихся частей кранов по/ , 91 (G + Я 4- 0,7Q) о2 -j ~ ™ЛОМП (1.26) где /дв — момент инерции двигателя, кг-м2; 0,2 — коэффициент, учитываю- щий момент инерции тормоза и первой шестерни редуктора; 6вр — масса вращающихся частей крана, кг; /?вр — средний радиус вращающихся масс крана; Q — масса груза, кг; I — расстояние от оси вращения механизма по- ворота крана до оси грузового каната, м; G — масса перемещаемых кон- струкций крана (тележки); q — масса подвески, кг; v — скорость линейного перемещения, м/с; тк — число механизмов; пред, а0П1 у — передаточные числа
26 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 редуктора и опорно-поворотного устройства; 0,7 — коэффициент, учитываю- щий, что в цикле работы крана число пусков с грузом не превышает 60 % общего числа пусков. Поскольку у механизмов горизонтального перемещения грузов приведен- ный момент инерции механизма и груза превышает момент инерции вращаю* щихся частей электродвигателя в 10—30 раз, то время пуска, а следова- тельно, и производительность крана в целом существенно зависят от дина- мических возможностей этих механизмов. В соответствии с основным уравнением движения механизма (1.23) по- явление в системе электропривода избыточного вращающего момента '(М — Мет) вызывает ускорение или торможение механизма. Для прямоли- нейного движения ускорение выражается первой производной линейной ско- рости движения по времени dv/dt. При постоянном избыточном моменте, раз- виваемом электродвигателем, при пуске среднее ускорение определяется по формуле нср & Окон/^П> где окон — конечная скорость пуска механизма; /п — время пуска до конеч- ной скорости. Для механизмов передвижения и поворота значения оптимальных сред- них ускорений, являющихся исходными для установления необходимых сред- них ускоряющих моментов, приведены в табл. 1.4. При выборе ускорений следует укладываться в определенные граничные условия: максимальное время пуска должно быть меньше 6 с для двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором; для корот- козамкнутых асинхронных двигателей всех типов максимальное время пуска должно быть меньше 3 с. Максимальное ускорение не должно превосходить значений, при которых нарушается сцепление колес с рельсами, а также про- исходит недопустимое раскачивание груза. Рекомендации по выбору ускоре- ния по условиям сохранения сцепления приведены в гл. 6. Раскачивание груза при пуске и торможении механизмов передвижения или поворота является нежелательным процессом, поскольку вызывает до- полнительное нагружение конструкций, небезопасно для окружающего пер- сонала и снижает производительность механизмов. Раскачивание груза на канате возникает при ускорении или замедлении механизма. Раскачка груза характеризуется углом отклонения грузового каната от вертикали ар = - F (1 — cos <о/) g(G + Q) (1.27) где F — ускоряющее (замедляющее) усилие, действующее на механизм. Наибольший угол отклонения имеет место при art = л. Максимальный угол отклонения для механизма передвижения может возникнуть при значе- нии усилия F на границе нарушения сцепления колес с рельсовым путем. Если обозначить коэффициент трения ходовых колес по рельсам <р, то
§ 1.3 Статика и динамика механизмов 27 Период свободного качания груза определяется по формула т = 2л -y/lTPG/[g (G + Q)L (1.28) где /гр — высота подвеса груза, м. Максимальное значение угла отклонения при качании имеет место, если время разгона в 3—4 раза меньше периода качания груза, Ду Ир max = . < 2<Р, (1.29) Vg/K(l+ Q/G) где Ду — приращение линейной скорости механизма за время t «(1/3) Г» Период свободного качания груза на подвесе может достигать от б до 12 с. При таком большом периоде качания снижение угла отклонения за счет снижения ускоряющего усилия, т. е. увеличения времени пуска, прак* тически неосуществимо, так как даже небольшое изменение усилия, обуслов* ленное разбросом значений пусковых моментов в пределах производственных допусков, ведет к времени разгона в 2,5—3,5 раза меньше периода Т. Радикальным средством снижения угла отклонения при раскачивании согласно (1.29) является снижение приращения скорости До, т. е. увеличение числа ступеней разгона или торможения. При этом наибольший эффект дает четное количество ступеней приращения скорости при условии включения каждой последующей ступени в момент времени, когда направление движе* ния качания соответствует направлению пуска и груз находится в вертикаль* ном положении. При двухступенчатом разгоне угол отклонения при таком способе снижается в 3 раза, а при четырехступенчатом разгоне — в 9 раз против максимального значения одноступенчатого разгона. Менее эффектна* ным, но зато более простым способом гашения раскачки при пуске (тормо* жении) является толчок механизма в тот момент времени, когда скорость качания груза максимальна и совпадает с направлением пуска. При этом способе эффективность гашения раскачки будет тем выше, чем ближе между собой будут абсолютная скорость груза и скорость механизма. Другими способами гашения раскачки являются способы поглощения энергии качающегося груза в элементах привода после завершения процесса движения, например создание специальной механической характеристики в небольшими конечными скоростями и пусковым (тормозным) моментом, за* висимым от усилия раскачки. Ударные нагрузки в механизмах кранов. Рассмотрим максимальные уси* лия, возникающие в канате в двух крайних случаях: при ограниченном, но постоянном пусковом моменте двигателя, а также при идеально жесткой механической характеристике электропривода. При постоянном пусковом мо* менте и линейном законе упругого изменения длины грузового каната мак* симальное усилие в канате определяется по формуле
28 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд* 1 где Fmax — максимальное усилие в канате при приращении скорости Дуо; Гп — усилие в канате при пусковом моменте; FCT—усилие в канате при но- минальном грузе; /гр — момент инерции груза, приведенный к двигателю; /дв — момент инерции двигателя; £— модуль упругости каната; sK — сечение каната; I — длина каната между барабаном и грузом. При жесткой механической характеристике максимальное усилие в ка- нате равно Fmax ” Fст А /£$к/гр * ст ’ ст Для обычных грузоподъемных механизмов отношение /гр//дв не превы- шает 0,2, и максимальная нагрузка в грузовом канате за счет введения огра- ничения пускового усилия может быть снижена не более чем на 10 %, Основная составляющая, которая создает ударные усилия в канате, зависит от конечной скорости ступении разгона. Из (1.31) может быть получена за- висимость усилия в канате от конечной скорости разгона (£max Fст)/ст ” 14,3 Ду 0/л]I, (1.32) Если полагать, что Fmax в канате не должно превышать 1,5FCT, а длина каната не может быть менее 10 м, максимально допустимая скорость первой пусковой ступени должна быть не выше 0,12 м/с. При обычно принятых скоростях подъема 0,15 м/с и системах привода без малой скорости подъема груза усилия в канате и редукторе при пуске могут достигать значения до 170 % номинальной нагрузки. Для механизмов со скоростями подъема свыше 0,2 м/с применение малой скорости подъема обязательно. Максимальное усилие при торможении определяется по формуле где FT — суммарное тормозное усилие от механического и электрического тор- можения; знак «+» относится к торможению при подъеме, знак «—» — при спуске. Усилие при торможении во время подъема немного выше, чем во время спуска, при одинаковых значениях FT. Для предотвращения недопустимых ударов в механизмах необходимо, чтобы максимальное замедление не пре- вышало g (9,8 м/с2). Скорость, соответствующая этому предельному усилию, (1.34) где Она», — начальная скорость торможения; с — жесткость каната. Ударные нагрузки и меры по их ограничению для механизмов передви- жения зависят от характера протекания процессов пуска и торможения в си- стеме с учетом частоты собственных колебаний. Для механизмов, период собственных колебаний которых находится в пределах от 0,1 до 0,4 с, мак- симальные усилия в отдельных звеньях кинематической цепи практически не зависят от характера возмущающей силы, поэтому уменьшение пускового
$ 1.3 Статика и динамика механизмов 29 или тормозного момента не сказывается на максимальных нагрузках. Макси- мальные усилия в звеньях механизмов передвижения и поворота опреде- ляются по формулам: при пуске F max —F п ^дв Лцв “Ь Jмех мех при торможении Fmax = 2Fn ---+ W J дв T J мех (1.36) где /дв, /мех — моменты инерции двигателя и механизма, приведенные к хо- довому колесу или опорно-поворотной платформе; IT — сопротивление пере- движению; Fn — усилие, соответствующее пусковому моменту. Наибольшие значения усилия при разгоне и торможении механизмов приведены в табл. 1.7. Таблица 1.7. Максимальные усилия в механизмах горизонтального передвижения кранов Наименование ^мех •^мех ^дв Fmax!Fn при пуске при торможении г + J мехгдв ^мех +/дв i=0,5 Fn W — =0,25 W “^=0,5 Fn -7г-=0,25 Fn Передвижение 0,58—0,73 0,162- 1,51-1,69 0,35—1,59 1,24—1,69 1,2-1,57 тележки Передвижение 0,715— 0,455 0,43—0,73 1,67—1,84 1,56—1,78 1,65-2,07 1,54—1,89 крапа Поворот 0,855 0,93 0,86 1,92 1,89 2,29 2,08 усилие может быть принято Для механизмов с /мех /дв максимальное равным Fmax kFп> где k — коэффициент динамической перегрузки. При использовании тормозов с гидротолкателями коэффициент k может быть принят равным 1,5, в осталь- ных случаях k = 2. Для систем, период собственных колебаний которых соизмерим со вре- менем пуска, нагрузка в элементах механизмов может быть снижена при механической характеристике двигателя с малой жесткостью. Для таких слу- чаев максимальное усилие при пуске определяется по формуле Fmax ~ kFп “Г I т ‘ • (1.37) J мех "г J дв
во Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Коэффициент k зависит от соотно- шения между периодом собственных колебаний Т и электромеханической по- стоянной времени электропривода 7М. Эта зависимость приведена на рис. 1.7. Период собственных колебаний электромеханическая постоянная време- рис. 1.7. Зависимость коэффици- ента динамической перегрузки от параметров электропривода и ме- ханизма ни электропривода 7*м <— (7дВ + Jмех) 00 Мп' (1.39) где с — жесткость системы передачи механизмов; «о — синхронная угловая скорость электродвигателя. Так как механизмы передвижения и поворота обладают большим мо- ментом инерции, то при выборе зазоров в передачах могут иметь место по- вышенные усилия. Избыточные усилия в этом случае характеризуются дина- мическим коэффициентом или где — приведенный зазор в передаче; <ок — угловая скорость в момент Контакта (после выбирания зазора); МИЗб — избыточный момент двигателя; анач — начальное ускорение при выбирании зазора. Для снижения коэффи- циента КдИН основными мероприятиями являются ограничение скорости сок и ограничение пускового момента, поскольку ограничение начального уско- рения анач не всегда может быть реализовано. Изменение нагрузок при перекосах и рассогласовании скоростей механиз- мов передвижения. При центральном (общем) приводе ходовых колес мосто- вых и козловых кранов возникновение разницы в линейных скоростях про- тивопсложных опор крана возможно при неодинаковых диаметрах ходовых колес. В этом случае неизбежно происходит упругое проскальзывание колес той опоры, у которой реборды не имеют контакта с рельсовым путем. При достаточно жесткой конструкции механизма данное явление ведет к некото- рому дополнительному статическому нагружению, которое может быть оце- нено в 10 % дополнительной нагрузки на центральный двигатель при пролете до 25 м. При раздельном приводе правой и левой опор крана расхождение линейных скоростей за счет угловых скоростей электродвигателей в 4—6 раз выше, чем за счет неравенства диаметров ходовых колес. При достаточно
§1.4 Условия эксплуатации кранового электрооборудования 31 жестких механических характеристиках асинхронных электродвигателей в конструкции механизма передвижения происходит перекос, связанный с Не- одинаковыми усилиями, передаваемыми на ходовые колеса раздельными электроприводами. Практикой установлено, что при наиболее неблагоприят- ных механических характеристиках и наступивших явлениях перекоса зна- чения усилий, передаваемых на ходовые колеса, могут составлять ±25 % расчетной статической нагрузки при пролетах до 25 м. При пролетах свыше 25 м усилие может увеличиться до 35 %. Для короткозамкнутых двигателей, у которых не может быть изменено скольжение, при определении расчетных нагрузок должен быть принят коэффициент запаса 1,15 на возможное пре- вышение фактического момента над расчетным. При применении двигателей с фазным ротором и длине пролета до 25 м рекомендуется оставлять невыключенный резистор в цепи ротора для реали- зации скольжения 9—10 % при номинальных нагрузках электродвигателя. При пролетах более 25 м скольжение следует оставлять соответственно 12—13 %. Для кранов с пролетами до 30 м возможный наибольший перекос получается при отсутствии груза, причем он укладывается в допустимые границы по отношению к ходовым частям кранов. Этот перекос существенно не влияет на ресурс крана и нагрузки на электропривод. У кранов с особо большими пролетами, 50 м и выше, перекос может вызвать нежелательные напряжения в металлоконструкциях. Для таких кранов устанавливаются датчики фиксации перекоса, а в схемах предусматриваются меры к его лик- видации. 1.4. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ КРАНОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Грузоподъемные машины могут устанавливаться как непосредственно в рабочих помещениях, так и на открытом воздухе. При работе в помещении многие краны располагаются непосредственно над линиями технологических механизмов в среде с высокой концентрацией пыли, газов, паров воды, кис- лот и т. п. Ряд кранов в процессе эксплуатации передвигается из отапливае- мого помещения на открытый воздух и обратно. Краны, работающие на от- крытом воздухе, могут иметь суточное изменение температуры до 50°C. Это приводит к выпадению на поверхности частей кранов конденсата, атмосфер- ной влаги и соляного тумана. В смеси с производственной пылью конденсат вызывает снижение поверхностной изоляции между токоведущими частями и коррозию металлических деталей. Движение кранов с ударами по метал- локонструкции на стыках рельсов, интенсивные разгоны и торможения меха- низмов, собственные колебания металлоконструкций при нагружении машин вызывают весьма интенсивные механические воздействия на электрооборудо- вание, располагаемое на мостах и тележках кранов. Хотя вероятность совпа- дения предельных условий невелика, для обеспечения необходимой надеж- ности электрооборудования оно должно отвечать следующим основным тре- бованиям. Температура окружающей среды изменяется от —40 до +40 °C. В ме* ♦галлургических цехах температура изменяется от —10 до +60°Сг
32 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Относительная влажность ьоздуха характеризуется средним уровнем 95 % при температуре окружающей среды +20 °C с выпадением росы. Воз- душная среда для оборудования нормального исполнения: содержание паров масел 10 мг/м3, содержание СО2 — 0,8 % (по объему). Воздушная среда приморская: содержание соли (соляной туман) 40 мг/м3. Крановое электро- оборудование должно удовлетворять обоим условиям. Воздушная среда в металлургическом производстве: содержание графитовой пыли, паров кислот, СО2, взвешенных частиц стальной окалины; постоянная концентрация 100, единовременная концентрация 1000 мг/м3. Выпадение росы на изоляционных поверхностях и металле в виде пленки слабых кислот. /Механические воздействия — вибрация, удары. Вибрация с частотой 1—50 Гц с ускорением 0,5g. Одиночные повторяющиеся удары с ускоре- нием 3g и частотой до 15 ударов в 1 мин. Указанные ускорения и частота вибрации имеют место на пролетных и концевых балках. При консольном креплении аппаратуры за нижнюю часть ускорения верхней части могут до- стигать 0,7—0,8g Эти условия характерны для использования электрооборудования общего назначения в категориях размещения У1, У2, УЗ по классификации ГОСТ 15150-69. При использовании кранового электрооборудования только в странах с тропическим климатом, т. е. для категорий размещения Tl, Т2, значения влажности и температур будут следующими. Температура окру- жающей среды изменяется от +5 до +45 °C. В металлургических цехах интервал изменения температур от +10 до +60 °C. Относительная влаж- ность воздуха характеризуется средним уровнем 95 % при температуре +35 °C с периодическим ежесуточным выпадением росы. При использовании кранового электрооборудования специально в зонах с холодным климатом, т. е. для категорий ХЛ1 и ХЛ2, интервалы измерения температуры от —60 до +40 °C. Для предохранения от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды крановое электрооборудование должно быть достаточно защищенным либо размещаться в кожухах и оболочках с необходимой степенью защиты. Степени защиты от воздействий внешней среды установлены ГОСТ 14254-80 и 14494-69. При размещении электрооборудования на кранах и других гру- зоподъемных машинах следует обеспечивать степени защиты согласно табл. 1.8. При использовании кранов в химических производствах при перегрузке химических продуктов должны учитываться следующие требования. Удобре- ния, полуфабрикаты химических производств и другие агрессивные грузы резко усиливают процессы корродирования металлоконструкций и оборудо- вания. В связи с этим стальные металлоконструкции и чугунные узлы долж- ны регулярно окрашиваться химостойкими лакокрасочными покрытиями. При- менение алюминия и его сплавов должно быть исключено для всех узлов, соприкасающихся с химическими веществами или их пылью. Вся электрическая аппаратура должна размещаться либо в герметизи- рованной кабине крановщика, либо в специальном аппаратном помещении со степенью защиты IP55, Конечные выключатели должны иметь корпуса
Зак. 918 to Таблица L& Степень защиты и категории размещения электрооборудования Наименование Категория размещения крана У1 У2 * УЗ ** ХЛ1 ХЛ2* Т1 Т2 У2 (метал- лургия) ОМ1 УЗ (по- жаро- опасные зоны) Электрооборудование в каби- нах кранов УЗ УЗ УЗ хлз ХЛЗ Т2, ТЗ Т2, ТЗ У2, УЗ ОМ1, ОМ2, IP44, IP55 УЗ IP31 IP31 IP31 1Р31 IP31 IP31 IP31 IP41 • IP31 Специальные аппаратные ка- бины УЗ УЗ УЗ хлз ХЛЗ тз тз УЗ ОМЗ УЗ IP00 IP00 IP00 IPOO IP00 IP00 IP00 IP00 IP 00 IP00 Специальные аппаратные ка- бины с подогревом (охлаж- дением) —— — хлз IP00 ХЛЗ IP00 — —— УЗ IP00 — Электрооборудование внутри шкафов кожухов на откры- тых частях кранов УЗ УЗ УЗ УЗ тз тз УЗ ОМЗ УЗ IP00 IP00 IP00 IP00 IP00 IP00 IP00 IP00 IP00 Электрооборудование под на- весом У2 IP44 — — У2 IP44 М 1 Т2 IP44 —— * Электрооборудование на от- крытых частях кранов У1 У2 УЗ ХЛ1 ХЛ2 Т1 Т2 У1 ОМ1 УЗ 1Р44 IP31 IP00 IP44 IP31 IP44 IP31 IP43 IP56 IP44 Шкафы, кожухи на откры- тых частях кранов У1 * — ХЛ1 Т1 Т2 У2 ОМ1 УЗ IP43 IP43 IP43 IP22 1Р43 IP56 IP44 * Навесы, складские помещения неотапливаемые. ** Производственные помещения со станочным оборудованием, отапливаемые склады с температурой окружающей среды не ниже —10 °C- со Примечание. В числителе указали категория размещения электрооборудования) в знаменателе —степень защиты. со Условия эксплуатации кранового электрооборудования
34 Технические характеристики грузоподъемных машин, Разд. 1 из латуни или чугуна. Тормоза должны быть встроены в двигатель и гер- метизированы. Электродвигатель с тормозом должен иметь степень защиты IP55 с полным исключением алюминиевых деталей. Ввод кабелей и проводов в двигатели и конечные выключатели — через сальники или трубы с газовой резьбой. При использовании грузоподъемных машин в условиях высокогорья не- обходимо учитывать три фактора: уменьшение массы охлаждающего воз- духа, повышение солнечной радиации и некоторое снижение температуры окружающей среды. Первые два фактора ухудшают тепловое состояние из* делия, третий фактор несколько облегчает условия эксплуатации. Поскольку краны для высокогорья являются обычными машинами общего назначения, ограничения, связанные с эксплуатацией в высокогорье, могут быть пало* жены на грузоподъемность и режим работы. В табл. 1.9 указаны ограничи- тельные условия использования кранов при высоте над уровнем моря свыше 1000 м. Таблица 1.9. Ограничительные условия использования электрооборудования кранов в условиях высокогорья Группа режима работы механизма Высота над уровнем моря, м 1000 -2000 2000-3000 свыше 3000 до 4000 % номиналь- ной грузо- подъемности пв, % % номиналь- ной грузо- подъемности пв, % % номиналь- ной грузо- подъемности пв, % 1 м 100 15 100 10 80 10 2М 100 15 80 15 80 10 ЗМ 100 15 80 15 70 10 4М 80 15 80 15 60 15 5М 80 25 80 25 50 25 6М 80 40 80 25 50 25 Основными нормативными документами, регламентирующими требования безопасной и надежной работы грузоподъемных машин, являются «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» Госгортех* надзора СССР, а также требования «Правил устройств электроустановок» ПУЭ 76. В этих документах сформулированы требования к механизмам, тор- мозам, электроприводам и отдельным аппаратам, являющиеся основой без- опасной работы грузоподъемных машин и его электрооборудования. В СССР практически все грузоподъемные механизмы аттестуются ин- спекторами Госгортехнадзора при условии соблюдения изготовителями и эксплуатацией упомянутых правил. К электроприводу и электрооборудованию кранов относится свыше 40 пунктов этих правил. Все специализированные крановые электрические аппараты и комплектные устройства, изготовляемые промышленностью, полностью соответствуют требованиям правил. В ряде отраслей промышленности в производственных помещениях (зо- нах), на открытом воздухе, а также в шахтах может возникнуть взрыво- опасная ситуация. Поэтому для таких производств и зон изготовляют меха-
Условия эксплуатации кранового электрооборудования 35 низмы во взрывозащищенном исполнении. Классификация взрывоопасных зон приведена в табл. 1.10. Рекомендациями Международной комиссии МЭК 79-9' и ГОСТ 12.2.020-76 установлены классификация и маркировка Таблица 1.10. Классификация взрывоопасных зон Зона Уровень взрывозащиты Характер эоны Состояние взрывоопасных смесей и газов Примечание BI Взрывобезо- пасное, уровень 1 Помеще- ние Постоянное выделение взрывоопасных газов и смесей — В 1а Повышенной надежности против взрыва, уровень 2 То же Выделение взрыво- опасных газов и сме- сей только в резуль- тате аварий и неис- правностей В 16 Без средств взрывозащиты, исполнениеIP44 » » То же Газы и смеси обла- дают резким запа- хом. Взрывоопас- ные смеси образу- ются вне зоны крана В 1г Повышенной надежности против взрыва, уровень 2 Откры- тый воздух У наружных устано- вок, содержащих го- рючие газы и ЛВЖ. Открытые нефтело- вушки пруды-отстой- ники и т. п. Далее 3 м от закры- того аппарата или запорного клапа- на, далее 5 м от предохранительно- ного клапана, да- лее 8 м от резер- вуара с ЛВЖ, да- лее 20 м от от- крытого слива лвж В II Взрывобезо- пасное, уровень 1 Поме- щение Опасная концентрация взрывоопасных пылей и волокон д В Па Без средств взрывозащиты, исполнение IP 44 То же Появление взрыво- опасных концентраций пыли и волокон воз- можно в результате аварии взрывозащищенного электрооборудования, уровни взрывозащиты электрооба- рудоваиия: 2 — электрооборудование повышенной надежности против взрыва, такое взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечи- вается только в нормальном режиме использования; 1 — взрывобезопасное электрооборудование, такое взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как в нор- мальном режиме использования, так и при признанных вероятных поврежде* миях, кроме повреждений средств взрывозащиты; 2*
36 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. I О — особовзрывобезопасное электрооборудование, такое взрывозащищен- ное электрооборудование, в котором по отношению к взрывобезопасному электрооборудованию приняты дополнительные меры защиты. Взрывозащищенное электрооборудование имеет следующие виды взры-’ возащиты: d — взрывонепроницаемая оболочка; р — продувка оболочки под избыточным давлением защитным газом; i — искробезопасная электрическая цепь; q-*- кварцевое заполнение обо- лочки с токоведущими частями; О — масляное заполнение оболочки с токо- ведущими частями; s — специальный вид взрывозащиты; е — защита вида е. Таблица 1.11. Взрывоопасные смеси Группа взры- । । воопасности | Класс температуры Т1 Т2 ТЗ Т4 Т5 Тб ПА Ацетон, этан, этилацетат, ам- миак, бензол, оксид углерода, уксусная кислота, метан, метанол- метилхлорид, пропан, толуол Этиловый спирт, Н- амилацетат, Н-бутан, Н- бутиловый спирт, этилен- хлорид Бензины, Н- гексан, реак- тивное топли- во, мазут, сероводород Декан Ацетальде- гид, сложный этиловый спирт, эфир II В Городской газ Этилен, ок- сид этила Топливо ди- зельное Диэтило- выЙ эфир — ПС Водород, све- тильный газ Ацетилен — — Сероугле- род Классификация взрывоопасных смесей приведена в табл. 1.11 В зави- симости от области применения все взрывозащищенное электрооборудование разделяется на две группы: Группа I — рудничное, предназначенное для подземных выработок и руд* ников. Рудничный газ. Безопасный зазор более 1 мм. Группа II—промышленные установки. Промышленные пары, газы, пы- левоздушные смеси: НА — безопасный зазор более 0,9 мм; ПВ — то же 0,5 мм; ПС — то же, но менее 0,5 мм. Электрооборудование группы II в зависимости от значения температуры самовоспламенения взрывоопасной среды имеет шесть классов предельных температур эксплуатации: Т1 — 450 °C; Т2 — 300 °C; ТЗ — 200 °C; Т4 — 135 °C; Т5— 100 СС; Тб —85 °C. Маркировка взрывозащищенного электрооборудования включает следую- щие символы: уровень взрывозащиты (0; 1; 2), обозначение Ех; знак вида защиты (d, р, i, q, о, s, е); группа области применения (I, II, ПА, ПВ, ПС);
§ L4 Условия эксплуатации кранового электрооборудования 37 температурный класс (Tl, Т2, ТЗ, Т4, Т5, Тб). Пример: маркировка lExdIIAT3 — взрывобезопасное электрооборудование, имеющее взрывонепро- ницаемую оболочку: группа ПА — температурный класс ТЗ. Для классов помещений (зон) BI электрооборудование должно иметь уровень взрывозащиты 1. Для классов помещений В1а и В1г электрооборудо- вание должно иметь уровень взрывозащиты 2. Для класса помещений BI6 может быть применено электрооборудование без средств взрывозащиты, но с оболочкой со степенью защиты IP44. Для класса помещений ВП электро- оборудование должно иметь уровень взрывозащиты 1. Для класса помеще- ний ВПа может быть применено электрооборудование без средств взрыво- защиты, но с оболочкой со степенями защиты IP44, IP54. К взрывоопасным жидкостям относятся легко воспламеняемые жидкости (ЛВЖ). у которых температура вспышки не превышает 61 °C при темпе- ратуре 20 °C и нормальном давлении. Горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °C относятся к пожароопасным, но эти же жидкости, на- гретые в условиях производства до температуры вспышки или выше, отно- сятся к взрывоопасным. В зонах, взрывоопасность которых определяется го- рючими жидкостями, имеющими температуру вспышки выше 61 °C, может применяться любое взрывозащищенное электрооборудование с температурой нагрева поверхности, не превышающей температуру самовоспламенения дан- ного вещества. Ряд кранов может эксплуатироваться в пожароопасных зонах внутри помещений. Для электрооборудования этих кранов имеются определенные ограничения и специальные требования. Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно обра- щаются горючие (сгораемые) вещества. Пожароопасные зоны имеют три класса: зоны класса П-I, расположенные внутри помещений, в которых обра- щаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °C, допустимая температура нагрева поверхностей 140 °C; зоны класса П-П, расположенные внутри помещений, в которых выде- ляются горючие пыль и волокна с нижним концентрационным пределом вос- пламенения 65 г/м3 к объему воздуха, допустимая температура нагрева по- верхностей 150 °C; зоны класса П-Па, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества, допустимая температура нагрева поверхностей 210 °C; зоны класса П-Ш, расположенные вне помещения, относящегося к ка- тегориям П-I, П-Па, допустимая температура нагрева поверхностей 240 °C. Все электродвигатели и аппараты, устанавливаемые на кранах в пожа- роопасных зонах, должны иметь степень защиты оболочки IP44. Электро- двигатели постоянного тока и электродвигатели с фазным ротором должны располагаться на расстоянии не менее 1 м от мест размещения горючих веществ или должны быть отделены от них несгораемым экраном. Температуры в рабочих режимах на поверхности оболочек не должны превышать предельных значений, установленных для соответствующих
38 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 пожароопасных зон. Токопровод к кранам, используемым в зонах П-I и П-П, должен осуществляться гибким кабелем. При использовании кранов в зо- нах П-Па и П-Ш допускается применение троллейного токопровода при условии, если он не проходит над местами размещения горючих веществ. 1.5. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТАНОВКЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НА КРАНАХ На основе многолетней практики разработки и эксплуатации кранового электрооборудования выработан ряд общих требований к нему. 1. Расстояние между находящимися под напряжением частями с раз- ными потенциалами, а также между частями, находящимися под напряже- нием, и заземленными металлическими частями выбирается в соответствии с табл. 1.12. Таблица 1,12. Изоляционные расстояния в крановом электрооборудовании Наименование Расстояние, мм, в зависимости от напряжения по воздуху по поверхности До 60 В 61-500 В До 60 В 61-500 В Электрические машины, распредели- тельные и комплектные устройства 6 14 8 20 Электрические аппараты и тиристор- ные устройства (кроме расстоя- ния между контактами) 6 14 8 18 Установочная арматура 3 8 4 10 Блоки электроники, имеющие защи- ту от пыли 3 6 4 8 2. Весь стационарный внутренний монтаж электрического оборудования должен выполняться медным многожильным проводом сечением не менее 1,5 мм2. 3. Сопротивление изоляции электрооборудования между фазами (полю- сами) и относительно заземленных частей должно быть не ниже указанных в табл. 1.13. 4. Электрическая прочность изоляции электрических машин должна быть не ниже 1800, а трансформаторов и аппаратов — не ниже 1500 В. 5. По коррозионной стойкости электрооборудование категорий У1, У2, ХЛ1, ХЛ2 принадлежит к средней группе СЗ; электрооборудование катего- рий Tl, Т2, ОМ1 принадлежит к жесткой группе ЖЗ. Толщина гальваниче- ских покрытий для меди и ее сплавов должна быть не ниже 9 мкм для обеих групп. Толщина цинкования стальных деталей должна составлять 15 мкм для группы СЗ и 20 мкм для группы ЖЗ. При кадмировании толщина по- крытия может быть снижена на 20—30 %. 6. Для обеспечения достаточной надежности контакта электрических це- пей все контактные соединения должны иметь устройства, предохраняющие
§ 1.5 Рекомендации по проектированию электрооборудования 39 Таблица 1.13. Сопротивление изоляции Наименование Минимальное сопротивление изоляции при 20 °C и относительной влажности воздуха не выше 85 %, МОм при монтаже при эксплуатации в холодном состоянии в нагретом состоянии перед началом работы Электрические машины 5 2 1 Трансформаторы 5 2 2 Грузоподъемные магниты 10 1 0,3 Отдельные аппараты 10 3 1 Комплектные устройства 2 1 0,5 от самоотвинчивания, а также относительно высокие контактные нажатия; нажатие на медные контакты главных цепей 0,2—0,3 Н, приходящееся на 1 А номинального тока; нажатие на серебряные контакты 0,1—0,15 Н на 1 А номинального тока, но не менее 1,5 Н на контакт. 7. Контрольные лампы, измерительные устройства, катушки напряжения аппаратов должны иметь защиту от коротких замыканий или устройства, ограничивающие ток короткого замыкания. Эти приборы могут не иметь своих устройств защиты, если защита предыдущей ступени питания рассчи- тана на ток не более 25 А. 8. При оперативных размыканиях цепей постоянного и переменного тока с индуктивностью максимальное напряжение в цепи не должно превышать 1400 В. 9. Комплектные устройства, устанавливаемые на подвижных частях кра- нов, должны крепиться не менее чем в двух точках в верхней части для того, чтобы обеспечить равномерную нагрузку на рамы при ускорениях и замедлениях. 10. Оболочки аппаратов и комплектных устройств должны иметь такую конструкцию, которая позволяет при открытых крышках (дверях) обеспе- чить доступ ко всем токопереходам с одной (лицевой) стороны. Открытие крышек (дверей) должно осуществляться без инструмента или в крайнем случае с помощью отверток. 11. Максимальная высота комплектных устройств, устанавливаемых на кранах, должна быть не более 1800 мм. 12. Нажатие, обеспечивающее контактные соединения в аппаратах, не должно передаваться через изоляцию, в том числе изоляционные монтажные доски. Исключение составляют фарфор, стеатит, кордиерит. Конструкции ка- тушек и токопровода к ним должны быть такими, чтобы усилие от соедини- тельных проводов не передавалось на витки катушки. 13. Выводные зажимы аппаратов и комплектных устройств должны со- ответствовать табл. 1.14,
40 Т ехнические характеристики грузоподъемных машин Разд 1 Таблица 1.14. Выводные зажимы Номиналь- ный ток, А Сечение подводимых 2 проводов, мм Форма головки винтов и болтов Размеры резьбы, мм контактных ВЫВОДОВ выводов заземления 6 1-2,5 Цилиндрическая со шлицем М3 М5 10 1—4 Цилиндрическая или шести- М4 М5 гранная со шлицем 16 1,5-6 То же М4 М5 25 2,5-10 » » М5 М5 40 2-16 » » М5 Мб 63 6-25 » » Мб Мб 100 10-50 » » Мб Мб 160 25—95 Шестигранная со шлицем М8 М8 250 70-150 То же без шлица мю М8 400 120-2X120 То же Ml 2 М8 630 150-2X185 » » М16 М8 14. Электрооборудование кранов электролитических цехов, рассчитанных на подъем деталей, находящихся под напряжением до 800 В, должно иметь дополнительные ступени изоляции по отношению к конструкциям кранов, на- ходящимся под напряжением. 15. Металлические маховики и ручки должны быть электрически соеди- нены с заземленными частями аппаратов. Допускается электрическое соеди- нение осуществлять через металлические подшипниковые сочленения. 16. Установку аппаратов в комплектных устройствах, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной запыленности, рекомендуется осу- ществлять на изоляционных досках для того, чтобы снизить вероятность возникновения дуги между аппаратами при эксплуатации. Материал изоля- ционных досок не должен поддерживать горение. 1.6. ПИТАНИЕ КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ Питающие сети и качество электроэнергии. Грузоподъемные машины в большинстве своем являются устройствами, от надежности работы которых зависит нормальный ход производства, поэтому в соответствии с ПУЭ элек- троприводы кранов относятся к категории потребителей не ниже второй, для которой перерыв питания допускается только на время переключения пита- ния с основной сети на резервную. Ряд кранов, такие, как литейные, пере- грузочные для операций со взрывоопасными, ядовитыми или радиоактивными грузами и некоторые другие, относится к приемникам первой категории, ко- торые должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников, при этом перерыв питания может быть допущен только на время автомати- ческого ввода резервного питания. Крановые электроприводы могут получать питание от трехфазных сетей переменного тока промышленного предприятия или специальных единых общезаводских сетей постоянного тока. Основным напряжением для питания
§ 1.6 Питание крановых электроприводов 41 крановых механизмов является напряжение 380 В переменного тока. Наряду с этим напряжением по согласованию с изготовителями крановое электро- оборудование может изготовляться для следующих нестандартных напря- жений: 1) постоянный ток 220 и 440 В; 2) переменный трехфазный ток 220 В, 50 Гц; 380 В, 60 Гц; 440 В, 60 Гц; 415 Н, 50 Гц; 500 В, 50 Гц. На напряжение свыше 440 В постоянного тока и 500 В переменного тока крановое электрооборудование не изготовляется. В перспективе наме- чается использование для питания крупных кранов напряжением 660 В, 50 Гц. Качество электроэнергии переменного тока определено ГОСТ 13109-67. Допуск на отклонение частоты от номинального значения составляет ±0,2 Гц. Допустимые колебания напряжения сети, предназначенной для питания элек- троприводов, от —5 до ±10%* Несимметрия фазных напряжений в трех- фазной сети допускается в пределах до 2 % номинального значения. Несину- соидальность формы кривой напряжения за счет высших гармоник не долж- на превышать 5 % действующего значения напряжения основной частоты. Падеже напряжения в крановом токоподводе и крановой сети не должно превышать 10 % номинального напряжения при пуске двигателя наибольшей мощности. Питание грузоподъемных машин с электроприводом весьма разнообразно в отношении как источников питания, так и числа потребителей, получаю- щих питание от одной линии. Наименьшие мощности питающих сетей имеют место для строительных кранов, наибольшие — в питающих сетях кранов металлургического и химического производства, а также на Машинострои- тельных заводах тяжелого машиностроения. В связи с универсальностью ис- пользования большинства грузоподъемных машин общего назначения при конструировании электрооборудования принято, что мощности питающих се- тей, кВ-А, не превышают следующих значений: Строительные башенные краны, используемые в жилищном строи- тельстве . . . . . ................. ........................... 500 Мостовые и козловые краны общего назначения: портальные краны . . . .................................. 500—1600 судовые грузоподъемные механизмы........................... 2000 Краны металлургического производства, перегружатели . ..... 5000 Под мощностью питающих сетей подразумевается установленная мощ- ность трансформатора или генератора на линии, питающей кран. Токи короткого замыкания. Надежная работа кранового электрооборудо- вания во многом зависит от устойчивости всех элементов разветвленной сети питания крановых электроприводов к токам короткого замыкания (КЗ). Ве- роятность КЗ в цепях и элементах электрооборудования кранов значительно выше, чем у стационарных механизмов, ввиду того что краны при работе создают вибрацию, ударные сотрясения и ускорения, которых нет у стацио- нарных установок. Расположение крановых механизмов в верхней части зда- ний, где концентрация пыли и газов значительно выше, чем в стационарных электротехнических помещениях, также ухудшает условия эксплуатации.
42 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 С учетом этих обстоятельств электрооборудование кранов должно быть в целом устойчиво к последствиям возможных КЗ в пределах электрической сети крана. Токи КЗ в стационарных сетях определяются в основном параметрами сверхпереходных индуктивных сопротивлений питающих источников и элек- трических машин потребителей. Для крановых механизмов с большим чис- лом токопереходов, стальными троллеями или относительно длинными питаю* щими кабелями токи КЗ в значительной мере определяются активными со-* противлениями этих элементов. Фазный ток КЗ в любой точке кранового электромонтажа после ввода для электрической сети переменного тока к концу второго периода, т. е. при tK, з = 0,04 с, с достаточной для практики точностью может быть определен по формуле U2 /к, з, ф == 12/ном + (lg р - I)2. (1.42) где /ном — номинальный длительный ток кабеля в сети, где произошло КЗ, А; Р — мощность трансформатора (или генератора) питающей сети, кВ-А; (7ном— номинальное напряжение. Ударный ток КЗ в момент времени tKt 3 == 0,01 с может составлять 150—200 % тока КЗ, определенного по (1.42). Для обеспечения стойкости к КЗ аппаратура должна иметь электродинамическую устойчивость в преде- лах тока КЗ по (1.42) и односекундную термическую стойкость к токам, составляющим не менее 40 % тока, определенного по (1.42). Защитное уст- ройство на линии, питающей кран, должно быть рассчитано на отключение тока КЗ, а защита на кране, срабатывающая в течение времени, превышаю- щего 0,06 с, должна быть рассчитана на отключение тока, составляющего 60 % значения, определенного по (1.42). Монтажные провода в электрических аппаратах, а также все провода внешнего монтажа в пределах механизма должны выбираться исходя из наи- больших возможных в эксплуатации токов в получасовом максимуме на* грузок данного участка электрической цепи. Эти нагрузки должны прини* маться как продолжительные для монтажных проводов и кабельных сетей. Учитывая, что крановые электроприводы эксплуатируются в повторно-крат- ковременном режиме, медные провода и кабели сечением 10 мм2 и более и алюминиевые сечением 16 мм2 и более могут быть нагружены током в К раз больше номинального: К « 0,875/VnB/lOO, (1.43) где ПВ — продолжительность включения, %. При температурах окружающей среды, превышающих 25 °C, допустимая нагрузка проводов и кабелей с резиновой изоляцией снижается до следую- щих значений: При + 40 °C При + 45 °C При + 50 °C При + 55 °C 0,76 /ном 0,66 /ном 0,54 /Ном 0,30 /ном
§ 1.7 Системы управления крановыми электроприводами 43 Общую защиту крановых электроустановок при суммарной мощности электродвигателей до 250 кВт на переменном токе и 150 кВт на постоянном токе следует осуществлять автоматическими выключателями с отключающей способностью не ниже 10 кА. Для особо мощных кранов с токами питаю- щих линий 1000 А и выше в качестве защитных устройств следует исполь- зовать воздушные выключатели АМ8 — АМ15. В отдельных цепях электроприводов при сечении отходящих проводов до 2,5 мм2 можно применять установочные автоматические выключатели с отключающей способностью не ниже 1200 А. Поскольку двигатели электро- гидравлических толкателей тормозов получают питание от сравнительно мощ- ных сетей, они должны иметь индивидуальную защиту с помощью автома- тических выключателей с отключающей способностью не ниже 2500 А. При выборе уставки электромагнитного расцепителя защитного автома- тического выключателя в цепях электроприводов переменного тока нужно учитывать его быстродействие. Современные выключатели срабатывают в те- чение первого периода прохождения тока через нуль, поэтому они могут реагировать на апериодическую составляющую пускового тока асинхронного электродвигателя. С учетом отстройки от апериодической составляющей пус- кового тока и допустимых разбросов пускового тока отсечку электромагнит- ного расцепителя выключателя необходимо настраивать на ток Л:р 2^ 1>8/п, дв + /с, дв/(0»3/п), где /п, дв — расчетное значение пускового тока наибольшего по мощности двигателя, защищаемого выключателем; 1с, дв — статические токи нагрузки двигателей других механизмов в установившемся режиме; tn — число элек- троприводов крана. 1.7. /СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КРАНОВЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Основные определения. Под системой управления электроприводом в дальнейшем будем подразумевать комплекс, состоящий из преобразователя электрической энергии (если таковой имеется), аппаратуры управления для коммутации тока в цепи электродвигателя, органа ручного управления или автоматического (программного) контроля, органа скоростного, путевого или иного контроля, а также элементов защиты электрооборудования и меха- низма, действующих в конечном счете на устройства отключения электро- привода. Все электрические цепи подразделяются на: 1) главные цепи, через которые проходит основной поток энергии элек- тропривода, а также осуществляется питание грузоподъемных магнитов; 2) цепи возбуждения, через которые проходит ток возбуждения элек- трических машин постоянного тока, синхронных электрических машин пере- менного тока или электромагнитов тормозных устройств, а также ток дви- гателей электр ©гидравлических толкателей;
44 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 3) цепи управления, по которым осуществляется подача команд к ком* мутационным устройствам главных цепей и цепей возбуждения от органов управления; в цепях управления осуществляется также определенная после- довательность выполнения команд и переключений по заранее заданной про- грамме; 4) цепи сигнализации, которые передают оператору или контролирую- щему устройству информацию о состоянии коммутирующих элементов глав- ных цепей и цепей управления или о значениях конкретных параметров элек- тропривода и механизма. В крановых электроприводах применяют электромашинные и статические преобразователи электрической энергии. В электромашинных преобразовате- лях две (или более) электрические машины преобразуют электроэнергию, потребляемую от питающей сети, в электроэнергию с регулируемыми пара- метрами (напряжение, частота, ток). В статических преобразователях пре- образование электрической энергии осуществляется путем бесконтактной коммутации цепей постоянного или переменного тока с помощью управляе- мых и неуправляемых полупроводниковых приборов. Аппаратура управления электроприводом является комплексом, включаю* щим контактные и бесконтактные устройства коммутации в цепях электро- двигателя, преобразователей энергии и управления, а также элементы за- щиты электрических цепей. Всю контактную аппаратуру в крановом электро- приводе можно разделить на две группы: аппаратура, управление которой осуществляется непосредственно опера- тором или исполнительным механизмом (контроллеры, конечные выключа- тели) ; аппаратура с приводом контактов от электромагнитного устройства (кон- такторы и реле). Если контактные коммутационные элементы аппарата с непосредствен- ным ручным приводом предназначаются для коммутации цепей главного тока, то такое устройство называется силовым кулачковым контроллером, s если эти элементы служат для коммутации цепей управления, то такой аппарат называется командоконтроллером. Если контактные коммутацион- ные элементы приводятся в действие через связь с механизмом, то такие аппараты называются конечными или путевыми выключателями. Последова- тельность замыкания и размыкания контактов, приводимых в действие от вала с кулачковыми шайбами, в функции угла поворота вала называется диаграммой включений. Диаграмма включений, изображенная в виде таб- лицы, называется таблицей включений. Несколько контакторов и реле, а так- же различные устройства защиты, объединенные в законченное комплектное устройство для управления электроприводом, именуются магнитными кон- троллерами. Магнитный контроллер, в котором процесс коммутации осуще- ствляется без размыкания цепи под напряжением, называется магнитным контроллером с бездуговой коммутацией. Классификация систем управления. Системы управления крановыми меха- низмами относятся к категории устройств, находящихся под непрерывным контролем оператора, т. е. в этих системах выбор момента начала операции
§ 17, Снеге мы управления крановыми электроприводами 45 скоростных параметров и момента окончания операции осуществляется ли* цом, управляющим механизмом. В свою очередь система управления должна обеспечивать необходимую последовательность переключения для реализации желаемых скоростных параметров, предотвратить при этом недопустимые перегрузки и обеспечить необходимую защиту. Все многообразие различных систем управления может быть разделено на следующие группы. По способу управления: 1) управляемые непосредственно силовыми кулачковыми контроллерами? весь процесс управления, включая выбор необходимых ускорений, осуще- ствляется исключительно оператором; 2) управляемые кнопочными постами; возможности управления ограни* чены конструктивными особенностями поста и заданной программой пуска (торможения); 3) управляемые сложным комплектным устройством (магнитным кок* троллером с использованием преобразователя энергии или без него), опера* тор выбирает только необходимые скорости, а процессы разгона, торможения и необходимые промежуточные переключения осуществляются автоматически. По условиям регулирования: 1) с регулированием скорости ниже номинальной; 2) с регулированием скорости выше номинальной и ниже номинальной? 3) с регулированием ускорения и замедления. В соответствии с приведенной классификацией в крановом электропри- воде применяются следующие системы электроприводов: электропривод постоянного тока с управлением при помощи силового контроллера (К — ДП); электропривод постоянного тока с управлением при помощи магнитного контроллера (МК— ДП); электропривод постоянного тока с питанием и управлением при помощи тиристорного преобразователя (ТП — ДП); электропривод постоянного тока по системе генератор — двигатель (Г-Д); электропривод переменного тока с асинхронным короткозамкнутым дви- гателем, управляемым магнитным пускателем (МП — АДК); электропривод переменного тока с асинхронным короткозамкнутым дви- гателем, управляемым силовым контроллером (К — АДК); электропривод переменного тока с двухскоростным асинхронным двига- телем, управляемым магнитным контроллером (МК — АДД); электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ро- тором, управляемый силовым контроллером (К — АДФ); электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным рото« ром, управляемый силовым контроллером с динамическим торможением спо- собом самовозбуждения (КД — АДФ); электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным рото- ром, управляемый силовым контроллером с тиристорным импульсно-ключевым регулированием (КИ — АДФ);
46 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Таблица 1.15. Сравнительные технические данные Обозначение системы Электроприводы постоянного тока Элек Наименование С 1 Е 1 £ тп-дп Г-д МП-АДЦ & К-АДД Источник питания Сеть постоян- ного тока или автономный Сеть источник Способ управления Реостат в цепи якоря Изменением напряжения в главной цепи Прямое вклю- чение в сеть Реостат в цепи статора Пере- ключе- ние об- моток статора к S Возможность регу- лирования скоро- сти: I—III квадрант II—IV квадрант Да Да Да Да Да Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да Да Регулирование ско- рости: в сторону умень- шения в сторону увели- чения 1:4 2: 1 1:6 2:1 1:20 3: 1 1:20 3:1 1:6 Регулирование пус- кового момента в 1:2 1:4 1:2 1:3 ' 1" 1:4 — сторону уменьше- ния Исполнительный двигатель Постоянного тока последо- вательного возбуждения Постоянного тока незави- симого возбуждения Асинхронный коротко- замкнутый Асин- хрон- ный двух- скорост- ной
Системы управления крановыми электроприводами 47 различных систем электроприводов электропривода троприводы переменного тока переменного тока Реостат в цепи ротора Реостат в цепи ротора, динами- ческое тормо- жение Тири- сторное импуль- сно-клю- чевое регули- рование Реостат в цепи ротора, проти- вовклю- чение Реостат в цепи ротора, динами- ческое тормо- жение Бестоко- ван комму* тация, динами- ческое тормо- жение Измене- ние на- пряже- ния в цепи статора Тири- сторное импуль- сно-клю- чевое регули- рование Регули- рова- ние часто* ты Да Нет Да Да Да Нет ’ Да Нет Да Да Да Да Да Да Да Нет Да Да 1:3 1:7 1:20 1:3 1:8 1:8 1:10 1 :20 1 :49 1:4 1:2 1:3 1:4 1:2 1:2 1:4 1:3 —— Асинхронный с ( разным ротором Асин- хрон- ный двух- ско- рост* ной
48 Технические характеристики грузоподъемных машин Разд. 1 Наименование Обозначение системы Электроприводы постоянного тока Элек 7 мк-дп тп-дп г-д МП-АДК К-АДК К—АДД Возможность ис- пользования на взрывобезопасных крапах Нет Нет Нет Нет Да Нет Да Возможность ис- пользования в ус- ловиях повышенной радиации Нет Нет Нет Нет Да Нет Да Диапазон мощно- стей, кВт 3-15 10—120 50—300 20—300 0,7-10 1,5-10 7—25 Частота пусков в час 60 360 360 360 60 60 150 Ресурс по числу включений без тока 1 • 10е 20 • 106 10 - 10б 20 10s 5- 10* 2 - 10s 10 • 10б Коммутационная из- носостойкость 0,1 .106 1,о. 10е 2.106 3 - 106 0,2 • 10й 0,5 • 10е 1 . 10* Нагрузка механиче- ского тормоза, % кинетической энер- гии механизма 30 30 5 5 100 100 15 Коэффициент готов- ности к работе в пределах ресурса 1,0 0,7 0,6 0,9 1 1 0,8 Удельная масса ап- паратуры, кг/кВт 8 8 10 20 1,5 4 9
Системы упр&вления крановыми электроприводами 49 П родолжение электропривода троприводы переменного тока । КД-АДФ 1 КИ-АДФ . i МКП-АДФ i МКД-АДФ . - МКБ-АДФ ТПН-АДФ МКИ-АДФ НПЧ-АДД Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да 1,5—30 5-30 2—15 5-100 15—100 30-120 20-130 5-30 10-60 150 150 150 240 240 360 360 360 360 2,5 • 10е 2,5- 105 10 - 106 10 • 106 10 -10- 20-106 10 • 10е 10 • 10е 10 • 10е 0,5 • 106 0,5 • 106 1 • 106 1 • 106 1 . Ю6 5 - 10е 5- 10е 5-Ю5 5.10е 30 30 5 30 15 20 5 5 5 0,9 0,9 1 0,6 0,6 0,75 0,65 0,8 0,7 4 7 7 6 6 12 7 1 10 12
50 7ехнические характеристики грузоподъемных маишн Разд. I электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ро- тором, управляемый магнитным контроллером с торможением способом про- тивовключения (МКП — АДФ); электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ро- тором, управляемый магнитным контроллером с динамическим торможением способом самовозбуждения (МКД — АДФ); электропривод переменного тока; асинхронный двигатель с фазным ро- тором, управляемый магнитным контроллером с без дуговой коммутацией (МКБ — АДФ); электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ро- тором, управляемый тиристорным преобразователем напряжения (ТИН—- АДФ); электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ро- тором, управляемый магнитным контроллером с тиристорным импульсно- ключевым регулированием (МКИ —АДФ); электропривод переменного тока: асинхронный двухскоростной коротко- замкнутый двигатель, управляемый непосредственным преобразователем час- тоты (НПЧ — АДД). Технико-экономическое обоснование выбора систем управления электро- приводами. Выбор системы управления для крановых механизмов осуществ- ляется на основе анализа сравнительных технических данных табл. 1.15* Таблица 1.16. Сравнительные экономические данные системы электроприводов (стоимость электрооборудоования, отнесенная к 1 кВт мощности двигателя, руб/кВт) Наименование Интервал мощностей электропривода, кВт 0,7-2 2-5 5-12 12-30 30-70 70—150 Свыше 150 Электродвигатель: постоянного тока 120 72 38 28 26 25 с фазным ротором 50 28 17 15 13 11 двух-, трехскоростной ко- 70 60 40 28 25 — роткозамкнутый Комплект магнитного пуска- 10 6 5 — теля Аппаратура. силового кулачкового кон- 20 10 5,5 3 3 троллера магнитного контроллера 100 75 40 16 9 7,5 6,5 питания и управления си- 120 70 42 32 22 20 стемы Г — Д питания и управления си- —' 250 200 80 50 32 30 стемы ТП — ДП питания и управления си- —* 320 150 65 стемы НПЧ—АДД управления системы: ТПН — АДФ 200 80 45 32 МКИ — АДФ II 80 55 28 ——• «—• ч *
§ 2.1 Общие характеристики электрических двигателей & именно: диапазона регулирования, способа управления, ресурса (уровня износостойкости), диапазона возможных мощностей электроприводов, пока- зателей энергетики и динамики, а также дополнительных данных, опреде- ляющих условия эксплуатации электроприводов. Экономическая оценка си- стем управления должна базироваться на принципе минимальных расходов, связанных с первоначальными затратами по табл. 1.16, эксплуатационными затратами на ремонт, а также затратами энергии, потребляемой из сети на пуск и торможение крановых механизмов за период эксплуатации до капи- тального ремонта (10 лет). Выбирается система, обладающая наилучшими экономическими показателями. Если экономические показатели сравниваемых систем близки, то производится дополнительная оценка по массогабаритным показателям и условиям размещения электрооборудования. Ориентировочные показатели массы различных систем управления приведены в табл. 1.17, Т аблица 1.17, Сравнительные показатели массы электроприводов Система электропривода Масса электропривода, кг/кВт. в интервале мощностей. кВт 0,7-2 2-5 5-12 12-30 30-70 70-150 Свыше 150 МП—АДК 18 12 10 — 1 и . II. К—АДФ —* 30 20 16 — МКД—АДФ —• 58 35 21 24 18 16 МК—АДД 60 52 42 30 —*• Г-Д —- * 100 60 52 52 52 ТП-ДП 80 52 36 42 37 НПЧ-АДД * — —* 65 42 35 ТПН-АДФ —* 45 26 28 20 мк-дп — 70 48 38 37 36 35 МКИ-АДФ 80 65 40 27 —— * Диапазон регулирования 1 : 30. Учитывая, что размещение преобразовательных агрегатов или полупроводни- ковых преобразователей на кранах сопряжено с определенными трудно- стями, может оказаться необходимым применить систему, не обладающую оптимальными экономическими показателями. РАЗДЕЛ 2 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ В КРАНОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ 2.1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ Технические требования к электрическим машинам. Номинальные пара- метры электрических машин общего назначения относятся к температуре окружающей воздушной среды 40, а электродвигателей металлургического исполнения 50 °C. Номинальным режимом работы электрической машины
52 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 называется такой режим, для которого машина предназначена и который указан на ее фирменном щитке. Номинальный режим работы электродвигателей, используемых для кра- нов, должен соответствовать одному из следующих стандартных режимов: продолжительному S1; кратковременному S2 с длительностью работы при неизменной номинальной нагрузке в течение *10, 30 60 и 90 мин; повторно- кратковременному S3 с ПВ — 15, 25, 40 и 60 % при продолжительности цикла 10 мин. Номинальные режимы SI, S2, S3 являются основными. До- пустимые превышения температуры частей электрических машин приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1. Допустимые превышения температуры частей электрических машин, °C Часть машины гост Класс нагревостойкости изоляции Е в F И Обмотка якоря 183-74 75 80 100 125 184-71 * 120 Обмотки возбуждения машин по- 183-74 75 80 100 125 сто я иного тока, компенсационные обмотки 184-71 — 11 120 Обмотки машин переменного тока 183-74 75 80 100 125 Стержневая обмотка ротора асин- 185-70 » — * 105 120 хронных машин 183-74 80 90 110 135 Сердечники и другие стальные ча- сти, соприкасающиеся с изолиро- ванными обмотками 183-74 75 80 90 100 Коллекторы и контактные кольца 183-74 70 80 90 100 184-71 " по 185-70 — II 95 105 Изоляция электрических машин относительно корпуса и между обмот- ками рассчитывается на испытательное напряжение 2t/H0M + 1000 В, но не менее 1500 В, в том числе обмотки крановых двигателей постоянного тока 1880 В, обмотки статора крановых двигателей переменного тока 1760 Б Для обмоток фазного ротора асинхронных двигателей испытательное напря- жение составляет 1000 Ч-4Z7P1 где — напряжение между кольцами затор- моженного ротора. Время приложения испытательного напряжения 1 мин
§ 2.1 Общие характеристики электрических двигателей 53 Электрическая прочность межвитковой изоляции проверяется в течение 3 мин напряжением на 30 % выше номинального. По геометрии активного слоя, степени использования материалов, режи мам работы, электромеханическим характеристикам, особенностям теплового режима, конструкции, а также по условиям эксплуатации крановые электро- двигатели значительно отличаются от двигателей общего назначения, поэтому при использовании на кранах электродвигателей общего назначения их основные параметры должны быть приближены к крановым. Крановые электродвигатели обычно работают со значительными пере- грузками по отношению к номинальному моменту при широком диапазоне изменения частоты вращения, частых пусках и торможениях, в условиях ударов, вибраций и других неблагоприятных факторов, приведенных в гл, 1, поэтому конструкции узлов и деталей двигателей отличаются повышенной прочностью и надежностью. Основное исполнение крановых электродвигателей IP44. При этом тех- нически и экономически целесообразно применять изоляционные материалы классов нагревостойкости F и Н с допущением повышенных на 5—10° на- гревов отдельных частей. Для снижения расхода энергии при пусках и торможениях момент инер- ции ротора (якоря) должен быть по возможности минимальным, а номи- нальная частота вращения выбирается относительно небольшой. Для обеспе- чения большой перегрузочной способности по моменту магнитный поток дви- гателей относительно велик. В двигателях постоянного тока с учетом про- должительного режима включения обмоток параллельного возбуждения и необходимости уменьшения размагничивающего действия реакции якоря отношение высоты оси вращения к диаметру якоря равно 0,92—1,05. Общая тенденция в электромашиностроении к уменьшению высоты оси вращения двигателей заданной мощности привела к тому, что расстояние между па- кетом железа статора и опорной плоскостью лап в двигателях переменного тока составляет только 12—15 % высоты оси вращения, а в двигателях по- стоянного тока поперечная форма станины приближается к квадрату. Получение повышенной частоты вращения двигателей постоянного тока может достигаться как ослаблением поля, так и повышением напряжения на якоре до двойного значения номинального. Вместе с другими перечислен- ными факторами это усложняет требования к коммутации двигателей, изо- ляции токоведущих частей, жесткости конструкции двигателей. В крановых двигателях, переменного тока за номинальный режим принят режим при ПВ = 40 %, а в двигателях постоянного тока режим 60 мин (наряду е режимом ПВ = 25 %). Основные исполнения электрических машин по способу монтажа при- ведены в табл. 2.2. Допустимые отклонения значений параметров электродвигателей. До- пуски на высоту оси вращения, на отверстия и их расположение в лапах для крепления электрических машин, на выступающий конец вала, на сопря- гаемые размеры крепительного фланца, отверстия и их расположение на крепительном фланце назначаются по ГОСТ 8592-79 для нормальной точно*
СП ►£* Таблица 2.2. Основные, исполнения электрических машин по способу монтажа Обозначение по ГОСТ 2479-79 Обозна- чение по ГОСТ 2479-65 ^Обозначение ряда зарубежных фирм Особенности монтажа Серия электрических машин Схематическое обозначение исполнения IM1001 М101 вз На лапах для крепления к полу, ось вращения горизонтальная Все серии я 7///Л т IM1011—IM1071 —™ *" * На лапах для крепления к лю- бой плоскости 4А я £ и Р] 1М2001 М201 ВЗ/В5 На большом фланце для креп- ления к вертикальной стенке или на лапах для крепления к полу,, ось вращения горизонтальная Все серии Lav* IM2011 М202 V5/V1 На большом фланце для креп- ления к полу или на лапах для крепления к вертикальной стенке, ось вала вертикальная, конец вала направлен вниз Д, мт, 4А ’ '-'h —— [г* IM3011 М302 VI На большом фланце для креп- ления к полу, ось вращения вер- тикальная, конец вала направлен вниз Д, 4А W/. 1 * №' 7^ Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2
Общие характеристики электрических двигателей 55 сти исполнения. Допустимые отклонения от номинальных значений парамет- ров электрических машин должны быть не выше значений, указанных в табл. 2.3. Таблица 2.3. Допустимые отклонения параметров машин от номинальных значений Параметр Допустимое отклонение Коэффициент полезного действия машин мощностью: до 50 кВт свыше 50 кВт Общие потери машин мощностью свыше 50 кВт Коэффициент мощности (cos (р) асинхрон- ных двигателей Частота вращения двигателей постоянного тока при номинальной нагрузке, рабо- чей температуре и отношении номиналь- ной мощности, кВт, к номинальной час- тоте вращения, об/мин: с параллельным и независимым воз- буждением: менее 0,67 от 0,67 до 2,5 от 2,5 до 10 10 и более с последовательным возбуждением: менее 0,67 от 0,67 до 2,5 от 2,5 до 10 10 и более Скольжение асинхронных двигателей Начальный пусковой ток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором Начальный пусковой момент асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором Максимальный момент двигателей пере- менного тока Минимальный вращающий момент в про- цессе пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором Момент инерции —0,15(1 — п) —0,10(1—1П + 10 % полных потерь (1 — coscp)/6, но не менее 0,02 и не более 0,07 по аб« солютному значению + 15% + 10% +7,5 % -4-5 % ±20 % + 15% + 10 % +7,5 % ±20 % номинального значе* ния (знак «—» относится только к двигателям с по- вышенным скольжением) +20 % (нижнего предела нет) —15 % -Ю % -20 % ±20 % Мощность и допустимые превышения температуры указываются при тем- пературе окружающей среды 40 °C и высоте над уровнем моря до 1000 м. При увеличении высоты выше 1000 м необходимо снижать номинальную мощность либо снижать температуру охлаждающей среды при сохранении номинальной мощности согласно рис. 2.1, При температуре окружающего
56 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Рис. 2.1. Зависимость номинальной мощности и допустимой температуры окружающей среды от высоты над (Уровнем моря для соответствующих классов изоляции Валы и подшипники крановых электродвигателей. Вал воздуха выше 40 °C (но не более 60 °C) предельно допустимые превы- шения температуры уменьшаются на разность между температурой охла- ждающей среды и температурой 40 °C для всех классов изоляционных ма- териалов. Снижение номинальной мощности двигателей при этом мож- но установить по графикам рис 2.2. Допустимые отклонения сопротив- ления обмоток якорей, роторов, ста- торов, полюсных катушек от номи- нальных значений составляют ±6 %' для прямоугольной меди и круглой меди с диаметром более 1,7 мм; ±7 % для круглой меди диаметром 0,7—1,6 мм; ±8 % для круглой меди с диаметром менее 0,7 мм. Разница между сопротивлениями отдельных фаз статора (ротора) не должна превышать 2 % двигателя рассчи- при наиболее тяжелых условиях тан на передачу максимального момента Рис. 2 2. Зависимость номиналь- ной мощности электродвигателя от температуры окружающей среды: 1 —- двигатель постоянного тока по- вторно-кратковременного режима ра- боты; 2 — двигатель переменного тока повторно кратковременного режима; 3 — двигатель постоянного тока крат- ковременного режима, 4 — двигатель переменного тока кратковременного режима зубчатой шестерне на конце вала. Минимальный диаметр делительной окруж- ности шестерни D? в зависимости от диаметра конца вала d, мм: di 28 32 36 40 50 70 80 90 100 120 140 Dz 75 80 90 95 115 145 165 180 200 240 290
§ 2.1 Общие характеристики электрических двигателей W Для шестерни с углом зацепления as = 20° усилие на зуб Nmax == 2Mmax/(Dz cos Ctg) 2,№Mmax!&zt где Mmax — максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем. Вал должен быть проверен на прогиб, обусловленный силой тяжести ротора, силой Nmax и силой одностороннего магнитного притяжения. Для эластичной втулочно-кольцевой муфты радиальное усилие на конец вала определяется по формуле N max = здесь Da — средний диаметр расположения втулок (пальцев) муфты. Второй конец вала часто используется для присоединения тормоза, ма- ховика или другого привода. При этом допустимое радиальное усилие, при- веденное к середине длины конца вала, может быть вычислено по эмпири- ческой формуле Nmax — 0,4rf|, Н (d{ принято в миллиметрах). Диаметр вала под подшипник в крановых двигателях примерно на 12 % больше диаметра конца вала. Подшипники крановых двигателей имеют рас- четную долговечность не менее 10 000 ч. Шариковые подшипники легкой и средней серий применяются для диаметров вала под подшипник 60—70 мм, а при больших диаметрах вала используются роликовые подшипники сред- ней узкой серии с одним бортиком на внутреннем кольце. Все подшипники нормального класса точности — с повышенным радиальным зазором, что особенно важно для двигателей, работающих в условиях вибраций, ударов и значительных перепадов температур между внутренним и наружным коль- цами (15—20 °C). В табл. 2.4 приведены типы подшипников, применяемых в крановых дви- гателях. В конструкции подшипниковых узлов применяется унифицирован- ная система с двумя одинаковыми незапертыми в осевом направлении под- шипниками. При этом ротор имеет осевой разбег 0,6—2,4 мм в зависимости от длины двигателя /so < 950 мм; 1,2—2,5 мм при /зо = 950™ 1400 мм; 1,5—3,2 мм при /30 > 1400 мм. Угол наклона двигателей относительно продольной оси при работе прак- тически не ограничен. Необходимо обратить лишь внимание на возможность слива конденсата из внутренних полостей двигателей. Для двигателей с дву- мя роликовыми подшипниками угол наклона относительно продольной осн ограничен 15е и допустим только для кратковременных и повтор но-кратко- временных режимов работы. Угол наклона до 30° допускается как исключе- ние и при кратковременной работе с общим числом часов работы за срок службы не более 50. Для смазывания подшипников крановых двигателей наиболее предпоч- тительна смазка марки ВНИИНП 220 с присадкой дисульфата молибдена, снижающей износ подшипников в режимах реверсов. Применяемые марки смазок указаны в табл. 2.5. Допустимо применение смазки и других марок, при этом старая смазка должна быть тщательно удалена. При традицион- ных конструкциях подшипниковых узлов срок замены (пополнения) смазки
Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Т а б л иц а 2.4. Подшипники крановых электродвигателей Тип двигателя Обозначение подшипника при исполнении горизонтальном вертикальном Д12 60307 60307 Д21, Д22 60309 60309 Д31, Д32 312 312 Д41, Д806 42314 314 42314 Д808 20-42317Л1 70-417 70-32317 даю 20-42320М * Д812 • 70-322 20-42322Л М 20-32322 8226 Д814 20-42324М Д816 70-326 20-42326М 20-32326 8230 Д818 20-42328Л1 MTF011, 012 60206 60206 MTF/H/111, 112 60208 60208 MTF/H/211 70-60309К 70-60309К MTF/H/311, 312 60311 60311 MTF/H/411, 412 60314 60314 МТН511, 512 20-42616 * МТН611, 612, 613 20-42620 — МТН711, 712, 713 20-42326М 4MT1I2 70-60208 —*• 4МТ132 70-60309 —• 4МТ160 70-60311 —- 4МТ200 70-60314 4МТ225 20-42316 —W 4МТ280 20-42320М —— 4МТ355 20-42326М “- составляет от 2000 до 4000 ч работы электродвигателя. При малых нара- ботках календарный срок службы смазки составляет 5—10 лет. Большие сроки службы относятся к малоиспаряемым смазкам типа ЦИАТИМ 221, Таблица 2.5. Технические данные смазок подшипников крановых электродвигателей Марка смазки ГОСТ или ТУ на смазку Диапазон рабочих температур, °C Температура каплепадения, °C Рекомендуе- мое климати- ческое испол- нение двига- телей ВНИИНП 220 ТУ 38-101. 475-74 —60-? 4-150 200 Т, ХЛ, У ЦИАТИМ 221 ГОСТ 9433-80 —60-Н 4-150 200 Т, ХЛ, У 1 — 13 —404- 4-80 120 У ЦИАТИМ 203 ГОСТ 8773-73 —45-г 4-100 150 У
Крановые электродвигателя постоянного тбкй 2.2. КРАНОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Основные соотношения. Связь электрических и механических параметров в машинах постоянного тока описывается выражениями Е «= (2.1) М = (2.2) где п — частота вращения электродвигателя, об/мин; Е — ЭДС якоря двига- теля, В; /я — ток якоря; А; Ф — магнитный поток главных полюсов, Вб; М — электромагнитный момент на валу двигателя, Н-м; се— электрическая по- стоянная, сЕ = рА7(60 а); см— механическая постоянная, см = pN/(2na); N — число активных проводников якоря; р — число пар полюсов; а —число параллельных ветвей обмотки якоря. Мощность на валу двигателя, кВт, выраженная через механические па- раметры, Р2 = М п/9550; (2 3) мощность на валу двигателя, выраженная через электрические параметры, р2 = £//яП . 10“3. (2.4) Момент на валу двигателя, Н-м, М = 9,5567яп/п. (2.5) Магнитный поток Ф создается МДС обмоток главных полюсов. С учетом (2.1) и (2.2) получаем выражение для механической характеристики элек- тродвигателя 4 60а ( U 2ла гя П ~~ ~pN кФ- ~ pN Ф2 (2.6) где Гя сопротивление цепи якоря двигателя, Ом. Из (2.6) следует, что частота вращения электродвигателя зависит от подведенного напряжения Z7, магнитного потока Ф и момента на валу дви- гателя М. Полезный магнитный поток двигателя даже при постоянной МДС по- люсов несколько меняется в зависимости от тока якоря, особенно при боль- ших токах. Это явление, называемое размагничивающим действием реакции якоря, уменьшает магнитный поток главных полюсов, поэтому при расчете механических характеристик необходимо пользоваться не характеристикой намагничивания машины, а нагрузочными характеристиками, которые по- строены для зависимостей Ф = f (F), где F —МДС якоря. Мощность электрической машины постоянного тока, выраженная через геометрические размеры, определяется по формуле Р2 = -i. • 10 3, (2.7) где £>я — диаметр якоря, см; /я — эффективная длина пакета якоря, см; А — линейная нагрузка, А/см: Bq— индукция в воздушном зазоре, Тл; а/—ко- эффициент расчетной полюсной дуги двигателя, — 0,6 4- 0,68,
Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Рис, 2 3. Коэффициент для расчета потерь в стали якоря двигателей постоянного тока му важно знать потери и их Для крановых электродвигателей опти- мальное отношение 1п/Оя == 0,85 4- 1,15. Од- нако по соображениям унификации на одном диаметре двигателей малой мощ- ности строятся две длины, тогда для более коротких двигателей отношение 1Я/ОЯ = 0,65 4- 0,8. Линейная нагрузка якоря в зависимо- сти от режимов работы принимается 260— 370 А/см. Рекомендуемые значения индукций при конструировании электродвигателей: в воз- душном зазоре = 0,6 4- 0,8 Тл; в зубцах якоря Вг1/з = 1,7 4 2 Тл. Потери энергии в электродвигателях. Потери энергии, интенсивность охлажде- ния и режим работы определяют мощность конкретной электрической машины, поэто- распределение по отдельным элементам дви- гателя. Потери в стальном пакете ДРСт в значительной степени лимитируют мощность закрытых двигаетелей в повторно-кратковременном режиме, осо- бенно при высокой частоте вращения. Пересчет потерь ДРСТ номинального режима к любым другим состояниям работы производят по формуле АР ст К СТ АРСТ, НОМ^* Р ном (п/Пном)2 (2.8) где коэффициент /Сст определяется по графику рис. 2.3; АРСт, Ном опреде- ляется по данным табл. 2.6; F и FHOm — МДС (или ток катушки) главного Т аблица 2.6. Потери, Вт, в двигателях серии Д параллельного возбуждения при ПВ = 40% Тип двигателя Обмотки парал- лельного воз- буждения Обмотки якоря и добавочных полюсов ДР„ м Стали якоря ДР ст Добавочные потери Д12 140 400 100 30 Д21 230 500 150 45 Д22 260 510 210 60 Д31 330 750 240 85 Д32 350 1050 280 120 Д41 450 1150 450 180 Д806 550 1000 700 190 Д808 700 970 900 250 Д810 750 1000 1300 350 Д812 950 1150 1600 420 Д814 1000 1400 2300 600 Д816 1250 1470 2800 930 Д818 1500 1550 3400 1000
§ 2.2 Крановые электродвигатели постоянного тока 61 полюса в рассчитываемом и номинальном режимах; п и пном — частота вра- щения в рассчитываемом и номинальном режимах. Электрические потери в обмотках якоря, добавочных и главных полюсах (потери в меди) ДРЫ находят по формуле “ ^ягкат» (2.9) где 7Я — ток в обмотке в рассчитываемом режиме, А; гкат — сопротивление обмотки и катушки, приведенное к температуре 115°С, Ом. Прочие потери, влияющие на нагрев обмоток и катушек, могут быть приняты равными 0,01/я{7 или взяты по табл. 2.6. Для кратковременных режимов работы (менее 30 мин) вентиляция илй другие виды охлаждения малоэффективны, а при очень коротких периодах работы (менее 15 мин) нагрев обмоток практически определяется только их теплоемкостью и плотностью тока. Для режимов работы до 60 с превы- шение температуры обмотки может быть определено по формуле т =/2//250, (2.10) где J — плотность тока в обмотке, А/мм2; t — время прохождения тока, с« Для режима длительностью 60—200 с коэффициент в знаменателе фор- мулы (2,10) равен 300; при / = 5—10 мин — 450; при t = 15 мин — 550. Значение допустимого тока при кратковременных режимах продолжи- тельностью свыше 3 мин может быть определено по формуле /доп = 0,4/hom/V^V7^ (2.11) где Дом — номинальный ток в режиме ПВ = 40 %, А; Тц— постоянная вре- мени нагрева, с. Т а б л иц а 2,7. Постоянные времени нагрева крановых электрических машин постоянного тока Режим нагрева, мин Масса электрической машины, кг Постоянная времени нагрева, с 5 50—100 100—300 300—1000 1000—4000 600 1200 1800 10-20 50-100 100—300 300-1000 1000—4000 900 1100 2200 4000 20—60 50—100 100—300 300—1000 1000—4000 2000 2800 4000 6000
62 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 В табл. 2.7 приведены постоянные времени нагрева крановых электро- двигателей. Важнейшим фактором, ограничивающим максимально допустимый ток, максимальный момент, диапазон регулирования частоты вращения в маши* нах постоянного тока, является коммутационная способность коллектора. Сущность процесса коммутации заключается в переключении секций обмотки якоря с одной параллельной ветви в другую при изменении направления тока в ней во время перемещения коллектора под щеткой. Коммутация тока при вращении якоря вызывает искрообразование под щетками, которое ве- дет к обгоранию коллектора и щеток, а в некоторых случаях может вызвать круговой огонь. Интенсивность искрообразования зависит от ряда парамет- ров двигателя, тщательности изготовления коллектора, подбора марки щеток и многих других факторов. Оценка степени искрения ведется под сбегающим Таблица 2.8. Оценка степени искрения при коммутации Степень искре- ния Характеристика степени искрения Состояние коллектора и щеток Шкала ГОСТ 183-74 Бук- венная шкала 1 а Отсутствие искрения Отсутствие почернения на коллекторе и следов нагара на щетках »7« ь Отдельное точечное слабое искрение под небольшой частью края щетки с 172 d Слабое искрение под боль- шой частью края щетки Появление следов почерне- ния на коллекторе и следов нагара на шетках, легко устраняемых протиранием по- верхности коллектора бен- зином —* е Равномерное точечное ис- крение по всей длине края щетки 2 / g Крупные искры звездчато- го характера, треск Появление следов почерне- ния на коллекторе и следов нагара на щетках, не устра- няемых протиранием поверх- ности коллектора бензином h 3 i Искры брызгающего ха- рактера, треск, значительное искрение под всем краем щетки Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности кол- лектора бензином, а также подгар и частичное разруше- ние щеток j Местные дуги под щеткой, языкообразные выбросы k I
§ 2.2 Крановые электродвигатели постоянного тока 63 краем щетки (табл. 2.8). При номинальном режиме степень искрения должна быть не выше 172- Степень искрения 2 допускается только при кратковременных толчках нагрузки или перегрузки. Степень искрения 3 допускается только в режимах интенсивного торможения с большой скорости при отключенном от сети двигателе, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригод- ном для дальнейшей работы. Двигатели серии Д исполнений 12—32 при номинальном напряжении в течение 30 с, а двигатели исполнений 41, 806—818 в течение 60 с должны выдерживать ток перегрузки, указанный в табл. 2.9, причем искрение на коллекторе не должно достигать степени 3. Таблица 2.9. Кратность максимального момента и перегрузка по току двигателей серии Д Вид возбуждения Кратность максимального момента в часовом режиме Отношение тока к номинальному, со- ответствующему часовой мощ- ности, при номинальном напряжении, В при номиналь- ном. напряже- нии, В при трогании с места двигателей и номинальном напряжении, В 220 440 220 440 220 440 Последовательное 4 3,2 5 4 3,2 2,55 Смешанное 3,5 2,8 4,2 3,4 3 2,4 ' Параллельное со стабилизиру- 3 2,4 3,5 2,8 3 2,4 ющей обмоткой Параллельное 2,7 2,15 3 2,4 2,8 2,25 Коммутационную устойчивость электродвигателей целесообразно прове- рять по следующим соотношениям: среднему межсегментному напряжению на коллекторе, В, Еср = 2pU/k < 20, (2.12) где k — число коллекторных пластин на коллекторе; максимальному межсегментному напряжению на коллекторе при умень- шении МДС главных полюсов и большом токе, В, £Ср Енгах = ~~ С1 + 0.45Fp, Я/Гв) < 35, и; (2.13) где di — коэффициент полюсного перекрытия; FPt я — МДС реакции якоря; FB— МДС главных полюсов (возбуждения). Работа крановых электродвигателей при питании от статических выпря- мителей. Питание двигателей постоянного тока от статических выпрямителей находит все большее применение. Двигатели допускают питание от регу- лируемых статических выпрямителей, соединяемых по трехфазной мостовой схеме, без применения сглаживающих реакторов. При этом за счет пульса- ции тока якоря нагрев двигателей возрастает на 2—3 % при коэффициенте
64 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 пульсации 15 %, на 5—7 % при коэффициенте пульсации 25 %, на 15—22 % при коэффициенте пульсации 35 %. Коэффициент пульсации, %, определяется по формуле ki = hnax^Z fjnin юо, (2.14) ’max ~Ь Itnin где Imax, Imin — максимальное и минимальное значения тока в цепи якоря при питании от выпрямителя. Аналогично подсчитывается коэффициент пульсации по напряжению Для наиболее распространенной трехфазной мостовой схемы уровень пуль- сации тока ниже 7 % Для диапазона мощностей двигателей 20—200 кВт, поэтому дополнительный нагрев от пульсаций можно не учитывать. У дви- гателей мощностью до СО кВт собственная индуктивность двигателя суще- ственно снижает пульсации тока. При мощностях двигателей свыше 60 кВт собственная индуктивность якорной цепи меняется несущественно, и сниже- ния пульсаций следует добиваться максимальным приближением мощности преобразователя и двигателя, коэффициент пульсаций тока резко снижается. С ростом нагрузки на двигатель искрение на щетках может даже умень- шиться вследствие снижения пульсации тока. Шихтованные сердечники добавочных полюсов дают существенное улуч- шение коммутации двигателей, особенно при ki = 25 — 35 %. Преобразователь следует выбирать так, чтобы номинальное напряжение двигателя было близко или равно напряжению верхнего предела регулиро- вания на выходе преобразователя. Недоиспользование преобразователя по мощности вызывает увеличение пульсации выходного тока и напряжения, что отрицательно влияет на процесс коммутации двигателя. При ослаблении поля двигателя возрастают коэффициенты пульсаций тока и напряжения, что несколько ухудшает коммутационные возможности двигателя в сравне- нии с возможностями при питании от сети с постоянным напряжением. Серия крановых электродвигателей Д построена на 10 диаметрах яко- рей, имеет 13 исполнений по основным параметрам, причем 3 исполнения имеют по 2 длины. Двигатели предназначены для работы в электроприводах грузоподъемных машин, в том числе металлургических. Для механизмов с большим числом включений (до 1000 в час) группы 6М в целях повыше- ния динамических показателей приводов и уменьшения расхода энергии на пуск якоря используются тихоходные двигатели с относительно невысокой поминальной частотой вращения. Для механизмов с числом включений в час 120—240 (групп 4М, 5М) предусмотрены быстроходные двигатели типов Д21 — Д808, имеющие частоту вращения на 30—50 % большую, чем двига- тели группы 6М. Двигатели характеризуются повышенной кратностью пус- ковых и максимальных моментов. Номинальное напряжение двигателей 220 и 440 В. Способ возбуждения: последовательное, параллельное, параллельное со стабилизирующей последо- вательной обмоткой и смешанное. Для всех обмоток двигателей применяется только изоляция класса Н.
Крановые электродвигатели постоянного тока 65 Т аблица 2.10. Технические данные электродвшателей серии Д при номинальном режиме 60 мин Тип Номинальная мощность, кВт, при Макси- мально допусти- мая частота враще- ния, об/мин Последовательное возбуждение Параллельное возбуждение Ток, А, при Частота враще- ния, об/мин, при Ток, А, при Частота враще- ния, об/мин, при 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В Тихоходное исполнение Д12 2,5 3600 16 — 1100 —* 15 —* 1180 — Д21 4,5 4 3600 28 13 900 1050 26 12 1030 1220 Д22 6 * 3600 37 850 — 33 —< 1100 •—» Д31 8 6,7 3600 47 20 800 800 44 19 840 875 Д32 12 3300 69 675 65 —* 770 Д41 16 15 3000 89 43 650 660 86 40 690 710 Д806 22 — 2600 120 575 — 116 — 650 —1 Д808 37 37 2300 200 100 525 525 192 96 575 575 Д810 55 55 2200 204 145 500 510 282 141 550 560 Д812 75 75 1900 390 180 475 500 380 176 515 520 Д814 ПО 110 1700 565 280 460 460 550 273 500 500 Д816 150 150 1600 765 380 450 460 745 370 480 499 Д818 185 185 1500 935 467 410 410 920 460 450 459 Быстроходное исполнение Д21 5,5 3600 33 — 1200 — 31 ** 1440 Д22 8 7 3600 46 21 1200 1180 44 20 1510 1460 Д31 12 1 3600 68 1100 —* 64 —* 1360 — Д32 18 17 3300 98 47 960 970 94 45 1190 1190 Д41 24 3000 130 ' 970 — 124 ' 1100 Д806 32 32 2600 170 85 900 900 165 82 1000 1000 Д808 47 * * 2300 248 —* 720 — 238 800 ИИ-М Таблица 2.11. Технические дачные электродвигателей серии Д при режиме работы ПВ = 40 % Тип Мо щность при ПВ=40 %, кВт, при Последовательное возбуждение Параллельное возбуждение Мощность при ПВ=25 %, кВт, при Ток, А, при Частота вра- щения, об/мин, при Ток, А, при Частота вра- щения, об/мин, при 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В Тихоходное исполнение Д12 2,4 15 -—. 1150 — 14 — 1230 — 3 —• Д21 3,6 3,1 22 10 1040 1230 21 10 1080 1300 4,5 4 Д22 4,8 — 28 970 — 26 — 1150 6 Д31 6,8 5,2 39 16 900 900 37 15 880 910 8,5 7,5 Д32 9,5 — 53 1 760 ' 57 — 800 12 — Д41 13 12,5 21 35 730 760 20 34 720 720 16 15 Д806 17 92 — 640 — 84 710 20 — Д808 24 24 125 63 615 615 112 56 630 630 30 30 Д810 35 35 182 91 610 610 148 74 600 600 40 40 Д812 47 45 242 115 560 590 192 92 565 570 53 51 Д814 70 66 356 168 550 565 280 138 560 560 80 80 Д816 85 85 430 215 540 540 350 175 535 540 97 97 Д818 106 100 530 250 500 515 415 205 470 470 130 130 3 Зак. 918
66 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Продолжение табл. 2.11 Тип Мощность при ПВ=40 %, кВт. при Последовательное возбуждение Параллельное возбуждение Мощность при ПВ=25 %, кВт, при Ток, А, при Частота вра- щения, об/мин, при Ток, А, при Частота вра- щения, об/мин, при 220 В 440 В 220 1 | 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В 220 В 440 В Быстроходное исполнение Д21 4,4 26 —г 1340 25 1500 5,5 Д22 6,5 5,6 37 17 1300 1300 34 16 1570 1550 8 7 Д31 9,5 1 53 1190 51 * 1420 12 Д32 13,5 12,6 72 34 1100 1200 68 32 1240 1240 16 15 Д41 18 96 —* 1060 91 —« 1160 — 22 Д806 23 23 120 60 1010 1010 110 55 1060 1060 27,5 27,5 Д808 30 155 —— 850 —— 134 825 35 По способу монтажа основным исполнением является исполнение 1М100Г с двумя свободными концами вала. Кроме того, двигатели типов Д12 — Д32 имеют исполнение IM2011, типов Д12 — Д808— IM2001. Вертикальное испол- нение IM3011 имеют двигатели всех габаритов. При этом в их типовое обо- значение вводится буква В (например ДВ812). Степень защиты основных исполнений крановых двигателей IP33, а кожуха над выводами IP 10. Станины двигателей исполнений до 808 включительно неразъемные. Ста- нины двигателей Д810 — Д818 разъемные. Формально номинальными данными являются параметры кратковремен- ного режима 60 мин (для обеспечения соответствия зарубежным аналогам). Однако, поскольку двигатели предназначаются для грузоподъемных меха- низмов, равноправным номинальным режимом является повторно-кратковре- менный с ПВ = 40%, наиболее характерный для подавляющего числа элек- троприводов, в которых могут применяться двигатели постоянного тока. Работа двигателей при ПВ =15, 25 и 60 % возможна лишь в отдельных случаях. Технические данные электродвигателей в режиме работы 60 мин и ПВ = 40 % приведены в табл. 2.10 и 2.11. Кроме того, в табл. 2.11 при- ведены данные по мощностям электродвигателей при ПВ = 25 %, Параллельные обмотки возбуждения рассчитаны на работу в режиме ПВ =100 %. Эти обмотки состоят из двух групп, рассчитанных на питание от сетей 220 и ПО В. При включении на 220 В группы соединяются после- довательно, а при включении на 110 В — параллельно. При напряжении сети 440 В последовательно с обмотками должен быть включен резистор с сопро- тивлением, равным сопротивлению обеих групп. Двигатели рассчитаны на регулирование частоты вращения ослаблением магнитного потока или изменением напряжения на якоре. Тихоходные дви- гатели параллельного возбуждения со стабилизирующей обмоткой допускают увеличение частоты вращения в 2,5 раза по отношению к номинальной путем уменьшения тока возбуждения, При максимальной частоте вращения вра-
Крановые электродвигатели постоянного тока 67 Таблица 2J2. Основные размеры, мм, и масса электродвигателей серии Д Тип 6з1 + &32 die Z1 110 /зо 1з1 h hsi Масса, кг Момент инер- ции, КГ-М1 Д12 280 345 28 19 60 220 561 115 160 323 130 0,05 Д21 300 400 35 19 80 194 665 170 180 373 200 0,125 Д22 300 400 35 19 180 239 710 170 180 373 225 0,15 Д31 390 475 50 26 100 250 752 173 225 453 310 0,3 Д32 390 475 50 26 100 320 822 173 225 453 365 0,425 Д41 430 560 65 32 105 299 910 209 250 508 540 0,8 Д806 420 560 65 32 105 533 930 165 250 508 635 1 Д808 476 625 80 32 130 628 1097 159 280 562 885 2 Д810 520 800 90 32 130 660 1114 178 315 635 1250 3,65 Д812 570 860 100 35 165 724 1220 172 340 690 1770 7 Д814 636 935 120 42 165 813 1362 200 375 762 2240 10,2 Д816 686 980 130 42 200 890 1502 212 400 810 2860 16,3 Д818 760 1080 140 48 200 990 1579 201 450 910 3745 27,5 Таблица 2.13. Обмоточные данные двигателей последовательного возбуждения Тип Число активных проводни- ков якоря N Число парал- лельных ветвей якоря 2а Сопро- тивление якоря и добавоч- ных полюсов, Ом Число витков на главный полюс Сопро- тивление последо- вательной обмотки, Ом Магнитный поток на полюс, режим 60 мин, 10 2 Вб Магнитный поток на полюс, режим ПВ=40 %. 10~2 Вб — * Напряжение 220 В, Тихоходные двигатели Д12 990 2 1,63 83 0,59 0,47 0,45 Д21 920 2 0,94 92 0,28 0,62 0,57 Д22 696 2 0,57 82 0,26 0,9 0,83 Д31 738 2 0,42 67 0,11 0,94 0,86 Д32 558 2 0,28 48 0,097 1,45 1,34 Д41 492 2 0,16 40 0,049 1,8 1,65 Д806 372 2 0,11 36 0,052 2,7 2,5 Д808 278 2 0,054 30 0,031 3,96 3,53 Д810 234 2 0,035 24 0,016 5,06 4,31 Д812 210 2 0,023 21 0,01 6,02 5,28 Д814 608 8 0,013 15 0,007 8,7 7,5 Д816 504 8 0,0091 12 0,005 11 9,26 Д818 505 8 0,0066 И 0,003 11,9 9,77
68 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Продолжение табл. 2.13 Тип Число активных проводни- ков якоря Число парал- лельных ветвей якоря 2а Сопро- тивление якоря и добавоч- ных полюсов, Ом Число витков на главный полюс Сопро- тивление последо- вательной обмотки, Ом Магнитный поток на полюс, режим 60 мин, 10”2 Вб Магнитный поток на полюс» режим ПВ = 40 %, 10” 2 Вб Напряжение 220 В, Быстроходные двигатели Д21 690 2 0,53 92 0,28 0,66 0,61 Д22 522 2 0,32 63 0,19 0,89 0,85 Д31 492 2 0,19 67 0,11 1,01 0,95 Д32 372 2 0,12 39 0,05 1,64 1,47 Д41 310 2 0,072 40 0,05 1,96 1,85 Д806 246 2 0,047 26 0,03 2,72 2,48 Д808 210 2 0,029 24 0,02 3,96 3,47 Напряжение 440 В. Тихоходные двигатели Д21 1610 2 3,8 210 1,8 0,61 0,55 Д31 1476 2 1,13 142 0,63 0,93 0,85 Д41 894 2 0,7 76 0,24 1,77 1,58 Д808 556 2 0,21 60 0,14 4,03 3,59 Д810 468 2 0,14 48 0,06 5,01 4,3< Д812 418 2 0,1 40 0,04 5,81 5,01 Д814 310 2 0,052 29 0,024 8,6 7,38 Д816 504 8 0,035 24 0,018 10,6 9,32 Д818 504 Hai 8 пряжение 0,026 440 В. Bi 22 ястроходн 0,013 ые двига? 12 'ели 9,82 Д22 1044 2 1,69 140 0,96 0,89 0,84 Д32 738 2 0,53 82 0,27 1,62 1,36 Д806 492 2 0,2 50 0,1 2,73 2,49 Таблица 2.14. Обмоточные данные двигателей параллельного возбуждения Тип Число витков на полюс парал- лельной обмотки Сопро- тивление парал- лельной обмотки, Ом Ток парал- лельной обмотки, А Магнитный поток на полюс. 10“2 Вб Число витков на полюс стаби- лизирующей об- мотки при 1 Магнитный поток на полюс при ПВ-40 %, 10”2 Вб Тихоход- ные дви- гатели Быстро ходные двига- тели 220 В 440 В Тихоход- ные дви- гатели Быстро- ходные двига- тели Д12 1800 260 0.7 0,48 — 6,5 5,5 0,49 0,49 Д21 1790 142 1,2 1,35 0,58 0,59 5,5 0,6 0,6 Д22 1480 130 0,75 0,76 4,5 It 0,77 0,78 Д31 1870 120 1,45 0,93 0,83 4,5 4,5 0,95 0,87 Д32 1470 94 1,85 1,35 1,37 4,5 —• 1,4 1,81 1,42 Д41 1480 70 2,5 1,76 1,81 3 3 1,87 Д806 1400 65 2,7 3,93 2,5 2,52 2 —• 2,55 2,58 Д808 1250 44 3,81 3,72 2 2 3,86 3,85 Д810 1500 46 3,9 4,76 — 2 3 4,82 ~t Д812 1350 34 5,3 5,71 1 2 5,68 Д814 1300 31 5,5 8,22 '-М 1 2 8,33 Д816 1140 26 7,1 10,4 ™ 1 2 10,5 “* Д818 1210 22 8,3 11,1 1 2 п,3 *—
Крановые электродвигатели переменного тока 69 Рис. 2.4. Типовая нагрузочная харак- теристика электродвигателей серии Д щающий момент не должен превышать 0,8 номинального (режим 60 мин) при 220 В или 0,6 номинального при 440 В. Двигатели на 220 В допускают увеличение частоты вращения в 2 раза против номинальной за счет повышения напряжения. При этой частоте вра- щения и номинальном возбуждении максимальный момент не должен пре- восходить 1,5 номинального (режим 60 мин). Максимальное напряжение на выводах двигателей по отношению к заземленным частям не должно превосходить 600 В. Двигатели всех систем возбу- ждения допускают в двигательном и генераторном режимах увеличение частоты вращения до максимальной по табл. 2.10. При этом ток якоря не должен быть выше 0,7 номиналь- ного (режим 60 мин) для тихоход- ных двигателей и 1,2 номинального для быстроходных. Основные размеры двигателей приведены в табл. 2 12. Данные об- моток двигателей последовательного j в табл. 2.13 и 2.14. Все двигатели имеют по четыре главных и четыре доба- вочных полюса. Двигатели параллельного возбуждения и параллельного со стабилизирующей обмоткой имеют одинаковые катушки возбуждения. Все сопротивления обмоток даны для температуры 20 °C. Для расчета механи- ческих характеристик двигателей в различных условиях использования на рис. 2.4 приведены усредненные нагрузочные характеристики серии в отно- сительных единицах. Способы расчета механических характеристик приве- дены в [33]. ллельного 2.3. КРАНОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Основные соотношения. Основные соотношения параметров для асинхрон- ных двигателей можно получить из схемы замещения, приведенной на рис. 2.5, а. Рис. 2.5. Схема замещения асинхронного двигателя (а) и преобразованная схема замещения (б) Построение круговой диаграммы упрощается, если цепь намагничивания (условно отнести к первичным выводам. Из нескольких способов преобразо- вания схемы замещения метод М. П. Костенко наиболее точно отражает пер- воначальную схему замещения, В преобразованной схеме рис, 2.5лб привет
70 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 // денный к статору т<к вторичной цепи /2 является геометрическом разностью тока статора Ц и тока намагничивания 10 (при скольжении s = 0) основной схемы замещения. Полное эквивалентное сопротивление главной цепи будет иметь вид z = е~М Я г1+(г2/s) °1 ] + !(Xlai +х2°1+ 'lAo)} (2Л5) где 2ф — угол поворота линии центра tg 2ф ж 2 tg ф = 2ri/(Xj + *о)* $ — скольжение двигателя; Oi — первичный коэффициент рассеяния, о*! == 1 4- zJzq (zi — полное сопротивление цепи статора; г0 — полное сопротивление цепи намагничивания); гъ Xi — активное и индуктивное сопротивления статора; // // г2 ; х2 — приведенные активное и индуктивное сопротивления ротора в пре- образованной схеме замещения. Диаметр круговой диаграммы »а = ^1ф/(4 (2.16) где х" — индуктивное сопротивление короткого замыкания, х" = XjOj + + *2 а1- Обычно rf значительно меньше х0, поэтому отношением т\/х^ можно пренебречь. При повороте осей координат окружности круговой диаграммы на угол 2ф против часовой стрелки на этот же угол поворачиваются по отношению к вектору напряжения фазы все линии и отрезки круговой диаграммы. Угол щ наклона линии моментов к линии центра определяют по формуле Угол а2 наклона линии полезной мощности к линии центра находят из выражения гк tg а2 = tg as=1 = -g———, хк + г1/хо где rK = <riq + r2 Op Полагая, что отношение rjxq -> 0, получаем ^as=oamrjr"- ^as^r"!x". (2.18) Для построения круговой диаграммы определяют значения основных ее отрезков: ток холостого хода /0, активную составляющую тока холостого хода /ол и диаметр круговой диаграммы Da, Длину отрезка, мм, определяют делением соответствующего параметра, выраженного в амперах, на масштаб тока гпА (А/мм). Активная составляющая тока холостого хода ;0а = (ДРст + //г170г1)/(от4С'ф)> (2.19) где АРст — потери в стали статора, Вт; гщ — число фаз.
§ 2.3 Крановые электродвигатели переменного тока 71 На рис, 2.6 показано построение круговой диаграммы. Треугольник хо- лостого хода О О"/п строят по ранее найденным значениям, причем о'о"— = Линию центра круговой диаграммы строят под углом 2ф, который может быть найден из формулы (И2ф^2/оп/^ф. (2.20) мощности и механическим Рис. 2.6. Построение круговой диа граммы Радиус круговой диаграммы О'О" = £>аД2гПд). Линию электромагнитных моментов проводят под углом as=s0O к линии центра, а линию полезной мощ- ности из точки О' под углом к линии центра. На круговой диаграмме отрезок ab соответствует максимальному мо- менту; cd — пусковому моменту; ef — полезной потерям; fg— потерям в роторе; eg, проводимый перпендикулярно линии центра, — электромагнитному момен- ту; eh, проводимый перпендикулярно оси абсцисс, — потребляемой из сети мощности. Масштаб мощности Шр = Вт/мм. Масштаб мо- ментов == 9,55mp/n0, Н • м/мм, где — синхронная частота вра- щения. Построение механических харак- теристик по круговым диаграммам производят следующим образом: точку е на окружности круговой диа- граммы для мощности р2х определяют дикуляре к линии центра мощности откладывают отрезок, равный kq = (Р2 + ДРмех + 0,005/»,)/^. (2.21) Через точку k проводят прямую ke, параллельную линии мощности, до пере- сечения с окружностью. Точка пересечения является исходным параметром мощности Р2Х\ затем графически определяют ток статора /, приведенный ток ротора cos ф: I = Оет^ 1" = О'етА cos <р = eh(Ое, следующим построением: на перпен- (2.22) Далее аналитическим путем находят все остальные параметры: потребляе- мую из сети мощность Рг, электрические потери в обмотке статора ДРэг, электрические потери в обмотке ротора ДР3г; КПД; дополнительные потери ДР доп* Pt соэф; ДРэ = т1г1/^; ДРЭ2 = » &Рдоп = 0,005Рр Действительное значение тока ротора Z2 “ 1/(ш2^об 2)» (2.23) где ©1, о2> &обь &062” числа витков и коэффициенты обмоток статора и ротора.
72 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Скольжение двигателя s = (ЛРэ2 + 1,272)/(Р2 + ЛРэ2 + 1,2/2). Вращающий момент на валу двигателя Мх = 9550Р2х//г, где 60/ , п = —- (1 —s) = n0(l — s); Р здесь f — частота сети. Максимальный (критический) момент Mmax - 0,079 —---- ф------= f (л+V'i+*0 где хк = Xj + Х]/*о х2 • Мощность двигателя, потребляемая из сети, Р = л/И171Ф/(01^об 1 cos ф, где Ф — магнитный поток двигателя, Вб; cos ф = 7?экв/^экв! &об 1=== 0,8 ~т- 0,88; <oi — число витков фазы статора. Магнитный поток двигателя Ф = — /1Г1/(4>44/со1^об О- (2.24) (2.25) (2.26) (2.27) (2.28) (2.29) Мощность двигателя, выраженная через геометрические размеры, опре- деляется по формуле Pi = —tD2 1пАВъ • 10~3, -у 2 60 (2.30) где D — диаметр ротора, см; I — длина пакета ротора, см; А — линейная плотность тока, А/см; — индукция в воздушном зазоре, Тл. Магнитная индукция в воздушном зазоре крановых двигателей нахо- дится в пределах 0,8—0,95 Тл. Линейная плотность тока для статора состав- ляет 300—400, а для ротора 170—300 А/см. Плотность тока в обмотках дви- гателей переменного тока при изоляции класса Н составляет 9—11 А/мм2 для статора и 6—8 А/мм2 для ротора. При изоляции класса F плотность тсжа снижается на 10—15 °/о. Потери энергии. Потери энергии определяют электропотребление и КПД электродвигателя. От распределения потерь в двигателе зависит равномер- ность нагрева различных его частей. Электрические потери в обмотке статора и ротора ДРЭ1=З^Г1; (2.31) ДРэ2 = з/|г2; (2.32) дрэ3» Mrtcs/9,55, (2.33)
§ 2.3 Крановые электродвигатели переменного тока 73 Потери энергии в щеточном аппарате ДР ш = 1,2/2* Дополнительные потери Л/^доп:== 0,01cos (р. (2.34) (2.35) Потери в стали статора на перемагничивание и вихревые токи могут быть определены по табл. 2.15. Постоянные времени нагрева Т обмоток статора и ротора закрытых двигателей близки между собой и сильно зависят от внешнего обдува дви- гателей (табл. 2.16). Без внешнего обдува значения Т уменьшаются в 2,5—3 раза. Для кратковременных режимов работы длительностью менее 60 мин допустимая нагрузка обмоток двигателей может быть определена по (2.11) с использованием значений постоянных времени нагрева, приведенных в табл. 2.16. Для режимов работы со временем включения не более 30 с можно воспользоваться формулой (2.10). С 1970 по 1987 г. на кранах устанавливались электродвигатели се- рии MTF, МТН000-713. Три четверти всех крановых механизмов в стране оснащены этими двигателями. Их технические данные приведены в [33, 43] и регламентированы ГОСТ 185-70. В настоящее время эти электродвигатели заменяются на новую се* рию 4МТ, по основным размерам и параметрам унифицированную с обще- союзной серией 4А. Станины электродвигателей 4МТ всех типов, кроме 4МТ112, изготовля- ются из чугуна с ребрами для охлаждения и коробкой выводов (клеммной), расположенной наверху. Станины электродвигателей 4МТ112 выполняются из алюминиевого сплава, щиты всех двигателей — из чугуна, а крышки подшипников большинства двигателей — из алюминиевого сплава. Сердеч- ник статора набирают из покрытых лаком штампованных листов электро- технической горячекатаной стали марки 1213 или холоднокатаной марки 2011 толщиной 0,5 мм. Сердечник ротора имеет относительно небольшие потери в стали, и поэтому листы его обычно не лакируют. Обмотка статора рассчи- тана на механизированный способ укладки с использованием изоляции типа пленкосинтокартона и эмалированного нагревостойкого провода ПЭТ200М. Двигатели 4МТ355 имеют жесткие формованные катушки статора, за- кладываемые в открытые пазы. В остальных двигателях пазы полузакрытые* Всыпные обмотки роторов двигателей с высотой оси вращения 112—225 мм в пазовой части закрепляются клиньями из стеклопластика. Лобовые части обмоток закрепляются на внутреннем стальном изолированном кольце стек* лобандажной лентой. В двигателях с высотой оси вращения 280—355 мм применяется стержневая обмотка, закрепляемая в пазах стеклотекстолито- выми клиньями. Лобовые части этих двигателей закрепляются стеклобандаж- ной лентой. Контактные кольца выполняются из спеченных медных композиций или из профильной меди (медных труб), Бо избежание скопления щеточной
74 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд 2 Таблица 2.15. Электрические потери, Вт, в двигателях серии 4МТ при режиме работы ПВ—40 % Электрические потери, Вт т. в меди в меди в стали в меди в меди в стали в меди в меди Тип в стали статора ротора статора ротора статора ротора 2р—6 2р=8 2р—10 4MT112L 120 460 205 — — — . —* - — 4MT112LB 150 585 260 * I- 1 •"*-* —'I * 4MT132L 200 700 367 - '"» — —— 4MT132LB 310 675 385 Я —- 4MT160L 430 1070 362 370 900 340 —• — — * 4MT160LB 560 1080 510 580 1140 440 —• * 11 4MT200L 780 1490 800 720 1350 685 —— — •—л 4MT200LB 1020 1440 665 1120 1970 960 * —— — 4МТН225М 1240 1830 1320 1330 2300 1220 <—* —— 4MTH225L 1800 2090 1640 1420 2280 1230 — 4MTH280S 1900 2650 2360 1600 2540 2280 1540 2700 1770 4МТН280М 2750 4700 2280 2320 2860 2360 1970 3050 1810 4MTH280L 2800 3180 2700 2570 3050 2660 2520 3600 2310 4MTH355S —- — —• — — 1700 3200 2720 4МТН355М 1 —- * " * 2400 3230 2540 4MTH355L » 3000 3410 2570 Таблица 2.16. Постоянные времени нагрева закрытых обдуваемых крановых электродвигателей переменного тока Режим нагрева, мин Масса электродвигателя, кг Постоянная времени нагрева, с До 3 50—100 200 100—220 300 220—600 500 600—2000 800 50-100 600 100—220 1000 10—20 220—600 1600 600—2000 2700 50—100 1000 100—220 1800 20—60 220-600 3000 600—2000 4800
§ 2.3 Крановые электродвигатели переменного тока 75 пыли между кольцами остается свободное воздушное пространство. На изо* ляционную втулку кольца напрессовываются с достаточным натягом. Для двигателей с высотой оси вращения 112—280 мм применяются щетки марки Ml. Щетки марки Ml имеют следующие размеры: Высота оси вращения двигателя, мм Размеры щеток, мм 112—132 8X12,5X32 160 10X25X32 200—225 12,5X32X40 280 16X40X50 355 16X50X50 * * Щетки марки МГ. Так как все двигатели рассчитываются для эксплуатации в условиях открытого воздуха и имеют степень защиты IP44, то крышки коллекторных люков и коробок выводов выполняются плоскими с соответствующим у плот* нением. В выводных отверстиях вставлены резиновые уплотнения для про* пуска кабелей и обеспечения брызгонепроницаем ости внутренних полостей. В коробках выводов располагаются панели выводных зажимов. По желанию потребителей электродвигатели снабжаются встроенной тепловой защитой^ Охлаждение двигателей производится снаружи с помощью вентилятора на валу. Крепление вентилятора к валу — на шпонке с болтовым зажимом. Роторы двигателей балансируются с помощью специальных приспособлю* ний — балансировочных колец. Обмотка роторов короткозамкнутых исполнений электродвигателей вы* полняется литой из алюминиевого сплава повышенного сопротивления. Двй* гатели, рассчитанные для условий эксплуатации при температуре окружаю* щей среды не выше 40 °C, имеют изоляцию класса F и типовое обозначение 4MTF, 4MTKF. Двигатели, рассчитанные для эксплуатации в тропиках и при температуре окружающего воздуха до 50°C и выше (металлургия), имеют изоляцию класса Н. Их типовое обозначение 4МТН, 4МТКН. Двигатели с высотой оси вращения свыше 200 мм изготовляются только с изоляцией класса Н. Основное конструктивное исполнение двигателей горизонтальное на ла* пах с одним концом вала (IM1001), однако по требованию потребителей двигатели могут поставляться с двумя свободными концами вала. Двига* тели с высотами оси вращения 112—225 мм имеют также конструктивное исполнение IM2001 —горизонтально-фланцевое на лапах. При этом креп* ление двигателей может осуществляться либо за фланец, либо за лапы. Двигатели с высотами оси вращения 112—160 мм имеют вертикальное флан* цевое исполнение (IM3001). Все двигатели рассчитаны на две группы напряжений 220/380 и 380/660 В, 50 Гц и имеют в коробке выводов шесть выводных концов для включения обмоток соответственно в треугольник или звезду. Кроме того, двигатели изготовляются на нестандартные напряжения и частоты, а именно: 500 В, 50 Гц; 440 В, 60 и 50 Гц; 415 В, 50 Гц; 380 В, 60 Гц.
76 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 При колебаниях напряжения в сети от —5 до +10 % номинального значения двигатели должны сохранять номинальную мощность. Основным номинальным режимом работы является повторно-кратковременный режим ПВ =а 40 %. В табл. 2.17 и 2.18 приведены основные данные двигателей для этого режима. Кроме того, двигатели могут использоваться при режимах работы ПВ = 25 и 60 % и кратковременных режимах 30 и 60 мин непре- рывной работы. Таблица 2.17. Технические данные электродвигателей с фазным ротором, ПВ —40%, 380 В, 50 Гц Тип Число полю- сов Мощ- ность, кВт Частота враще- ния, об/мин Ток ста- тора, А COS ф Ток ротора, А Напря- жение ротора, В Макси - мальный момент, Н-м 4MTF(H)112L4 4 3,7 1370 10,5 0,82 57 4MTF(H)112LB4 4 5,5 1390 15 0,81 — —— 94 4MTF(H)132L4 4 7,5 1400 19 0,84 " * 126 4MTF(H)132LB4 4 И 1410 28 0,86 ——- 205 4MTF(H)112L6 6 2,2 810 7,2 0,76 11 144 55 4MTF(H)112LB6 6 3,7 900 11,2 0,79 13,8 190 88 4MTF(H)132L6 6 5,5 915 14,8 0,74 18,3 213 135 4MTF(H)132LB6 6 7,5 935 18,2 0,77 20,7 242 190 4MTF(H)160L6 6 И 910 32 0,76 41 179 325 4MTF(H)160LB6 6 15 930 39 0,77 48 213 460 4MTF(H)200L6 6 22 935 55 0,79 60 235 638 4MTF(H)200LB6 6 30 935 75 0,78 73 235 932 4MTF(H)225M6 6 37 965 78 0,818 77 293 1000 4MTH225L6 6 55 970 115 0,9 115 290 1530 4MTH28GS6 6 75 970 142 0,89 178 270 2160 4MTH280M6 6 ПО 975 205 0,89 160 420 3490 4MTF(H)l60L8 8 7,5 695 25 0,73 22 227 248 4MTF(H)160LB8 8 И 705 38 0,74 39 185 400 4MTF(H)200L8 8 15 710 42 0,71 48,8 206 569 4MTH200LB8 8 22 715 57 0,7 59 241 800 4MTH225M8 8 30 720 74,6 0,72 71 252 1030 4MTH225L8 8 37 725 87,4 0,74 79 302 1390 4MTH280S8 8 55 720 112 0,84 170 196 2160 4MTH280M8 8 75 725 154 0,82 165 277 2940 4MTH280L8 8 90 730 179 0,84 162 355 3470 4MTH355S8 8 132 710 270 0,85 — •—• — 4MTH355M8 8 160 715 320 0,87 — —— 4MTH355L8 8 200 730 400 0,86 —— —- 4MTH280S10 10 45 576 103 0,76 146 181 1940 4MTH280M10 10 60 580 124 0,76 135 239 2670 4MTH280L10 10 75 582 166 0,77 142 308 3480 4MTH355S10 10 ПО 584 266 0,7 250 272 4560 4MTH355M10 10 132 585 315 0,68 250 327 5690 4MTH355L10 10 160 586 392 0,61 245 408 7310
Крановые электродвигатели переменного тока 77 Таблица 2Л8. Технические данные электродвигателей с короткозамкнутым ротором, ПВ = 40%, 380 В, 50 Гц Тип Число полю- сов Мощ- ность, кВт Частота враще- ния, об/мин Ток ста- тора, А COS ф Макси- маль- ный мо- мент, Н-м Пус- ковой мо- мент, Н-м Пус- ковой ток, А Плот- ность номи- наль- ного тока, А/мм’ 4MTKF(H)112L4 4 3,7 1390 10,5 0,83 56 56 41 8,8 4MTKF(H)112LB4 4 5,5 1400 15,2 0,82 91 85 61 8,5 4MTKF(H)132L4 4 7,6 1390 18,5 0,85 131 121 87 8,3 4MTKF(H)132LB4 4 11,0 1410 27,5 0,87 215 195 152 8 4MTKF(H)112L6 6 2,2 880 6,8 0,73 64 62 22,7 8,5 4MTKF(H)112LB6 6 3,7 5,5 870 10,6 0,75 114 114 37,2 8,7 4MTKF(H)132L6 6 900 13,6 0,75 155 145 57 8,6 4MTKF(H)132LB6 6 7,5 900 18,3 0,7 225 216 79 8,3 4MTKF(H)160L6 6 11 910 29 0,76 39,5 340 148 7,8 4MTKF(H)160LB6 6 15 930 36,5 0,78 560 480 203 7,4 4MTKF(H)200L6 6 22 935 51 0,79 760 706 275 7,5 4MTKF(H)200LB6 6 30 935 70 0,78 980 932 380 7,6 4MTKF(H)160L8 8 7,5 690 24 0,71 310 260 91,5 7,3 4MTKF(H)160LB8 8 11 700 33,5 0,74 500 420 141 7,4 7,5 4MTKF(H)200L8 8 15 695 40 0,71 657 638 185 4MTKF(H)200LB8 8 22 700 60 0,69 981 932 295 6,9 4MTKH225M8 8 30 700 68 0,77 1128 1128 336 7 4MTKH225L8 8 37 710 86 0,78 1470 1390 460 7 Серия двигателей построена на семи диаметрах и имеет соответственно высоты оси вращения 112, 132, 160, 200, 225, 280, 355 мм. На каждой высоте оси вращения имеются два-три исполнения по длине. В типовом обозначении первые три знака 4МТ — порядковый номер серии; буква К — короткозамк- нутое исполнение; буквы F и Н — тип изоляции; три цифры — высота оси вращения; буквы S, М, L, LB — условный размер двигателя по длине; циф- ра — число полюсов; последняя группа знаков — климатическое исполнение: соответственно У1, Т1 или ХЛ1. Обмоточные данные электродвигателей 4МТ приведены в табл. 2.19. Не* которые расчетные данные и основные габаритные размеры приведены в табл. 2.20—2.22. Для электроприводов с частотным управлением разработаны специальные типы электродвигателей, отличающихся от серийных нестан- дартным напряжением, сниженным индуктивным сопротивлением ротора и измененными обмоточными данными. Технические данные специальных двигателей приведены в табл. 2.23, а их основные габаритные размеры — в табл. 2.27. Широкое применение систем динамического торможения в крановом электроприводе позволило решить проблему опускания грузов с малой ско* рсстью, однако при легких грузах, составляющих менее 25 % номинального^ спуск может не начаться из-за потерь на трение. Для электроприводов, в ко- торых спуск с малой скоростью легких грузов обязателен, в дополнение к обычному крановому двигателю с фазным ротором применяется вспомо^
78 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Таблица 2.19. Обмоточные данные электродвигателей серии 4МТ Тип (4MTKF, 4МТКН, 4MTF, 4МТН) Число полю- сов Число пазов Всего прово- дов в пазу Число парал- лельных прово- дов Число парал- лельных цепей на фазу Число ВИТКОВ в катуш- ке Диаметр провода, мм Сопротив- ление фа- зы Г\ при 20 °C, Ом Обмотки статооа фазных и короткозамкнутых двигателей 112L6 6 54 31 1 tow 31 1 2,97 112LB6 6 54 20 20 1,25 1,55 132L6 6 54 36 2 18 1 1,07 132LB6 6 54 28 2 1 14 1,18 0,68 160L6 6 54 32 — 1 3 32 1,25 0,35 160LB6 6 54 32 4 8 1,25 0,236 200L6 6 72 30 2 2 15 1,3 0,235 200LB6 6 72 42 2 4 21 1,12 0,132 225М6 6 72 56 3 3 56 1,32 0,1 225L6 6 72 38 2 6 38 1.4 0,053 280 S 6 6 72 40 3 6 40 1,32 0,041 280 Мб 6 72 26 4 6 26 1,32 0,025 16QL8 8 48 48 3 в 16 1,18 0,48 160LB8 8 48 44 2 2 22 1,25 0,265 200L8 8 72 30 2 2 15 1,3 0,235 200LB8 8 72 42 2 4 21 1,12 0,14 225М8 8 72 63 2 4 63 1,25 0,14 225L8 8 72 48 2 4 48 1,4 0,1 280S10 10 75 48 2 5 48 1,4 0,06 280М10 10 75 54 3 5 54 1,3 0,047 280L10 10 75 42 3 5 42 1,5 0,031 35? S10 10 105 12 5 6 2,5X3,75 0,019 J55MI0 10 105 10 — 5 5 2,8X4 0,014 355L10 10 105 16 2 5 4 1,8X3,75 0,012 Обмотки ротора фазных двигателей 112L6 6 36 19 w—мн 19 1,4 0,565 112LB6 6 36 32 2 — 16 1,12 0,462 132L6 6 36 32 2 16 1,25 0,306 132LB6 6 36 42 3 —* 14 1,12 0,3 160L6 6 36 46 2 3 23 1,25 0,072 160LB6 6 36 42 2 3 21 1,32 0,073 200L6 6 36 42 2 3 21 1,5 0,054 200LB6 6 36 51 3 3 17 1,4 0,04 225М6 6 54 45 3 3 15 1,4 0,048 225L6 6 54 40 4 3 10 1,5 0,026 280 S 6 6 90 2 1 1 —• 2,8X10 0,019 280М6 6 90 2 1 1 Мм 2,8X10 0,024 160L8 8 36 56 2 2 28 1,12 0,095 16ЛТВ8 8 36 48 3 2 16 1,18 0,096 20‘ L8 8 48 39 3 2 13 1,3 0,082 200L В8 8 48 33 3 2 11 1,45 0,068 22" 48 8 48 44 4 2 11 1.4 0,051 fe2aL8 8 48 40 4 2 10 1,5 0,049 28OS1O 10 . 90 2 1 1 —• 2,8X10 0,017 28 W0 10 90 2 1 1 » ' * 2,8X10 0,021 280L10 10 90 2 1 1 2,8X10 0,024
§ 23 Крановые электродвигатели переменного тока 79 Продолжение табл. 2.19, Тип (4MTKF, 4МТКН, 4MTF, 4МТН) Число полю- сов Число пазов Всего прово- дов в пазу Число парал- лельных прово- дов Число парал- лельных цепей на фазу Число витков в катуш- ке Диаме гр провода, мм Сопротив- ление фа- зы rj при 20 °C, Ом 335S10 10 90 2 - - - - 3,05X16,8 0,012 335М10 10 90 2 * 3,05X16,8 0,014 335L10 10 90 2 ||< 3,05X16,8 0,015 Примечание, Для упрощения записи в первом столбце опущены первые знаки типозого обозначения двигателей гательный многополюсный короткозамкнутый двигатель, либо навешиваемый на второй конец вала двигателя с фазным ротором, либо устанавливаемый непосредственно на редукторе. Сложение характеристик этого двигателя с характеристикой динамического торможения позволяет получить характе- ристику двигателя на малых скоростях работы во всем диапазоне грузов. Двигатель ТМ4А может использоваться вместе с двигателями 4МТ200 и 4МТ225 для электроприводов мощностью 22—55 кВт для получения ма- лых скоростей при спуске груза. Основные параметры двигателя ТМ4А: Относительная продолжительность включения, % ..... 25 Число полюсов . . . ................................ 24 Пусковой момент, Н-м............................... 100 Максимальный момент в тормозном режиме, Н-м..........220 Двигатель может работать в режиме ПВ = 15 % как при пусковом мо- менте, так и на холостом ходу при п0 = 250 об/мин. Рис. 2.7. Габаритные размеры тор« мозного электродвигателя ТМ4А Габаритные размеры двигателя приведены на рис. 2.7. Максимальная рабочая частота вращения электродвигателей 4МТ с чио? лом полюсов 2р = 4 и 2р — 6, а также ТМ4А — 2500 об/мин, с 2р ~ 8 —а 1900 об/мин, с 2р = 10— 1500 об/мин. Двухскоростные крановые элект- родвигатели переменного тока. Двух- скоростные короткозамкнутые элек- тродвигатели переменного тока яв- ляются конструктивной модифика- цией короткозамкнутых крановых дви- гателей основного ряда. Конструктив- но и технологически односкоростные и двухскоростные электродвигатели идентичны. В них используются одинаковые узлы и детали. Такими ны, короткозамкнутые роторы в сборе, щиты и подшипниковые узлы. Отли- чительными особенностями двухскоростных двигателей являются в основном одинаковыми узлами являются станш» обмотки статора,
80 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Т а б л и ц а 2.20, Расчетные данные электродвигателей серии 4МТ с фазным ротором, 380 В, 50 Гц Тип (4MTF, 4МТН) '0. А СОЗф0 хГ Ом Х2 , Ом Коэффици- ент приве- дения соп- ротивления 112L6 5,51 0,135 3,11 1,084 3,95 5,9 1I2LB6 7,7 0,125 1,95 1,073 3,2 3,84 132L6 8,96 0,13 1,3 1,056 2,1 2,82 132LB6 11.1 0,11 0,98 1,053 1,44 2,22 160L6 23,5 0,12 0,59 1,087 1,01 4,31 160LB6 25,6 0,1 0,42 1,051 0,67 2,89 200L6 39,7 0,08 0,27 1,052 0,55 2,37 200LB6 37,3 0,077 0,33 1,049 0,34 1,96 225М6 37,2 0,069 0,23 1,076 0,31 1,45 225L6 55,9 0,07 0,14 1,084 0,197 1,21 280 S 6 51,1 0,052 0,13 1,071 0,125 1,38 280М6 70 0,05 0,08 1,076 0,083 1 160L8 19,2 0,118 1,08 1,1 1,53 2,37 160LB8 29,9 0,101 0,67 1,1 1,02 3,5 200L8 29,8 0,083 0,51 1,074 0,725 2,96 200LB8 37,3 0,08 0,31 1,076 0,47 2,03 225М8 46,7 0,07 0,23 1,052 0,42 1,65 225L8 52,3 0,08 0,17 1,04 0,31 1,42 280S10 57,8 0,08 0,21 1,06 0,24 3,72 280М10 70,6 0,06 0,15 1,06 0,19 2.1 280L10 89,5 0,06 0,11 1,06 0,146 1,26 355S10 155 0,042 0,078 1,06 0,134 1,74 355М10 183 0,044 0,064 1,06 о,11 1,21 355L10 247 0,042 0,048 1,06 0,085 0,78 Примечание. См. примечание к табл. 2 19. Таблица 2.21, Расчетные данные короткозамкнутых электродвигателей серии 4МТК 380В, 50 Гц Тип (4MTKF, 4МТКН) Ток ХОЛОСТОГО хода /0, А Данные короткого замыкания, Ом Коэффициент приведения сопротив- лений Активное сопро- тивление 14 Индуктивное со- противление хк U2L6 4,81 9,66 5,87 5,9 112LB6 7,97 5,7 3,34 2,44 132L6 8 3,36 2,87 1,97 I32LB6 10,1 2,37 1,91 1,2 160L6 20,4 1,15 1,18 0,695 160LB6 22,7 0,81 0,864 0,39 200L6 31,3 0,5 0,63 0,319 200LB6 42,1 0,36 0,455 0,173 160L8 16,4 1,81 2,24 1,67 160LB8 25,2 1,1 1,43 0,79 K00L8 25,4 0,77 0,9 0,546 200LB8 43,3 0,47 0,58 0,293 В25М8 38,8 0,45 0,57 0,386 Примечания: 1. См. примечание к табл 2.19. 2. Значения сопротивления фазы статора и приведены в табл. 2.19-
Крановые электродвигатели переменного тока 81 Таблица 2.22. Основные размеры, мм, и масса электродвигателей серии 4МТ Тип bio fen di h Лз1 Zi Ао /зо фаз- ный Lo корот- козам- кнутый 1з1 Масса, кг Момент инер- ции, КГ‘М^ 2р—6 2р=3 2р=1О 112L 190 240 32 112 301 80 159 620 495 70 51 0,035 112LB 190 240 32 112 301 80 159 620 495 70 63 0,045 —W 132L 216 270 42 132 341 НО 203 692 556 89 104 0,09 132LB 216 270 42 132 341 ПО 203 692 556 89 115 0,11 —- 160L 254 310 48 160 424 ПО 254 254 599 108 165 0,23 0,23 160LB 254 310 48 160 424 ПО 254 824 669 108 194 0,28 0,29 200L 318 380 65 200 500 140 305 880 742 133 270 0,57 0,62 200LB 318 380 65 200 500 140 305 955 817 133 320 0,68 0,74 225М 356 435 70 225 545 140 311 960 797 149 420 0,9 1,07 225L 356 435 70 225 545 140 356 1070 907 149 500 1,02 1,43 280S 457 540 90 280 740 170 368 1100 —-» 190 750 3,3 4,3 280М 457 540 90 280 740 170 419 1180 190 850 4,1 5,2 280L 457 540 90 280 740 170 457 1270 —* 190 1000 5,1 6,3 355S 610 700 ПО 355 888 210 500 1423 *— 254 1545 '* 10,2 355М 610 700 ПО 355 888 210 560 1493 1 254 1695 — 12,8 355 L 610 700 ПО 355 888 210 630 J 1573 — 254 1895 — 15 Примечание. См примечание к табл. 2 19 Таблица 2 23. Технические данные электродвигателей для систем электроприводов с частотным управлением Показатель Тип МАП521 МАП422 МАП622 Частота, Гц Число полюсов Напряжение фазное, В Мощность, кВт ПВ, % Частота вращения, об/мин Ток статора, А cos (р Максимальный момент, Н-м Пусковой момент, Н-м Пусковой ток, А Момент инерции, кг-м2 50 4 140 50 40 1440 140 0,93 1080 735 1000 0,6 50 4 220 10 40 1410 21 0,86 235 210 143 0,2 50 12 220 3,5 15 445 17 0,54 215 215 40 0,2 50 4 220 52 40 1380 102 0,93 882 795 550 1,5 50 8 220 30 40 690 84 0,69 1050 905 340 1,5 20 8 127 8,5 25 210 29 0,8 834 795 75 1,5
82 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Таблица 2.24. Технические данные двухскоростных крановых электродвигателей 380 В, 50 Гц Тип Число полю- сов Мощ ность, кВт ПВ, % Частота вратце- ния, об/мин Ток стато- ра, А Пуско- вой ток, А Пуско- вой мо- мент, Н-м Макси- мальный момент, Н-м 4MTKH160L6/16 6 3,5 40 920 9,3 42 85 98 16 1,1 15 305 9 14 69 69 4MTKH160LB6/16 6 5 40 925 14 70 142 162 16 1,8 15 305 12,3 22 108 108 4MTKH200L6/16 6 7,5 40 930 17,5 93 196 215 16 2.4 15 300 14 25 167 167 4MTKH200LB6/16 6 11 40 940 27 145 353 383 16 3,5 15 295 20 37 226 226 4МТКН225М6/20 6 16 40 925 38 195 422 490 20 3,4 15 235 25 40 314 314 4MTKH225L6/20 6 22 40 925 49 265 630 690 20 4,5 15 225 33 52 470 470 4MTKH225LB6/20 6 30 40 910 61 320 850 890 12 6 15 650 42 68 540 540 MTKF2114/12 4 4 25 1385 10 47 63 73 12 1 15 395 7,3 12,5 52 52 MTKF4104/24 4 7 25 1370 12,5 60 108 108 24 0,8 15 200 9,2 17 84 85 MTKF4114/24 4 10 25 1300 20 100 176 176 24 1,2 15 165 13,4 18 118 118 MTKF4124/24 4 15 25 1365 29,5 160 240 285 24 1.5 15 175 13,8 19 147 145 MTKF5114/24 4 22 25 1395 41 250 392 432 24 2 15 175 20 26 225 236 MTKF5124/24 4 30 25 1400 59 310 495 520 24 3 15 180 28 36 290 300 В крановом электроприводе могут применяться только двигатели с двумя независимыми обмотками на статоре, поэтому при намотке таких двигате- лей в пазах размещаются две обмотки. Обмотки с малым числом полюсов располагаются в глубине паза, а обмотки с большим числом полюсов — ближе к выходу из паза. Между обмотками помещается изоляционная про- кладка. Обмотка с малым числом полюсов соединяется в звезду, а обмотка с большим числом полюсов имеет шесть выводов и может включаться либо последовательно с малополюсной обмоткой, либо независимо при соедине- нии в звезду. При последовательном включении обмоток отключение обмотки с малым числом полюсов осуществляется путем замыкания между собой ее выводов, а обмотки с большим числом полюсов — шунтированием каждой фазы. Технические данные двухскоростных крановых электродвигателей при-» ведены в табл. 2 24. Основные габаритные размеры крановых электродвигателей всех испол-* нений приведены в табл. 2.22.
§ 2.4 Двигатели единых серий и взрывобезопасного исполнения 83 - .1.1 “ ... ~ 11 ... , , 2.4. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЕДИНЫХ СЕРИЙ И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОГО ИСПОЛНЕНИЯ В КРАНОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ Электродвигатели переменного тока серии 4А. Для грузоподъемных кра- нов режимных групп 1К — 4К, электрических талей, а также для отдельных типов кранов режимных групп 5К во все более широких масштабах начи- нают применяться электродвигатели единых серий 4А различных модифика- ций. Прежде всего эти электродвигатели применяются для привода меха- низмов подъема и передвижения электрических талей. При группе режимов электрических талей 1М — ЗМ с небольшими ускорениями, невысоким числом включений в час (до 120) и сравнительно небольшим ресурсом по числу включений за срок службы короткозамкнутые двигатели единых серий хо- рошо зарекомендовали себя при многолетней эксплуатации на этих механиз- мах. Начиная с 1980 г. двигатели единых серий широко применяются в ка- честве приводов передвижения строительных башенных кранов и кран-балок режимной группы ЗМ. Наилучшими параметрами применительно к крановому электроприводу обладают двигатели с повышенным скольжением серии 4АС. По параметрам механической прочности, степени защиты от воздействия окружающей среды, условиям работы с частыми пусками и торможениями электродвигатели этого исполнения соответствуют имеющимся на кранах условиям эксплуата- ции. Если для механизмов подъема кранов применение таких двигателей еще недостаточно обосновано, то для механизмов передвижения режимных групп ЗМ, 4М с числом включений в час до 120 эти двигатели вполне при- годны. В табл. 2.25 приведены основные технические данные электродвигателей серии 4АС со встроенными тормозами. В табл. 2.26 приведены обмоточные данные этих двигателей, а в табл. 2.27 даны основные габаритные размеры. Как и крановые двигатели, двигатели серии 4АС рассчитаны на питание от сетей с напряжением 220, 380 и 660 В. Кроме того, они могут получать питание от источников с нестандартными напряжениями 440 В, 60 Гц; 415 В, 50 Гц и 380 В, 60 Гц. Учитывая относительно высокие пусковые плотности тока электродвига- телей серии 4АС, целесообразно для механизмов с временем пуска до 3 с применять двигатели 660 В, включаемые в сеть 380 В. Для механизмов пе- редвижения режимных групп ЗМ, 4М не следует допускать плотность пуско- вого тока выше 30 А/мм2. Механические тормоза двигателей 4АС не рассчитаны на частые тормо- жения механизмов с большим приведенным моментом инерции, поэтому про- цесс торможения должен по возможности осуществляться самим двигателем, В этом случае наилучшими энергетическими характеристиками будут обла- дать двухскоростные электродвигатели серии 4А с двумя отдельными обмот- ками. В табл. 2.28 приведены технические данные ряда перспективных двух- скоростных электродвигателей 4А для крановых механизмов. Эти электро- двигатели допускают до 100 пусков и торможений механизмов передвиже-
84 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 Т а б л иц а 2.25, Технические данные электродвигателей серии 4АС, ПВ = 40 %, 380 В, 50 Гц Тип (4АС) Число полю- сов Мощность, кВт Частота вра- щения, об/мин [ Номинальный ток, А Плотность пускового тока, А/мм2 Пусковой ток, А Максималь- ный момент, Н-м Пусковой момент, Н*м COS ф Допустимое число пусков . в час вхоло- стую Тормозной момент тор- моза* Н-м 71АЕ4 4 0,6 1380 1,8 34 8,1 9 8,2 0,73 5600 6 71ВЕ4 4 0,8 1370 2,4 40 10,8 12 11 0,75 6900 6 80АЕ4 4 1,3 1410 3,6 40 18 19,4 17,6 0,82 7800 12 80ВЕ4 4 1,7 1420 4,6 42 23 25 22,8 0,82 7800 12 90LE4 4 2,4 1410 5,8 50 35 36 32,6 0,82 7900 16 100SE4 4 3,2 1440 7,8 41 47 46 42,2 0,82 7800 30 100LE4 4 4,3 1440 10 40 60 63 57 0,82 7800 30 112МЕ4 4 5,6 1420 14,4 55 100 83 75 0,83 7300 40 90LE6 6 1,7 930 5,1 31 20,5 37 33 0,72 9300 16 100LE6 6 2,6 940 6,9 42 42 55 50 0,76 7800 30 112МАЕ6 6 3,2 920 9,2 42 55 69 63 0,74 8800 40 112МВЕ6 6 4,2 910 10,8 51 70 92 83 0,79 8800 40 132SE6 6 6,3 930 15,2 54 100 134 122 0,8 7100 80 132МЕ6 6 8,5 940 20,5 49 134 182 165 0,8 7100 80 160SE6 6 12 920 26 45 170 260 235 0,85 4700 150 160МЕ6 6 16 920 35 43 230 350 315 0,85 4300 150 Примечание. Минимальный момент в процессе пуска не менее 0,8 пускового* Т а б л и ц а 2.26, Обмоточные данные электродвигателей серии 4АС, 380/660 В, 50 Гц Тип (4АС) Число полю- сов Число пазов стато- ра Число эффек- тивных провод- ников в пазу Число парал- лельных провод- ников Число парал- лельных цепей на фазу Число витков на фазу Диаметр провода, мм Сопро- тивление фазы при 20 °C, Ом 71А4 4 24 192 1 1 770 0,44 34,9 71В4 4 24 164 1 1 660 0,44 27,3 80А4 4 36 97 1 1 580 0,51 19,9 80В4 4 36 78 1 1 468 0,59 13,2 90L4 4 36 69 1 1 414 0,67 9,7 100S4 4 36 57 1 1 342 0,9 4,8 100L4 4 36 45 I 1 270 1 3,44 112М4 4 36 40 1 1 240 1,08 2,68 90L6 6 36 182 1 1 492 0,64 11,8 100L6 6 36 69 1 1 414 0,83 6,42 112МА6 6 54 45 1 1 404 0,86 5,66 112МВ6 6 54 38 1 1 340 0,96 4,25 132S6 6 54 33 1 1 246 1,12 2,78 132ЛА6 6 54 24 1 1 216 1,32 1,64 160S6 6 54 25 2 1 224 1Д2 1,37 160М6 6 54 18 2 1 162 1,32 0,825
§ 2.4 Двигатели единых серий и взрывобезопасного исполнения Таблица 2.27. Основные размеры, мм,и масса электродвигателей серии 4АС, МАП Тип h ^31 ^30 без тор- моза 110 h Ью Ьц &31 dt Масса, кг Момент инерции, кг-м? /зо с тор- мозом 4А(С)71А 40 45 285 90 71 112 135 201 19 15,1 0,0017 405 4А(С)71В 50 45 285 90 71 112 135 223 19 15,1 0,002 405 4А(С)80А 50 50 300 100 80 125 155 218 22 17,4 0,0031 440 4А(С)80В 50 50 320 100 80 125 155 240 22 20,4 0,0046 460 4А(С)90 50 56 350 125 90 140 175 260 24 28,7 0,0073 505 4А(С)100 60 63 365 112 100 160 200 265 28 36 0,009 520 4А(С)100 60 63 395 140 100 160 200 280 28 42 0,013 580 4А(С)112 80 70 452 140 112 190 230 310 32 56 0,017 630 4А(С)112 80 70 472 140 112 190 230 320 32 62 0,021 650 4А(С)132 80 89 480 140 132 216 265 350 38 77 0,04 690 4А(С)132 80 89 530 178 132 216 265 350 38 93 0,058 740 4А(С)160 110 108 624 178 160 254 304 430 48 135 0,14 790 4А(С)160 по 108 667 210 160 254 304 430 48 160 0,18 850 МАП521 160 806 400 225 380 — 415 65 435 0,6 1072 МАП422 90 641 380 170 280 330 45 215 0,2 850 МАП622 222 1020 500 280 440 — 624 70 790 1,45 1285 Т аб л иц а 2.28. Технические данные двухскоростных электродвигателей серии 4А талевого и кранового исполнения с двумя отдельными обмотками, 380 В, 50 Гц Тип (4А) Число полю- сов ПВ, % Мощ- ность, кВт Частота враще- ния, об/мин Пуско- вой момент, Н-м Макси- мальный момент, Н-м Плот- ность пусково- го тока, А/мм2 Тормоз* ной момент, Н-м Х71В12/4ЕЭ 4 40 0,25 1400 3,6 3,5 35 6 12 15 0,08 450 3,0 3 40 Х80В12/4ЕЭ 4 40 0,37 1420 4,5 5 35 12,5 12 15 0,12 455 4,0 4 40 1 90Ы2/4ЕЭ 4 40 0,55 1430 6,6 7,5 37 17,5 12 15 0,18 460 5,2 5 40 100L12/4E 4 25 0,9 1430 10 13 40 32,5 12 15 0,37 460 7,0 7 42 *11 IM 112МВ12/4Е 4 25 1,8 1440 18 25 40 45 12 15 0,65 460 13 13 37 132М4/12 4 25 3,5 1430 35 45 40 80 12 15 1 460 25 25 40 160М4/16 4 40 5,5 1440 55 70 40 16 15 1 350 35 35 40 180М4/16 4 40 7,5 1440 75 90 40 16 15 1,5 350 55 55 40 — —1
86 Электродвигатели в крановом электроприводе Разд. 2 ния с моментом инерции до 20/дв и могут быть применены для значительного числа механизмов кранов общего назначения режимных групп ЗК — 5К. Ис- пользование двух независимых обмоток позволяет путем комбинаций их включения обеспечить регулирование пусковых и тормозных моментов* Структура типовых обозначений двигателей аналогична обозначениям кра- новых. В типовом обозначении буква Е перед климатическим исполнением обозначает наличие тормоза с электромагнитным приводом. Степень защиты электродвигателей от окружающей среды IP54, IP44, поэтому они могут ис- пользоваться и практически используются на открытом воздухе, хотя фор- мально маркируются для категорий размещения У2, Т2 и ХЛ2. По способу монтажа на механизмах двигатели, используемые на кранах, имеют исполнения IMI001, IM2001, IM3001 и IM3011 для всех габаритов, включенных в табл. 2.25. Ввод кабелей в коробку выводов осуществляется через сальниковые уплотнения. Расчетная наработка подшипников 14 000 ч. Электродвигатели переменного тока взрывобезопасного исполнения. Грузо- подъемные механизмы, эксплуатирующиеся во взрывоопасных зонах, долж- ны комплектоваться электродвигателями взрывозащищенного исполнения. Как указано в разд. 1, все взрывозащищенное электрооборудование объеди- няется в две группы по условиям использования во взрывоопасных зонах с соответствующими параметрами. В СССР и за рубежом для комплектации взрывобезопасных подъемно-транспортных машин (ПТМ) в качестве при- водных электродвигателей применяются только односкоростные или двухско- ростные асинхронные короткозамкнутые двигатели со степенью защиты от внешней среды IP54 и соответствующими средствами взрывозащиты. В СССР до 1986 г. на взрывобезопасных кранах применялись только од- носкоростные короткозамкнутые двигатели. В целях повышения скоростей кранов намечено начать применение для них также и двухскоростных дви- гателей с регулированием скорости 1 :4. Двигатели первого поколения се- рии БАКР, отвечающие всем современным требованиям взрывозащиты, из- готовлялись до 1980 г. В настоящее время для использования на ПТМ взрывобезопасного исполнения используются либо специальные электродви- гатели кранового исполнения ВТ и 2ВКр, либо электродвигатели общего назначения серии В. По своим электромеханическим характеристикам элек- тродвигатели серий ВТ, 2ВКр и В близки к электродвигателям серии 4А и отличаются от них лишь спецификой обеспечения взрывозащиты и усло- виями работы во взрывоопасных зонах. Поскольку взрывобезопасные ПТМ относятся в основном к режимным группам 2М, ЗМ, то электродвигатели взрывозащищенного исполнения имеют номинальные параметры, относя- щиеся к режиму ПВ = 15 и 25 %. Для расширения области использования взрывозащищенные электродви- гатели ВТ, 2ВКр и В маркируются по степени взрывозащиты 1ЕхбПАТ4 и соответственно могут эксплуатироваться в помещениях BI, ВП или более легких при максимально допустимых температурах поверхностей электро- оборудования 135 °C. Так как взрывозащищенных механических тормозов температурной группы ниже Т1 промышленность не изготовляет, то электро-
§ 2,4 Двигатели единых серий и взрывобезопасного исполнения 87 Таблица 2.29. Технические данные взрывозащищенных электродвигателей 380 В, 50 Гц Тип Мощ- ность, кВт ПВ, % Частота враще- ния, об/мин Номи- нальный ток, А Пуско- вой ток, А Макси- маль- ный момент, Н-м Пуско- вой момент, Н-м Число пусков в час вхоло- стую Тормоз- ной момент тормо- за, Н-м Вт63А4 0,25 15 1350 1,7 6,8 4,0 4,0 4000 4,4 Вт63В4 0,37 15 1350 2,1 8,4 6,7 6,7 4000 6,9 Вт71А4 0,55 15 1390 2,8 11 8,2 6,6 4000 7,4 Вт71В4 0,75 15 1390 3,2 13 11,2 9,2 4000 9,8 Вт80В6 и 15 930 5,0 20 28 19 4000 23,5 2BKp90L6 1.5 25 930 4,5 20 35 32 4000 26 2BKpl00L6 2,2 25 950 5,8 32 53 44 3800 36 2ВКрН2МА6 3 25 950 7,8 47 80 60 3000 50 2ВКрИ2МВ6 4 25 955 9,2 55 ПО 80 3000 66 2ВКр132М6 5,5 25 960 10,8 67 150 120 2000 99 2BKpl32L6 7,5 25 965 15,8 100 200 175 2000 123 В112МА6 3 100 950 7,2 43 80 60 6000 В112МВ6 4 100 955 9,3 50 120 80 6000 1 » B132S6 5,5 100 960 12,1 75 160 120 6000 В132М6 7,5 100 960 16,5 108 210 165 6000 B160S6 11 100 965 23 143 290 260 4000 1 * В180М6 15 100 965 30 180 380 300 4000 В180М6 18,5 100 970 37,5 225 480 400 3000 » «МТ В200М6 22 100 980 41,5 260 530 460 2000 Примечание. Минимальный момент в процессе пуска двигателей типов ВТ и ВКр не менее 0,8 пускового. Т а б л и ц а 2.30. Основные размеры, мм, и масса электродвигателей взрывозащищенного исполнения Тип h /зо без тор- моза /зо с тор- мозом /10 h &10 й 31 rfl Масса, кг Момент инерции, кг • м2 ВТ63А 30 40 370 80 63 100 - 235 14 28 0,0008 втбзв 30 40 * |И^ 370 80 63 100 *1 235 14 30 0,0015 ВТ71А 40 45 •—• 400 90 71 112 230 19 36 0,0015 ВТ71В 40 45 •-П 400 90 71 112 —р 230 19 37 0,002 ВТ80В 50 50 — 450 100 80 125 271 22 50 0,006 2ВКР90 50 56 530 125 90 140 175 355 24 70 0,0075 2ВКр100 60 63 — 605 140 100 160 205 375 28 93 0,02 2ВКр112МА 80 70 820 140 112 190 255 415 32 148 0,027
88 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Продолжение табл. 2.3) Тип Л Ди /зо без тор- моза /зо с тор- мозом Ао п дп ^31 rfi Масса, кг Момент инерции, КГ'М2 2ВКрИ2МВ 80 70 820 140 112 190 255 415 32 154 0,035 2ВКр132М 80 89 855 178 132 216 275 460 38 196 0,085 2ВКр132 80 89 •— 855 178 132 216 275 460 38 206 0,085 В112МА 80 70 596 140 112 190 255 430 32 100 0,025 В112МВ 80 70 596 * 140 112 190 255 430 32 НО 0,035 В132 80 89 600 140 132 216 275 472 38 135 0,075 В132М 80 89 635 1 *ч 178 132 216 275 472 38 145 0,1 В160 ПО 108 690 178 160 254 315 530 48 240 0,25 В160М ПО 108 740 —— 210 160 254 315 530 48 270 0,31 В180М НО 121 795 И 1 241 180 279 340 580 55 340 0,36 В200М ПО 133 860 267 200 318 390 620 60 420 0,8 двигатели серии В без встроенных тормозов могут применяться либо для температурной группы Т1, либо при условии, что в процессе торможения нагрев фрикционных поверхностей не будет превышать ни при каких уело-* виях 135 °C. Технические данные взрывозащищенных электродвигателей приведены в табл. 2.29, а их основные габаритные размеры — в табл. 2.30. Двигатели рассчитаны на питание от стандартных напряжений 220, 380 и 660 В, 50 Гц, а также от сети с напряжением 440 В, 60 Гц и 415 В, 50 Гц. Электродви- гатели рассчитаны для механизмов режимных групп 2М, ЗМ и допускают до 60 пусков в час при внешнем моменте инерции 2,5/дв. Соответственно тормоза рассчитаны на соответствующую нагрузку. Встроенные механические тормоза обеспечивают работу при колебаниях напряжения сети 85—110% номинального. По способу монтажа электродвигатели серии ВТ и ВКр имеют испол< нение IM1001, а двигатели серии В — исполнения IM1001 и IM2001. Встроен- ные тормоза рассчитаны на 60 торможений в час с номинальной частотой вращения и внешним моментом инерции J — 2,5/дв. РАЗДЕЛ 3 КРАНОВАЯ КОНТАКТНАЯ АППАРАТУРА 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРЕ Назначение. Электрические контактные аппараты — это электротехниче- ские устройства, предназначенные для коммутации тока в электрических це- пях и изменения за счет этого параметров тока и напряжения в обмотках двигателей. Электрические аппараты классифицируются по принципу дей* ствия, назначению и выполняемым функциям. По принципу действия раз ли-
§31 Общие сведения и требования к аппаратуре 89 чаются аппараты ручного включения, электромагнитного включения, индук- ционные, тепловые, электромашинные и контактно-механические. По назна- чению и выполняемым функциям контактные аппараты подразделяются на две группы: осуществляющие оперативное управление электроприводом путем выполнения определенных, заранее обусловленных программ включения и отключения в цепях электропривода и выполняющие функции защиты, кон* троля и сигнализации. Контактная аппаратура предназначается для коммутации тока в глав- ных цепях электроприводов, цепях управления н цепях сигнализации. При редких коммутациях и в особенности при малоиндуктивной нагрузке комму* тируемых цепей размыкание тока не вызывает существенного изменения фи* зического состояния контактных поверхностей и размеры коммутирующих аппаратов определяются целиком их возможностью пропускать электриче* ский ток без недопустимых нагревов. Режим коммутаций тока в силовых цепях крановых электроприводов характеризуется сравнительно частыми включениями и отключениями, высокой индуктивностью размыкаемых цепей и частыми кратковременными перегрузками контактов пусковыми и тормоз- ными токами. С точки зрения коммутационных условий крановая аппаратура может быть отнесена к категории аппаратов с наиболее неблагоприятным режимом работы. Включение и отключение двигателей. В процессе пуска асинхронного ко- роткозамкнутого двигателя ток в период первой полуволны может превы- сить расчетный пусковой ток двигателя. Амплитудное значение тока первого полупериода после включения может достигнуть 12-кратного значения номи- нального тока двигателя. Такие кратности при номинальных токах свыше 40 А вызывают относительно большие усилия на контакты в направлении их размыкания. Одновременно при соударении включающихся контактов про- исходит их ударная вибрация. Продолжительность вибрации контактов I—3 мс при прохождении 10—12-кратного тока вызывает основной комму- тационный износ контактов, поскольку отключение вращающегося двигателя происходит при коммутации номинального тока и напряжении между рас- ходящимися контактами менее 10 % номинального. Однако это справедливо лишь для электроприводов общего назначения. В крановых электроприводах процесс пуска растягивается на 2—3 с, поэтому для этих приводов высока вероятность размыкания цепи разгоняющегося двигателя со значением ком- мутируемого тока 80 % пускового при напряжении между расходящимися контактами 50—70 % номинального. Таким образом, для крановых электро- приводов даже простое включение или отключение короткозамкнутого дви- гателя может быть отнесено к тяжелым условиям коммутации. Двигатели переменного тока с фазным ротором при включении в сеть даже при разомкнутом роторе имеют в первый период ток, равный 10-крат- ному номинальному, и явление включения практически аналогично включе- нию короткозамкнутого двигателя. Большая часть отключений двигателя с фазным ротором происходит при скорости, близкой к нулю, т. е. при вклю- ченных в цепь ротора резисторах; ток отключения равен номинальному при напряжении отключения также номинальном и cos <р =» 0,6. Этот режим
90 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 несколько легче коммутации короткозамкнутого двигателя в пусковом ре- жиме, но также достаточно тяжелый. При включении двигателя постоянного тока ток в главной цепи нара* стает по экспоненте z==(l—1п, стремясь в пределе к значению (2,6 “ 3,2) /ном» поэтому при вибрации контактов, включающих постоянный ток, износ контактов незначительный, и, наоборот, при размыкании цепи постоянного тока с индуктивной нагрузкой время горения дуги даже при мощных средствах дугогашения занимает 25—50 мс, и основная часть ком- мутационного износа происходит при размыкании тока. В крановом приводе примерно половина всех размыканий происходит при напряжении на расхо- дящихся контактах не менее 70 % номинального, поэтому условия комму- тации двигателей постоянного тока являются весьма тяжелыми. Таким образом, для большинства режимов коммутаций цепей электро- двигателей в крановых электроприводах наиболее характерным режимом являются условия тяжелой коммутации, связанной со значительным дуто* образованием, относительно высокой длительностью горения дуги и, следо- вательно, высокой степенью разрушения поверхности контактов при каждой коммутации. Коммутационная износостойкость. Коммутационной износостойкостью контактных устройств называется число циклов включения — отключения (В — О) электрической цепи с заданными параметрами до достижения 70—90 % износа рабочего объема контактов. При конструировании ком- мутационных аппаратов принимаются разнообразные средства сниже- ния степени разрушения контактных поверхностей в процессе коммута- ции. Для аппаратов переменного тока это прежде всего снижение вибрации контактов при включении. Для этого применяется пружинная или иная амор- тизация подвижных и неподвижных контактов с максимальным сближением масс соударяющихся элементов. Сокращение скорости соударения осуще- ствляется за счет максимального уменьшения раствора контактов. Для аппа- ратов переменного тока весьма существенным также является наиболее ра- циональный подбор состава материала контактов. Так, металлокерамические композиции, состоящие из прессованных мелкодисперсных порошков серебра и оксида кадмия, существенно повышают коммутационную износостойкость контактов по сравнению с серебряными контактами. Для аппаратов постоянного тока, наоборот, главной задачей является максимально быстрое удаление дуги с контактов на дугогасительные рога путем повышения раствора контактов, выдувания дуги за счет эффективного поперечного магнитного поля дугогашения и охлаждения дуги массивными контактными деталями и стенками дугогасительных камер. Для современных коммутационных аппаратов коммутационная износо- стойкость составляет 10—15 % механической износостойкости при коммута- ции номинальных токов. Механической износостойкостью контактных систем называется полное число циклов В — О без коммутации тока в пределах износа основных узлов: контактов, осей, пружин, опорных поверхностей и т. п. Механическая износостойкость является одним из важных показа*
§3.1 Общие сведения и требования к аппаратуре 91 телей пригодности коммутационного аппарата к использованию по назначе- нию. Бее современные коммутационные аппараты переменного тока рассчи- таны на использование в цепях переменного трехфазного тока с напряже- нием до 660 В. Коммутационные аппараты постоянного тока рассчитаны на использование в цепях постоянного тока с напряжением до 320 Б, некоторые аппараты при снижении основных показателей могут использоваться в сетях постоянного тока напряжением 440 В. Главным показателем коммутационных аппаратов является номинальный ток длительного или часового режима, пропускаемый контактами при на- греве их и окружающих изоляционных деталей в пределах норм. Поскольку в крановом электроприводе коммутационные аппараты используются в по- вторно-кратковременном режиме с определенной относительной продолжи- тельностью включения (см. табл. 1.1) и при числе законченных пусков в час допустимое значение тока /ДОп, проходящего по контактам при повторно-кратковременном режиме, может быть определено по формуле _ '20 допв , , у Лт, в 275бр (3.1) где /дл— номинальный ток длительного или часового режима аппарата, А; /п т — время одного пуска или торможения, при котором по контактам про- ходит ток, с. Ток /доп определяется только условиями теплового равновесия. При вы- боре аппаратов должны учитываться и другие факторы, о которых сказано далее. Основные параметры электрических аппаратов. Значение нажатия на контакты в коммутационных аппаратах является одним из важнейших пара- метров, определяющих износостойкость, усилия включения и значения номи- нального тока аппарата. Оптимальные значения нажатий па контакты, Н/А, выработанные на основе многолетней практики с учетом термической н ди- намической стойкости, приведены ниже: Тип аппарата Серебряные или металло- керамические контакты Реле постоянного и переменного тока . . . ................... Контакторы: постоянного тока , .............. переменного тока . ........... Вспомогательные контакты контак- торов ........................... Медные контакты 12 18 • Но не менее 0,2 Н/А на контакт. Допустимые превышения температуры, °C, токоведущих частей и смеж- ных изоляционных частей при номинальном режиме работы аппарата при температуре окружающей среды 40 °C указаны ниже:
92 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Наименование частей аппарата Повторно-кратковремен- ный режим ПВ-15 4-100 %; кратковременные режимы 30 И 60 мин Коммутирующие контакты главной цепи: из меди .............................................. 65 из серебра или металлокерамики....................... 100 Коммутирующие контакты цепей управления из сере-» бра или металлокерамики ............................... 80 Винтовые и болтовые контактные соединения: из меди, алюминия или их сплавов без защитных покрытий............................................. 55 то же, но с защитными гальваническими покры- тиями цинком, кадмием, оловом ,.............. . 65 то же, но с защитным гальваническим серебрением 95 Гибкие соединения из меди . .............................. 65 Многослойные катушки с изоляцией классов: Е . . . 100 В . . . ’.............................................. ПО F . . ,............................................... 135 Н.................................................... 160 Рукоятки и маховички: металлические......................................... 15 из пластмассы........................................... 25 Примечание Превышения температуры катушек измеряются методом сопро- тивлений, остальных элементов — методом термоэлектрического термометра. Сопротивление изоляции аппарата фиксируется между токоведущими частями разной полярности или разных фаз, а также между токоведущими частями и заземленным корпусом. Сопротивление изоляции отдельного аппа- рата в состоянии поставки должно быть не ниже 10, а в условиях эксплуа- тации— не ниже 1 МОм. Сопротивление изоляции комплектного устройства должно быть соответственно 1 и 0,2 МОм. Термическая стойкость аппарата определяется прохождением в течение 1 с через его токоведущие части тока, равного (10 4-15)/ном, без повреждений узлов и приваривания контактов. Динамическая устойчивость аппарата определяется прохождением через ап- парат, находящийся во включенном состоянии в течение 0,1 с, тока 20/НОм. При этом не должны наблюдаться искрение на контактах и в токопереходах, сваривание контактов или механических повреждений от электродинамиче- ских сил. Электрическая прочность изоляции крановой аппаратуры проверяется переменным синусоидальным током частотой 50 Гц. Напряжение приклады- вается между токоведущими частями разной полярности, между разомкну- тыми контактами и между токоведущими частями и заземленным корпусом. Аппаратура должна выдерживать без повреждений в течение 1 мин следую- щее испытательное напряжение: гт Испытательное напря* Номинальное напряжение аппарата жение, действующее (главные цепи), В значение, В До 24 .......................................... 500 Свыше 24 до 60..................... • 1000 Свыше 60 до 300 ................................ 2000 Свыше 300 до 660 ............................... 2500
§ 3 1 Общие сведения и требования к аппаратуре 93 Механическая износостойкость крановых коммутационных аппаратов выбирается из стандартного ряда 3; 6,3; 10; 16; 25 млн. циклов В — О. При этом аппараты ручного или контактно-механического включения должны иметь механическую износостойкость не ниже 3 млн. циклов (предпочти- тельно 6,3 млн. циклов), а различные реле, контакторы должны иметь меха- ническую износостойкость не ниже 6,3 млн. циклов. Для механизмов режим- ной группы 6М механическая износостойкость контакторов и реле должна быть не ниже 10 млн. циклов. Коммутационная способность контактных аппаратов характеризует воз- можность многократной коммутации ими цепей с параметрами, приведен- ными в табл. 3 1. В редких случаях при срабатывании защиты аппараты должны коммутировать токи на 50 % больше указанных в табл. 3,1ч Таблица 3.1 Условия нормальных коммутаций главных и вспомогательных контактов Категория коммутации Род тока Назначение коммутиру ю- щих контактов Характер нагрузки Включение Отключение Е 2 S 2 е- ф о о Е Е О я S о к 5. S Е> <л О (J j мс АС2 Пере- менный Главные контакты Пуск двигателя с фаз- ным ротором, тормо- жение противовключе- нием 2,5 1 0,65 — 2,5 1 0,65 —< АС4 То же То же с короткозамк- нутым ротором, отклю- чение медленно вра- щающегося двигателя 6 1 0,35 6 1 0,35 ДСЗ Постоян- ный То же параллельного возбуждения, тормо- жение противовключе- нием 2,5 1 2 2,5 1 ’— 2 ДС5 То же То же последователь- ного возбуждения, торможение противо- включением 2,5 1 — 2,5 2,5 1 7,5 > Пере- менный Контакты цепи управ- ления. Нагрузка ин- дуктивная 10 1 0,7 " — 1 1 0,4 Постоян- ный То же 1 1 50 1 1 50 В табл. 3 1 приняты следующие обозначения: 1 — ток, включаемый и отклю- чаемый контактами; /Ном — номинальный ток контактов; U — напряжение, восстанавливающееся после полного размыкания контактов; t/FOM — номи- нальное рабочее напряжение; L]R — отношение индуктивности цепи к ее со- противлению, мс; cos ф соответствует сдвигу фаз при прохождении устано- вившегося тока.
94 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Конструктивные требования к аппаратуре. Оболочки аппаратов и комп- лектных устройств следует выполнять таким образом, чтобы при открытых крышках или дверях части аппаратов были доступны для наблюдения и ухода без разборки соседних изделий. Дверцы должны открываться без применения специального инструмента, если не предусмотрен специальный ключ. Нажатие, обеспечивающее постоянное контактное соединение, не должно передаваться через изоляцию. Характеристики выводов аппаратов, комплектных устройств и внутренних соединений приведены в табл. 1.14. Таблица 3.2. Усилия управления командоаппаратами, Н, не более Частота включения Способ управления Рукояткой посредством пальцев Рукояткой или маховиком посредством рук Кнопкой посредством пальцев Кнопкой посредством ладони До 10 в день 50 350 100 150 До 30 в час 25 100 50 100 Свыше 30 в час 10 70 30 50 Усилие управления рукояткой, маховиком или кнопкой должно соответство- вать данным табл. 3.2. Направление движения ручных приводов аппаратов должно быть таким, чтобы включение соответствовало повороту по часовой стрелке или движению вверх. Механически обработанные поверхности изо- ляционных материалов рекомендуется покрывать лаком, образующим проч- ную пленку. Предохранители разных фаз и полюсов одной цепи должны находиться рядом, предохранители плюсового полюса справа. Предохрани- тели трехфазных сетей размещают в порядке чередования фаз слева на- право или сверху вниз. Провода для внутренних соединений должны иметь изоляцию из трудносгораемых изоляционных материалов. Для внутреннего монтажа рекомендуется использовать провода марок УВГ, УВГТ, НРШМ, ПС. Длина свободновисящих проводов соединения с аппаратами не должна превышать 150 мм между точкой присоединения и креплением в пучке, 3.2. СИЛОВЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ Назначение. Силовые кулачковые контроллеры относятся к категории ап- паратов непосредственного ручного управления. Они предназначаются для управления крановыми электродвигателями постоянного и переменного тока механизмов режимных групп 1М — 4М. Силовые контроллеры являются ком- плектными устройствами, которые служат для обеспечения включения цепей обмоток электродвигателей по заранее заданной программе, заложенной в конструкции кулачкового барабана контроллера. Простота конструкции, без- отказность в работе и малые габаритные размеры снискали силовым кон- троллерам широкую популярность. При правильном выборе и использовании силовых контроллеров в соответствии с их коммутационными возможностями контроллеры являются самыми надежными и удобными в эксплуатации комплектными устройствами управления крановыми электроприводами, так
§ 3.2 Силовые контроллеры непосредственного управления ‘ 95 как в этих устройствах полностью исключены нарушения заданной програм- мы, а включение и отключение, зависящие от намерений оператора, обеспе* чивают 100 %-ную готовность привода к работе. Специфическими недостатками работы этого комплектного устройства являются низкая износостойкость, низкая коммутационная способность и принципиальное отсутствие автоматизированного пуска или торможения. С учетом сказанного силовые кулачковые контроллеры могут успешно при* меняться для управления механизмами режимных групп 1М — ЗМ кранов общего назначения, а также отдельных малонагруженных механизмов ре жимных групп 4М, 5М при зна- чительно ограниченной мощности исполнительных электродвигате- лей. Конструкция и технические данные. Для управления электро- двигателями крановых механизмов применяются контроллеры двух серий: ККТ60А на переменном токе и КВ 100 на постоянном токе. Габаритные размеры контролле- ров ККТ60А приведены на рис. 3.1. Рис. 3.1. Габаритные размеры кулачко* вых контроллеров ККТ60А Контроллеры обеих серий изготовляются в защищенных корпусах с крыш- ками и степенью защиты от внешней среды IP44. Принципиально конструк- ции контроллеров однотипны. В корпусе размещается кулачковый барабан—» вал на двух шариковых подшипниках с набором из щести пластмассовых ку- лачковых шайб, имеющих определенный профиль, соответствующий заданной диаграмме замыканий контактов. По обе стороны барабана размещаются контактные коммутационные элементы по шесть штук с каждой стороны, В контроллерах ККТ60А коммутационные элементы размещаются в виде единого блока на пластмассовой рейке сложной конфигурации. В контролле- рах КВ 100 коммутационные элементы индивидуальные: крепятся на стальных рейках. На кулачковых барабанах кроме изоляционных шайб размещается также устройство фиксации рабочих положений и нулевого положения. В каждом рабочем положении кулачкового барабана обеспечивается его устойчивая фиксация. При этом нулевое положение фиксируется с большим усилием. Угол между нулевым и первым рабочими положениями ка/кдого направления движения 19°, угол между соседними рабочими положениями 13,5°. Поскольку одна кулачковая шайба связана с двумя коммутационными элементами противоположных рядов, угол поворота кулачкового барабана может быть менее 180°. Таким образом, при пяти рабочих положениях в каждую сторону поворот барабана осуществляется на угол 2 X 73°. Остаю- щиеся 2 X 17° используются для установки упоров крайних рабочих поло- жений контроллеров. Принцип действия кулачковых контроллеров следующий. Коммутацион- ный элемент, представляющий собой двуплечий рычаг с опорой оси, несет на одной своей стороне подвижный контакт с узлом притирания и обеспече-
96 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 ния контактного давления, а на другой стороне рычага расположен ролик; в районе ролика рычаг подперт включающей пружиной. Эта пружина пово- рачивает рычаг до полного замыкания подвижного и неподвижного контак- тов элемента. Таким образом, при отсутствии контакта между кулачковым барабаном и контактными элементами все контакты контроллера замкнуты. При этом давление на контакты обеспечивается контактной пружиной, уси- лие которой несколько меньше усилия включающей пружины. Если изоляци- онная кулачковая шайба выступающим профилем давит на ролик рычага контактного элемента, происходит принудительное размыкание контактов. Таким образом, определенный порядок замыкания и размыкания контактов определяется профилем шайб кулачкового барабана. Поворот барабана кон- троллеров ККТ60А осуществляется рукояткой, а поворот барабана кон- троллеров КВ 100 — с помощью маховичка. Принципиальное различие между контроллерами ККТ60А и КВ 100 за- ключается в конструкции контактной части. В контроллерах ККТ60А подвиж- ный и неподвижный контакты выполнены из кадмиевой меди и не имеют устройств принудительного дугогашения, если не считать перегородки из дугостойкой пластмассы, разделяющей контактные элементы в зоне образо- вания дуги. Гашение дуги в этих контроллерах естественное при переходе переменного тока через нулевое значение. В контроллерах КВ 100 имеется сложная система дугогашения постоян- ного тока, состоящая из дугогасительной катушки на неподвижных контак- тах, дугогасительной камеры с узкой зигзагообразной щелью и магнитопро- вода дугогашения. Контакты контроллеров КВ 100 выполнены из серебросо- держащей металлокерамической композиции КМК-А31М. При размыкании цепи постоянного тока дуга, образующаяся на расходящихся контактах, взаи- модействует с магнитным полем, создаваемым дугогасительной катушкой, и, перемещаясь по контактам, втягивается в дугогасительную камеру из ду- гостойкой пластмассы. Там она охлаждается о стенки камеры, происходит интенсивный процесс деионизации, и дуга гаснет. Время горения дуги даже при токе около 200 А не превышает 100 мс. В кулачковых контроллерах узлами, ограничивающими уровень меха- нической износостойкости, являются гибкие соединения подвижных контак- тов, оси контактных рычагов, ролики кулачков и поверхности кулачковых шайб. Путем оптимального подбора свойств материалов, усилий и размеров элементов можно получить механическую износостойкость контроллеров, рав- ную 3,2*10G циклов В — О. Уровень коммутационной износостойкости цели- ком зависит от коммутируемого тока. При номинальном токе он составляет около 0,3*106 циклов В — О, а при токе 50 % номинального можно ожидать износостойкости, равной примерно 0,8* 106 циклов В — О. Обе серии контроллеров имеют номинальный ток 63 А при режиме ра- боты ПВ — 100 %, но их коммутационная способность невысока, что и накладывает значительные ограничения на возможности использования кон- троллеров в тяжелых условиях коммутации. Номинальное напряжение кон- троллеров переменного тока 380 В, 50 Гц, Номинальное напряжение
§ 32 Силовые контроллеры непосредственного управления 97 •контроллеров постоянного тока 220 В. Использование контроллеров при на- пряжении выше 440 В, 60 Гц недопустимо по соображениям электробезопас- ности. Ввод кабелей и проводов в контроллеры рекомендуется осуществлять в трубе. Технические данные силовых контроллеров приведены в табл. 3 3< Таблица 3 3. Технические данные силовых кулачковых контроллеров Параметр KBI00 ККТ60А Номинальный ток режима ПВ = 100 %, Л 63 63 Расчетный номинальный повторяющийся ток включе- ния, А 200 200 Наибольший повторяющийся коммутируемый ток при заторможенном двигателе, А 200 160 Ток термической стойкости, А 900 900 Механическая износостойкость, 106 циклов В — О 3,6 3.6 Коммутационная стойкость при токе включения 2,4/НОм. токе отключения /НОм и напряжении отключения (Лом, 106 циклов В — О 0.2 0.2 Коммутационная стойкость при токе включений InOMt токе отключений 0,5/НОм и напряжении отключения (/ном, 106 циклов В — О Наибольшее допустимое число фиксированных поло- жений 0,5 0.8 6—0—6 5—0—5 Усилие на рукоятке (маховике), Н 60 50 Наибольшее число включений в час 240 240 Масса, кг 45 13 Особенности использования и выбора. Контроллеры постоянного тока предназначаются для управления электродвигателями серии Д последователь- ного или параллельного возбуждения и имеют два исполнения по диаграмме замыкания контактов. Первое исполнение КВ 101 для управления электродви- гателями механизмов передвижения. Диаграмма замыкания контактов этого контроллера симметричная для обоих направлений движения и обеспечивает включение якоря двигателя в двух направлениях вращения и пуск с четырь- мя-пятью ступенями резисторов, включенных последовательно с якорем, и малую скорость движения за счет шунтирования якоря на первых положе- ниях одной ступенью резисторов. При этом может быть достигнуто регули- рование частоты вращения при нагрузке ниже номинальной до 1:4. Второе исполнение КВ 102 предназначается для механизмов подъема и применимо при двигателях последовательного возбуждения. Диаграмма замыкания кон- тактов этого контроллера несимметричная. На положениях подъема якорь двигателя и его последовательная обмотка получают питание через четыре ступени резисторов, а на положениях спуска последовательная обмотка со своими ступенями резисторов включается параллельно якорю электродвига- теля по схеме потенциометрического включения. При таком способе включе- ния реализуется диапазон регулирования частоты вращения до 1:5 как 3 двигательном, так и в тормозном режиме. 4 Зак. 918
98 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Контроллеры переменного тока предназначаются для управления крано- выми электродвигателями с фазным ротором, а также короткозамкнутыми односкоростными двигателями небольшой мощности. Контроллеры имеют Шесть исполнений по диаграммам замыкания контактов. Первое исполнение — контроллер ККТ61А — предназначается для управ* ления электродвигателями с фазным ротором при коммутации в цепях об* моток статора и ротора. Он имеет симметричную схему включения контак- тов для обоих направлений движения и служит для управления приводами подъема небольшой мощности, а также для однодвигательных приводов передвижения. Возможное регулирование частоты вращения неустойчивое до 1:3. Второе исполнение — контроллер ККТ68А — предназначается для управ- ления электродвигателями с фазным ротором при коммутации резисторов в роторных цепях. Кроме того, этот контроллер управляет катушками кон- такторного реверсора ТР160, коммутирующего цепи обмоток статора, схема замыкания контактов симметричная. Контроллер служит для управления приводами подъема, не требующими регулирования скорости. Возможное неустойчивое регулирование частоты вращения около 1 :2. Третье исполнение — контроллер ККТ62А — предназначается для управ- ления двумя электродвигателями с фазным ротором при коммутации ро- торных цепей этих двигателей. Он имеет симметричную схему замыкания контактов и служит для управления приводами передвижения. Возможное неустойчивое регулирование частоты вращения до 1:3. Контроллер управ- ляет также катушками контакторного реверсора ТР60 или ТР160, коммути- рующего цепи обмоток статоров обоих двигателей. Четвертое исполнение — контроллер ККТ65А — предназначается для ком- мутации цепей ротора и статора крановых электродвигателей механизмов подъема и используется в схемах с динамическим торможением способом самовозбуждения. При этом цепи постоянного тока коммутируются контак- торами панели ТРД-160. Контроллер имеет несимметричную схему замыка- ния контактов и на положениях спуска обеспечивает устойчивое регулиро- вание частоты вращения до 1:7. Пятое исполнение — контроллер ККТ63А — предназначается для комму- тации обмоток статора небольших короткозамкнутых электродвигателей ме- ханизмов подъема без регулирования скорости. Он имеет симметричную схему замыкания контактов. Шестое исполнение — контроллер ККТ66А — предназначается для комму- тации обмоток и резисторов в цепях статоров короткозамкнутых электро- двигателей механизмов передвижения. Он обеспечивает регулирование пуско- вого момента электродвигателей в диапазоне от расчетного до 30 % расчет- ного и имеет симметричную схему включения контактов. Условия использования контроллеров в электроприводах крановых ме- ханизмов приведены в табл. 3.4. Подробное описание схем и характеристик электроприводов с использованием силовых кулачковых контроллеров при- ведено в разд. 8. При выборе контроллеров следует руководствоваться ре- комендациями табл. 3.4 и не превышать указанных там мощностей исполь*
§ 3.3 Крановые пульты управления и командоаппараты 99 Таблица 3.4. Условия использования силовых кулачковых контроллеров Тип контроллера Число рабочих положений Номи- нальное напряже- ние, В , II г Наибольшая мощность используемого двигателя кВт, при режимной группе Назад спуск Вперед подъем 2М ЗМ 4М 5М КВ101 6 6 220 22 15 10 КВ 102 5 5 220 22 15 10 » " ККТ61А 5 5 380 30 22 15 7,5 220 22 15 11 ККТ68А 5 5 380 55 37 22 15 220 37 30 15 1 ККТ62А б 5 380 2X22 2X15 2ХН 2X5 220 2X15 2XU 2X7,5 а—• ККТ65А 5 5 380 30 22 15 — ККТ63А 1 1 380 15 11 7,5 220 11 7,5 5 ККТ66А 3 3 380 15 11 7,5 5 220 11 7,5 5 зуемых двигателей. В этом случае контроллеры будут работать надежно и безотказно. 3.3. КРАНОВЫЕ ПУЛЬТЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОМАНДОАППАРАТЫ Пульты управления. В соответствии с правилами Госгортехнадзора все вновь проектируемые и строящиеся грузоподъемные краны должны осна- щаться рабочим местом машиниста крана — пультом управления. С 1977 г. мостовые краны, а вслед за ними также и другие краны стали комплекто- ваться крановыми пультами управления фирмы EVIG (ВНР), а затем также пультами фирмы RADE CONCAR (СФРЮ). Эти пульты в течение двух пятилеток поставляются в СССР в рамках кооперации СЭВ. На последую- щие периоды вплоть до 2000 г. указанная кооперация также планируется. Конструкция и технические характеристики. Крановый пульт управления представляет собой рабочее кресло со спинкой, регулируемое по высоте по- садки на 60—70 мм и расположенное на несущей площадке. Справа и слева от кресла устанавливаются колонки управления, в которых размещаются необходимые органы управления краном, а также располагаются подлокот- ники для опоры рук при управлении краном. Кресло пульта откидывается в сторону для прохода машиниста к своему рабочему месту. В колонках управления размещаются аппараты. В правой колонке устанавливаются два контроллера управления механизмами главного и вспомогательного подъемов с двумя независимыми рукоятками управления, амперметр, вольтметр, пере- ключатель амперметра, четыре сигнальные лампы, две из которых указывают на включение механизмов подъема, а две другие могут использоваться по мере необходимости в схеме крана, выключатель питания цепей управления 4*
100 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 с приводом от индивидуального ключа, кнопка аварийной остановки с ла- донным приводом. В левой колонке устанавливаются два контроллера управ- ления механизмами горизонтального передвижения, например мостом и те- лежкой или поворотом и стрелой, привод контроллеров от одной рукоятки, которая может перемещаться в двух плоскостях, телефон для оперативной связи с цеховым персоналом или руководителем грузовых операций, четыре сигнальные лампы, из которых две указывают на включение механизмов горизонтального перемещения, две лампы для использования в схеме крана. Б колонках помимо указанных аппаратов размещаются сборки с выво- дами от всех контактов и приборов, а также два трансформатора цепей управления напряжением 380/20 В, мощностью по 100 В-А для питания це- пей сигнализации и цепей аварийного освещения на кранах. Пульт фирмы EVIG имеет типовое обозначение DVP15. Пульт фирмы RADE CON CAR имеет типовое обозначение UP35/I. Степень защиты пультов от внешней среды IP40. Подвод проводов и кабелей снизу через основание пульта. Ло- лонки пульта имеют съемные боковые щиты для обеспечения доступа к ап- паратуре, сборкам с выводами и приводам контроллеров. Габаритные размеры крановых пультов DVP15 и UP35/I приведены на рис. 3.2 и 3.3. По своим электрическим параметрам, схемам и условиям использования оба пульта идентичны и различаются лишь конструктивным оформлением. Масса пультов обоих типов 100 кг. Усилие на рукоятках со- ставляет 50 Н. Механический ресурс приводов пультов поставки до 1987 г. 2,5-106 циклов В — О, после 1987 г. ресурс должен составлять не менее 3,2-106 циклов В — О каждого привода. Технические данные контроллеров, встраи- ваемых в пульты: Тип контактов . . , . ................... Номинальный ток в режиме ПВ = 40 %, А Рабочий ток включения, А.............. Коммутируемый переменный ток, А: цепь заторможенного асинхронного двигателя с фазным ротором при на- пряжении 380 В ............... , при 10 % всех коммутаций . . . . при cos <р = 0,4 и напряжении 380 В, 50 Гц............................. Коммутируемый постоянный ток при L/R = 0,05 с и напряжении 220 В, А Коммутационная износостойкость, циклы В —О: при нормированных номинальных па- раметрах ................ . . . . при токах включения и отключения, сниженных вдвое................... на переменном токе при нагрузке 10 А, 380 В, cos <р ~ 0,4......... Наибольшее число включений в час . . . Наибольшее число рабочих положений . . Мостиковые с метал- локерамическими напайками 35 70 35 70 25 1.5 0,25 • 10е 0,5 • 10е 1 • 10» 360 5-0-5
§ 33 Крановые пульты управления и командоаппараты 101 Выбор пультов. С учетом указанной выше коммутационной способности контроллеры пультов могут быть использованы в качестве как силовых кон- троллеров непосредственного управления электроприводами, так и командо- аппаратов для дистанционного управления посредством магнитных контрол- Рис, 3 2. Габаритные размеры пульта управления DVP15 леров. При использовании пультов для непосредственного управления элек- тродвигателями переменного тока с фазным ротором в табл. 3.5 приведены предельные мощности двигателей, которые могут быть использованы для Рис. 3.3. Габаритные размеры пульта управления UP35/I режимных групп механизмов. По возможным компоновочным схемам пульты DVP15 и UP35/I имеют 14 вариантов. В табл. 3 6 приведены данные по компоновочным вариантам. Командоконтроллеры. Командоконтроллеры являются аппаратами руч- ного управления. Они предназначаются для дистанционного управления кра- новыми и другими автоматизированными электроприводами. Контакты
102 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Т аб л иц а 3.5. Использование контроллеров пультов для непосредственною управления двигателями переменного тока Группа режимов работы механизмов Наибольшая мощность управляемого двигателя. кВт, при напряжении 380 В при непосредственном управлении при использовании реверсора для коммутации цепей статора 2М ЗМ 4М 5М 18,5 15 11 7,5 30 или 2X15 22 или 2XU 15 или 2X7,5 11 или 2X5,5 Таблица 3.6. Исполнения по схемам крановых пультов управления Вариант пульта Правая колонка, привод спаренный Левая колонка, привод индиви- дуальный Схема первого контроллера Схема второго контроллера Схема первого контроллера Схема второго контроллера 1 ККТ61А ККТ62А ККТ61А ККТ61А 2 ККТ61А ККТ62А ККТ68А ККТ68А 3 ККТ61А ДТА ТСА ККТ68А 4 ТА ДТА ТСА ТСА* 5 ДТА ККТ68А ТСА ТСА 6 ККТ61А БОК6502 тсд ККТ68А 7 БОК6511 БОК6502 тсд ККТ61А 10 ККТ61А ККТ62А тсд ККТ68А 13 ККТ66А ККТ62А — ККТ61А 15 БОК6501 БОК6501 тсд ККТ61А • Грейферный вариант. командоконтроллеров рассчитаны на коммутацию цепей катушек контакто- ров и реле постоянного или переменного тока, а также цепей управления преобразователями, тиристорными регуляторами и подобными им устрой- ствами. Командоконтроллеры являются многоцепными аппаратами с задан- ной программой замыкания контактов на определенных положениях руко- ятки управления. По принципу действия командоконтроллер аналогичен силовым кулачковым контроллерам или контроллерам крановых пультов управ- ления. В отличие от силовых контроллеров контактная система командо- контроллеров мостикового типа с серебряными контактами, кулачковый барабан и два набора контактных элементов по шесть элементов в наборе компонуются в контактный блокл который вместе с подшипниками и фикса-
§ 3.3 Крановые пульты управления и командоаппараты 103 тором положений является самостоятельным изделием, допускающим исполь- зование в различных комплектных устройствах управления. Этот блок раз- мещается в корпусе из алюминиевого сплава, закрываемом крышкой из такого же сплава. Привод кулачкового бара- бана осуществляется от рукоятки. Упо- ры крайних рабочих положений кулач- кового барабана также устанавлива- ются на фиксаторе. Начиная с 1986 г. промышленно- стью организовано производство коман- доконтроллеров серии ККПЮОО. Габа- ритные размеры этого командоконтрол- лера приведены на рис. 3.4. Наиболь- шее число положений команд ©контрол- лера — по пять в каждую сторону от нулевого положения. Защита от внеш- ней среды IP40. За счет удачной конструкции контактных узлов — непод- вижные контакты возвышены над пласт- массовым основанием и имеют массив- ком а ндоконтролл ер а ккпюоо ное теплоотводящее кольцо — командоконтроллер имеет высокую коммута- ционную износостойкость на постоянном токе. Основные технические данные командоконтроллеров серии ККПЮОО: Йоминальное напряжение, В: переменный ток 50 и 60 Гц....................... 440 постоянный ток.................................220 и 440 Ток продолжительного режима, А....................... 16 Включаемый ток постоянный или переменный, А . . . 25 Отключаемый ток, А: переменный при 380 В, cos ф == 0,4......... . 16 постоянный при 220 В, L)R ~ 0,05 с.............. 1,5 постоянный при 440 В, LjR = 0,05 с.............. 0,5 Механическая износостойкость, циклы В — О . . . . 5 • 10е Коммутационная износостойкость, циклы В — О: при коммутации постоянного тока 0,8 А, напря- жении 220 В, L/R = 0,05 с...................... 1 • 106 при коммутации переменного тока: включение тока 10 А, отключение тока 5 A, cos ф = 0,4.........1,5 • 10е Частота включений в час . ........................ 600 Усилие на рукоятке при переключений, Н............... 30 Масса ком андоконтролл ер а, кг....................... 9 Исполнения по схемам и диаграммам замыканий контактов командо- контроллеров серии ККПЮОО приведены в табл. 3.7. Командоконтроллеры ККПЮОО заменяют ранее изготовлявшиеся командоконтроллеры КШ000 и по основным показателям, ресурсу и коммутационной способности превосхо- дит их в 2—3 раза.
Таблица 3.7 Исполнения командоконтроллеров серии ККП1000 Тип командо- контроллера Число рабочих положе- ний Тип магнитного контроллера (панели) Диаграмма включения Рукоятка Примечание ККП1102 5—0—5 П600 Рис. 8.6 Поворот, передвиже- ние ККП1104 2-0-2 ПОК6505 То же ККП1108 4—0—4 П160—П250 Рис. 8.6 ККП1109 5-0-5 ПС600 Рис. 8.3 Подъем ККП1Ш 5—0—5 ПС160—ПС250 Рис. 8.3 ККП1120 4—0—4 КС160-КС400 Рис. 8.10 » ККП1124 5—0—5 ТСД60—ТСД400 Рис. 8.17 » ККП1125 5—0—5 КСДБ160—КСДБ250 Рис. 8.19 » ККП1126 5-0-5 ПОК6504 — Нормальная фиксация в каж- » ККП1127 5—0—5 ПОК6504 дом положении » ККП1128 5-0-5 ПОК6505 » ККП1129 5—0—5 ПОК6505 —— » ккппзо 4—0—4 ТА60-ТА250 К61-К250 Рис. 8.13 Рис. 8.13 Передвижение ККП1131 2-0-2 1ЮК6504 — Стрела К КП 1138 5-0-5 ТТ3160—ТТ3250 Рис. 10.4 — ККП1139 2—0—2 ТСН160 — ККП1146 5—0—5 ДТ3160 —р — ККП1164 5-0-5 ТАИ, ДТАИ. БОК Рис. 8.23 Передвижение К КП 1206 К КП 1207 О о 1 1 ТСА КС Рис. 8.10 Для грейферного привода, фик- сация в каждом положении Грейферный вариант ККП1319 1-0-1 - С самовозвратом — ККП1423 ПСМ80 Сельсинный командоконтрол- лер К Панова контактная аппаратура Разд. 3
§ 3.3 Крановые пульты управления и командоаппараты 105 Кроме контактных командоконтроллеров в серии ККП1000 имеется также сельсинный командоконтроллер ККП1423. Этот сельсинный командоконтрол- лер имеет шесть контактных элементов, в том числе один замкнутый только в нулевом положении и два других — замкнутые на всех положениях каж- дого из направлений движения. Сельсин типа БД404А, механически связан- ный с кулачковым барабаном, работает в режиме поворотного трансформа- тора. Однофазная статорная обмотка (рис. 3.5, а) с выводами S1— S2 полу- чает питание от сети переменного тока 50 Гц, ПО В. При угле поворота, Рис. 3.5, Схема сельсинного командоконтроллера равном 0, напряжение на выводах трехфазной обмотки Р1 — Р2 — РЗ рав- но 0. При угле поворота в любую сторону на угол 60° напряжение на вы- ходе 2 возрастает до 43 В, внешняя нагрузка при этом должна иметь со- противление 11 Ом или выше, что соответствует мощности внешней нагрузки 15 Вт. Изменение напряжения на выходах 1 и 2 видно на характеристиках сельсина рис. 3 5, б. Выход 2 может быть использован в схемах бесконтакт- ного реверсирования, а выход 1 — в схемах с питанием от сельсина обмоток управления магнитными усилителями или реле. Кроме командоконтроллеров в управлении механизмами кранов исполь- зуются педальные выключатели НВ701, которые конструктивно подобны ко- нечным выключателям КУ 701, но вместо рычага имеют одну-две педали. Кнопочные посты управления. Подвесные кнопочные посты управления предназначаются для управления кранами различного типа с пола или опре- деленного места выполнения погрузочных работ. Пост управления подвеши- вается на стальном тросике под краном и располагается при движении кра- на на высоте 1200—1300 мм от пола. Пост соединяется с устройством управ- ления краном многожильным кабелем в гибкой резиновой оболочке. Пост выполняется со степенью защиты IP30. Типовое обозначение подвесного кнопочного поста ПКТ. Габаритные размеры поста приведены на рис. 3.6. Масса поста 0,45—0,65 кг. В подвесном посте управления размещаются до шести кнопочных коммутационных элементов и один коммутационный эле- мент с приводом от индивидуального ключа. Коммутационные элементы в постах имеют два типа: одноходовые кнопки с одним включающим и одним
106 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 размыкающим контактами, двухходовые кнопки, при нажатии которых вна- чале замыкается один замыкающий контакт и размыкается один размыкаю- щий контакт, а затем при дальнейшем нажатии кнопки замыкается второй замыкающий контакт. В краностроении используются следующие типы постов: Тип поста ПКТ 40 ПКТ 44 ПКТ 60 ПКТ 62 ПКТ 64 ПКТ 66 Число одноходовых кнопок Число двухходовых кнопок 4 — — 4 6 — 4 2 2 4 —• 6 Пост управления предназначается для коммутации катушек контакторов или магнитных пускателей устройств управления кранами. Номинальное на- пряжение цепей управления до 660 В, 50 Гц или постоянный ток 220 В. 356 50 Рис. 3.6. Габаритные размеры кнопочного поста ПКТ60 (в скобках даны габаритные размеры поста ПКТ40) Ток включения кнопочных элементов 6 А, ток размыкания 1,5 А при cos <р = 0,4 или постоянный 0,7 А. Уровень коммутационной износостойкости коммута- ционных элементов пульта НО0 циклов В — О, механическая износостой- кость 4-106 циклов В — О. В целях повышения электробезопасности корпус пульта выполнен из высокопрочной пластмассы АГ4, а между токоведущими частями и штифтами кнопок имеется изоляция повышенной прочности» ис- пытываемая на электрическую прочность напряжением 2500 В. Конечные выключатели. Защита от перехода механизмами предельных положений осуществляется конечными выключателями. Эта защита обяза- тельна к применению для всех механизмов подъема, а также для всех ме- ханизмов передвижения башенных, портальных и козловых кранов. Для мостовых, подвесных поворотных кранов установка конечных выключателей в механизмах передвижения обязательна при номинальных скоростях пере- движения свыше 0,5 м/с. В СССР конечные выключатели изготовляются только для коммутации цепей управления. На некоторых особо ответствен- ных зарубежных кранах применяются конечные выключатели, размыкающие в подъемных механизмах главную цепь и автоматически переводящие элек- тродвигатель в режим динамического торможения. Если учесть неуклонное повышение рабочих скоростей механизмов, то и на отечественных кранах, в первую очередь металлургических, имеется нужда в применении таких выключателей.
§ 3.3 Крановые пульты управления и командоаппарсЯы 107 В крановом электроприводе конечные выключатели имеют две основные конструкции: рычажные с приводом от рычага и шпиндельные с приводом от вала. Контакты конечных выключателей включаются либо в цепь катушки линейного контактора защитной панели крана (см. схему рис. 3.13), либо в цепь нулевой защиты магнитных контроллеров соответствующих меха-» низмов. Рычажные конечные выключатели действуют на размыкание контактов путем механического поворота кулачкового барабана; единственным узлом, который должен постоянно проверяться и контролироваться, является под- шипниковый узел кулачкового барабана выключателе Не должно иметь место какое бы то ни было заедание вала в подшипниках, т. е. должно исключаться образование коррозии вала в подшипниковых гнездах. Выклю- чатели с приводом кулачкового барабана от вала, соединенного с редукто- ром, называемые также шпиндельными, являются весьма надежными аппа* ратами, и заедания в их механической части маловероятны. Рычажные выключатели серии КУ 700 имеют контактный узел с двумя контактными элементами мостикового типа. Привод контактных элементов осуществляется от кулачкового барабана, шайбы которого могут перестраи- ваться потребителем для любой таблицы замыканий в пределах рабочих положений 1—0—1. Выключатели типа КУ 701 имеют рычажный привод с самовозвратом в нулевое положение и используются в основном в качестве ограничителей горизонтального перемещения. Их модификацией со степенью защиты от внешней среды IP56 являются аппараты КУ 741. Выключатели КУ 703 имеют на кулачковом валу двуплечий рычаг. На одном плече постоянно навешен груз, достаточный для поворота барабана в сторону размыкания контактов. Ко второму плечу рычага на тросике при* креплен груз с массой, заведомо большей, чем масса груза на рычаге. Гру* зовой трос механизма подъема пропускается сквозь скобу на подвижном грузе, и при подтягивании подвески крюка к опасной зоне крана подвеска поднимает подвижной груз, рычаг кулачкового вала контроллера поворачи- вается под действием своего груза и выключатель срабатывает на ограни* чение подъема. Выключатели КУ 704 и их модификация КУ 744 со степенью защиты IP56 имеют на валу кулачкового барабана рычаг в виде трилистника, а ба- рабан фиксируется в каждом положении. Выключатели этого типа могут являться путевыми переключателями типа этажных, т. е. поворот рычага не только ведет к срабатыванию, но при этом разрешается движение в проти* воположном направлении. Рычаги выключателей КУ 701, КУ 741 и КУ 704, КУ 744 могут устанавливаться через 90° на валу. Рычаг выключателя КУ 703 устанавливается только в одном рабочем положении. После срабатывания выключателя у него еще имеется ход 30—40 мм для пропуска линейки во время выбега механизма. Выключатель КУ 703 может ограничить только движение крюка вверх. Ограничение движения крюка в двух направлениях может быть осуще* ствлено выключателем, жестко связанным с редуктором или барабаном ме* ханизма подъема. Вал выключателя через встроенный червячный редуктор
108 Краносая контактная аппаратура Разд 3 с передаточным числом 1 :50 поворачивает кулачковый вал. На кулачковом валу располагаются включающие и отключающие кулачки контактных эле- ментов. При этом размыкание или включение контактов происходит мгно- венно при освобождении защелки отключающим кулачком. Момент отклю- чения регулируется установкой отключающего кулачка. Габаритные размеры рычажного конечного выключателя КУ 701, КУ 741 приведены на рис. 3.7. Рис. 3.7. Габаритные размеры ко- нечных выключателей КУ 701, КУ 741 Рис. 3 8. Габаритные размеры шпин дельных выключателей В У 250 Габаритные размеры шпиндельного конечного выключателя серии ВУ 250 приведены на рис. 3.8. Технические данные конечных выключателей приве- дены в табл. 3.8. При установке конечных выключателей на механизмах следует учиты- вать выбег механизма после срабатывания выключателя. В общем виде вы- бег определяется по формуле AS = v 7 общ^ном 18,5 (Л4Т ± Мст) (3.2) где AS — выбег при торможении, м; /а — время срабатывания контактной аппаратуры, с; tT — время от момента отключения тормоза до начала тор- можения, с; /Общ — суммарный момент инерции, приведенный к валу TopMO3at КГ’М2; Пном — номинальная частота вращения тормозного шкива, об/мин; Л1г, Мст — момент тормоза и момент статической нагрузки, Н-м; и — скорость механизма при начале торможения, м/с. В частности, при торможении тор- мозом ТКТГ и типовой контроллерной схеме AS = и 0,5 + / общ^ном 18,5 (Мт ± Мст) (3.3)
Крановые магнитные контроллеры 100 Таблица 3.8. Технические данные конечных выключателей Тип выклю чателя Привод Скорость механизма, м/с Категория размеще- ния Степень защиты от внешней среды Масса, кг КУ 701 Рычажный с самовоз- вратом 0,03—2 У1 IP44 2,7 КУ 741 То же 0,03—2 ОМ1 IP56 4,5 КУ 703 От груза 0,01 — 1 У1 IP44 10,3 КУ 704 Рычажный с фиксиро- ванным положением 0,02—1,5 У1 IP44 2,7 КУ 744 То же 0,02-1,5 ОМ1 IP56 4,5 ВУ 150 Шпиндельный Без ограни- чений У2 1Р44 3 ВУ 250 » То же У2 IP44 4 УБ 250 2> х> ОМ1 IP56 9 Примечания: 1. Механическая В-О. 2 Коммутационная износостойкость L/R = 0,05, 220 В — 0,2 10е циклов В—О. 3. Рабочее напряжение, переменный 440 В износостойкость выключателей 1 • 10е циклов при коммутации постоянного тока 0,7 А, ток до 500 В, 50 Гц; постоянный ток до Для снижения выбега AS следует использовать системы привода с ма* лыми установочными скоростями. 34. КРАНОВЫЕ МАГНИТНЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ Назначение, классификация. Общие условия использования. Магнитные контроллеры представляют собой сложные комплектные коммутационные устройства для управления крановыми электроприводами. В магнитных кон- троллерах коммутация главных цепей осуществляется с помощью контак- торов с электромагнитным приводом. По схеме магнитные контроллеры пред- ставляют собой законченные комплектные устройства, обеспечивающие ряд программ переключений в главных цепях по выбору оператора и посредством подачи оператором соответствующих команд по цепям управления. Команды в цепях управления подаются командоконтроллерами или кнопочными по- стами управления. Магнитные контроллеры предназначаются для пуска, ре- гулирования скорости, торможения и отключения приводных крановых элек- тродвигателей постоянного и переменного тока. По сравнению с силовыми кулачковыми контроллерами магнитные контроллеры имеют целый ряд преимуществ: для управления магнитными контроллерами независимо от мощности двигателя используются командоконтроллеры, требующие минимальной за- траты энергии оператора; при интенсивной работе срок службы магнитных контроллеров, их изно- состойкость в 5—8 раз выше, чем у кулачковых контроллеров, в связи с тем, что коммутация осуществляется контакторами;
по Крановая контактная аппаратура Разд, 3 магнитные контроллеры обладают значительным запасом по коммута* ционной способности. В предельном случае магнитные контроллеры размы- кают токи до 10/ном и в то же время могут пропустить без повреждений токи 157ном на время срабатывания защиты; в связи с заранее запрограммированной системой пуска и торможения возможность недопустимой перегрузки механизма сведена к минимуму. Изготовляемые промышленностью крановые магнитные контроллеры объединяются в две группы: крановые магнитные контроллеры постоянного тока и крановые магнитные контроллеры переменного тока. В свою очередь каждая из групп магнитных контроллеров по схемным признакам подразде- ляется на магнитные контроллеры механизмов подъема и передвижения. По конструктивным признакам магнитные контроллеры переменного тока под- разделяются на две группы: с аппаратурой, монтируемой на стальных каркасах, — каркасно-реечная конструкция; с аппаратурой, монтируемой на изоляционных негорючих досках, — ме- таллургическое исполнение. Все магнитные контроллеры, кроме тропического исполнения, изготов- ляются в открытом исполнении IP00 для категорий размещения УХЛЗ и при конкретном размещении на кранах различного назначения либо устанав- ливаются в состоянии поставки, либо размещаются в оболочках согласно табл. 1.8. Магнитные контроллеры тропического исполнения пригодны для категорий размещения Т2 и имеют шкафы со степенью защиты IP42. Все крановые магнитные контроллеры имеют обслуживание с одной передней стороны, что позволяет получить минимальную площадь обслуживания. Маг- нитные контроллеры каркасно-реечной конструкции имеют одну ступень изо- ляции между токоведущими частями и корпусом и поэтому рекомендуются для использования в условиях обычной производственной среды. Магнитные контроллеры панельной конструкции имеют две ступени изоляции и исполь- зуются в основном для кранов металлургического производства, крупных литейных, кузнечных и термических цехов с высокой концентрацией в воз- духе токопроводящей пыли. Аппаратура, применяемая в магнитных контроллерах. Крановые магнит- ные контроллеры являются комплектными устройствами с высокой механиче- ской и коммутационной износостойкостью. Поэтому они комплектуются ап- паратами соответствующего назначения, рассчитанными, во-первых, на усло- вия коммутации ДСЗ — ДС5, АС2 — АС4 и имеющими наиболее высокие показатели механической и коммутационной износостойкости. В магнитных контроллерах применяются коммутационные аппараты с параметрами, при- веденными в табл. 3.9, и разнообразные реле с параметрами, приведенными в табл. 3.10. Кроме коммутационных аппаратов в магнитных контроллерах широко применяются как отдельные полупроводниковые приборы, так и блоки из этих приборов, а также максимальные и тепловые реле защиты, технические данные которых приведены в § 3.5. Коммутационная износостойкость магнитных контроллеров. Условия ком- мутации главных цепей крановых электроприводов весьма разнообразны и.
§ 3.4 Крановые магнитные контроллеры Т а б л иц а 3.9. Технические данные коммутационных аппаратов крановых магнитных контроллеров Наимено- вание аппарата Назначение аппарата Диапазон номи- нальных токов,А Наибольшее напряжение главной цепи, В Типы аппаратов Механическая износостойкость, 10s циклов В—О Коммутационная стойкость, 10ь циклов В—О Категория коммутационной стойкости Постоянный ток Кон- тактор Кон- Коммутация главных цепей Коммутация 100—630| 220 КПВ602—КПВ605 КПВ623-КПВ624 20 10 1 1 ДС2 ДС2 160—250 220 тактор цепей электри- ческого тормо- жения Кон- тактор Коммутация цепей высокой индуктивности 25—63 Перс 220 гменн КПД110Е-КПД121Е ый ток 10 1 ДС2 Кон- тактор Коммутация главных цепей 100—250 660 КТ6012Б—КТ6032Б КТ6013Б—КТ6033Б 10 0,5 АСЗ Кон- тактор То же 400 660 КТП6042 10 0,5 АСЗ Кон- тактор 100-250 380 КТПВ622-КТПВ624 20 1 АСЗ Кон- тактор 63 380 КТП121Е 10 1 АСЗ Магнит- ный пуска- тель 63 380 ПМА4000 16 2,5 АСЗ Магнит- ный пуска- тель Коммутация цепей тормо- зов, гидротол- кателей и т. п. 10—25 380 ПМЛ110-ПМЛ210 16 2,5 АСЗ как правило, не соответствуют нормированным стандартным режимам ком- мутации (см. табл. 3.1). В повторяющихся циклах грузовых операций ком- мутации, связанные с включением неподвижных и отключением вращаю- щихся двигателей, чередуются с операциями включения вращающихся и отключением неподвижных двигателей, и, наконец, происходят коммутации в условиях, промежуточных между этими крайними значениями. В общем числе коммутаций главных цепей значительная часть приходится на комму- тацию при вполне определенных условиях, которые можно заранее предви- деть. К ним относятся: включение электродвигателя при пусковом токе /п; отключение вращающегося электродвигателя при токе нагрузки, равном рас- четному ZP; отключение электродвигателя в процессе пуска при токе 0,8/п; включение и отключение неподвижного электродвигателя при токе, близком к расчетному току нагрузки /Р, для обеспечения толчкового регулирования.
П2 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Таблица 3.10. Технические данные реле, используемых в крановых магнитных контроллерах Наименование аппарата Назначение в схемах Тип Диапазон пара- метров срабаты- вания, % номи- нального Механическая износостойкость, 10б циклов В—О Постоянный ток Реле времени * Контроль времени пу- ска и торможения РЭВ811 —РЭВ818 60 10 Реле напряжения Контроль напряжения срабатывания РЭВ821 — РЭВ825 35-80 10 П ромежуточное реле Блокировка в схемах, реле контроля тока в цепях, максимальное реле Переменный т РЭВ822 — РЭВ826 РЭВ816 РЭВ510 —РЭВ570 ок 65 70—300 70—200 10 10 Промежуточное реле Блокировки в схемах РПЛ14 —РПЛ23 80 16 Контактная при- ставка к проме- жуточному реле То же ПКЛ40 — ПКЛ04 16 Приставка вы- держки ** вре- мени Контроль времени пу- ска и торможения ПВЛ11 — ПВЛ21 80 5 * Диапазон выдержки времени 0,4—3,8 с. ** То же ОД-4-30 с. Исходя из этого связь между номинальным током коммутационного аппарата 7Н0М, обладающего нормированной коммутационной износостой- костью Пи одного из стандартизированных режимов в миллионах циклов В—О, и током /р при требуемой фактической износостойкости также в мил- лионах циклов В — О может быть определена выражением где /р — ток, соответствующий расчетной мощности выбираемого двига- теля; Np — требуемая расчетная износостойкость, млн. циклов В—О; /Ун — нормированная коммутационная износостойкость аппаратов контакторов главной цепи в режимах коммутаций АСЗ-ДС4; Ai — доля числа включений тока /р в общем числе циклов В—О; Аг — доля тока отключения Zp при на- пряжении 0,1 UHOM в общем числе циклов В—О; Ki—Nq/Nh по характери- стикам рис. 3.9 для постоянного тока и рис. 3.10 — для переменного тока при включении тока, равного номинальному ZH0M; Kz — Np/Na при отключе-
§ 34 Крановые магнитные контроллеры 113 нии тока /ном при напряжении С/откл =» (Уном, Мр/^н при включении тока ^п» К4“^р/Ун при отключении тока /ном при напряжении отключения 0,1 Ь^номГ Лз —Wp/Mi при отключении тока 0,8/п при напряжении отключения 0,5 t/HOM Рис. 3.10. Электрическая износостой- кость магнитных контроллеров пере- менного тока Рис 3 9. Электрическая износостой- кость магнитных контроллеров по- стоянного тока Коэффициенты и А2 в зависимости от системы управления принимают следующие значения: Система управления А а2 мк-дп 0,3 0,65 МК-АДД, ТП-ДП, Г-Д 0 0,95 МКП—АДФ, МКИ—АДФ 0,65 0,3 А1КД—АДФ 0,3 0,65 МКВ—АДФ, ТРИ—АДФ 0 0,5 С учетом (3.4) и параметров режимных групп механизмов и необходи- мой ком мутационной износостойкости для межремонтного срока эксплуата- ции номинальный ток магнитного контроллера в зависимости от тока находится по формуле ^HOM = ^pK£fe, (3.5) где Kik определяется по табл. 3.11 для режимных групп механизмов и при- нятых систем управления. Магнитные контроллеры постоянного тока. Магнитные контроллеры по- стоянного тока предназначены для управления крановыми электродвигате- лями серии Д800 последовательного возбуждения при питании кранов от общезаводских сетей постоянного тока. В связи с применением таких элек- троприводов только в металлургии магнитные контроллеры этой серии
Н4 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Таблица 3.11. Значения коэффициента Kik для различных систем управления электроприводами Система эле ктро привода Группы режимов работы IM, 2М ЗМ 4М 5М 6М мк-дп 0,75 0,85 1 1,2 1,6 МК-АДД 0,8 0,9 1 МКП-АДФ МКИ-АДФ 0,75 0,85 1 1,3 1,8 МКД-АДФ 0,7 0,82 1 1,2 1,7 МКБ—АДФ * 1 ™ 0,85 1 1,2 ТРН-АДФ 0,7 0,82 0,9 1 1,5 1,3 тп-дп, г-д 0,7 0,82 0,9 1 Таблица 3.12. Технические данные магнитных контроллеров постоянного тока Тип магнит- ного контрол- лера Наибольший ток включения, А Номинальный ток при ПВ«в100 %. А Напряжение, В Наибольшая расчетная мощность двигателя, кВт, при режимной группе механизма Назначение ЗМ 4М 5М 6М П160 450 160 220 38 30 25 20 Механизмы пе- 440 60 50 40 30 редвижения. П250 800 250 220 75 60 50 36 Один двигатель 440 НО 90 75 55 П630 2000 630 220 150 125 100 80 ДП63 2X200 63 220 2X13,5 2XU 2X9,5 2X7 То же. Два дви* ДП160 2X450 2X160 220 2X38 2X30 2X25 2X20 гателя 440 2X60 2X50 2X40 2X30 ДП250 2X800 2X250 220 2X75 2X60 2X50 2X36 440 2Х1Ю 2X90 2X75 2X55 ДП630 2X2000 2X630 220 2X150 2X125 2ХЮ0 2X80 ПС 160 450 160 220 38 30 25 20 Механизмы 440 60 50 40 30 подъема. Один ПС250 800 250 220 75 60 50 36 двигатель 440 110 90 75 55 ПС630 2000 630 220 150 125 100 80 ДПС 160 2X450 2X160 220 2X38 2X30 25 2X20 То же. Два дви- 440 2X60 2X50 40 2X30 гателя ДПС250 2X800 2X250 220 2X75 2X60 2X50 2X36 440 2ХН0 2X90 2X75 2X55 ДПС630 2X2000 2X630 220 2X150 2X125 2ХЮ0 2X80
§ 3.4 Крановые магнитные контроллеры 115 изготовляются в конструктивном исполнении с расположением аппаратуры на изоляционных досках. Климатическое исполнение магнитных контроллеров УЗ и ТЗ, степень защиты IP00. При монтаже на кранах они должны размен щаться в шкафах со степенью защиты не ниже IP22. Напряжение цепи управления для всех исполнений 220 В. Технические данные магнитных кон- троллеров приведены в табл. 3.12, а габаритные размеры — в табл. 3.13. Таблица 3.13. Габаритные размеры, мм, и масса магнитных контроллеров постоянного тока Тип магнитного контроллера L В, В3 Масса, кг П160 700 200 350 150 П250 800 260 420 230 П630 1000 380 600 410 ДП160 1300 200 350 280 ДП250 1600 260 420 400 ДП630 2000 380 600 560 ПС 160 700 200 350 175 ПС250 800 260 420 200 ПС630 1000 380 600 350 ДПС 160 1400 200 350 260 ДПС250 1600 260 420 430 ДПС630 2000 380 600 780 Примечание. Для всех типов магнитных контроллеров Н=1700 мм, При использовании магнитных контроллеров для управления электро- двигателями мощность последних в режиме ПВ — 25 % не должна быть выше значений, рекомендованных в табл. 3.12. При соблюдении этого усло- вия обеспечивается необходимая коммутационная износостойкость, соответ- ствующая требованиям по ресурсу ГОСТ 25835-83 (СТ СЭВ 2077-80). Магнитные контроллеры типов П и ДП предназначаются для управ- ления элетроприводами механизмов передвижения кранов и имеют иден- тичные схемы соответственно для управления одним и двумя электродви- гателями. Магнитные контроллеры типов ПС и ДПС предназначаются для управления электроприводами механизмов подъема также со схемами двух исполнений — для одного и двух приводных двигателей. В целях резервиро- вания при двухдвигательном управлении схемами предусматривается возмож- ность работы с одним двигателем, для чего в схему введены соответствующие
116 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 переключатели в главных цепях. Магнитные контроллеры рассчитаны на при- менение тормозов с приводом постоянного тока, имеющих катушки последо- вательного возбуждения. Магнитные контроллеры имеют в целом механиче- скую износостойкость (10 4-16) • 106 циклов В — О и конструктивно, а также по схеме являются высоконадежными комплектными устройствами. При этом схемами обеспечивается устойчивый диапазон регулирования скорости до 1:5с высоконадежным' электрическим торможением. Для повышения комму- тационной износостойкости цепей управления для магнитных контроллеров ДП, ДПС на токи 250 и 630 А предусмотрено использование дополнительной коммутационной панели цепей управления. Магнитные контроллеры снаб- жены аппаратурой максимально-нулевой защиты для использования с двига- телями соответствующей мощности. Магнитные контроллеры переменного тока общего назначения. Магнитные контроллеры переменного тока общего назначения служат для управления асинхронными крановыми электродвигателями с фазным ротором, исполь- зуемыми иа грузоподъемных кранах машиностроительных предприятий, строительной индустрии, энергетики, лесопереработки, транспорта и других отраслей, характеризующихся состоянием среды, обычным для промышлен- ных предприятий, или на открытом воздухе без содержания морского ту- мана. К таким условиям эксплуатации относится большинство грузоподъем- ных механизмов. С учетом этих условий рассматриваемые магнитные кон- троллеры изготовляются в виде панелей каркасно-реечной конструкции с уста- новкой аппаратов и сборок выводов непосредственно на металлические рейки или рамы. Монтажные провода цепей управления внутреннего монтажа группи- руются в пучки и прокладываются в пластмассовых коробах. Эти провода не касаются металлических заземленных частей магнитных контроллеров. В главной цепи короткие соединения между аппаратами выполняются мед- ными шинками или отрезками проводов соответствующего сечения, а внеш- ний подвод осуществляется с помощью кабелей внешнего монтажа кранов непосредственно к зажимам аппаратов. Поскольку магнитные контроллеры этой серии предназначены для эксплуатации в условиях категорий УЗ, ХЛЗ, ТЗ и имеют степень защиты IP00, то на кранах они должны устанавливаться с учетом требований табл. 1.8, т. е. в открытом исполнении магнитные контроллеры могут исполь- зоваться только на кранах, работающих в производственных помещениях* закрытых от проникновения атмосферных осадков, и в условиях нормальной влажности по ГОСТ 15150-69. Во всех остальных случаях магнитные кон- троллеры должны размещаться в шкафах или специальных помещениях. Магнитные контроллеры данной серии предназначаются для управления механизмами режимных групп 1М — 5М при напряжении главной цепи 220, 280 и 415 В, 50 Гц или 380 и 440 В, 60 Гц. Напряжение цепи управления соответствует напряжению главной цепи. Типовые обозначения магнитных контроллеров: ТА, ДТА, ТСА, ТСД, ДТД, ТД, БОК, ДТАИ. Технические данные и габаритные размеры магнитных контроллеров переменного тока общего назначения приведены в табл. 3.14, 3.15.
Таблица 3.14. Технические данные магнитных контроллеров переменного тока общего назначения Система управления Механизм Макси* мальная нулевая защита Число упра- вляемых двига- телей Диапазон регули- рования скорости Тип магнитного контроллера Номи- нальный ток режима 11 В = 100 %, А Нан боль ший ток вклю- чения, А Наибольшая расчетная мощность двигателя, кВт, при 380 В и режик ной группе механизмов 1М-ЗМ 4М 5М МКП-АДФ Подъем крюковой Нет 1 Нет ТСА160 160 700 85 70 55 Подъем грейферный » 1 » Т САГ 160 160 700 85 70 55 Передвижение 1 » ТА63 63 250 37 30 22 » 2 » ДТА63 63 250 2X18,5 2X15 2ХН 1 » ТА160 160 700 85 70 55 2 » ДТА160 160 700 2X37 2X30 2X22 МКД-АДФ Подъем крюковой Нет 1 1:8 ТСД60 60 200 37 30 25 Есть 1 1 :8 ТСД160 160 700 85 70 58 1 1:8 ТСД250 250 1100 140 ПО 90 1 1:8 ТСД400 400 1700 250 200 160 Подъем грейферный » 1 1:8 ТСДГ160 160 700 85 70 58 МКИ-АДФ Передвижение 1 1 : 10 БОК6511 63 250 37 30 22 2 1: 10 БОК6502 63 250 2X18,5 2X15 2ХП » 2 1: 10 ПОК6502 100 400 2X37 2X30 2X22 ТПН-АДФ Передвижение 1 1 : 10 ТТ3160 160 700 85 78 70 2 1: 10 ДТТ3160 160 700 2X42 2X37 2X30 Подъем крюковой 1 1: 10 ТТ3250 250 1100 140 120 по МКД-АДФ Передвижение » 2 1:8 ДТД63 63 250 2X18,5 2X15 2ХИ 2 1:8 ДТД160 160 700 2X37 2X30 2X22 Примечание. Новое обозначение магнитных контроллеров ДТАИ63 — ПОК6501, ДТАИ160 — ПОД6502, ТАИ63 — БОК.6501. Крановые магнитные контроллеры со
118 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Таблица 3.15. Габаритные размеры, мм, и масса магнитных контроллеров переменного тока Тип магнитного контроллера и L А Л в( В2 Масса, кг ТА63 1200 400 125 145 190 230 50 ДТА63 1200 400 125 145 190 230 60 ТА150 1700 400 125 145 190 260 60 ДТА160 1700 400 125 145 190 260 85 ДТА161 1709 400 125 145 190 260 85 ДТА162 1700 400 125 145 190 260 80 TCAI60 1700 800 125 145 190 260 100 ТТ363 1200 1000 125 145 320 400 195 ТТ3160 1700 1000 125 145 375 400 245 ТТ3250 1700 1100 125 145 450 500 325 ДТТ3160 1700 1000 125 145 375 400 250 ДТТ363 1200 1100 125 145 320 400 230 ТН63 1700 1300 125 145 190 230 220 К63 1520 700 180 200 195 195 160 К160 1520 1000 180 200 200 350 310 К250 1520 1400 180 200 260 430 345 ДК63 1520 1000 180 200 195 195 200 ДК160 1520 1700 180 200 200 350 450 ДК250 1520 2500 180 209 260 430 800 КС160 1520 1000 180 200 200 350 285 КС250 1520 1500 180 200 260 430 370 КС400 1520 1700 180 200 320 340 475 ДКС25Э 1520 2600 180 200 260 430 900 ДКС400 1520 2900 180 200 320 340 935 Б КП 1000 636 * 50 265 43 ТСД60 1100 650 125 145 190 230 100 ТСД160 1700 800 125 145 190 260 160 ТСД250 1700 1050 125 145 190 260 300 ТСД400 1700 2000 125 145 190 260 500 КС ДБ 160 1520 1600 180 200 200 350 550 КСДБ250 1520 2000 180 200 260 430 700 КСДБ400 1520 2000 180 200 320 340 1000 БОК5501 1200 400 125 145 190 290 40 Б5701 1200 400 125 145 190 290 40 БОК6511 1200 500 125 145 200 300 60 БОК6502 1200 750 125 145 200 300 100 ПОК6502 1700 650 125 145 200 300 120
§34 Крано&ые магнитные {ЮНТббллеры I ----------------------------------------------------------------------- Магнитные контроллеры ТСД обеспечивают регулирование скорости 1 :8. Магнитные контроллеры ТА, ДТА, 1*СА, не имеющие гарантированного ре- гулирования скорости, при использовании способа переключения между ра- бочими положениями и положением отключения могут обеспечить фактиче- ское регулирование скорости до 1 :3 по отношению к номинальным значе- ниям. Магнитные контроллеры без встроенной максимальной защиты ТА, ДТА, ТСА должны защищаться максимальными реле, устанавливаемыми на общей защитной панели крана. При использовании в схемах электроприво- дов передвижения более двух двигателей в дополнение к основному маг* нитному контроллеру типов ДТА 160, ДТА250 должен применяться соответ- ственно магнитный контроллер ДТА161—по 1 шт. на каждых два дополни- тельных приводных двигателя. Эти магнитные контроллеры используются для коммутации резисторов роторных цепей приводных двигателей. Основными коммутационными аппаратами магнитных контроллеров об- щего назначения являются контакторы серии КТ6000 и пускатели ПМА4000. Магнитные контроллеры переменного тока для механизмов режимных групп 6М и металлургических кранов. Для механизмов с высокой интенсив- ностью использования режимной группы 6М, а также кранов, используемых в металлургическом производстве, в том числе крупных литейных цехах ма- шиностроительных предприятий, применяются магнитные контроллеры се- рий К, ДК, КС, ДКС, КСДБ. Основными особенностями этих магнитных контроллеров являются применение контакторов с электромагнитным при- водом постоянного тока и расположение всей аппаратуры на изоляционных досках из негорючего нагревостойкого материала. Монтаж цепей управления осуществляется пучками проводов с нагревостойкой изоляцией, проклады- ваемых в пластмассовых коробах. Монтаж главных цепей осуществляется медными шинами. Магнитные контроллеры для категорий размещения У2 — УЗ должны монтироваться на кранах в шкафах, имеющих при режим- ной группе 6М степень защиты IP22, а для кранов в металлургическом про- изводстве степень защиты шкафов должна быть не ниже IP42. Магнитные контроллеры тропического исполнения поставляются в шкафах со степенью защиты IP43. Напряжение главных цепей 380 и 415 В, 50 Гц; 380 и 440 В, 60 Гц Напряжение цепей управления 220 В постоянного тока от отдель- ного источника. Основными коммутационными аппаратами являются контакторы типов КТПВ600, КТП121, а также контакторы постоянного тока КПВ600. Техни- ческие данные магнитных контроллеров этих типов приведены в табл. 3.16, габаритные размеры — в табл. 3.15. Магнитные контроллеры типов К, КС, ДК, не имеющие гарантирован- ного регулирования скорости переключений рабочих положений и положений отключения, могут обеспечить фактическое регулирование скорости до 1:3 по отношению к номинальным значениям. Магнитные контроллеры КСДБ обеспечивают устойчивое регулирование скорости до 1 :8 при спуске груза. Все магнитные контроллеры этих типов имеют встроенную максимально-ну- левую защиту. Магнитные контроллеры КСДБ имеют высокий уровень ком- мутационной износостойкости за счет тиристорной бездуговой коммутации
Таблица 3.16. Технические данные магнитных контроллеров К, ДК, КС, ДКС, КСДБ Система управления Механизм Число упра- вляемых двига- телей Тип магнитного контроллера Номи- нальный ток режима ПВ=100%, А Наиболь- ший ток включе- ния, А Механи- ческая износо- стойкость, 106 циклов В-О Коммута- ционная износо- стойкость, Ю6 циклов В-О Наибольшая расчетная мощность двигателя, кВт, при 380 В и режиме 4М 5М 6М МКП-АДФ Подъем крюко- 1 КС 160 160 700 10 2,5 70 55 40 вой 1 КС250 250 1100 10 2,5 НО 80 60 2 ДКС160 2X160 2X700 10 2,5 2X70 2X55 2X40 2 ДКС250 2X250 2ХИ00 10 2,5 2ХН0 2X80 2X60 Передвижение 1 К63 63 200 10 2,5 30 22 15 1 К160 160 700 10 2,5 70 55 40 1 К250 250 1100 10 2,5 110 80 60 Передвижение 2 ДК63 63 200 10 2,5 2X15 2ХН 2X8,5 2 ДК160 160 700 10 2,5 2X37 2X30 2X22 2 ДК250 250 1100 10 2,5 2X55 2X40 2X30 2 ДК250 2X250 2Х1Ю0 10 2,5 2ХН0 2X80 2X55 МКБ-АДФ Подъем крюко- 1 КСДБ160 160 700 16 6,3 85 70 55 вой и грейфер- ный 1 КСДБ250 250 1100 16 6,3 130 110 90 1 КСДБ400 400 1800 16 6,3 230 200 160 Крановая кон/аКтная аппаратура Разд
§ 3.4 Крановые магнитные контроллеры 121 цепей статора и ротора двигателя и торможения методом динамического торможения с самовозбуждением при спуске. Магнитные контроллеры для управления кранами с пола. В связи с рас- ширением зон обслуживания рабочими основных технологических процессов все большее число мостовых кранов различного назначения режимных групп 1К— ЗК и частично даже 5К переводится на управление с пола, т. е. функ- ции машиниста крана передаются рабочему основного технологического про- цесса производства. При этом уже невозможно применить традиционные системы управления кранами, так как необходимо либо значительно снизить рабочие скорости всех механизмов крана в 2—3 раза, либо иметь у каж- дого механизма по две фиксированные скорости: установочную и номиналь- ную. В первом случае для привода механизмов применяются обычные асин- хронные короткозамкнутые двигатели для обеспечения необходимой плав- ности пуска, включаемые через резисторы в статорной цепи. Однако в целях повышения производительности кранов начинают все более широко исполь- зоваться двухскоростные короткозамкнутые двигатели с двумя обмотками на статоре. Эти двигатели коммутируются магнитными контроллерами с кно- почным управлением. Для систем первой группы используются магнитные контроллеры типа ТС с двумя ступенями резисторов в каждой фазе ста- тора. Для систем второй группы используют магнитные контроллеры Б5701 и ТСН. Магнитные контроллеры этой группы предназначаются для механиз- мов режимных групп 1М — 4М с невысокой коммутационной износостой- костью. Их механическая износостойкость составляет 6,3-106 циклов В — О. Конструктивное исполнение — реечное с использованием в качестве комму- тационных аппаратов магнитных пускателей ПМА4000, контакторов КТП121 и КТ6012. Технические данные магнитных контроллеров для управления с пола приведены в табл. 3.17, габаритные размеры — в табл. 3.15. Магнит- ные контроллеры имеют встроенную тепловую защиту короткозамкнутых электродвигателей. Комплектные устройства управления кранами режимных групп ЗК—5К- В последнее время для мостовых кранов машиностроительных предприятий, работающих в условиях, соответствующих режимным группам ЗК — 5К, и в то же время участвующих в грузоподъемных операциях повышенной точ- ности, связанных с монтажно-сборочными работами, было начато производ- ство комплектных устройств управления кранами грузоподъемностью 10—20 т. Эти устройства управления при обеспечении глубокого регулирования ско- рости механизмов и высокой точности их остановки в заданных координатах обладают большой простотой, постоянной готовностью к действию и удоб- ством в обслуживании. Комплектное устройство для мостовых кранов грузо- подъемностью 10—20 т имеют высоту 1200, ширину 1800 и глубину 230 мм. В состав комплектного устройства входят магнитный контроллер ТСД60 для управления электроприводом подъема мощностью до 30 кВт с диапа- зоном регулирования 1 :8, панель защиты с линейным контактором и ком- плектом максимальных реле и две панели управления приводами моста мощностью до 2ХИ кВт и тележки мощностью до 7,5 кВт. Эти электро- приводы управляются силовыми кулачковыми контроллерами кранового
М2 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Таблица 3.17. Технические данные магнитных контроллеров ТС, Б, ТСН Система управления Механизм Тип двигателя Диапазок регулирования скорости Тип магнитного контроллера Номинальный ток режима ПВ —100 %, А Наибольший ток вклю- чений, А Механическая износо- стойкость, 10е циклов В-0 Наибольшая расчетная мощность двигателя, кВт, при 380 В и режиме Степень защиты от окру- жающей среды 1М-ЗМ 4М МП—АДК Подъем и передви- жение Односкорост- ной коротко- замкнутый Нет ТС25 25 ПО 5 11 8,5 IP42 МК-АДД Подъем Двухскорост- ной коротко- замкнутый с двумя от- дельными об- мотками 1 :6 Б5701 63 200 5 22 18,5 IP00 1:6 ТСН 160 160 500 5 40 30 IP00 Передви- | жение 1 1:3 Б5701 63 200 5 22 2ХН 18,5 2X8,5 IP00 пульта с использованием тиристорного блока импульсно-ключевого регули- рования. Диапазон регулирования скорости электроприводов передвиже- ния 1:10. Механическая износостойкость комплектного устройства 5* 10s, а коммутационная износостойкость 0,5-106 циклов В — О. При этом для кранов режимных групп ЗК обеспечивается срок службы до ремонта 7—8 лет. Комплектные устройства предназначены для эксплуатации в помещениях групп У2-«—УЗ и выпускаются в открытом исполнении IP00. 3.5. ЗАЩИТНЫЕ ПАНЕЛИ И ВВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА Общие условия защиты электрических цепей. Краны являются движу- щимися установками, подверженными вибрациям и ударам в процессе дви- жения. Поэтому возможность повреждения кабелей и проводов на кранах выше, чем при стационарной прокладке. Кроме того, на большинстве кранов токопереход к тележкам осуществляется с помощью гибких шланговых ка- белей, повреждение которых полностью исключить невозможно. С учетом этого первой задачей электрической защиты является защита от токов КЗ (см. § 1.5). Токи КЗ в пределах схемы крана будут тем меньше, чем меньше сечение монтажных проводов и кабелей этих цепей и меньше размеры раз- личных токопереходов и токоразъемов. Максимальные токи КЗ в цепях управления при сечении проводов 2,5 мм2 составляют менее 2000 А. При этом для защиты цепей возможно применение как низковольтных предохра- нителей серии ПР, так и любых установочных автоматических выключате- лей АП50, АК63, АСТ25 и др. Токи КЗ в цепях электродвигателей ориенти- ровочно можно определить по формуле Ас, з, дв 5 VSn, 14 (3.6)
§35 Защитные панели и вводные устройства где /к, s, ф определяется по (1,42); 5О — сечение провода в защищаемой цепи, мм2. Так как ток КЗ не должен до его отключения разрушать аппараты* находящиеся в данной цепи, то необходимо соблюдать определенное ношение между сечением подводящих проводов и номинальным током ратов: соот- аппа* (3.7) линии где 7ном — номинальный ток аппарата. Это соотношение показывает, в частности, что при возможных в токах КЗ 8000 А аппараты с номинальным током 25 А устанавливать нельзя, аппараты на токи 40—63 А могут устанавливаться при сечениях кабелей не более 6 мм2, а аппараты с номинальным током 100 А — при сечениях кабеля не более 16 мм2. Таким образом, для кранов, получающих питание от линий особо большой мощности, необходимо либо устанавливать аппа* раты с номинальными токами 100—160 А, либо ограничивать сечения про- водов к этим аппаратам в целях снижения возможных токов КЗ. Максимальная нулевая и тепловая защиты. В соответствии с требова- ниями правил Госгортехнадзора каждый кран должен оборудоваться устрой- ством, предназначенным для подачи питания к электроприводам механизмов и его отключения, причем включение, т. е. подача питания, может осуще- ствляться после отпирания включающего устройства с помощью индивиду-* ального ключа-марки. В свою очередь ключ не может быть вынут без опе- рации отключения. Такая блокировка позволяет гарантировать приведение крана в рабочее состояние только лицом, владеющим ключом маркой. На всех типах промышленных кранов с электроприводом индивидуальный ключ- марка применяется в защитной панели, а на кранах с пультами управления он дублируется ключом-маркой пульта. У строительных башенных кранов указанный ключ используется для блокирования главного рубильника на вводе крана. Защитная панель крана является комплектным устройством, в котором расположен общий рубильник питания крана, линейный контактор для обес- печения нулевой защиты и автоматического размыкания цепи при срабаты- вании любого вида защиты, комплект максимальных реле защиты цепей отдельных электроприводов, кнопка включения и пакетный переключатель цепей управления. Защитная панель крана обеспечивает: максимальную за- щиту для отключения схемы крана от сети при возникновении перегрузки в одной из цепей крана, нулевую защиту для отключения электропривода при прекращении или перерыве в подаче питания от источника электроэнер- гии. Важной задачей системы защиты является предотвращение недопусти- мых перегрузок в цепях крановых электроприводов, связанных с неисправ- ностью схем управления, заклиниванием механизмов, обрывом цепи тормоза и т. п. В связи с неопределенностью нагрузки крановых механизмов, работы при затяжных пусках и торможениях обеспечение эффективной тепловой за-
124 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 щиты весьма проблематично. Единственным действенным условием пре- дотвращения тепловых церегрузок кранового электрооборудования является его правильный выбор с учетом заранее рассчитанных любых возможных в эксплуатации режимов работы. В последнее время в двигателях перемен- ного тока кранового типа встраивается тепловая защита. Однако задача этой защиты — предотвратить эксплуатацию механизмов в режимах, не со- ответствующих заданной режимной группе кранов и механизмов. Защита электроприводов от перегрузок сводится к контролю пускового тока при ступенчатом пуске и защите от заклинивания короткозамкнутых двигателей. При правильно организованном ступенчатом пуске пусковой ток Рис. 3.11, Схема защитной панели при управлении от кранового пультам ГП — главный подъем; ГС — главный спуск; ВП — вспомогательный подъем, ВС — вспомогательный спуск; ТВ — тележка вперед; TH — тележка назад, МВ—мост вперед, МН — мост назад; FU1, FU2 = предохранители; SB/ — кнопка включения, SQ/ — кон- такт люка кабины; QF1 — аварийный выключатель или ключ-марка, КМ — линейный Контактор; FR1, FR2 — контакты максимальных реле, SQ2—SQ7 — конечные выключа- тели; К12 — нулевые контакты контроллеров не должен превышать 230 % тока, соответствующего расчетной мощности. Поэтому защита, как правило, настраивается на ток срабатывания 250—- 275 % тока, соответствующего расчетной мощности. Защита от обрыва фазы на кранах не применяется. Анализ последствий обрыва фазы вне крана и приемлемой системы защиты от обрыва фазы показал, что, с одной стороны, в настоящее время нет удовлетворительного технического решения по при- менению надежного и дешевого простого аппарата контроля напряжения на фазах, а с другой стороны, обрыв фазы в пределах крана и вне его мало- вероятен в связи с тем, что применение плавких предохранителей в главной цепи не рекомендуется. Широко применяемая на механизмах подъема си- стема динамического торможения с самовозбуждением взамен ранее прак- тиковавшегося торможения способом противовключения сводит к минимуму опасность падения груза при обрыве фазы питающей сети. Защитные панели и ящики ввода. Большинство кранов комплектуется защитными панелями трех типов: ППЗБ160 для кранов, получающих питание от сети постоянного тока, ПЗКБ250 и ПЗКБ400 для кранов, получающих питание от сети переменного тока. Технические данные защитных панелей приведены в табл. 3.18. Схема цепей управления защитных панелей приве-
§ 3.5 Защитные панели и вводные устройства 125 Таблица 3.18. Технические данные защитных панелей Тип панели Номинальный ток ввода при ПВ=^100 %, А Номинальный ток контактора при ПВ = 100 %, А Ток контак- тора при ПВ=60 %. А Макси- мальный коммута- ционный ток, А Ток терми- ческой стойкости, А Число макси- мальн ых реле РЭО401 ПЗКБ250 250 160 200 1600 3000 8 ПЗКБ400 400 250 320 2500 4500 8 ППЗБ160 160 160 200 1600 3000 4 Примечание. Номинальные напряжения защитных панелей ППЗБ160 — 220 и 440 В; ПЗКБ — 220, 380, 415 В, 50 Гц; 380, 440 В, 60 Гц. депа на рис. 3.11. Защитные панели рассчитаны на эксплуатацию в катего- рии У2, Т2 и имеют степень защиты от окружающей среды IP22. Конструк- тивно защитная панель представляет собой металлический шкаф с установ- ленными в нем на задней стенке аппаратами и соответствующим монтажом. Шкаф закрыт дверью, на которую навешивается замок. Рукоятка рубиль- ника и привод кнопки выведены нару- жу. Общий вид с габаритными разме- рами защитной панели ПЗКБ250 при- веден на рис. 3.12. В защитной панели устанавливаются максимальные реле типа РЭО401 для защиты цепей крано- вых электроприводов. Там же могут быть установлены тепловые реле для защиты короткозамкнутых двигателей и контактное устройство тепловой пози- сторной защиты двигателей вместо реле РЭО401. Технические данные макси- мальных реле РЭО401 приведены в табл. 3.19. Начиная с 1988 г. для кранов вво- дится новая система комплектования Рис. 3.12. Габаритные размеры защитных панелей электрической защиты. От главных токосъемников или кабельного барабана питающий кабель при суммарной мощности приводов до 125 кВт поступает в кабину управ- ления, где расположен блок защиты: ящик типа Я8501 с автоматическим выключателем на 160—250 А, снабженный индивидуальным ключом-маркой. Этот ключ выполняет также роль кнопки для восстановления защиты. Да- лее от блока защиты в кабине могут получать питание все приводы крана. Если кран имеет приводы только с помощью силовых контроллеров (суммар- ная мощность приводов до 80 кВт), последовательно с блоком защиты вклю- чается ящик Я8901 с линейным контактором со степенью защиты IP42, раз- мещаемый либо на посадочной площадке кабины, либо на мосту. В этом
126 Крановая контактная аппаратура Разд, 3 Таблица 3.19. Технические данные максимальных реле РЭ0401 Каталожный номер Ток катушки, А Пределы регулиро- вания тока, Выводы катушки Реле РЭО401 Электромагнит реле РЭО401 при ПВ—100 % при ПВ —40 % 2Т Д.304.096-2 6ТД.237.004-1 320 480 400—1300 М12 2ТД.304.096-4 6ТД.237.004-2 250 375 320—1000 М12 2Т Д.304.096-6 6Т Д.237.004-3 160 240 200-600 М10 2Т Д.304.096-8 6ТД.237.004-4 100 150 130—400 М8 2ТД.304.096-10 — 63 95 80—250 М8 2ТД.304.096-12 6 ТД.237.004-6 40 60 50-160 Мб 2ТД.304.096-14 6ТД.237.004-7 25 38 30-100 Мб 2ТД.304.096-16 1 16 24 20—60 Мб 2ТД.304.096-18 6Т Д.237.004-9 10 15 12—40 Мб 2ТД.304.096-20 6Т Д.237.004-10 6 9 8—25 Мб 2ТД.304.096-22 4 6 5-16 Мб Примечание. Четные рубрики каталожных номеров имеют длину крепежных шпилек 42 мм, нечетные 1—21 —16 мм. реле 2ТД.304.096-2 -г 22 ящике устанавливаются^ линейный контактор на 160 А и группы реле за- щиты, состоящие из шести реле РЭО401 или четырех реле РЭО401 и два тепловых реле ТРТ. От него получают питание отдельные электроприводы крана. Если один или несколько приводов кранов имеют собственную за- щиту в схеме магнитного контроллера (панели управления), их главные цепи могут получать питание непосредственно от автоматического выклю- чателя в кабине управления, а цепи управления — от ящика с линейным контактором. Для кранов с суммарной мощностью приводов свыше 125 кВт каждый привод мощностью свыше 80 до 125 кВт должен получать питание от своего ящика с автоматическим выключателем. В этом случае они устанавливаются вблизи соответствующего магнитного контроллера, В кабине размещается ящик с автоматическим выключателем, через который питаются все цепи управления, а также электроприводы с суммарной мощностью до 80 кВт. Для защиты цепей питания электроприводов кранов мощностью свыше 125 до 200 кВт (электродвигатели 4MT355L10) следует применять автоматиче- ские выключатели на 400 А типа А3730 и располагать их вблизи магнитных контроллеров этих электроприводов. Таким образом, защита проводов от главных токосъемников до ящи- ка Я8501 на кране осуществляется автоматическим выключателем питания крана. Провода от блока защиты на кране до линейного контактора каждого из приводов защищаются автоматическим выключателем ящика Я8501. За- щита проводов, отходящих от линейного контактора, осуществляется макси- мальными или тепловыми реле в ящике Я8901 или магнитном контроллере. Учитывая, что от автоматического выключателя в кабине могут отхо- дить две группы проводов (к линейному контактору магнитного контроллера и линейному контактору остальных приводов), сечение этих проводов еле-
§ 3.6 Аппаратура управления для взрывозащищенных кранов 127 дует выбирать по току уставки этого выключателя. Таким образом, все си- ловые цепи крана защищаются двумя специальными блоками, ящиком с ав- томатическим выключателем на ток до 250 А и ящиком линейного контактора на ток 160 А, а также линейными контакторами самих магнитных контрол- леров. Ящик Я8501 имеет габаритные размеры 450 X 300X 200 мм и степень защиты IP20. Ящик Я8901 линейного контактора имеет габаритные раз- меры 550 X 520 X 290 мм и степень защиты IP42. У кранов, работающих на открытом воздухе, ящик линейного контактора следует устанавливать под навесом, защищающим ящик от попадания вертикальных дождевых струй. Схему цепей управления ящика линейного контактора см. на рис. 3.11. 3.6. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫХ КРАНОВ Краны взрывозащищенного исполнения, устанавливаемые в зонах BI и ВП, в соответствии с рекомендациями МЭК 79-9 и ГОСТ 12.2.020-76 ком- плектуются взрывозащищенным электрооборудованием уровня I группы II с предельными значениями температур эксплуатации Т1—Т4 в зависимости от условий применения взрывоопасных веществ. При этом контактная элек- трическая аппаратура должна иметь следующие виды взрывозащиты: обо- лочка взрывонепроницаемая — d; электрические цепи искробезопасные — ц Маркировка аппаратуры таких зон должна быть lE^dillTl — Т4. Как указы- валось в разд. 2, для кранов подобного назначения используются специаль- ные короткозамкнутые крановые двигатели взрывозащищенного исполнения. Управление этими электродвигателями производится коьтплектом специаль- ной взрывозащищенной аппаратуры. Краны взрывозащищенного исполнения относятся к режимной группе ЗК, а механизмы этих кранов соответственно к режимным группам 2М — ЗМ. Режим использования механизмов кранов должен быть таким, чтобы не превышались значения следующих пара- метров: Продолжительность включения, % . ................ 25 Число включений в час............................ 60 Скорость механизма подъема, м/с, не более ..... 0,06 Скорость механизма передвижения моста, м/с, не более 0,7 Скорость передвижения тележки, м/с, не более ... 0,3 При таких параметрах нет необходимости применения для кранов об- щего назначения двухскоростных электродвигателей, поэтому описываемая ниже аппаратура предназначается только для управления односкоростными короткозамкнутыми электродвигателями. Аппаратура мостовых кранов. Для управления мостовыми и козловыми кранами грузоподъемностью 5—50 т с подъемными лебедками кранового типа используются взрывозащищенные магнитные станции серии СКВ. Стан- ции рассчитаны для эксплуатации в категории У2, Т2 и имеют степень за- щиты от окружающей среды IP54. Напряжение питания 220, 380, 415 В, 50 Гц или 380, 440 В, 60 Гц, режим работы ПВ = 25%, Станции могут
128 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 YB1 М1 YB2 М2 Квспомо-^ 'Sameль - ним цепям Рис. 3.13. Типовая схема взрывозащищенной станции СКВ5: 1QF1, IQF2, 2QF1, 2QF2—автоматические выключатели механизмов; 1МК1~1МКГ точные включения контакторов, ГТ1—1ТЗ, 2Т1—2ТЗ — трансформаторы искробезо* управления механизмами; SQ1~SQ6 — конечные включатели, SQ7, SQ8 — выключатели двигатель и тормоз вспомогательного подъема; Л13, М4, YB3, использоваться для механизмов режимных групп 2М — ЗМ. Технические данные станции СКВ2 приведены в табл. 3.20, типовая схема — на рис. 3.13. Управление кранами кнопочное от кнопочных постов обычного невзры- возащищенного типа. Включение двигателей осуществляется реверсивными магнитными пускателями. В цепи двигателей каждого механизма установлен автоматический выключатель с токо-временной и электромагнитной токовой
Аппаратура управления для взрывозащищенных кранов 129 2МК1—2МК4 — контакторы направления, 1MK10—1MKJ4, 2MK10—2MKJ4 — реле промежу- пасные./В/—1ВЗ, 281—2ВЗ — блоки искробезопасные (см. рис 3 14), SB/— SB9 — кнопки двери и люка, V — диоды; М/, YB1— двигатель и тормоз главного подъема; М2, YB2 — YB4 — двигатели и тормоза моста; Л15, YB5 — двигатель и тормоз тележки отсечкой. Управление катушками пускателей осуществляется от блоков ис- кробезопасной коммутации. Блок искробезопасной коммутации (один на каждый механизм) имеет схему, изображенную на рис. 3.14. От специального искробезопасного транс- форматора цепи управления, понижающего напряжение с 380 до 24 В, по- лучает питание схема, состоящая из источника стабилизированного напря- жения постоянного тока 15 В и двух промежуточных реле KV1 и KV2t 5 Зак. 918
130 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 Таблица 3.20. Технические данные станций СКВ Параметр СКВ1, СКВ2 СКВЗ, CKF4 СКВ5 СКВ6 Номинальный ток контак- тора, А: главного подъема 20 30 63 100 вспомогательного —• 20 63 63 подъема передвижения 30 63 20 100 тележки главного 20 20 20 20 подъема тележки вспомогатель- 20 кого подъема Диапазон мощностей дви- гателей, кВт: главного подъема 3,5—8,5 5,0-11 11-22 22-38 вспомогательного — 3,5-8,5 11-22 11—22 подъема передвижения крана 2X2,2-2X5 2Х5-2ХП 2X2,2-2X5 2Х5-2ХИ передвижения тележки 0,4—1 0,4—1,5 0,8-2,2 0,8-2,2 главного подъема передвижения тележки *— 0,4-1,5 ——* вспомогательного подъема Число включений в час: подъемов 120 120 120 120 передвижений 60 60 60 60 Примечания: I. Коммутационная износостойкость, 10s циклов В—О. 2. Относительная продолжительность включений ПВ = 25 %. Рис. 3.14. Схема блока искробезопасной коммутации: /? —балластный резистор; VD1, VD2 — стабилитроны; VD3— VD18 — диоды; VT1—VT2 — транзисторы; Т — искробезопасный трансформатор цепи управления; SBi, SB2 — кнопки направления движения искробезопасные, KV1, KV2 — реле направления движения; КЛН0а КЛШ — реле промежуточные включения контакторов направления; С/—С2 — конденсаторы
§ 3.6 Аппаратура управления для взрывозащищенных кранов 131 получающих питание от транзисторных усилителей. Кнопочные элементы пнешнего невзрывозащищенного поста управления включают и коммутируют токи 0,05 А, 15 В без образования взрывоопасной искры. Этот сигнал уси- ливается блоком искробезопасной коммутации и на выходе реле KV1 и KV2 включает ток 2,5 А и коммутирует ток 0,3 А, 24 В, достаточный для управ- ления магнитными пускателями. Магнитные пускатели имеют по два сво- бодных замыкающих вспомогательных контакта, используемых в схеме крана. Рис. 3.15. Схема блока БДЗ-З: QF1 — разъединитель; QF2 — автоматический выключатель с токовой защитой и ну- левым расцепителем; КМ1 — линейный контактор; КМ2, КМЗ — контакторы направле- ния движения моста; Т — искробезопасный трансформатор; БУИ—блок искробезопас- ный коммутации; КМ4—КМб—промежуточные реле включения контакторов; Ml — дви- гатель передвижения крана; YB1 — обмотка тормоза; SB1, SB2 — кнопки управления} SQ1, SQ2 — конечные выключатели: SB3— контактный замок; SQ3, SQ4 — выключа- тели двери и люка Вся перечисленная аппаратура помещена во взрывозащищенную обо- лочку, рассчитанную для группы II. Питание крана осуществляется от взры- возащищенного блока защиты БДЗ-2, имеющего взрывозащищенную обо- лочку и степень защиты IP54. В состав блока БДЗ-2 входят разъединитель с наружной рукояткой, автоматический выключатель на 100 А номинального тока с токовой отсечкой 400 и 630 А и нулевым расцепителем. Управление нулевым расцепителем при управлении с пола осуществляется от кнопоч- ного поста кнопкой «Стоп» через блок искробезопасной коммутации. Для подготовки схемы к действию необходимо включить автоматический выклю- 5*
132 Крановая контактная аппаратура Разд. 3 чатель, одновременно нажимая на кнопку восстановления защиты. Блок БДЗ-2 при управлении с пола устанавливается вне крана, а при управлении из кабины этот блок размещается в кабине. Аппаратура подвесных кранов. На подвесных взрывозащищенных кранах в качестве механизмов подъема и передвижения тележки используются взрывобезопасные электрические тали, имеющие и своем составе взрывоза- щищенную аппаратуру с искробезопасными цепями, поэтому для таких кра- нов необходимо иметь устройство ввода и комплект аппаратуры управления двигателями передвижения моста. Таким комплектным устройством является взрывозащищенный блок БДЗ-З. Исполнение блока IP54 с искробезопасными цепями управления. Блок устанавливается вне крана. Схема блока представ- лена на рис. 3.15. Блок БДЗ-З имеет следующие технические данные: Номинальное напряжение частотой 50 Гц, В . ... 380 Номинальный ток, А........................... 50 Номинальный ток контактора, А . . . ....... 25 Суммарная наибольшая мощность управляемых двига- телей, кВт .... ......... 9 Коммутационная износостойкость, циклы В — О . . . 1 - \05 Габаритные размеры коммутационных и защитных аппаратов приведены в табл. 3 21 Т а б л и ц а 3.21. Габаритные размеры, мм» и масса станций взрывозащищенного исполнения Типы станций L В п Масса, кг СКВ1, СКВ2 580 1300 390 260 СКВЗ, СКВ4, СКВ5 580 2000 390 400 СКВ6 1100 2700 390 550 СОК1 1110 548 400 260 БДЗ-2 910 280 348 103 БДЗ-З 910 280 348 110 При наличии искробезопасных устройств коммутации конечные выклю- чатели и посты управления на взрывозащищенных кранах могут быть обыч- ного исполнения. В частности, в посты управления обычного исполнения
§4.1 Классификация и выбор параметров тормозных устройств 133 типа ПКТ для взрывозащищенных систем добавляются только диоды для контроля токопрохождения. Посты этого исполнения имеют типовые обозна- чения ПКТИ4К для четырех кнопочных элементов и ПКТИ6К — для шести кнопочных элементов. РАЗДЕЛ 4 ПРИВОДЫ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРМОЗОВ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ Крановый механизм должен иметь устройство для его остановки в за- данном положении или ограничения пути торможения при выбеге после от- ключения приводного электродвигателя, и исключение составляют механизмы передвижения кранов со скоростью движения не более 0,5 м/с. Такими устройствами являются тормоза, обеспечивающие остановку механизма крана за счет сил трения между вращающимся шкивом или диском и неподвижной тормозной поверхностью, связанной с механизмом. Существуют разнообразные конструкции тормозных устройств с фрик- ционными элементами дискового типа (дисковые тормоза), коническими по- верхностями торможения (конические тормоза) и с цилиндрическими поверх- ностями торможения, которые в свою очередь делятся на колодочные и ленточные тормоза. Дисковая система торможения применяется в тех случаях, когда тормоз является частью приводного электродвигателя. При этом габаритные раз- меры тормоза определяются размерами электродвигателя. Такие тормоза могут эффективно работать при тормозных моментах от 30 до 1000 Н-м. Конические тормозные устройства находят применение в специальных меха- низмах небольшой мощности при тормозных моментах до 300 Н-м. Наиболь- шее распространение для большинства крановых механизмов находят коло- дочные тормоза. Эти тормоза используются в механизмах, в которых необ- ходимые тормозные моменты могут достигать 10 000 Н-м. Для создания тормозных моментов свыше 10 000 Н-м применяются ленточные тормозные устройства. Механические тормоза фрикционного действия могут иметь два кон- структивных исполнения: 1) нормально разомкнутый тормоз, когда тормоз- ные поверхности не контактируют между собой при отсутствии внешней силы и торможение происходит путем приложения внешней силы от привода тормоза; 2) нормально замкнутый тормоз, когда тормозные поверхности кон- тактируют между собой с необходимым давлением при отсутствии внешней силы от привода за счет силы сжатия пружины или рычажно-грузового устройства. Освобождение такого тормоза происходит под действием его привода, преодолевающего действие пружин или груза. Все перечисленные тормоза могут иметь привод, выполняющий работу, равную произведению силы, необходимой для создания тормозного эффекта,
134 Приводы тормозных устройств Разд. 4 на путь перемещения поверхности трения, достаточный для выполнения га- рантированной операции (торможения или растормаживания). Тормоза на кранах могут быть с непосредственным воздействием оператора (ручные или ножные) и с механическим приводом. В настоящее время в большинстве крановых тормозов с механическим приводом используются либо электро- магниты, либо электрогидравлические толкатели и только мощные ленточные тормоза имеют гидравлические или моторные приводы. Приводы тормозов могут иметь два исполнения: короткоходовой, у ко- торого рабочий ход равен или близок к пути перемещения тормозных по- верхностей, и длинноходовой, у которого рабочий ход в несколько раз больше пути перемещения тормозных поверхностей. Естественно, что усилия, разви- ваемые приводами короткоходовых тормозов, должны быть одного порядка с суммарным усилием, действующим на фрикционные поверхности, а усилие длинноходовых приводов может быть настолько меньше необходимого усилия торможения, насколько ход привода тормоза больше зазора между поверх- ностями торможения. В грузоподъемных машинах тормоз является важнейшим элементом, обеспечивающим безопасность эксплуатации, поэтому наиболее важные усло- вия выбора, установки и функционирования тормозов регламентированы дей- ствующими правилами безопасной эксплуатации кранов, утвержденных Гос- гортехнадзором, В соответствии с этими правилами каждый подъемный ме- ханизм грузоподъемной машины должен снабжаться нормально замкнутым тормозом, расположенным на таком участке кинематической схемы, который имеет неразъемную под нагрузкой связь с выходным валом передаточного механизма. Подъемные механизмы, которые служат для перемещения жид- кого металла или взрывоопасных грузов, должны иметь два нормально за- мкнутых независимых тормоза. Наличие в кинематической цепи двух тормо- зов обязательно также для двух двигательных механизмов при аварийном механическом отключении одного из двигателей. Основным параметром тормоза является гарантированно развиваемый им тормозной момент. Тормозной момент определяется усилием на измери- тельном рычаге, при котором начинается проскальзывание шкива или дисков тормоза. Согласно правилам Госгортехнадзора каждый из установленных на ме- ханизме механических тормозов должен удерживать груз, составляющий 125 % номинального, при его остановке только с помощью этого тормоза. С учетом того что коэффициент трения асбестовых материалов может ме- няться в зависимости от температуры поверхности до 30 %, тормоз в холод- ном состоянии должен развивать тормозной момент, составляющий не менее 150 % номинального, т. е. коэффициент запаса тормозного момента должен быть не ниже 1,5 расчетного момента, который определяется формулой Р 1=3 Т» (4.1) где Мт.р — расчетный момент тормоза, Н-м; QHOm — номинальная грузоподъ- емность, кг, у механизмов подъема или максимальное тяговое усилие в ка- нате лебедки механизма стрелы; vH0M — номинальная скорость подъема или
§4.1 Классификация и выбор параметров тормозных устройств 135 скорость каната лебедки стрелы, м/с; nHOM. т — номинальная частота враще- ния тормозного шкива, соответствующая скорости Г7Яом, об/мин; rj — КПД механизма при номинальной нагрузке. С учетом режимов работы механизмов различного назначения тормозные моменты тормозов должны быть равны = К3, т^т, р» (4.2) где К3, т — коэффициент запаса тормоза (табл» 4.1). Т аблица 4.1. Коэффициенты запаса тормозов Группа режимов Механизм подъема Механизм изменения вылета стрелы один тормоз два тормоза 1М —ЗМ 1.5 1,25 1,5 4М 1,75 1,25 1,5 5М 2 1,25 1,5 6М 2,5 1,25 1,5 Примечания: !. При двух тормозах на каждом приводе и двух приводах я более у механизма коэффициент запаса каждого тормоза должен быть не менее 1,1, 2. Если применяются два тормоза и более, то запас торможения устанавливается в предположении, что весь груз удерживается одним тормозом. Выбег при торможении механизма подъема, по которому устанавли- вается предельное положение грузового крюка по отношению к настилу те- лежки или верхнему блоку с учетом требований правил Госгортехнадзора, Smin — ^дв^о^ном 16МТ 4“ ^ном^^м 4" 0,2, (<3) где УДв — момент инерции электродвигателя, кг-м2; nQ — синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин, или частота вращения холостого хода; — установленный тормозной момент тормоза; Д/м — время от момента срабатывания конечного выключателя до начала механического торможения, — 0,12 + здесь G — время срабатывания тормоза, определяется по табл. 4.10, 4.12. Тормозной момент тормозов, устанавливаемых на механизмах горизон- тального перемещения, определяется исходя из условий обеспечения удер- жания механизма при наибольших внешних статических нагрузках (ветре, уклоне и т. п.) с учетом задаваемого выбега и отсутствия нарушения сцеп* ления колес с рельсами 5,5 (G + Q) v? 94<paGyrT) Мт’ Р = (S - игД/м) m/ip ± Мст max < (4.4) где MCTtnax — максимальный момент статической нагрузки, Н-м, для проверки выбега, действующий в направлении движения (—); для проверки по сцеп- лению (4-) на один двигатель; S — установленный допустимый выбег, м; vB — номинальная скорость горизонтального передвижения, м/с; т — число
136 Приводы тормозных устройств Разд. 4 механизмов с тормозами; пр — расчетная частота вращения электродвигателя, соответствующая пг, об/мин; ср — коэффициент трения, в помещении ср = 0,2, на открытом воздухе ср = 0,12; а — отношение числа тормозящихся колес к общему числу колес. При несоблюдении неравенства должны быть увеличены либо устанав- ливаемый выбег S, либо отношение числа тормозящихся колес к общему числу колес. При применении нормально разомкнутых тормозов для механизмов го- ризонтального перемещения условия выбора тормозного момента аналогич- ны. Важным параметром, определяющим работоспособность тормоза, является соответствие его режима работы фактической продолжительности включения. Привод нормально замкнутого тормоза в течение всего времени работы ме- ханизма должен быть включен. Таким образом, должно соблюдаться соот- ветствие по времени включения и режиму работы между приводным электро- двигателем и тормозом. Это относится к тем механизмам, у которых нало- жение тормоза происходит одновременно с отключением электродвигателя. У ряда механизмов, имеющих свободный выбег после отключения элек- тродвигателя, наложение тормоза должно происходить только при срабаты- вании защиты или по команде оператора-крановщика. Приводы таких тор- мозов должны быть рассчитаны на продолжительное включение. В табл. 4.2 приведены рекомендуемые значения продолжительности включения приводов тормозов для различных крановых механизмов. Приводы тормозов перемен- ного тока, гидротолкатели, а также приводы тормозов постоянного тока па- раллельного возбуждения при рекомендованных в табл. 4.2 продолжитель- ностях включения должны обеспечивать тяговые усилия, достаточные для растормаживания при питающем напряжении не менее 85 % номинального в установившемся тепловом режиме. Таблица 4.2. Рекомендуемые режимы работы приводов тормозов Механизм Продолжительность включения при режимной группе механизма, % IM-—3M 4М 5М 6М Подъем крюковых крапов 25 * 40 40 60 Подъем грейферных кранов — — 60 100 Изменение вылета стрелы 25 25 40 40 Поворот портальных кранов 100 100 100 100 Поворот стреловых кранов, в том числе самоходных 25 25 40 Горизонтальное передвижение мо- стовых и козловых кранов и пе- регружателей со свободным вы- бегом 100 100 100 100 Горизонтальное перемещение кра- нов с точной остановкой 25 * 40 40 40 Передвижение башенных и порталь- ных кранов 25 25 25 ♦ Привод должен допускать непрерывное включение в течение 30 мин.
§4.1 Классификация и выбор параметров тормозных устройств 137 При применении приводов тормозов постоянного тока последовательного возбуждения необходимо учитывать, что растормаживание механизма долж- но происходить на первых рабочих положениях схем управления крановыми электроприводами, т. е. при токах, составляющих 40—60 % номинального тока катушки тормоза при расчетной продолжительности включения, по- этому при выборе приводов тормозов последовательного возбуждения необ- ходимо определить номинальный ток катушки, используя данные табл. 4.2, а усилия привода тормоза установить с учетом минимального тока включе- ния тормоза, составляющего 40—60 % номинального тока катушки. Теплоотдача при торможениях осуществляется со всех поверхностей тор- мозного шкива и колодок, но при этом более интенсивный нагрев происхо- дит в зоне тормозных колодок. По результатам экспериментов установлено, что при сложном характере нагрева в качестве расчетной теплоотдающей поверхности можно принять наружную поверхность тормозного шкива. Мак- симальная рабочая температура фрикционных поверхностей при торможении не должна превышать 150 °C, так как при большей температуре резко па- дает коэффициент трения поверхностей. Этой температуре соответствует теп- лоотдача с поверхности периодически вращающегося шкива около 0,2 Вт/см\ При стабильной геометрии тормозных элементов допустимая мощность потерь на трение, Вт, которая может быть рассеяна колодочными тормозами при температуре т 150 СС, может быть определена по формуле ДРдоп = 360DT (1CZ) +1). (4.5) где D? — диаметр тормозного шкива, м. В свою очередь действительная мощность потерь, Вт, при торможении с помощью механических тормозов может быть вычислена по формуле ЛР = 1.52 £ /общп2р,УтМт 2 • IO5!)’ где У, /Общ — суммарный момент инерции всех элементов системы, прнве- денный к валу тормоза, кг-м2; NT— число торможений в час, равное для режима работы механизма 4М—120, для режима 5М — 240, для режима 6М— 360; DP — диапазон регулирования системы электропривода, характе- зующий, с какой средней частоты вращения начинается торможение. Значение фактически рассеиваемой мощности, определенной по (4.6), должно быть ниже допустимой мощности, вычисленной согласно (4.5). При несоблюдении этого условия необходимо либо увеличить размер тормоза, либо снизить скорость начала торможения, т. е. обеспечить повышение диа- пазона регулирования скорости. Приведенный выше тепловой расчет отно- сится к открытым тормозам. Допустимая мощность закрытого тормоза мо- жет быть меньше приведенной на 25—50 %. При применении пристроенных к двигателю дисковых тормозов их теп- ловая проверка обязательна, так как теплоотдача дисковых тормозов благо-
138 Приводы тормозных устройств Разд. 4 даря особенностям их конструкции не превышает 0,1 Вт/см2. Данные по допустимым значениям рассеиваемой мощности дисковых тормозов приве- дены в [32] и каталогах. 4.2. ТОРМОЗНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Одним из наиболее надежных и универсальных приводов крановых тор- мозов являются короткоходовые электромагниты постоянного тока. Для тор- мозов с диаметром шкива 100, 200 и 300 мм применяются электромагниты серии МП, представляющие собой самостоятельную конструкцию с прямо- ходовым перемещением якоря до 4,5 мм. Общий вид электромагнита серии МП и его габаритные размеры даны в табл. 4.3. Для более крупных тормозов с диаметрами шкива от 400 до 800 мм магнитопровод электромагнита с поворотным якорем представляет собой часть механической конструкции тормоза. В магнитопровод вклады- вается катушка, представляющая собой самостоятельное изделие в виде тороида, заформованного эпоксидным компаундом (табл. 4.4). Т а б л и ц а 4.3. Габаритные размеры, мм, и масса электромагнитов серии МП Тип электро- магнита D1 £>2 D3 Нг Масса, кг МП 101 70 14 126 132 32 135 9 МП 201 110 18 170 178 60 180 20 МП 301 140 24 214 223 90 220 36 Электромагниты МП, а также электромагнитная часть тормозов ТКП имеют степень защиты от внешних воздействий IP44, кроме выводов, кото- рые должны защищаться путем установки на тормозе соответствующей пе- реходной коробки. Технические данные тормозов серии ТКП с приводом от электромагни- тов МП приведены в табл, 4,5, а технические данные тормозов ТКП 400 —
§ 4.2 Тормозные электромагниты постоянного тока 139 _________________________________ 1*5 Таблица 4.4. Габаритные размеры, мм, и масса катушек тормозов ТКП Тип тормоза в2 н. н2 Di Dz Масса, кГ ТКП 400 105 90 94 287 161 230 16 ТКП 500 125 95 86 366 186 300 27 ТКП 600 158 100 88 428 221 360 38,5 ТКП 700 158 140 88 504 256 435 52 ТКП 800 220 155 88 572 311 500 81 Примечав I и е. Для всех типов тормозов Bi *= 1,5 мм. ТКП 800 и их электромагнитов — в табл. 4 6. Габаритные размеры серийных тормозов ТКП и ТКТ даны в табл. 4 7 и 4.8. Гарантированное растормажи- вание обеспечивается при 80 % номинального напряжения и нагретой катушку для электромагнитов параллельного возбуждения и при токах 60 или 40 %* номинального; катушки для электромагнитов последовательного возбуждения серии МП выпускаются на напряжение ПО или 220 В соответственно для режимов ПВ = 25, 40 и 100 %. Катушки тормозов ТКП имеют только одно исполнение: ПО В, ПВ == 25 %. Для других режимов и напряжений последо- вательно с катушкой должен включаться резистор (табл. 4.9). Для ускорения срабатывания электромагнитов МП катушки их следует включать через добавочный резистор, применяя катушку ПО В для сети 220( 440 В. Дальнейшее снижение времени срабатывания может быть достигнуто за счет форсировки, т. е. кратковременного включения электромагнита на двукратное напряжение. Ориентировочное время срабатывания электромаг- нитов МП и ТКП приведено в табл. 4.10. В целях снижения времени отпада- ния электромагниты не имеют разрядных резисторов, и их катушки рассчи- таны на возникающие при отключении перенапряжения. Номинальные токи катушек электромагнитов МП и ТКП последовательного возбуждения при- ведены в табл. 4.11. Если при использовании электромагнита последовательного возбуждения минимальный ток электропривода окажется меньше значения, указанного
140 Приводы тормозных: устройств Разд. 4 Т аблица 4.5. Технические данные тормозов серии ТКП с электромагнитами серии МП Электромагнит Тормоз Тип Параллельное возбуждение Последовательное возбуждение Тип i Диаметр шкива, мм Расчетный ход, мм Максимальный ход, мм Тормозной момент, Н-м Режим рабо- ты, ПВ, % Тяговое уси- лие, Н — Потребляемая мощность, Вт Режим рабо- ты, ПВ, % Тяговое уси- лие, Н, при 0,6/ ’ z ном Тяговое уси- лие, Н, при О’^ном 25 280 95 - 1 1 ТКП 100 100 1.2 3 20 МП 101 40 230 65 — * 16 100 95 23 * 8 ю сч 280 95 1 .1 W — ТКП 200/100 200 1,2 3 40 МП 101 40 230 65 — 32 100 95 23 * 16 25 960 180 25 900 ТКП 200 200 2,0 4 160 МП 201 40 780 130 40 600 125 120 100 320 45 —* ” 300 54 25 960 180 25 900 ж * * ТКП 300/200 300 2,0 4 240 МП 201 40 780 130 40 600 190 145 100 320 45 40 300 80 25 2000 285 25 2000 ТКП 300 300 2,5 4,5 500 —— — 25 — 1350 340 МН 301 40 1650 170 40 1650 - 420 — i 40 — 1050 250 100 700 70 — *— 170 Примеча н и е. Ресурс тормозов ТКП — 4 • 10е торможений. в табл. 4.11, то следует учесть, что при сниженном токе для обеспечения уве- ренного растормаживания необходимо снизить усилие пружины и тормозной момент пропорционально снижению тока по отношению к указанному в таб- лицах значению. При этом минимальный ток электропривода должен соответ- ствовать возможному снижению напряжения сети до 85 % номинального. Все типы электромагнитов МП и ТКП могут быть изготовлены в исполнении У2, Т2, ХЛ2. Тормоза серии ТКП с короткоходовыми электромагнитами постоянного тока обладают наивысшей надежностью среди всех типов колодочных тор*
Тормозные электромагниты постоянного тока 141 Таблица 4.6. Технические данные тормозов серий ТКП 400 — ТКП 800 Электромагнит Тормоз Параллельное возбуждение Последовательное возбуждение Тип ТКП 400 g Диаметр шкива, мм Расчетный год, мм оэ Максимальный ход, мм 3 35 О 3 о и СП О Ms НЕ 1500 1200 550 о ю ..с Й S' о. SCQ sC * . <u 3 Ь н 25 40 100 S о й) О н-м ГО О - Он си К S н ч 9600 7800 3600 g g О® Потребляемая ид о о мощность, Вт 4^ Фх ю Режим рабо- о о сл ты, пв, % <j о Тяговое уси- I <2° о лие, н, при 8 § О-6 'ном оо Тяговое уси- I 1 лие, Н, при 8 0.4'ном 25 40 100 12 900 9800 4500 960 690 395 25 40 40 12 900 9800 5400 ТКП 500 500 1,7 3,5 2500 1900 1000 850 25 40 100 25 40 100 21 500 15 200 6900 29 400 21 100 10 300 1260 890 520 1770 1290 750 25 40 40 25 40 40 21 500 15 200 29 400 21 100 12 000 12 000 ТКП 600 ТКП 700 600 700 2 2,2 4 4,5 5000 3550 2050 1550 8000 5750 3250 2800 25 40 100 40 300 29 400 14 100 2320 1680 965 25 40 40 40 300 2Э 400 16 200 ТКП 800 800 2,5 1 5,0 1 12 590 9100 5050 4400 Примечания: 1 Потребляемая мощность относится к напряжению 110 В. 2, Сопротивление катушек тормоза, Ом ТКП 400 . ............... • • 14>2 ТКП 500 .............., 12 6 ТКП 600 .................. . . 9.6 ТКП 700 918 ТКП 800 5,2
142 Приводы тормозных устройств Разд. 4 1 аб л иц а 4.7. Габаритные размеры, мм, и масса тормозов серий ТКП, ТКТ с диаметром шкива до 300 мм Тип 1 h н h А «1 В Ь S D d Масса, кг ТКТ 100 398 300 195 218 100 110±0,5 40 130 70 4 100 13 13 ТКП 100 353 300 223 274 100 110± —0,5 40 132 70 4 100 13 16 ТКТ 200/100 546 394 255 356 170 175 ±0,5 60 130 90 7 200 18 25 ТКТ 200 660 394 322 367 170 175 ±0,5 60 177 90 7 200 18 35 ТКП 200/100 501 394 283 414 170 175 ±0,5 60 -132 90 7 200 18 30 ТКП 200 546 394 328 437 170 175 ±0,5 60 178 90 7 200 18 37 ТКТ 300/200 796 550 389 507 240 250 ±0,5 80 177 120 9 300 22 70 ТКП 300/200 681 550 396 577 240 250 ±0,5 80 178 120 9 300 22 75 ТКП 300 718 550 436 J 600 240 250 ±0,5 80 223 120 9 300 22 90 мозов благодаря высокой надежности и износостойкости их электромагнит-» ных приводов и достаточному запасу хода, компенсирующему износ колодок. При правильном выборе и хорошей профилактике может быть реально до- стигнута вероятность безотказной работы приводов тормозов 0,99 за год эксплуатации. Износостойкость электромагнитов, равная 5-Ю6 циклов В — О, несколько выше износостойкости остальных элементов конструкции тормоза, что также позволяет рассчитывать на высокую надежность конструкции в целом. Тор* моза ТКП могут устанавливаться как с горизонтальной осью шкива, т. е. в нормальном положения, так и с вертикальной осью шкива. В настоящее время ведутся работы по повышению износостойкости электромагнитов МП до 10* 10е циклов В —О и улучшению корпусной изоляции катушек, что позволит довести срок службы электромагнитов без ремонта до выработки полного ресурса крановым механизмом.
§ 4.3 Тормозные электромагниты переменного тока 143 Талбица 4.8. Габаритные размеры, мм, и масса тормозов ТКП с диаметрами шкива свыше 300 мм Недостатками электромагнитов является относительно высокое время срабатывания (в основном для крупных тормозов), необходимость иметь ис- точник питания постоянного тока и тяжелые условия коммутации цепей крупных тормозов. Поэтому для коммутации цепей тормозов ТКП 400 — ТКП 800 целесообразно применять специальные контакторы с дугогаситель- ными катушками, рассчитанными на токи 5—25 А, например контакторы КПД 111, КПД 121. Необходимо иметь также в виду, что в связи с возра- станием усилия электромагнита по мере движения якоря происходит удар якоря о магнитопровод при растормаживании тормоза( 4.3. ТОРМОЗНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Одним из самых распространенных приводов крановых тормозов явля- ются короткоходовые электромагниты переменного тока. В настоящее время промышленностью изготовляются короткоходовые электромагниты с одно- фазным питанием переменного тока двух типов: МО 100 — для тормозов со шкивами диаметром 100 и 200 мм в исполнении У2, Т2 и ХЛ2; МО 200—« для тормозов со шкивами диаметром 200 мм в исполнении У2 и ХЛ2, Элек-
144 Приводы тормозных устройств Разд. 4 Таблица 4.9. Технические данные добавочных резисторов к электромагнитам и тормозам постоянного тока Тип электро Магнита и тормоза Напряжение се- ти постоянного тока, В Режим работы, ПВ, % Добавочное соп- ротивление, Ом Ток добавочного сопротивления, А Тип ящика резисторов Каталожный номер ящика резисторов МП 101 220 100 600 0,35 ПЭВ 100-570 МП 201 220 100 300 0,7 ПЭВ 100—150 (2 шт.) —* МП 301 220 100 200 1 ПЭВ 100—65 (3 шт.) 1 ПО 40 6 4,6 ИРАК 434.331.003.01 но 100 20 3 ИРАК 434.331.003.30 ТКП 400 220 25 20,7 6 БК12У2 ИРАК 434.331.003 30 220 40 30 4,6 ИРАК 434.331.003 30 220 100 60 3 ИРАК 434.331.003 36 НО 40 5 5 ИРАК 434.331.003.01 110 100 18 3,2 ИРАК 434.331.003.01 ТКП 500 220 25 17,6 7 БК12У2 ИРАК 434.331.003.30 220 40 30 5 ИРАК 434.331 003 30 220 100 55 3.2 ИРАК 434 331.003 30 ПО 40 4 7 ИРАК 434.331.003 01 ПО 100 14 4,5 ИРАК 434.331.00130 ТКП 600 220 25 13,6 9 БК12У2 ИРАК 434 331.003 36 220 40 20,2 7 ИРАК 434 331.003 30 220 100 40,5 4,5 ПО 40 2,55 10 ИРАК 434.331.003 01 НО 100 9,35 7 ИРАК 434.331.003 30 ТКП 700 220 25 9,5 12,5 БК12У2 ИРАК 434.331.003 01 2’20 40 14,3 10 ИРАК 434.331.003 30 220 100 27,6 7 ИРАК 434.331.003.30 110 40 2 12 ИРАК 434 331.003 01 по 100 7,35 8 ИРАК 434.331.003.30 ТКП 800 220 25 8 15 БК12У2 ИРАК 434.331.003 30 220 40 12,2 12 ИРАК 434.331.003 01 220 100 24 8 ИРАК 434.331.003 01 Примечание. Резисторы ПЭВ 100 рекомендуется устанавливать на асбоцемент- ных панелях толщиной 15—20 мм,
Тормозные электро магниты переменного тока 145 Таблица 4.10, Время срабатывания электромагнитов серии МП и тормозов серии ТКП Тип электро- магнита и тормоза Время включения, с Время отпадания, с без добавоч- ного резис- тора с добавочным резистором с форсиров- кой при питании от сети постоянного тока при питании от выпрями- теля МП 101 0,25 0,15 0,1 0,1 0,2 МП 201 0,4 0,25 0,15 0,15 0,3 МП 301 0,5 0,35 0,25 0,25 0,5 ТКП 400 1,3 0,8 0,5 0,3 0,6 ТКП 500 1.8 1,3 0,6 0,3 0,6 ТКП 600 2,0 1,4 0,7 0,4 — — ТКП 700 2,3 1,5 0,9 0,5 ТКП 800 2,5 1,6 1,0 0,6 —« Таблица 4.11. Номинальные токи катушек последовательного возбуждения электромагнитов серии МП и тормозов серии ТКП Тип электро- магнита и тормоза Номинальный ток, А Тип электро- магнита и тормоза Номинальный ток, А ПВ==25 % ПВ = 40 % ПВ —25 % ПВ*=40 % МП 201 13 20 32 50 10,3 15,8 25,3 39,5 ТКП 500 156 245 383 123 193 302 ТКП 600 162 233 395 490 600 128 184 312 387 475 МП 301 41,5 52 65 81,5 97,5 119 163 194,5 226 32,8 41 51,4 64,4 77 94 129 153,5 179 ТКП 700 234 555 910 705 185 458 720 555 КП 4 00 75 108 149 179 208 268 59 85,5 118 141 164 212 ТКП 800 460 1050 363 830
146 Приводы тормозных устройств Разд. 4 тромагниты имеют шихтованный магнитопровод из электротехнической стали и поворотный якорь, который при включении электромагнита нажимает на приводной шток тормоза, обеспечивая растормаживание. Катушка электро- магнита укреплена на неподвижной части магнитопровода. Она имеет пласт- массовый каркас и намотана из алюминиевого эмалированного провода. Общий вид и габаритные размеры электромагнитов МО 100Б и МО 200Б приведены на рис. 4.1. Электромагниты используют в качестве привода унифи- Рис. 4.1. Электромагниты МО 100Б и МО 200Б (в скобках указаны размеры МО 200Б) цированных тормозов ТКТ, габаритные размеры которых приведены в табл. 4.7. Тормоза могут устанавливаться как с горизонтальной осью шкива, т. е. нормально, так и с вертикальной осью шкива. Технические данные тор- мозов ТКТ и их электромагнитных приводов приведены в табл. 4.12. Из-за отсутствия демпфера при включении электромагнитов возникает сильный удар якоря о магнитопровод, передающийся на элементы крепления электромагнита и ось якоря. С увеличением размеров магнита усилия на- столько возрастают, что не могут быть обеспечены надлежащая прочность и износостойкость магнита. Последнее обстоятельство ограничивает возмож- ность применения короткоходовых электромагнитов переменного тока только для тормозов со шкивами до 200 мм. Электромагнит МО 100Б является наиболее надежным из этой группы. Его износостойкость составляет до 2,5-106 циклов В —О. Электромагнит МО 200Б имеет несколько более низкую износостойкость — до 1,5-106 цик- лов В—О. Электромагниты МО допускают в час до 600 включений, однако
5 4.4 Электрогид рае лические толкатели 147 Таблица 4.12. Технические данные тормозов серии ТКТ с приводом от электромагнитов серии МО Тормоз Электромагнит Тип Диаметр шкива, мм Тормозной мо- мент, Н*м Тип Режим работы, ПВ, % Полная мощ- ность. В* А Потребляемая мощность, Вт Момент электро- магнита, Н*м Угол поворота якоря Момент от веса якоря электро- магнита, Н’М в момент включе- ния во вклю- ченном состоянии ТКТ 100 100 20 11 МО 100Б 40 100 2000 1100 400 190 140 70 5,5 3 7°30' 0,5 0,5 ТКТ 200/100 200 40 22 МО 100Б 40 100 2000 1100 400 190 140 70 5,5 3 7°30' 0,5 0,5 ТКТ 200 200 160 80 МО 200Б 40 100 6800 4000 1350 650 450 225 40 20 5°30' 3,6 3,6 ТКТ 300/200 300 240 120 МО 200Б 40 100 6800 4000 1350 650 450 225 40 20 5°30' 3,6 3,6 учитывая их ограниченную износостойкость, применение этого вида привода следует ограничивать случаями, когда число включений не более 300 в час для электромагнитов МО 100Б и не более 150 в час для электромагнитов МО200Б. При этих режимах работы и колебаниях напряжения сети, не вы- ходящих за пределы 85—105 % номинального, электромагниты имеют вероят- ность безотказной работы около 0,95 за 1 год эксплуатации. Собственное время включения электромагнитов около 0,03 с, время отпадания 0,02 с, cos ф около 0,35. Катушки электромагнитов имеют исполнения на напряже- ние 220 и 380 В, 50 Гц, при этом для каждого из напряжений имеются исполнения для режимов работы ПВ = 40 и 100 %. Для использования при напряжениях 440 В, 60 Гц или 380 В, 60 Гц необходимо применять специ- альные исполнения электромагнитов. Тормозные устройства с длинноходовыми электромагнитами в настоящем справочнике не рассматриваются ввиду ред- кого их использования. Сведения по ним имеются в [52]. 4.4. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТОЛКАТЕЛИ Электромагниты переменного тока обладают рядом недостатков, глав- ными из которых являются: 1) относительно малая износостойкость, достаточная лишь для тормозов малого размера; 2) сильные удары при включении, не полностью амортизируемые даже специальными демпфирующими устройствами;
148 Приводы тормозных устройств Разд. 4 3) значительные токи включения, в 7—30 раз превышающие значение номинального тока в замкнутом состоянии; 4) быстрый и трудно контролируемый выход из строя катушки при случайном заедании системы в разомкнутом состоянии. В связи с этим уже много лет назад было начато широкое внедрение длинноходовых электрогидравлических тол- для привода крановых тормозов Рис. 4.2, Электрогидравлический толкатель кателей. Электрогидравлический толка- тель представляет собой комплектное устройство, включающее электродвига- тель, центробежный насос и гидроци- линдр с поршнем. Последний обеспечи- вает поступательное движение штока с определенным усилием при вращении рабочего колеса насоса с помощью электродвигателя. Общий вид электро- гидравлического толкателя приведен на рис. 4.2. Изготовляемые в настоящее время серийно одноштоковые электро- гидравлические толкатели с тяговыми усилиями от 160 до 800 Н подобны друг другу и отличаются лишь отдель- ными конструктивными элементами. Как видно из рис. 4.2, в нижней части электрогидравлического толкателя раз- мещен асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, на вал которого на- сажено колесо центробежного насоса. При вращении вала электродвигателя давление, развивающееся в наполненной маслом камере насоса, перемещает поршень со штоком вверх до тех пор, пока не откроются каналы в ци- линдре и масло не будет перетекать в нижню часть. Все устройство гермети- зировано уплотнениями, а обмотка элек- тродвигателя пропитана маслостойкими лаками. Более мощные двухштоковые электрогидравлические толкатели состоят из тех же основных элементов. Существенным отличием их конструкции является верхнее расположение электродвигателя и вынужденное поэтому применение двух штоков. Электродвигатели толкателей имеют обмотки на напряжение 220 или 380 В, 60 Гц. Специальные исполнения толкателей изготовляются для сетей с частотой 60 Гц и напряжением 440 или 415 В. Электрогидравлические толкатели рассчитаны на продолжительное непрерывное включение и до- пускают при этом до 100 включений в час. При снижении ПВ до 60 % тол- катели допускают 600 включений в час.
Элрктрогцдравлические толкатели 149 Таблица 4.13. Технические данные тормозов ТКГ с приводом от электрогидравлических толкателей Тормоз Тип Диаметр шкива, мм Отход коло- док, мм Тормозной момент, Н-м ТКГ 160 160 1,2 100 ТКГ 200 200 1,2 300 ТКГ 300 300 1,5 1,8 800 ТКГ 400 400 1500 ТКГ 500 500 1,5 2500 Тип Электрогидравлический толкатель ста» ТЭ 16—2М 160 25 0,35 0,28 0,11 2850 0,46 1Л ТЭ 25 250 32 0,35 0,3 0,13 2850 0,46 1,8 ТЭ 50 500 50 0,5 0,37 0,2 2850 0,7 3,5 ТГМ 80 800 50 0,55 0,37 0,2 2850 0,7 5 ТГМ 80 800 50 0,6 0,4 0,2 2850 0,7 5 Т аблица 4.14. Габаритные размеры, мм, и масса тормозов ТКГ Тип L I h н h А Ai В Bi S D d Масса* кг ТКГ 160 490 230 415 144 200 72 50 201 116 70 6 160 13 25 ТКГ 200 608 397 436 170 350 175 60 213 130 90 7 200 18 35 ТКГ 300 772 560 550 240 500 250 80 232 130 140 12 300 22 80 ТКГ 400 940 630 330 620 320 340 170 68 232 130 180 ПО 400 22 120 ТКГ 500 1160 710 400 735 400 410 205 85 232 130 200 70 500 27 155
150 Приводы тормозных устройств Разд, 4 Технические данные тормозов серии ТКТ с приводом от электрогидрав- лических толкателей приведены в табл. 4.13, габаритные размеры — в табл. 4.14. Тормоза могут устанавливаться только с горизонтальной осью шкива. Общее максимальное время подъема и опускания штока толкателя приведено в табл. 4.13. При этом у одноштоковых толкателей около 0,1 с при подъеме затрачивается на разгон электродвигателя. Остальное время идет на движение штока. При опускании штока около 0,2 с идет на снижение давления при неподвижном штоке, а остальное время затрачивается на дви- жение штока. Таким образом, при сокращении пути движения штока общее время подъема и опускания штока может быть снижено на время, пропор- циональное изменению длины хода, но подготовительное время при этом сохраняется. Снижение противодействующего усилия на шток вдвое также сокращает вдвое время движения штока при сохранении подготовительного времени. Нормальное положение электрогидравлического толкателя — вертикаль- ное штоком вверх. При этом допускается наклон при работе в любую сторону на 15—20°. Внешним элементом обеспечения надежной работы электрогид- равлических толкателей является применение масляного наполнения необхо- димой чистоты и соответствующего сорта. При отгрузке с завода-изготови- теля толкатели заполняются трансформаторным маслом по ГОСТ 982-80, которое обеспечивает нормальную эксплуатацию при температурах окружаю- щей среды от —15 до +50 °C. Для эксплуатации толкателей при температу- рах от —40 до +15 °C должно применяться масло АМГ-10 согласно ГОСТ 6794-75. Электрогидравлические толкатели не могут эксплуатироваться без периодической смены масла. Они также непригодны для категории ХЛ2. Эксплуатация в категории Т2 допускается, но при температуре не выше +45 °C. Износостойкость толкателей в основном определяется целостностью уплотнения и соответствием подшипников. Срок службы электрогидравличе- ских толкателей составляет 10 лет при числе циклов В — О около 4-10в. Однако при этом требуются контроль и замена уплотнений, а также регу- лярный контроль чистоты масла и его объема. Вероятность безотказной работы электрогидравлических толкателей ко- леблется в весьма широких пределах: от 0,93 при эксплуатации в катего- рии УЗ и постоянной положительной температуре и нормальной влажности до 0,85 за 1 год эксплуатации на открытом воздухе в категории У2. Наибо- лее предпочтительными условиями эксплуатации электрогидравлических тол- кателей является категория УЗ или ТЗ. Поскольку основным рабочим элементом электрогидравлических толка- телей является короткозамкнутый электродвигатель, то обеспечение его на- дежной работы может быть достигнуто только при надлежащей защите. Наи- более опасным для толкателей режимом является обрыв одной фазы, про- изошедшей перед включением. При однофазном включении электродвигатель будет стоять под током, что в результате перегрева может привести к возго- ранию масла, поэтому при применении толкателей каждый из них необходимо защищать либо автоматическими выключателями с мгновенной и тепловой
Тиристорные преобразователи постоянного тока 151 защитой, либо защитой в двух фазах тепловыми реле, причем номинальный ток тепловой защиты должен быть не более 1,2 номинального тока электро* гидравлического толкателя. РАЗДЕЛ 5 КРАНОВЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 5.1. ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Назначение. Принцип действия. Тиристорные преобразователи (ТП) по- стоянного тока являются устройствами, преобразующими напряжение пере- менного тока в постоянное регулируемое напряжение посредством фазоим- пульсного управления тиристорами. В крановых электроприводах ТП осу- ществляют питание якорных цепей двигателей постоянного тока и их обмоток возбуждения. Преобразователи для крановых электроприводов выполняются однофазными и трехфазными. На рис. 5.1 приведены схема /и-фазного нуле- вого ТП, подключенного на якорную обмотку двигателя, и диаграммы изме- нения токов и напряжения в системе для трехфазного нулевого ТП. Преобразователь включает в себя трансформатор Т с напряжением на вторичных обмотках — Um или токоограничивающий реактор на стороне переменного тока, выпрямительные блоки VI — Vm, сглаживающий реак- тор Тн в цепи якоря двигателя, а также элементы систем управления и защиты ТП. Регулирование среднего значения выпрямленного напряжения осуществляется путем изменения угла управления тиристоров ос или р. По- казанный на диаграммах угол коммутации у характеризует период времени, в течение которого ток проходит одновременно по двум тиристорам. Тиристорный преобразователь обеспечивает работу в двух режимах: вы- прямительном и инверторном. В выпрямительном режиме двигатель потреб- ляет энергию из сети, а в инверторном, наоборот, энергия передается в сеть. В выпрямительном режиме ЭДС ТП и ток направлены согласно, в инвертор- ном — встречно. Источником тока в инверторном режиме является ЭДС якоря машины или индуктивность обмотки возбуждения. Перевод ТП из вы- прямительного режима в инверторный достигается изменением полярности на нагрузке посредством увеличения угла а сверх л/2. Для обеспечения режима инвертирования необходимо, чтобы закрываю- щийся тиристор успел восстановить свои запирающие свойства в течение времени приложения к нему отрицательного напряжения, т е. в пределах угла ф (рис. 5.1,г). В противном случае возможно опрокидывание инвертора, при котором возникает аварийный ток, поскольку ЭДС ТП и двигателя со- впадут по направлению. Для исключения опрокидывания необходимо выпол- нение соотношения р — у = ф >> б, где р = л — а — угол опережения от- крывания тиристоров; б — угол восстановления запирающих свойств тири- сторов.
J52 Крановые тиристорные преобразователи Разд, б Преобразователи могут выполняться в нереверсивном и реверсивном ис- полнениях соответственно с одним и двумя выпрямительными группами ти- ристоров. Нереверсивное исполнение ТП обеспечивает одностороннюю прово- димость тока в главной цели, а реверсивное — двустороннюю проводимость в в этом смысле аналогично силовой цепи системы генератор — двигатель* Рис. 5.1. Схема /n-фазного нулевого ТП (а) и диаграммы изменения тока и напряжения трехфазпого нулевого ТП в выпрямительном (б, в) и ин- верторном (г, (?) режимах Рис. 5.2. Схемы ТП постоянного тока: а—однофазная симметричная мостовая; б— трехфазная симметричная мостовая; в — трехфазная симметричная мостовая оеверсивная; г — трехфазная симметрич- ная мостовая с контакторным реверсом Управление группами тиристоров реверсивных ТП возможно совместное или раздельное. При совместном управлении сигналы управления подаются од- новременно на обе группы тиристоров. В этом случае одна из групп работает в выпрямительном, а другая подготовлена к работе в инверторном режимах либо наоборот. При раздельном управлении импульсы подаются только на ту группу тиристоров, которая в данный момент должна проводить ток. Преобразователи с совместным управлением группами тиристоров обла- дают большим быстродействием и более простой системой управления, од- нако требуют установки уравнительных реакторов для ограничения уравни- тельных токов, возникающих в замкнутом контуре, образуемом тиристор-
§5.1 Тиристорные преобразователи постоянного тока 153 ными группами. Поэтому в крановых электроприводах в основном применя- ются ТП с раздельным управлением, несмотря на усложнение схемы управ- ления, вызванное необходимостью введения в схему специального устрой- ства, переключающего группы вентилей при равенстве нулю тока ТП. Схемы ТП, применяемых для крановых электроприводов, приведены на рис. 5.2. Однофазные ТП (рис. 5.2, а) наряду с трехфазными (рис. 5.2,6) используются для управления током в обмотке возбуждения двигателей. Реверсивные трехфазные мостовые ТП по схемам 5.2, ваг применяются для управления якорными цепями двигателей. Связь ТП с сетью может осу- ществляться или с использованием трансформаторов, или через токоограни- чивающие реакторы. При этом габаритные размеры токоограничивающего реактора существенно меньше, чем габаритные размеры трансформатора, поэтому трансформатор следует использовать только при необходимости со- гласования напряжения двигателя с напряжением питающей сети. Схема рис. 5.2, г отличается от схемы рис. 5.2, в наличием контактного реверсора в цепи якоря. Управление реверсором выполняется таким обра- зом, что переключение его контакторов производится по сигналу от переклю- чающего устройства при отсутствии тока в цепи якоря. Электроприводы, вы- полненные с использованием такого ТП, наиболее просты. Однако из-за боль- шого времени переключения реверсора — от нескольких сотых до десятка долей секунды в зависимости от исполнения — они имеют сравнительно не- высокое быстродействие. Такие электроприводы целесообразно применять при мощностях до 1ЭО кВт и частоте включений, не превышающей 300 вклю- чений в час. При мощностях выше 100 кВт, когда время переключения кон- тактного реверсора становится относительно большим, а также для меха- низмов с частотой включений свыше 300 в час следует применять электро- приводы с реверсивными ТП с двумя встречно включенными группами вы- прямительных мостов по схеме рис. 5.2, в. Как было уже отмечено, ТП, ис- пользуемые для крановых электроприводов, имеют раздельное управление выпрямительными мостами, вследствие чего в схеме отсутствуют уравнитель- ные реакторы. Расчетные соотношения, характеризующие работу ТП, зависят от схемы выпрямления, характера нагрузки и режима работы ТП. Преобразователь может работать в двух основных режимах: прерывистого и непрерывного тока. В табл. 5.1 приведены основные расчетные соотношения, определяющие среднее значение выходного напряжения ненагруженного ТП £7П, значения токов и напряжений тиристоров, а также токов обмоток трансформатора. При этом максимальное значение среднего выходного напряжения ТП опре- делится выражением t/no sin-^j-, (5.1) где пг — число тактов выпрямления; U& — действующее значение фазного на- пряжения питания. Основными характеристиками ТП являются его регулировочная и внеш- ние характеристики, Регулировочная характеристика — это зависимость сред-
154 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 Т а б лиц а 5.1. Расчетные соотно Режим Схема выпрямления при активной нагрузке Непрерывный ток Прерывистый ток ^по Однофазная симметричная мостовая Трехфазная нулевая — Z7n0 cos а при а < л/6 sin при а > л/6 Трехфазная симметрич- ная мостовая Un = £7ПО cos а при а < л/3 Un = t/no л —---а л Примечание. В таблице приняты обозначения: STp — полная мощность транс вателя (ток нагрузки). него значения выходного напряжения ненагруженного ТП от угла управ- ления а. Внешние характеристики ТП представляют собой семейство зави- симостей среднего выходного напряжения от тока нагрузки Ua ~ f(Jn) при различных углах управления а. Внешние характеристики ТП существенно зависят от режима его работы. В режиме непрерывного тока регулировоч- ная характеристика при углах коммутации у = я/3, соответствующих ре- жиму переключения тиристоров, когда в проводящем состоянии оказываются две фазы ТП, представляется выражением Un — Uпо cos ct -f- п, (5.2) где ДС\о — падение напряжения на тиристорах; и — индуктивность рассеивания и активное сопротивление трансформатора или токоограничиваю- щего реактора, делителей и соединительных проводов (на стороне перемен- ного тока); соо — круговая частота питающего напряжения. Знак «—» относится к выпрямительному, «+» — к инверторному режи- ш мам. Величина -z—<ооДф определяет падение напряжения из-за перекрытия тиристоров в процессе коммутации и проявляет себя как эквивалентное ак- тивное сопротивление. В соответствии с (5.2) внешние характеристики ТП в зоне непрерывных токов представляются в виде прямых с постоянным на-
§5.1 Тиристорные преобразователи постоянного тока 155 шения в ТП постоянного тока работы Среднее значение выпрям- ленного напряже- ния при а=0 "по/^ф Максимальное значение обратного напряжения на тиристорах ^обр тпах/^ио Среднее значение тока тиристора *т, срАп Действую- щее значение тока тиристора /т//п Действующее (линейное) значение тока трансформа- тора (реактора) Коэффи- циент типовой мощности трансфор- матора ^тр/^дв, нои при индуктив- ной нагрузке ^1/Лт '2/'п 0,9 1,57 0,5 0,707 1 0,707 1,11 С7П"^ПО COSCC 1.17 2,09 0,33 0,58 0,82 0,58 1,345 2,34 1,045 0,33 0,58 0,82 0,82 1,045 форматора; Рдв ном —номинальная мощность двигателя; /п—выходной ток преобразо- клоном. При углах коммутации у л/3, соответствующих нагрузкам, зна- чительно превышающим номинальную, характер работы ТП изменяется н жесткость внешних характеристик резко падает. Угол коммутации определяется выражением у = arccos ТС СОоАф/п\ COS СС--------77---- I — а* m с/п0 / (5.3) В зоне инвертирования выражение (5.3) справедливо в диапазоне углов управления а л — (у + д), (5.4) где б — угол запаса при инвертировании, соответствующий времени полного восстановления запирающих свойств тиристоров после их закрывания. В соответствии с (5.4) предельный режим инвертирования характери- зуется выражением /7П — — Uno cos + *2^ (5.5) Переход в режим прерывистых токов происходит при относительно малых нагрузках, когда из-за ограниченной индуктивности поддержание непрерыв-* ного тока становится невозможным. Внешняя характеристика ТП теряет
156 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 свою жесткость и при /п, стремящемся к нулю, Un стремится либо к ампли- туде питающего напряжения Vmax при а а/m, либо к значению мгновен- ного напряжения питания в момент выключения тиристора, если а > л/т. Между режимами непрерывного и прерывистого тока существует граничный режим, когда к концу периода проводимости тиристора ток спадает до нуля, т, е. Хгр == 2л/т. Этот режим описывается уравнениями Uп, гр — ^по cos сс — At/то» Л1, гр — С/По sin а О>0 (Ан + ^ф) (5.6) (5.7) где Ln — индуктивность в цепи нагрузки. Ifl ЧП Un! Umax 0,826 08 У 0,675 0.6 09775 09 02519 02 -02 09 0.8 ор 50 ❖У 60 75 90 95 135 150 30 —0,2319 -0,9775 105 120 75 60 —0,675 —0,826 0.9 «и to -08 § 'max 08 Об 09 02 О -02 -09 -06 IS 60 75 О 90 60 Ц -0318 120 уз 43/ 95 i 30___]< 0,55 0999 0,318 0,163 30 -0999 —055 135 150 06 Ofi Оп f ^нг ^ф \ Рис. 5 3. Универсальные характеристики ту------=- f (--ту---Id ] в зоне и max \ vn / прерывистых токов для мостовых трехфазных (а) и однофазных (б) преоб- разователей Уравнения (5.6) и (5.7) представляют собой параметрические уравне- ния эллипса, дуга которого является геометрическим местом точек внешних характеристик ТП в граничном режиме. Эти уравнения справедливы лишь до определенного значения а, меньше которого возможен лишь прерывистый режим Указанные значения а равны 32° 20' при m — 2; 20° 40' для m = 3 И 10° 05' для m — 6. Аналитический расчет внешних характеристик ТП в области прерыви- стых токов весьма сложен, поэтому в инженерной практике обычно исполь- Un ( La £ф \ зуются универсальные характеристики 77----= И—ту-------<о0/п I построен- Umax ные для различных углов управления а. На рис. 5.3 приведены универсаль-
§5.1 Тиристорные преобразователи постоянного тока 157 ные характеристики ТП с т = 6 (рис. 5.3, а) и с т = 2 (рис. 5.3,6), а на рис. 5.4, а и б показаны внешние характеристики для этих же ТП —1 Un/Umax = f(/n). Выбор силовых элементов преобразователей. Выбор тиристоров произво- дится по значениям токов и обратных напряжений, приведенных в табл. 5.1. Приведенные там соотношения позволяют также выбрать питающий транс- Рис. 5.4. Внешние характеристики мостовых трехфазных (а) и одиофаз ных (б) преобразователей форматор или токоограничивающий реактор. При этом индуктивность токо- ограничивающего реактора рассчитывается исходя из соотношения = Umax!Iк тах> (5.Ь) где /к max — допустимый ударный ток короткого замыкания. Более сложным является выбор сглаживающего реактора, который осу* ществляется исходя из двух условий: ограничения до допустимого для дви- гателя уровня пульсаций тока; ограничения зоны прерывистых токов. Пуль- сации тока неблагоприятно сказываются на работе двигателей, ухудшая их коммутацию и увеличивая нагрев. Расчет проводится по основной гармонике пульсаций с учетом того, что влияние высших гармоник значительно меньше. Допустимое значение пуль- саций тока для крановых двигателей серии Д составляет 5—10 % номиналь- ного тока двигателя. Необходимое значение индуктивности якорной цели
158 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 с учетом допустимого уровня пульсаций /пульс составляет •Tj =s £Лтульс тах7(^^оЛгульс)> где ^пульс max — ^по cos & 2__1 tg2 • IL X (5.9) (5.Ю) Причем J/пульстах соответствует максимальному значению угла а. Индук- тивность сглаживающего реактора Др определяется как разность La — ЬЛ где Дя — индуктивность обмотки якоря, которая может быть найдена по формуле Д-ном-------, (5.11) ЗТ/я, ном^номР где k = 0,5 4- О’,в для некомпенсированных и k = 0,25 для компенсирован- ных машин; р — число пар полюсов. Ограничение зоны прерывистых токов вызвано ухудшением статических и динамических характеристик электропривода при работе ТП в этом ре- жиме. Расчет индуктивности реактора по этому условию проводят исходя из принятого допустимого значения граничного тока. Индуктивность якорной цепи при этом рассчитывается по формулам: для трехфазной нулевой схемы / с/ф \ I 0,46-у-----sin а — ха J; х I п, гр / (5.12) для трехфазной мостовой схемы La = —— (0,126 sin а — 2ха^, \ /п, гр / (5.13) где ха — индуктивное сопротивление фазы анодной цепи; (7Л— линейное на- пряжение питания. Сглаживающие реакторы не нужны для цепи возбуждения, их можно не применять и для якорных цепей, когда индуктивность двигателя оказывается достаточной для ограничения пульсаций тока. Для крановых электроприводов до 1985 г. серийно выпускались ревер- сивные ТП типа АТРК, а также по индивидуальным заказам нереверсивные ТП типа АТК. С 1985 г. начат выпуск реверсивных ТП типа ТПЕ, имеющих улучшенные массогабаритные показатели. Технические данные ТП типов АТРК и АТК приведены в табл. 5.2, а ТПЕ —в табл. 5.3. Преобразователи получают питание от сети 380 В, 50 Гц через индиви- дуальные трансформаторы (при выпрямленном напряжении 230 В) или токо- ограничивающие реакторы (при выпрямленном напряжении 460 В). Схема выпрямления трехфазная мостовая с двумя встречно-параллельными груп- пами для реверсивных и одной группой для нереверсивных ТП. Управление группами раздельное. В состав ТП входит также регулируемый выпрямитель для цепей возбуждения, собранный по однофазной мостовой схеме, Конструк-
§ 5.1 Тиристорные преобразователи постоянного тока 159 Т а б л иц а 5.2. Основные технические данные тиристорных преобразователей серии АТРК и АТК " Тип преобразователя Номинальное выпрямленное напряжение, В Номинальный выпрямленный ток при ПВ^ЮО %, А Максимальный выпрямленный ток, А Тип силового трансформатора Габаритные размеры преобразователя, мм Масса преобра- зователя, кг АТРК 100/230 230 100 200 ТСЗР-40/0,5 480 АТРК 100/460 460 100 200 — 510 АТРК 160/230 АТРК 160/460 230 460 160 160 320 320 ТСЗР-63/0,5 800X750X1700 480 510 АТРК 250/230 230 250 500 ТСЗР-100/0,5 520 АТРК 250/460 460 250 500 600 АТРК 500/230 230 500 1000 ТСЗР-200/0,7 2000X750X1700 1000 АТРК 500/460 АТРК 1000/460 460 460 500 1000 1000 2000 —• (2Х2000)Х750Х1700 1000 2000 АТК 100/230 230 100 200 ТСЗР-40/0,5 АТК 100/460 460 100 200 •—• АТК 160/230 230 160 320 ТСЗР-63/0,5 2000X750X1700 900 АТК 160/460 460 160 320 —* АТК 250/230 230 250 500 ТСЗР-100/0,5 АТК 250/460 460 250 500 Примечания: 1. Номинальное выпрямленное напряжение возбуждения ТП типа АТРК — 230, типа АТК —115 В. 2. Максимальное выпрямленное напряжение возбуждения ТП типа АТРК*- 350, типа АТК — 165 В. 3. Номинальный выпрямленный ток возбуждения ТП типа АТРК — 15, типа АТК — 10 А, за исключением АТК 160/460 и АТК 250/460, номинальный выпрямленный ток возбуждения которых 25 А. Таблица 5.3. Технические данные тиристорных преобразователей серии ТПЕ Тип преобразователя Номинальный выпрямленный ток, А Максимальный выпрямленный ток, А Габаритные размеры, мм Масса, кг ТПЕ-100/100-460 100 200 800X750X1000 280 ТПЕ-200/200-460 200 400 800Х750ХЮ00 280 ТПЕ-400/400-460 400 800 800X775X1637 580 ТПЕ-630/630-460 630 1260 1000X775X1650 660 Примечания: 1. Номинальное выпрямленное напряжение 460 В 2. Номинальное и максимальное выпрямленное напряжение возбуждения соответ- ственно 230 и 330 В. 3. Номинальный выпрямленный ток возбуждения 15 А.
160 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 тнвно ТП выполнены в виде шкафа с односторонним обслуживанием. Сило- вая часть ТП и система управления имеют блочную конструкцию, причем блоки системы управления расположены в выемных кассетах. Преобразовав тели на 460 В комплектуются токоограничивающими реакторами, которые размещаются внутри шкафа. Силовой трансформатор устанавливается вне шкафа. Преобразователи на 500 А при необходимости могут поставляться также с фильтровым реактором типа ФРОС-500/0,5Т, расположенным вне шкафа. 5.2. ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Тиристорные преобразователи переменного напряжения (ТПН) являются устройствами, преобразующими напряжение питающей сети в регулируемое переменное напряжение той же частоты. Через эти преобразователи может осуществляться питание асинхронных Рис. 5.5. Диаграммы изменения тока и напряжения в одной фазе нагрузки в схеме с ТПН двигателей. Такой способ регулирования называется фазным и относится к параметрическим способам регули- рования. В связи с большими поте- рями скольжения в крановых элек- троприводах ТПН в основном приме- няются для управления двигателями с фазным ротором. Использование ТПН в электроприводах с коротко- замкнутыми двигателями возможно только для формирования пуско-тор- мозных режимов. На рис. 5.5 показаны кривые тока i, его первой гармоники А и на- пряжения и в одной фазе при работе ТПН на активно-индуктивную нагруз- ку, в качестве которой в первом приближении может быть представлен асин хронный двигатель. На рис. 5.5 а—угол управления; ф— фазовый угол на- грузки (между напряжением и первой гармоникой тока); X — угол проводи- мости. Регулирование напряжения может производиться при изменении ос в пределах ф < ос <; л. При а < ф к двигателю приложено номинальное напряжение сети, а по его статорным обмоткам проходит синусоидальным непрерывный ток. При увеличении угла а искажается форма кривой напря- жения, приложенного к статору, снижается среднее значение выходного на- пряжения; таким образом, получается семейство регулировочных характе- ристик. Электроприводы с ТПН могут выполняться как с замкнутой, так и с ра- зомкнутой системой регулирования. Электроприводы с разомкнутой системой не обеспечивают жестких механических характеристик. Их применяют при формировании пуско-тормозных режимов короткозамкнутых двигателей. Для обеспечения жестких механических характеристик замкнутая система авто- матического регулирования выполняется обычно с обратной связью по ско-
§ 5.2 Тиристорные преобразователи переменного напряжения 161 рости (см. § 9.3). Тиристорные преобразователи напряжения могут выпус- каться в реверсивном или нереверсивном исполнении. Схема реверсивного ТПН значительно сложней нереверсивного ТПН. Реверсивный ТПН состоит из большого числа силовых блоков, поэтому в крановых электроприводах в основном применяются нереверсивные ТПН. Реверс же выполняется от* дельным контакторным реверсором, установленным в панелях управления, причем система управления электроприводом обеспечивает бестоковую ком* мутацию контакторов реверсора. Рис. 5.6. Силовые схемы ТПН Рис. 5.7. Зависимости первой гармо- ники напряжения на выходе ТПН от углов а и ф Основные силовые схемы ТПН и их характеристики. Силовые схемы при- меняемых ТПН приведены на рис. 5.6. Это схемы со встречно-параллельными тиристорами соответственно во всех трех (рис. 5 6,а), в двух (рис. 5.6,6) и в одной (рис. 5.6, в) фазе, а также тиристорного треугольника (рис. 5.6, г) f включенного в концы фазных обмоток двигателя. Включение тиристоров в две или одну фазу значительно ухудшает гармонический состав выходного напряжения и приводит к его асимметрии. Поэтому такие схемы применя- ются редко. Основное применение в приводах с регулированием скорости нашла симметричная шеститиристорная схема (рис. 5.6, а). В системах с ре- гулированием момента применяется схема треугольника (рис. 5.6,г). Основную роль в формировании механических характеристик электро- привода с ТПН играет первая гармоника выходного напряжения. Ее значе- ние представляет собой сложную функцию от углов а и ср, выражаемую семейством регулировочных характеристик ТПН. На рис. 5.7 приведены ука- занные характеристики для симметричного ТПН, выполненного по схеме рис. 5.6, а 6 Зак. 918
162 Крановые тиристорные преобразователи Разд, б Для выбора тиристоров в схемах ТПН с включением тиристоров в линию питания двигателя справедливы выражения Ij — 7Н/ Лг, cp = V^ /нМ; ^обр max ~ (5.14) (5.15) (5Д6) где А и 1н—действующее значение тока через тиристор и ток нагрузки; А, ср — среднее значение тока через тиристор; Uo$pmax— максимальное обрат- ное напряжение на тиристорах. При применении ТПН, выполненного по схеме рис. 5.6, г, токи тиристоров удваиваются. Для крановых электроприводов промышленностью серийно выпускаются ТПН серии РСТ на длительные токи 100, 160 и 320 А. Эти ТПН выполнены по симметричной схеме рис. 5.6, а. Они обеспечивают регулирование частоты вращения двигателя в замкнутой системе регулирования в диапазоне 1:10, а также регулирование момента двигателя в пуско-тормозных режимах. Таблица 5.4. Технические данные тиристорных преобразователей серии РСТ Тип преобразователя Ток, А Габаритные размеры (высотахширина X глубина), мм Масса, кг при ПВ=Ю0 % максимальный РСТ 100 100 200 905X600X305 102 РСТ 210 160 320 975X600X365 120 РСТ 310 320 640 1380X600X450 215 П римечание. Номинальное напряжение 380 В. Технические данные ТПН типа РСТ приведены в табл. 5 4. Конструктивно они представляют собой собранные на общей раме три силовых блока, на которых установлены тиристоры, блок датчиков тока и блок автоматики. В силовых блоках используются таблеточные тиристоры с охладителем. Охлаждение естественное воздушное. Тиристорные преобразователи напря- жения выполнены в открытом исполнении и предназначены для установки на стандартные рамы крановых панелей типа ТТЗ, в состав которых также входит релейно-контакторная часть системы управления. Применяемый в ТПН блок автоматики является единым для всех типов РСТ. В ТПН предусмот- рена система ограничения тока. Уровень токоограничения для защиты тири- сторов от перегрузок и для ограничения момента двигателя может изме- няться в диапазоне от 0,65 до 1,5 номинального тока ТПН, Одновременно может изменяться уровень токоограничения для максимально-токовой защиты в пределах от 0,9 до 2 номинальных токов ТПН. Такой широкий диапазон изменения уставок токоограничения обеспечивает работу ТПН с двигателями нескольких типоразмеров, отличающихся по мощности примерно в 2 раза.
§ 5.3 Непосредственные тиристорные преобразователи частоты 163 5.3. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ Непосредственные преобразователи частоты НПЧ выполняют преобра- зование напряжения питающей сети частотой fi в напряжение меньшей час- тоты f2 при помощи тиристоров с фазоимпульсным управлением, коммутируе- мых напряжением силовой сети. В соответствии с принципами частотного управления НПЧ должен обеспечить регулирование по определенному закону как частоты, так и напряжения. На рис. 5.8, а показана структурная схема НПЧ с m [-фазным входом и трех фазным выходом, питающим асинхронный короткозамкнутый двигатель М Одна фаза НПЧ по существу представляет Рис. 5.8. Структурная схема НПЧ (а) и осциллограммы выходного напря- жения и тока (б) собой реверсивный ТП постоянного тока. На рис. 5.8, б показаны осцилло- граммы фазного напряжения и тока НПЧ. Если управляющие импульсы по- даны на группу UZ1, то напряжение на нагрузке ия положительно и в те- чение времени t\ происходит нарастание тока нагрузки tH- Для обеспечения отрицательного участка напряжения сначала группа тиристоров UZ1 пере- водится в инверторный режим, а после снижения тока /п до нуля в момент времени /2 включается группа тиристоров UZ2. Эта группа переводится в ин- верторный режим в момент времени /з- Частота выходного напряжения определяется длительностью пропуска- ния тока обеими группами тиристоров. Регулирование выходного напряже- ния осуществляется изменением угла открывания тиристоров. Поскольку по- лупериод выходного напряжения формируется из отрезков синусоид питаю- щего напряжения и гашение тиристоров происходит в момент смены поляр- ности на них, выходная частота — ниже частоты питания, а их отношение зависит от схемы НПЧ. Благодаря одноразовому преобразованию энергии в НПЧ сравнительно просто решается вопрос обеспечения рекуперации энер- гии и циркуляции реактивной мощности. При этом, как и для ТП постоян- ного тока, возможно или раздельное, или совместное управление группами тиристоров. При раздельном управлении в любом временном интервале 6*
164 Крановые тиристорные преобразователи Разд 5 импульсы поступают только на одну группу тиристоров при запирании другой группы. При совместном управлении импульсы поступают на обе группы, причем одна из групп работает в выпрямительном, а другая в инверторном режимах. Преобразователи с совместным управлением из-за необходимости установки уравнительных реакторов Рис. 5.9. Силовые схемы НПЧ: й — нулевого типа; б — мостового типа в крановых электроприводах не приме- няются Применяются НПЧ с раздель- ным управлением, выполняемым для электроприводов большой мощности с помощью датчиков тока, а для приво- дов малой и средней мощности вклю- чением тиристорных групп по про- грамме. Основные силовые схемы НПЧ, ис- пользуемые для крановых электроприво- дов, приведены на рис. 5 9. Непосредственный преобразователь частоты с наиболее простой нулевой 18-тиристорной схемой по рис. 5 9, а ис- пользуется для электроприводов мощ- ностью от 5 до 75 кВт и выполняется с раздельным программным управле- нием и трансформаторной связью Мо- стовая схема на 18-тиристорах по рис 5 9, б применяется для НПЧ с раз- дельным непрограммным управлением и реакторной связью в электроприводах мощностью 50—100 кВт. Силовые схе- мы обоих НПЧ отличаются только на- личием или отсутствием нулевого при- вода. Однако мостовая схема имеет число тактов выпрямления m — 6, в то время как для нулевой схемы m — 3, соответственно система управления мос- товой схемой значительно сложней Для электроприводов мощностью более 100 кВт применяются мостовые 6-пульс- ные НПЧ на 36 тиристорах. Преобразователи по такой схеме не выпу- скаются, и для ее реализации можно использовать два 18-тиристорных НПЧ. От силовой схемы зависит не только мощность, но и максималь- ное значение выходной частоты НПЧ. При отсутствии паузы между работой групп тиристоров максимальная частота НПЧ определяется выражением (5.17) где п — число участков синусоид питающего напряжения в полупериоде вы- ходного напряжения.
§ 5.3 Непосредственные тиристорные преобразователи частоты 165 В соответствии с (5.17) максимальное значение выходной частоты со- ставляет f2max“0»43fi для трехфазного нулевого НПЧ (m==3; nm/a==3) и f2“0,6fi для трехфазного мостового НПЧ (m==6; ит/п = 3). Параметры НПЧ зависят от формы кривой выходного напряжения, ко- торая при заданном числе фаз и отношении частот входа и выхода опреде- ляется законом модуляции угла открывания тиристоров НПЧ. В применяе- мых НПЧ используется либо прямоугольная (при постоянных углах откры- вания), либо синусоидная модуляция (при арккосинусоидальной фазовой ха- рактеристике). В табл. 5.5 приведены основные выражения, определяющие выходные характеристики НПЧ при прямоугольной и синусоидальной модуляциях в зависимости от входного напряжения CJlt угла управления а, отношения выходной и входной частот числа тактов выпрямления для нулевой и m = 2tni для мостовой схем, mj — число фаз входа), времени пауз /пауз (угол пауз фцауз = сМпауз, где «г — угловая частота выходного напряжения) при программном управлении, параметра регулирования v и па- раметров нагрузки: эквивалентного сопротивления Z и угла нагрузки ф2. Параметр регулирования v~UyIUQmax, Uy и UQmax — амплитудное зна- чение напряжения управления и опорного. Коэффициент А в формулах табл. 5.5 принимает значения 1 и Уз соответственно для нулевой и мосто- вой схем. Внешние характеристики НПЧ определяются по следующим выра- жениям соответственно для действующего выходного напряжения и его первой гармоники: V2д = ^2д, х-------g------~ sin Uх cos ф2; (5.29) тт гт m . п тт г ,к Ы = U2x - -5— — Sin — и I cos q>2, (Ь.ЗО) J v «IL f f где Uzi, x — действующее значение напряжения холостого хода НПЧ, опре< делаемое по (5.18) и (5.19) при прямоугольной модуляции и по (5.23) — (5.26) при синусоидальной модуляции (см. табл. 5.5); U2I2 tn . — sin л И 1^2НОЧ ^2 НОМ г/к; (5.31) (5.32) /2 и /гном — соответственно текущее и номинальное значения тока на выходе НПЧ; И к — напряжение короткого замыкания трансформатора или токоогра- ничивающего реактора. Выражения (5.29) и (5.30) показывают, что жесткость внешних харак- теристик существенно зависит от пульсности схем, увеличиваясь в трехпульс- ных схемах в о/% раза по сравнению с 60-пульсными. В кривой выходного напряжения НПЧ содержится широкий спектр гар- моник, зависящих от режима работы НПЧ. Порядок высших гармоник
1S6 Крановые тиристорные преобразователи Разд 5 Таблица 5.5 Расчетные формулы для определения характеристик НПЧ Расчетные формулы при модуляции Наименование прямоугольной синусоидальной Действующее значение вы- ходного напря- жения Действующее значение пер- вой гармоники выходного на- пряжения Действующее значение пер- вой гармоники тока Активная мощ- ность Реактивная мощ- ность ^2Д, X /и 4л ч . . 2л Фпауз X sm-----cos 2а cos------ m 2 Г7 —— tfax- „2 . л sin — tn Фпауз Т - /ад 2 327 гд^зд cos Фз 2 arcsin v4 arcsin v (5.18) (5.19) (5.20) (5-21) (5.22) при V —О £7гд, х ~ AUi 1^2л, X ==3 ! 1 , mt . 2 л 2 4л tn (5.23) при v =* 1 (5.24) sin ~~ vUi (5.25) £. Ш, . Jb <-> 1 ч л ----sin— -j- cos ф2 cos а X Л " 1 -exp(-«ctg<p2) :—;--“7----< 1ь ф2 (5.26) Р = 3Uгд72д cos <р2 (5.27) v2 sin24p2+ Sin Ф2 . . < ----1— arcsin v sm Фг т* V 1 — + I cos Фа I —2v— X [(cos Ф2 l+VF— V2 Sin Фг]2 1 — v2 (5.28)
§ 5.3 Непосредственные тиристорные преобразователи частоты 167 относительно частоты сети при участке проводимости Л 2л//?г £ — I 1 Пг = km — =F J; (5.33) при Л < л/m п2 = km * =F 4-, (5.34) 6 I где k — 1,2,3 ... Амплитуды высших гармоник *41 2 1 - яот , f (v; Ф2)! (5.85) U 2 П{н1 zt 1 ^п2 2 1 4^-«----------f (ч ф2), (5.36) U2 п2пг + ' причем f (v, <р2) < h При прямоугольной модуляции амплитуду высших гармоник ориентиров вочно можно определить по выражению <7n2/Z/2 - 1Я (5.37) в котором значение первой гармоники находится -по формуле (5.19), приве- денной в табл. 5.5. При этом При синусоидальной модуляции высшими гармониками можно пренебречь. Гармоники, частота которых меньше частоты основной гармоники, со- ставляют ряд субгармоник. Наличие субгармоник в кривой выходного напря- жения крайне нежелательно, поскольку сопротивление двигателя для них мало. Для исключения субгармоник следует обеспечить определенные соот- ношения между входной и выходной частотами числом тактов выпрям- ления схемы m и числом периодов q/m напряжения сети в периоде выходной частоты. Это соотношение представляется формулой | = m/(2q). (5.38) Ряд частот в зависимости от т, при котором исключаются субгармо- ники, приведен в табл. 5.6. Выбор силовых элементов НПЧ осуществляется так же, как и для ТП постоянного тока, однако следует учитывать некоторые особенности их ра- боты. К этим особенностям относятся возможность неравномерной загрузки по току однотипных элементов силовой схемы, а также появление при опре- деленных условиях субгармоник в кривой выходного напряжения и посто- янной составляющей тока, подмагничивающей питающий трансформатор илй токоограничивающий реактор. Усредненные токовые нагрузки тиристоров по средним и действующим значениям равны соответственно 7т, ср, у — 72 ср/(2^) — 2/2/(лт); 7т, Д, У в 72д/Сл/2/и )• (5.39) (5.40)
Т68 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 Т аблица 5.6. Рекомендуемые значения выходных частот НПЧ при дискретном регулировании Неравномерность загрузки тиристоров зависит от соотношения На рис. 5.10 и 5.11 приведены коэффициенты загрузки тиристоров по сред- нему ^т, ср = 4, сР/Л, ср, у и действующему токам д = Л*, д/А-, д, у ПРИ пря- моугольной и синусоидальной модуляциях. Из этих кривых видно, что при £ < 1,5 почти весь ток нагрузки проходит через один тиристор группы. При Рис. 5.10. Коэффициент загрузки ти- ристоров по среднему току при пря- моугольной 1 и синусоидальной 2 модуляциях Рис. 5.11. Коэффициент загрузки ти- ристоров по действующему току при прямоугольной 1 и синусоидальной 2 модуляциях увеличении £ коэффициенты загрузки стремятся к единице. Появление суб- гармоник напряжения и тока также связано с отношением Все эти неже- лательные явления могут быть исключены при выполнении условия (5.38), т. е. при выборе частот из ряда табл. 5.6, что особенно важно при выходных частотах выше 20 Гц. Неравномерность загрузки обмоток питающего транс- форматора или реактора учитывается графиками, приведенными на рис. 5.12. Напряжение вторичной обмотки трансформатора необходимо выбирать с учетом возможности компенсации отклонения напряжения сети и его по-
Непосредственные тиристорные преобразователи частоты 169 тери при перегрузках двигателя по току в соответствии с выражением __ sin (n/m)ku Ы ip 2 Ыдо, где для трехпульсной нулевой схемы ku 0,9(0,9848 — 5,71 UK) ’ для шестипул ьсной схемы k — - ----- - - * и 0,9 (0 9848 — 1,74Z7K) ’ — напряжение короткого замыкания трансформатора* По (5.42) и (5.43) на рис. 5.13 построены кривые С/трг/^дв (5.42) (5.43) Рис. 5.12. Коэффициент загрузки об- моток силовых реакторов и вторич- ных обмоток трансформаторов по току при прямоугольной 1 и сину- соидальной 2 модуляциях Рис. 5.13. Зависимость ^трй/^дв от напряжения короткого замыкания для трехфазной нулевой 1 и для мо- стовой 2 схем Для крановых электроприводов выпускаются НПЧ типа ТТС на мощ- ность 40 и 100 кВ-А и в стадии проектирования находятся преобразователи ТТС на мощность 16 кВт. Технические данные НПЧ приведены в табл. 5.7, Т аблица 5.7. Технические данные непосредственных преобразователей частоты Тип преобра- зователя Схема преобра- зователя Диапазон регулирования Ток, А Габаритные размеры (высотах ширинах глубина), мм Масса, кг напряжения первой гармоники, В выходной частоты, Гц в режиме ПВ = 40 % макси- мальный ТТС100 Мосто- вая 25—230 с выходом на напряжение сети 3—30 180 360 1615X770X365 270 ТТС40 ТТС16 Нулевая 25—150 3-20 135 63 270 135 1175X770X365 1155X770X292 175 120
170 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 — . - - 1 — I— — . — A.. .j. Преобразователи типов ТТС16 и ТТС40 обеспечивают плавный частот- ный пуск, торможение и реверс двигателя. Они выполнены по 18-тиристорной нулевой схеме с раздельным программным управлением и трансформаторной связью с сетью (см. рис. 5.9, а). Управление НПЧ от командоконтроллера двухканальное по каналам частоты и напряжения. Система регулирования поддерживает при этом с определенной точностью заданные значения выход- ных частот и напряжения (см. § 9.3). Преобразователь типа ТТС100 выполнен по мостовой схеме на 18 тири- сторах с раздельным управлением с помощью датчиков тока и реакторной связью с сетью (см. рис. 5.9,6). Кроме плавного частотного пуска, торможе- ния и реверса НПЧ типа ТТС100 обеспечивают режим бестоковой коммутации цепи при переводе питания двигателя на напряжение сети. Управление НПЧ одноканальное. Принятый закон частотного управления обеспечивает работу двигателя с IR-компенсацией падения напряжения на сопротивлении ста- тора двигателя. Конструктивно НПЧ представляют собой закрытый шкаф с естественным охлаждением. Система управления выполнена на микроэлектронике и распо- ложена в кассетных блоках. Автоматический выключатель в НПЧ не преду- смотрен и должен устанавливаться в панели управления, входящей в ком- плект электропривода. 5.4. ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С АВТОНОМНЫМИ ИНВЕРТОРАМИ Тиристорные преобразователи частоты (ПЧИ) с автономными инверто- рами осуществляют преобразование напряжения питающей сети последова- тельно в напряжение постоянного тока, а затем в трехфазное напряжение регулируемой частоты с отношением | = fs/fi как меньшим, так и большим 1 (двухзонное регулирование). К основным элементам таких ПЧИ относятся управляемый выпрямитель (УВ) и автономный инвертор (АИ). Неотъемле- мой частью АИ являются устройства принудительной конденсаторной ком- мутации тиристоров. Преобразование постоянного напряжения на входе АИ в трехфазное напряжение нужной частоты осуществляется переключением тиристоров VS1 — VS6 в плечах моста с определенной частотой и последовательностью (рис 5.14, а). По принципу работы АИ разделяются на инверторы напряже- ния (АИН) и инверторы тока (АИТ). В АИН ток на входе (в звене посто- янного тока) изменяется как по значению, так и по направлению, поэтому тиристоры в плечах моста должны обладать двусторонней проводимостью. На рис. 5.14,б,в приведены принципиальная схема н диаграмма выходных токов и напряжений, поясняющие работу одной фазы АИН. Двусторонняя проводимость обеспечивается встречно-параллельным включением тиристо- ров и неуправляемых диодов. Диоды проводят ток в промежутки времени, когда выходное напряжение и ток нагрузки имеют противоположные знаки. При этом обеспечивается периодический обмен энергией между индуктив- ностью цепи нагрузки и конденсатором С в звене постоянного тока. Тири-
§ 5.4 Тиристорные преобразователи частоты инверторного типа 171 сторы должны быть снабжены коммутирующим устройством, обеспечиваю- щим их запирание в нужный момент (на схеме не показано). В АИТ, схема и диаграмма работы которых приведены на рис. 5.14, г, д, ток входа остается постоянным по значению и направлению. При этом обратные диоды не нуж- ны. Для этого индуктивность нагрузки должна быть скомпенсирована вклю- чением параллельно (как показано на схеме) или последовательно нагрузке конденсатора С, обеспечивающего также коммутацию тиристоров, а на яходе АИТ должен быть включен сглаживающий реактор. При этом выходной ток (’вых = i'h + ic имеет прямоугольную форму. Рис. 5.14. Схемы и диаграммы, поясняющие работу ПЧ с АИ В электроприводах с рекуперацией энергии в сеть в состав АИН должен быть включен ведомый инвертор, обеспечивающий двустороннюю проводи- мость источника питания. В системах с АИТ передача энергии в сеть происхо- дит при неизменном направлении тока за счет поворота вектора напряжения по отношению к вектору тока, и ведомый инвертор для этих целей не нужен* Регулирование выходного напряжения в ПЧ с АИ для крановых элек- троприводов осуществляется амплитудным способом, посредством изменения угла управления тиристоров УВ. Принципиально возможны и другие методы регулирования, однако ввиду сложности реализации их применение весьма ограничено. Силовые схемы ПЧ с АИ, применяемых для крановых электропризодов, строятся на основе как АИН, так и АИТ. Их построение существенно зависит от принятого способа коммутации тиристоров АИ. Из известных способов коммутации —междуфазной, общей и индивидуальной — первый имеет наи- более простую схему, и именно этот способ применяется в ПЧ с АИ для кра-» новых электроприводов. На рис. 5.15 приведена силовая схема ПЧ с АИН* В состав ПЧ входят: управляемый выпрямитель UZ1 с LC-фильтром (УВ), инвертор напряжения UZ2 с группой тиристоров прямого (слева от двига- теля) и обратного (справа от двигателя) тока, ведомый инвертор UZ3 с LC-фильтром. Входящее в состав АИН устройство междуфазной коммута- ции состоит из анодной и катодной групп конденсаторов, соединенных в тре- угольник, отделенных от силовой схемы отсекающими диодами VI — V6
172 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 и блоком подзаряда конденсаторов от отдельного источника (на схеме не показан). Обмотки реактора UZ1 и UZ3 расположены на общем сердечнике и включены в плечи тиристорных мостов. Реактор выполняет и функции токо- ограничения. Наличие УВ определяет амплитудный метод регулирования вьь ходкого напряжения. Ведомый инвертор обеспечивает режим рекуператив- ного торможения электропривода. Рис. 5.15. Силовая схема ПЧ с АИН На рис. 5.16 приведена схема ПЧ с АИТ. В этой схеме отсутствуют си- ловой блок ведомого инвертора и мост обратных диодов. Автономный ин- вертор тока также выполнен по схеме с междуфазовой коммутацией. Од- нако при этом следует отметить, что коммутационные процессы в АИТ и АИН отличаются. В АИТ из-за односторонней проводимости тиристоров в плечах моста осуществляется двухступенчатая, а в АИН одноступенча- тая коммутация. В схему ПЧ с АИТ входит также узел, состоящий из об- ратного выпрямителя и ведомого инвертора, однако здесь он выполняет дру- гую функцию, ограничивая перенапряжения на тиристорах АИТ (этот узел в силовой схеме рис. 5.16 не показан). Система управления ПЧ с АИТ долж- на быть обязательно замкнута по скорости (скольжению). В схеме на рис, 5.16 эта связь осуществляется с помощью датчика скольжения BV, сигнал с выхода которого р через функциональный преобразователь U задает ток статора двигателя /у как функцию скольжения. Этот ток сравнивается с током /д на выходе UZ1, измеряемым датчиком тока UA, и по сигналу рассогласования осуществляется управление напряжением на выходе УВ че- рез блок А. Блок управления на схеме не показан.
<3 5.4 Тиристорные преобразователи частоты инверторного типа 173 Процессы, протекающие в ПЧ инверторного типа, зависят прежде всего от типа АИ и принятого закона коммутации тиристоров, определяющего интервал проводимости плеч АИ. В АИТ интервал проводимости тиристо- ров X = л, АИН может выполняться с Л — л. и Л = 2я/3. Основные расчет- ные соотношения, определяющие выходные параметры ПЧ с АИ, приведены в табл. 5.8. Здесь приняты следующие обозначения: £72д и U2— соответ- ственно действующие значения выходного напряжения и его первой гармо- ники: /Зд и /2 — действующие значения выходного тока и его первой гармо* Рис. 5.16. Силовая схема ПЧ с АИТ ники; Un и /п — средние значения напряжения и тока на входе инвертора (на выходе управляемого выпрямителя); Yi— угол одновременной работы тиристоров основной и обратной групп в АИН: 4а ~ 5 у2 = л/3 — Yii а = ехр (— л/3 tg ф); Gj = exp (— Yi/tg<p); а2 = exp (— Y2/tg ф); (5.44) (5.45) (5.46) (5.47) (5.48) ср— угол сдвига первых гармоник напряжения и тока нагрузки; Z — сопро- тивление нагрузки; ku — коэффициент изменения напряжения, ,----------------------------- ku = а/2 — — (5 cos Y1 + д/з sin буЗ ; (5.49) /?к и фк — соответственно полное и активное сопротивление двигателя при коротком замыкании и коэффициент мощности в этом режиме; #] —ак- тивное сопротивление двигателя для первой гармоники тока; #экв = ==/?> — эквивалентное сопротивление.
174 Крановые тиристорные преобразователи Разд. 5 Т а б ли ц а 5.8. Расчетные формулы для определения выходных величин ПЧ с АИТ и АИН Определяемая величина Расчетные формулы для преобразова- теля частоты с инвертором напряжения тока Действующее значение вы- ходного на- пряжения Действующее значение пер- вой гармо- ники выход- ного напря- жения Действующее значение вы- ходного тока Ui=~kuUn (5.51) Jv 2,34/Л (14-0,095^/^1) Действующее значение пер- вой гармо- ники тока Среднее значе- ние постоян- ного тока на входе инвер- тора (5.57) Jv (R3 + 0,095/?к) я (5.58)
§ 5.4 Тиристорные преобразователи частоты инверторного типа 175 Расчет внешних характеристик ПЧ с АИ может оказаться необходимым только для систем с АИН, поскольку системы с АИТ, как было сказано, вы- полняются замкнутыми и характеристики ПЧ задаются схемой управления. Для ПЧ с АИН внешние характеристики определяются выражением U2 = kuUniX/[l+k& ₽)]. (5.59) где р)—нелинейная функция от параметров относительной частоты и скольжения. Анализ (5.59) показывает, что внутреннее сопротивление ПЧ с АИН существенно влияет на выходные характеристики. Поэтому в целях его ком- пенсации, а также стабилизации выходного напряжения целесообразно в схему управления вводить обратную отрицательную связь по выходному на- пряжению. Учет влияния высших гармонических напряжения и тока в ПЧ с АИ. Гармонический состав кривых выходного напряжения и токов рассчитыва- ется известными методами и содержит только не кратные трем гармоники высших порядков. Напряжение и ток на выходе ПЧ могут быть представ- лены как сумма первой и высших гармоник. При этом действующие значе- ния суммы высших гармоник тока и напряжения находятся по выражениям й>1 (5.60) (5.61) Высшие гармоники в кривых выходного напряжения приводят к увели- чению потерь в двигателе и пульсациям момента. Двигатель для них нахо- дится в режиме короткого замыкания при скольжении, близком к единице. Поэтому потери в двигателе могут быть определены по найденным значе- ниям высших гармоник и параметрам двигателя в режиме короткого замы- кания. Расчеты показывают, что увеличение потерь в двигателе от высших гармоник составляет 5—10 %. Пульсации момента приводят к появлению шагового режима двигателя. При этом для рассматриваемых ПЧ с АИ и допущении пульсации частоты вращения двигателя на уровне 0,1 граничная выходная частота ПЧ с АИ определяется из выражения (5.62) где Гм = /(ОномРном/АГном — электромеханическая постоянная; рноч — номи- нальное значение параметра абсолютного скольжения; он ном — номинальная синхронная угловая скорость двигателя при
176 Крановые тиристорные преобразователи Разд 5 В отличие от НПЧ силовые элементы ПЧ с АИ загружены равномерно, средние и действующие значения токов определяются по выражениям Лф •— ^р, сре’> — 7р, д8, (5.63) (5.64) где 7р,ср и /р1Д — среднее и действующее значения расчетного тока нагрузки; е — относительная продолжительность протекания тока через тиристор. При выборе тиристоров УВ любого тира П*Ч и тиристоров АИТ е = 0,33; /р,срв/ш /р,д = /г и токовые нагрузки тиристоров такие же, как в трех- фазном преобразователе постоянного тока. Для тиристоров и отсекающих диодов АИН е = 0,33, а 7р,ср == Лт U + cos <р); /р,д~/2. Для диодов обрат- ного моста и тиристоров ведомого инвертора в —yjn; /р,ср—/ц(1 — cos qp); Л),д = Уз/П(1 — cos qp). При выборе класса тиристоров расчетные значения напряжений опреде- ляются через напряжения выхода с учетом формул табл. 5.8. При этом не- обходимо учитывать перенапряжения на тиристорах в процессе коммутации. Выбор тиристоров АИ, особенно АИН, необходимо производить с учетом высоких требований к их динамическим параметрам: время восстановления управляющей способности тиристоров, определяющее емкость коммутирую- щих конденсаторов, должно быть не более 25—50 мкс, а допустимые скоро- сти нарастания тока и напряжения — соответственно di/dt > 50 А/мкс и duldt > 500 В/мкс. Выбор элементов ДС-фильтра в ПЧ с АИН осуществля- ется исходя из трех условий, обеспечения требуемого коэффициента сглажи- вания выходного напряжения при его регулировании, минимальных пульса- ций напряжения при колебаниях тока питания и защиты тиристоров от токов короткого замыкания в случае, если индуктивность фильтра выполняет также функции токоограничения. Исходя из первого условия получаем LC = 1 + sft/(^2m2co2), (5.65) где k и tn — кратность основной гармоники выходного напряжения выпря- мителя по отношению к частоте сети и пульсность схемы выпрямления (для мостового трехфазного выпрямителя /г = ш = 6); to — угловая частота пи- тающего напряжения; Sfe = qxklQik — коэффициент сглаживания; q^k и q2k — коэффициенты пульсации напряжения на входе и выходе фильтра, причем q'k ОМ2—1 д/1 4- (km)2 tg2 а , а значение q2k следует принимать равным 0,15 — 0,3 при максимальной выходной частоте ПЧ с АИТ; а —угол управ- ления при минимальном выходном напряжении. В соответствии со вторым условием L/C = (3 4-5) • 10 4 (5.66) Для удовлетворения .третьего условия индуктивность реактора должна соответствовать (5.8),
§54 Тиристорные преобразователи частоты инверторного типа 177 Сглаживающий реактор в ПЧ с АИТ рассчитывается только из условия ограничения пульсаций напряжения в цепи постоянного тока по соотноше- ниям § 5.1. Технические данные ПЧ с АИ для крановых электроприводов. Серийное производство ПЧ с АИ для крановых электроприводов еще не освоено. Пре- дусматривается выпуск ПЧ с АИ на мощности 30 и 63 кВт на основе АИТ и на мощность 100 кВт на основе АИН. Схемы ПЧ с АИ приведены на рис. 5.15 и 5.16. Диапазон выходных частот ПЧ с АИТ от 3 до 75 Гц, а ПЧ с АИН от 3 до 100 Гц. При этом в диапазоне частот до 50 Гц регулирова- ние скорости производится при постоянстве момента, а далее при постоян- стве мощности. Управление ПЧ с АИ осуществляется от командоконтроллера с разде- лением каналов управления частотой и напряжением системой автоматиче- ского регулирования, входящей в состав ПЧ с А И. Системы автоматического регулирования электроприводов ПЧ с АИ приведены в § 9.3. Конструктивно ПЧ с АИ размещают в шкафах блочной конструкции. Тех- нические данные ПЧ с АИ приведены в табл. 5.9. Т а б л и ц а 5Д. Технические данные крановых преобразователей частоты с автономными инверторами Тип Преобра- зователя Схема шэе- обра- зова теля Диапазон регулирования выходной частоты, Гц Ток, А Состав комплекта Г абаритные размеры (высота X ширинах глубина), мм — 1 ( Масса, кг в режиме ГТВ = 40 % макси- мальный ТПТС100 ПЧ с АИН 3—50 (под нагрузкой) 3-100 (холостой ход) 180 360 Силовой шка^) Шкаф управле- ния Шкаф защиты Реактор 1615X770X365 1615X770X365 1155X770X295 685X675X500 37) 27) 120 55 300 85 170 55 ТПТС63 тптсзо ПЧ е АИТ 3—50 (под нагрузкой) 3—75 (холостой ход) 135 270 Силовой шкаф с блоками управ ления Реактор фильтра 1615X770X365 885X675X500 63 ;i35 Силовой шкаф с блоками у прав- ления Реактор фильтра 1175X770X365 685X675X503 'Примечание. Диапазон регулирования ^напряжения первой гармоники 20-34) В.
178 Энергетика электроприводов и их производительность Разд б РАЗДЕЛ 6 ЭНЕРГЕТИКА КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ И ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ПОТЕРЬ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ 6.1. ЭНЕРГЕТИКА КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ И ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ Потери энергии в крановых электроприводах. Энергетика крановых элек- троприводов как систем повторно-кратковременного режима работы харак- теризуется двумя основными особенностями: 1) необходимостью учета по* терь пуско-тормозных режимов, составляющих значительную часть в общем балансе потерь; 2) повышенными по сравнению с электроприводами продол* жительного режима работы постоянными потерями, определяемыми необхо* димостью обеспечения высоких динамических моментов. В связи со сказан- ными суммарные потери энергии в крановом электроприводе Лсум целесооб- разно разделить на три составляющие: постоянные потери ДПост> переменные потери, определяемые статической нагрузкой и называемые статическими по- терями, Дст и переменные потери, обусловленные пуском и торможением електропривода и называемые динамическими потерями Дд. Таким образом Динамические потери могут быть найдены непосредственно исходя из по-, терь, затрачиваемых на пуск и торможение ротора или якоря приводного двигателя. При этом суммарные переменные потери в обмотках двигателей асинхронных или постоянного тока как в статике, так и в динамике рассчи- тываются по потерям в роторе (якоре) через коэффициент приведения Апр по соотношению (6.2) Э1 —• э2^пр 4“ AZ5Э0> где ДРэ1 и ДРэг — соответственно суммарные электрические потери мощности в обмотках и потери мощности в роторе или якоре двигателей; ДРэ0 — по- тери мощности в обмотке статора от тока намагничивания, которые явля- ются одной из составляющих постоянных потерь. Для асинхронных двига- телей Лпр определяется по формуле ь — Г1 «пр — 2— DK (6.3) где и —активное сопротивление статора и приведенное общее внешнее и внутреннее сопротивление цепи ротора; для короткозамкнутых двигателей сопротивление равно приведенному сопротивлению обмотки ротора г2; Zo и DK — ток холостого хода и диаметр круговой диаграммы двигателя.
Энергетика крановых электроприводов 179 Для двигателей постоянного тока в обмотке возбуждения выделяются только постоянные потери и &пр = 1- Общая формула для расчета динамических потерь энергии в роторе иля якоре двигателя имеет вид г Л, * общ кон ' нач г Л /с Д, р — т Qi 2 2 * — ^д^до» (6.4) где ^«он и Пнач ”~ конечная и начальная частоты вращения двигателя! —* отношение динамических потерь под нагрузкой к динамическим потерям на холостом ходу Ддо. Для асинхронных электроприводов А1Ст ($ -*" $ст) dst (6.5) Уравнение (6.5) в общем случае не имеет аналитического решения и мо- жет быть рассчитано по механическим характеристикам электропривода в Рис. 6.1. Зависимости коэффициента дина- мических потерь для электроприводов при параметрическом регулировании: — 1 — — асинхронный двигатель с короткозам- кнутым ротором;-----------асинхронный дви- гатель с фазным ротором А 2 0,Ц Рис. 6.2. Зависимость коэффи- циента динамических потерь для частотно-управляемого электропривода функции момента статической нагрузки. Эти зависимости для электроприво- дов с параметрическим управлением короткозамкнутыми двигателями с раз- личным числом полюсов обмоток и с фазными двигателями приведены на рис. 6.1, где Мтах — максимальный момент двигателя. Для частотно-управляемых электроприводов зависимость (6 5) имеет аналитическое решение, которое может быть представлено в виде /Ед == ^пгах (1 + (6.6) где ^пгах Мтах/Мао1л} Mmax “ Мст 4 q J? allot a “ dtjdt — относительное ускорение поля двигателя; g = ///ном — относи- тельное значение частоты преобразователя; п0 — частота вращения поля дви- гателя, соответствующая /ноч.
18) Энергетика электроприводов и их производительность Разд 6 Графически выражение (6.6) представлено на рис. 6 2. Для двигателей постоянного тока (6.4) преобразовывается к виду лд=улА; (6.7) здесь Гм —/Общ/2НСМ/(9,55Л1НОМ) — электромеханическая постоянная: Рэкв эквивалентное активное сопротивление в главной цепи двигателя, определяе- — ч,о V М ~0,3 Мст/мюы=-0,1 \\\ -0,6 0,8 ^5” z ~о,$ -1,2 3 -0, 0 ~1 ' 0,6 0,15 ^Ст/^Н0М~ / 0,^6/ о,4 "^2 / ^я/лном ш —я* * 1 — Рнс. 6.3. Зависимость коэффициента динамические потерь для электропри- вода постоянного тока: ------пуск; — --------торможение мое схемой электропривода; /иом — номинальный ток двигателя. Коэффи- циент динамических потерь при этом определяется выражением Г M2f2 (М, п) dn д“ J м - мст (6.8) где f (Л1, п)— функция, определяющая относительное значение тока двига- теля ///ном при моменте М и известной схеме подключения двигателя. Вы- ражение (6.8), как и (6 5), не имеет общего аналитического решения и рас- считывается по механическим характеристикам электропривода. Графические зависимости коэффициента для электроприводов постоян- ного тока с параметрическим регулированием приведены на рис. 6.3. Со- гласно (6.2) и (6.4) суммарные динамические потери в обмотках двигателей ^4д 1=1 (6.9) здесь /гПр, д — коэффициент приведения потерь в динамическом режиме ра- боты привода.
Энергетика крановых электроприводов 181 Для асинхронных короткозамкнутых двигателей коэффициенты приве- дения потерь в статике и динамике одинаковы и определяются (6.3). Для асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока при параметрическом рег>лировании коэффициенты &пр представлены на рис. 6.4 и определяются эквивалентным значением регулировочного сопро- тивления, т. е. механическими характеристиками электропривода, являясь функцией максимального момента и Мощность переменных потерь в об- мотках двигателей с учетом коэффи- циентов приведения потерь определя- ется следующими соотношениями: для асинхронных двигателей Л4 ч м А п экв, СТ°ЭКВ, ст с . АРет =------------------- /?пр, ст, (6.10) Рис. 6 4. Зависимость k„p, sJkaPf Ст для электроприводов с асинхронны- ми двигателями с фазным ротором валентный момент статической нагруз- ки, определяемый из условия равенства терь реальной мощности по участкам нагрузочной диаграммы соответствующей ему мощности по- с момен- тами 7ИСТ1 и временем /L; 5ЭКВ> ст — скольжение двигателя на характеристике статического режима при моменте Мэкв>ст; &Пр, ст— коэффициент приведения потерь в статическом режиме работы привода, определяется по (6.3) (для частотно-управляемого двигателя в (6.10) следует подставлять параметр абсолютного скольжения рЭкв, ст)1 для двигателей постоянного тока АР ст НОМ^СТ^ЭКЗ, СТ^ЭКВ, СТ (6.11) здесь Рст — сопротивление в цепи якоря двигателя на характеристике ста- тического режима; f3KB, ст (М; п) — функция, определяющая относительное значение тока двигателя /ЭКв, ст/Люм при МЭКВ| ст и известной схеме подклю- чения двигателя. Мощность постоянных потерь двигателя АРпост = АРС + АРмех + АРдоб + АРэ0, (6.12) где АРС, АРмех, АРдоб — соответственно потери в стали машины, механи- ческие и добавочные; ДРэо — электрические потери на намагничивание дви- гателя. Расчетные формулы для определения отдельных составляющих потерь для асинхронных электроприводов с параметрическим и частотным управле- нием, а также электроприводов постоянного тока крановых механизмов при- ведены в табл. 6.1. Суммарные потери энергии в двигателе за один цикл в соответствии с (6.1) определяются соотношением ^сум == АРпост^р^ц “Ь АРcTj уст®уст^ц dr ^до^ц ^д&пр, д» (6.13)
182 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 Таблица 6.1. Расчетные формулы для Система электропривода Мощность постоянных потерь Электроприводы с асинхронными двигателями с фазным ротором и параметрическим регулированием (6.12) Элетроприводы с асинхронными многоскоростными короткозамкну- (6.12) тыми двигателями Электроприводы с частотно-управ- ляемым односкоростным коротко- замкнутым двигателем (6.12), причем ^экв, ст^с, ном ^cS^ 9,55 3cJ j ном (6.12) Электроприводы постоянного тока Примечание. В формулах приняты обозначения: «с ном—синхронная частота £ — относительное значение пустоты питания двигателя; — обмоточная постоянная дви ные частоты вращения при различных числах пар полюсов обмоток многоскоростного где ДРСТ находится по (6.10) для асинхронных электроприводов и по (6.11) для электроприводов постоянного тока; /ц — время цикла; ер и еуст — про- должительность включения суммарная, расчетная и установившегося движе- ния; Л/ц — число включений электропривода в цикле. Энергетические свойства кранового электропривода могут быть харак-* теризованы эквивалентным КПД т^кв, определяемым как отношение полез* ной работы перемещения груза к потребляемой электроприводом энергии за цикл или за определенный промежуток времени, При условии полного ис-
§ 6.1 Энергетика крановых электроприводов 183 определения составляющих потерь Мощность статических Динамические потери за одно включение потерь электропривода (6.10) и (6.3) (6.9), /?д определяется по рис. 6.1, &пр, д — по рис. 6.4 (6.10) и (6.3) где &д>п и ^д, т определяются по рис. 6.1, &Пр,д -“ по (6.3) *ЭКВ, ст == ^экв, стРэкв, ст^с, ном f пр, ст (6.6), (6.9) 9,55 (6.11) (6.7), &д определяется по рис. 6.3 вращения при номинальной частоте питающей сети; kc—коэффициент потерь в стали; гателя; —номинальная частота питающего напряжения; п п «, п —синхрон- 1 ИОМ. К» 1 V-af V<*r двигателя. пользования двигателя 1]экв определяется выражением р Р _________ 0 дв. ном________ *^эк EqPдв, ном 4- 71СуМ//ц (6.14) где Рдв> ном — номинальная мощность двигателя при номинальной относи- тельной продолжительности включения во! /4сум — суммарные потери в электроприводе.
184 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 Подставляя в (6.14) зависимости для отдельных составляющих потерь и при равенстве еР и ео, получаем Пзкв-1/(А'4-В'/Ув), (6.15) где А' = 1/т]экв> б — относительные потери (по отношению к ном) в ста- тических режимах при номинальной скорости и регулировании, определяемые эквивалентной нагрузкой двигателя и соотношением между продолжитель- ностями включения общей ер и при регулировании ePj р; т)Экв, б — КПД при- вода при числе включений Л/в = 0; B'N„— относительные потери в системе в пускотормозных режимах; NB— число пусков в час (см. разд. 1). Значе- ния А’ и В' могут быть рассчитаны по следующим соотношениям: ?еР, р Л е0 \ (k — mtn) 3600еном ’ (6.16) где m и q — отношение мощности потерь в электроприводе соответственно в номинальном установившемся режиме и при регулировании к номинальной Рис. 6.5. Графики т]экв = /(нв) для раз- личных электроприводов: 1 — двухскоростной короткозамкнутый двигатель при 2р — 4/24; 2 — параметрическое регулирова- ние двигателей с фазным ротором и торможе- нием противовключением; 3 — трехскоростные ко- роткозамкнутые двигатели при 2р = 4/8/24; 4 — параметрическое регулирование двигателей по- стоянного тока, короткозамкнутых двигателей с 2р = 6 и двигателей с фазным ротором при ди- намическом торможении; 5 — трехскоростные ко- роткозамкнутые двигатели при 2р •» 6/12/24; 6 — с ограниченной зоной частотного управления двух скоростных короткозамкнутых двигателей; ? — тиристорный привод постоянного тока. 8 — ча- стотно-управляемые односкоростные короткозам- кнутые двигатели мощности двигателя; k и tn — соответственно эквивалентный коэффициент потерь в системе при пусках и торможениях и время пуско-тормозных ре- жимов, приведенные к одному включению. Эквивалентный КПД зависит от еР1 р при неравенстве потерь на харак- теристике номинального режима и при регулировании, т. е. при q =/= m. Значения А' и В' и, следовательно, Т|экв полностью определяются струк- турой кранового электропривода и применяемыми методами регулирования. На рис. 6.5 приведены зависимости Т]экв от числа включений Яэкв==/(^в) при учете только момента инерции двигателя и тормоза (/общ =* 1»2/дв) при базовом еР}Р==0,05 для основных типов применяемых крановых электро- приводов. Увеличение маховых масс системы, так же как и максимальной частоты вращения двигателя, приводит к более резкому снижению КПД в связи с пропорциональным ростом динамических потерь. Зависимость яЭкв от сум-
Энергетика крановых электроприводов 185 марного момента инерции механизма и двигателя и максимальной частоты вращения двигателя выражается формулой “Пэкв — _________________^экв, б____________________ И — 'll J / /2 'экв, б ’экв N общ I max п 1,27 \ 1000 ’экв N дв (6.17) где т) м — эквивалентный КПД, определяемый по графикам рис. 6.5 при числе пусков NB. Для асинхронных двигателей птак — синхронная частота вращения. Эквивалентный КПД дает количественную оценку энергетических свойств крановых электроприводов. Как видно из приведенных на рис. 6.5 зависимостей, эквивалентный КПД крановых электроприводов с параметри- ческим регулированием довольно мал. Так, для наиболее массовых крановых асинхронных электроприводов с регулированием сопротивления в цепи ро- тора и торможением противовключением г]ЭКв составляет 60—65 % для ре- жима 4М и снижается до 45—-55 % для режима 5М. Улучшения энергетиче- ских свойств таких электроприводов можно достигнуть переходом на фор- мирование тормозных - режимов методами регулируемого динамического торможения, что позволяет увеличить т]экв на 10—12 %* Наиболее высокие энергетические показатели имеют системы с преобразователями энергии и осо- бенно частотно-управляемые электроприводы с односкоростными коротко- замкнутыми двигателями. Благодаря оптимальному регулированию в стати- ческих и динамических режимах и снижению моментов инерции приводного двигателя такие системы имеют т]экв = 0,9 -ь 0,85 во всех практически ис- пользуемых режимах. Производительность крановых механизмов. Расчет времени переходных режимов. Производительность кранового механизма определяется числом гру- зовых операций в единицу времени и выражается числом циклов в час Jcm (1.4)]. Если отдельные участки грузовой траектории известны, то время установившегося режима на этих участках = (6.18> где I — длина участка; v — скорость движения груза на участке. Время пе- реходного режима определяется исходя из уравнения движения электронри вода м - Мст _ 9>55 dt по выражению пкон* Sdn К - Мст пнач* (6.19) (6.20) где п* и М* — относительные значения частоты вращения и моментов дви- гателя, причем для асинхронных двигателей п* — п/пс» для двигателей по- стоянного тока п. = п/пном; М, = М/Мном; Мст. = М СТ/Л7„ОИ; Ти = = 7общпиом/(9,55Л'11юм) — электромеханическая постоянная времени.
186 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 Рис. 6.6. Зависимости fAo == f (Мст/Л1Ном) для асинхронных электроприводов с короткозамкнутыми двигателями*. -------пуск;----------торможение [С. 6.7. Зависимости /д0 = f(MCr/MHOVl) для электроприводов с асинхрон* ними двигателями с фазным ротором; -----— пуск; — — ------торможение
Энергетика крановых электроприводов 187 Выражение (6.20) может быть также представлено в виде / — т t *д 1 м*дО*« (6.21) пкон* где /д0# = — Л/ста) — относительное значение времени переход- ная* него режима, определяемое как функция момента статической нагрузки по механическим характеристикам электропривода. Рис. 6.8. Зависимости /до — f (Мст/Л< НОм) для электроприводов с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения. М^гх — максимальный момент при пуске: •----- г-пуск до номинальной скорости; —пуск до фактической скорости^ „ —.------торможение На рис. 6.6 — 6.8 представлены графики зависимостей /яо =» 1 = йпЦМ* — ^ст*)> рассчитанные для пуска и торможения крановых электро- о приводов переменного и постоянного тока по типовым механическим харак- теристикам и позволяющие в соответствии с (6.21) найти время переходного режима. В регулируемых электроприводах осуществляется формирование пере- ходных режимов при постоянстве либо максимального пускового и тормоз- ного моментов, либо динамического момента. Расчет времени переходного режима при этом значительно упрощается и может быть выполнен по фор- муле ‘ Гм ^кон* ^нач* ^Д* где Мтах* Л4СТФ. (6.22)
188 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 Как и в рассмотренных выше случаях, время переходного режима при постоянстве Мтах является функцией момента статической нагрузки. Зави- симости /до = f (Мст/Мном) приведены на рис. 6.9. При постоянстве динами- ческого момента /д не зависит от статического момента и пуско-тормозные режимы протекают при постоянных ускорениях. Графики рис. 6.6—6.8 опре- деляют время пуска привода до номинальной частоты вращения. Если пуск ведется не до номинальной частоты вращения, то время переходного режима можно рассчитать, учитывая, что при использовании типовых панелей управ- ления привод достигает частоты вращения соответственно 0,6пном и 0,9пНОм Рис. 6.9. Зависимости /д0 = /(Л1Ст/Л1Ном) для электроприводов с постоянным максимальным моментом при пуске (сплошные линии) и торможении (штриховые линии) за время, равное 1/2 и 3/4 времени пуска. При расчете времени пуска элек- троприводов постоянного тока с двигателями последовательного возбужде- ния по графикам рис. 6.8 следует различать пуск до номинальной скорости (на рис. 6.8 сплошные линии) и до фактической рабочей скорости, соответ- ствующей нагрузке, меньшей номинальной (штрихпунктирные линии на рис. 6.8). Время переходных режимов оказывает существенное влияние на произ- водительность крановых механизмов. Его значение непосредственно связано с допустимыми ускорениями (замедлениями), которые выбираются из тех- нологических требований и возможностей крана (см. табл. 1.4). Рост требований к производительности обусловил необходимость увели- чения ускорений. Однако увеличение ускорений приводит к повышению мощ- ности двигателя, иначе двигатель недопустимо долго работает с динамиче- скими нагрузками. Практически время пуска находится в пределах 1—6 с. Продолжительность пуска, предусмотренная типовыми панелями управления, составляет 4—5 с. Обеспечение другого времени переходных режимов может быть выполнено только применением тиристорных регулируемых электропри- водов. Расчет производительности кранового механизма по (1.3), (1.4) может быть выполнен только в некоторых частных случаях, когда точно известны
§ 6.1 Энергетика крановых электроприводов 189 параметры диаграммы работы механизма. В общем случае расчет произво- дительности выполняется по средней скорости перемещения крюка С = 3600/(Л/пср + *пауз)> (6.23) где L — длина пути, проходимого краном за цикл, состоящая из отдельных участков пути [см. (1.4)]; /ПаУЗ ~ время пауз; Уср —средняя скорость, она функционально зависит от ряда параметров, основными из которых являются номинальная или максимальная скорость механизма, плавность регулирова- ния (число промежуточных скоростей), число включений привода в цикле и время протекания переходных режимов, продолжительность включения при- вода при регулировании. При этом число пусков привода до полной скорости в цикле также зависит от технологических факторов и регулировочных свойств электропривода: диапазона и плавности регулирования и жесткости механических характеристик. Таким образом, отношение средней скорости к номинальной полностью определяет регулировочные свойства привода и может служить показателем регулировочных свойств. Расчет значений иср и NB выполняется по эмпирическим формулам, по- леченным на основании обработки статистических данных работы крановых электроприводов. Расчетная формула для средней скорости на участке грузовой рии имеет вид траекто* (6.24) для числа включений (6.25) где &v/vном максимальный относительный перепад скорости между двумя соседними механическими характеристиками электропривода (показатель ста- тической плавности регулирования); Li — путь перемещения груза; kTt т — коэффициент, характеризуемый технологическими особенностями работы ме- ханизма; р — жесткость доводочной механической характеристики, %; — длительность переходного режима, приведенная к одному пуску и опреде- ляемая по формулам, рассмотренным ранее. На рис. 6.10 представлены графики vcp/vUOM = рассчитанные в соответствии с приведенной методикой для крановых перегрузочных ме- ханизмов. Эти кривые наглядно иллюстрируют влияние регулировочных свойств системы электропривода на практически реализуемые скоростные пара- метры. Снижение средней скорости и, следовательно, производительности в малорегулируемых системах связано с увеличением времени переходных
190 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 режимов из-за увеличения числа включений. В то же время пропорцио- нально скорости увеличиваются мощность и момент инерции двигателя. Вследствие указанного резко повышаются динамические потери в электро- приводе, поэтому показателем эффективности крановых электроприводов яв- ляется обеспечение максимума производительности при минимальных затра- Рис. 6.10. Зависимости исрЛ?Ном = = f(^ном)• 1 — контакторно-контроллерные системы параметрического регулирования при тор- можении противовключением; 2 — систе- мы с трехскоростными двигателями; 3 — контакторно-контроллерные системы пара- метрического регулирования при динами- ческом торможении; 4 — системы с непол- ной зоной частотного регулирования; 5 —* фазоимпульсное регулирование; 6 — тири- сторные электроприводы постоянного тока и асинхронные с частотным управлением Рис. 6.11. Зависимость Рпол f(PcT, ном).' 1 — контакторно-контроллерные системы параметрического регулирования при тор- можении противовключением; 2 — систе- мы с трехскоростными двигателями; 3 —• контакторно-контроллерные системы пара- метрического регулирования при динами- ческом торможении; 4 — фазовое регули- рование; 5 — импульсное регулирование; 6 — системы с неполной зоной частотного управления; 7 — тиристорные электропри- воды постоянного тока; 8 — частотно- управляемые электроприводы с односко- ростными двигателями тах энергии. Математически такая постановка задачи приводит к определе- нию максимума функциональной зависимости ^Лэкв----f (уном)- (6.26) Умножением обеих частей уравнения (6.26) на значение номинальной стати ческой нагрузки приводим его к виду ПОЛ f (Рст)» (6.27) где Рпол. Лэкв^срФст, ном — реализуемая мощность; Рст ^homQct, ном ™ уста- новочная мощность электропривода. В результате оптимальная по критерию получения максимальной произ- водительности при минимальных потерях энергии скорость кранового меха- низма определится по значению установочной мощности электропривода, со- ответствующей максимуму реализуемой мощности. Рассчитанные таким обра- зом зависимости РПол = /(Рст) для крановых перегрузочных механизмов приведены на рись 6.11. Они позволяют произвести сравнение крановых
§6.2 Выбор крановых электродвигателей электроприводов по критерию эффективности. Они показывают, что увеличе- ние эффективности использования крановых систем возможно только на осно- ве улучшения энергетических и регулировочных свойств электроприводов. 6.2. ВЫБОР КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Исходными данными при выборе электродвигателей крановых механиз- мов являются: статические и динамические нагрузки, приведенные к валу двигателя; параметры режима работы, определяемые в соответствии с изло- женными в разд. 1; время приложения статической и динамических нагру- зок, а также технологические особенности работы механизмов, определяющие число грузовых циклов. В задачу выбора двигателя кранового механизма входят предваритель- ный выбор двигателя, расчет его на удовлетворение теплового режима, а также проверка на обеспечение заданных ускорений (обеспечение пуско- вого режима и запаса сцепления для механизмов передвижения). Наибольшую сложность представляет расчет теплового режима двига- теля. Общепринятые методы теплового расчета по эквивалентным парамет- рам нагрузки (току, моменту, мощности) или средним потерям дают досто- верные результаты только тогда, когда достаточно точно известна нагрузоч- ная диаграмма работы электродвигателя. Для крановых электроприводов в большинстве случаев характерным является неопределенность режима ра- боты, что при специфических особенностях крановых машин закрытого ис- полнения с повышенными постоянными потерями и ухудшенными условиями теплоотдачи приводит к большим погрешностям при традиционных методах расчета. Авторами разработан метод выбора крановых двигателей, учитывающий приведенные выше особенности работы крановых электроприводов. Этот ме- тод, дополненный традиционными методами выбора по эквивалентным вели- чинам при заданной диаграмме грузового цикла, рекомендован к примене- нию при расчетах и выборе кранового электрооборудования. Определение расчетной мощности. Предварительный выбор электродви- гателя. Понятие расчетной мощности определяется как мощность, на кото- рую должен рассчитываться крановый двигатель по условиям обеспечения пускового режима. При определении расчетной мощности используется вы- ражение для ускорения механизма, имеющее согласно уравнению (6.20) дви- жения электропривода вид ___ 9,55Л4д ^ном **------ •’общ ^ном в котором динамический момент двигателя при пуске Л4д = &пУпА1ном> (6.2 Э) здесь Лп, уп — соответственно коэффициенты использования двигателя по пусковому моменту и кратность отношения максимального пускового момен- та к номинальному моменту двигателя. Значения kn и уп для различных си- стем электроприводов приведены в табл, 6.2,
192 Энергетика электроприводов и их производительность Разд 6 Таблица 6 2. Значения коэффициентов уп и fen для различных систем электропривода Система упоявления *п /гп Релейно-контакторная: 2,5 0,7 с асинхронным двигателем с фазным ро- тором с асинхронным короткозамкнутым двига- телем 2,3 0,8 с двигателем постоянного тока 2,8 0,65 Пуск двигателей от ТП постоянного или пере- менного тока 2 0,9 Подставляя в (6.29) значение суммарного момента инерции, выражен- ное через момент инерции поступательно движущихся частей [см. (1.25) и (1 26)] и используя зависимость между максимальным моментом двигателя и его номинальной мощностью м ______Л 9550РНом Мтах— -----'» (o.oU) ЯцОМ а также зависимость между относительным моментом статической нагрузки и мощностью, затрачиваемой на перемещение поступательно движущихся частей, Л4ст/Мном = Рст/^р = пг (G + Qn) ^ном/(Ю3Рр)» (6 3 из (6.28) и (6.29) можно получить следующее выражение для определения расчетной мощности: D______1 Г (G + Qn) Рном д'а , ’ _ Р &nVn L Ю3Пмех CTJ == !(Д+ЛП - о«ом (а'а+т}' (6-32) /спгпЧмех не G — масса перемещаемого механизма; Q^ —масса груза с подвеской для механизмов передвижения и поворота, для механизмов подъема G в фор- муле отсутствует; а' = /общ/^пост', Люст — момент инерции поступательно движущихся масс; т = PCT/[(G + Qn) ^ном] — параметр статической нагрузки, характеризующий условия работы механизмов, усредненные значения кото- рого приведены в табл. 6.3. В частном случае для механизмов подъема кранов общего назначения Д* р == РСт, гь где Per, п определяется по (1.12). Для механизмов горизонтального передвижения и поворота (6.32) в боль шинстве случаев можно преобразовать к виду 0,66 (G Qn) б^ном । Per Ю’Пмех 1.75 ’ (6.33)
§ 6.2 Выбор крановых электродвигателей 193 Таблица 6.3 Условия работы Краны, работающие в помещении при уклоне путей 0,003 Краны, работающие на открытом воздухе при уклоне путей или крене 0,003 Краны, работающие на открытом воздухе при уклоне путей или крене 0,01 Поворотные краны, работающие на открытом воздухе при крене до 5° т, м/с’ 0,4 0,55- 0,65 где Цмех — КПД механизма передвижения; Рст— мощность статической на- грузки установившегося движения, определяемая по одной из формул (1.13) —(1.19). В (6.33) учитываются особые условия нагрузки при ветре, крене, укло- нах путей и других противодействующих факторах. Расчетная мощность полностью определяется параметрами механизма и требуемыми средними ускорениями и позволяет предварительно выбрать двигатель исходя из условия Рном > (6.34) где Рном — номинальная мощность двигателя по каталогу при ПВ == 40 %. Для механизмов подъема Р? = Рст, ном и двигатель можно выбрать не- посредственно по мощности статической нагрузки. Производя предварительный выбор двигателя, следует помнить, что время t = v/a строго ограничено, поскольку в течение этого времени двига- тель работает с предельной нагрузкой. Практически время пуска электро- приводов механизмов подъема составляет 1—1,8 с, а механизмов передвиже- ния или поворота не должно превышать 6 с (для приводов с короткозамкну- тыми двигателями 3 с). Проверка выбора двигателя по тепловому режиму при известной нагрузоч- ной диаграмме. При проверке выбора двигателя по тепловому режиму исход- ным является уравнение баланса потерь в электрической машине 3600^0еном Р ном Г “ 1 > ЗбООвр ДР пост 4- 3600ер ДР экв, ст 4~ N (6.35) в котором левая часть представляет допустимые за 1 ч потери в двигателе, имеющем номинальную мощность Рном при номинальной продолжительности включения Вном и КПД ?]ном при условиях вентиляции, учитываемых коэффи- циентом ko\ правая часть представляет потери мощности двигателя, выделяе- мые в течение 1 ч. Расчет потерь в левой части (6 35) может быть произ- веден по формулам табл. 6.1, в которых время переходных и установив- шихся режимов, число включений и значения нагрузок определяются нагру- зочной диаграммой рабочего цикла. Если известно, что фактическая продол- 7 Зак. 918
194 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 жительность включения то проверка двигателя жет быть выполнена по не превышает номинальною, т. е. ер =» \ еНОм, на нагрев при известной нагрузочной диаграмме мо- эквивалентному току исходя из условия ном (6.36) в в тех случаях, когда ток двигателя пропорционален вращающемуся мо- менту или мощности, — по уравнениям эквивалентного момента Чом > м9КВ=<6-37) или мощности Люм > ^экв = VE Z (6-38) При возможности непосредственной оценки потерь можно применить ме- тод средних потерь Л^ном > Д^ср = X Е ч- (6.39) В (6.37) — (6.39) Pt, — соответственно ток, момент, мощность, потери мощности в двигателе на t-м участке грузовой траектории в течение времени tL. Универсальный метод выбора двигателей с использованием эквивалент- ного КПД. Неопределенность режима работы крановых механизмов в боль- шинстве случаев не позволяет использовать изложенные методы расчета кра- новых двигателей на нагрев. В связи с этим авторами была разработана универсальная методика выбора мощности крановых двигателей, учитываю- щая как параметры режима работы механизмов, так и энергетические свой- ства конкретных систем регулирования, которая применима для всех типов крановых механизмов и всех используемых в настоящее время типов элек- троприводов. Параметры режимов работы определяют среднестатистические нагрузочные диаграммы работы электроприводов и характеризуются норми- рованными значениями следующих величин: фактической продолжительностью включения электропривода еР; продолжительностью включения при регулиро- вании ер, Р; эквивалентным моментом статической нагрузки МЭкв, ст и эквива- лентным числом включений двигателя за 1 ч. Под эквивалентным числом пус- ков понимают число пусков двигателя до номинальной частоты вращения, эквивалентное по нагреву реальному числу пусков NB под нагрузкой Л4ЭКВ) с? с реальным моментом инерции электропривода. Эквивалентный момент ста- тической нагрузки связан с номинальным коэффициентом k3KB: Мэкв, ст ” ^экв^ном, ст- (6.40) Нормализованные параметры режимов работы в соответствии с данными ГОСТ 25835-83 и правилами Госгортехнадзора приведены в табл. 6.4. Исходной для расчета является формула (6.35) баланса потерь в двига- теле. При этом потери в двигателе непосредственно определяются через эк- вивалентный КПД т]ЭКв в принятой системе регулирования, значения кото- рого находятся по графикам рис. 6.5 и по (6,17),
§ 6.2 Выбор крановых электродвигателей 195 Т а б л и ц а 6.4. Параметры режимов работы Группы электро- приводов Механизмы подъема при ^общ/(1,2^дв) передвижения и поворота при Лзбщ/О’^дв) ЕР ^экв ер,р k3 в 1 2/ ’г/ДВ 1М, 2М 0,15 0,63 0,15 1 до 60 ЗМ 0,25 0,63 0,15 1 60—100 4М 0,4 0,63—0,75 0,1 1 100-150 5М 0,4 0,75—0,8 0,075 1 150—300 6М 0,6 0,8 0,05 1,15-1,25 400-690 Механизмы передвижения и поворота при ^оби1/(1,2Лтв)>5 Группы электро- приводов Ер ъ экс ер,р k3 N —/об1Д В 1,2/ ’ дв IM, 2М 0,15 0,63 0,15 1 До 800 ЗМ 0,25 0,63 0,15 1 800—1000 4М 0,4 0,63—0,75 0,1 1 1000—1500 5М 0,4 0,75—0,8 0,075 1 1500—3000 6М 0,6 0,8 0,05 1,15-1,25 4000-6000 Кроме того, должны быть учтены следующие факторы: 1) влияние на нагрев обмоток двигателя отдельных составляющих по- терь при изменениях соотношений между ними и условий вентиляции при ер 2) степень влияния динамических потерь на нагрев двигателя, так как в зависимости от системы регулирования часть потерь, определяющих т)экй, выделяется не в машине, а в других элементах привода; 3) зависимость постоянных потерь от питающего напряжения в систе- мах со статическими преобразователями; 4) увеличение потерь на регулировочных характеристиках в системах с параметрическим регулированием. Условия влияния первого из этих факторов в общем случае нельзя вы- разить аналитически вследствие того, что нагрев обмоток двигателя зависит не только от потерь, определяемых режимом работы, но и от конструктив- ных особенностей двигателей различных исполнений с различными условиями вентиляции. Поэтому учет указанных условий производится посредством экс- периментально полученных зависимостей коэффициента kOt определяющего изменение допустимой мощности потерь в функции фактической продолжи- тельности включения еР. Зависимости k0 — f(sp) для крановых двигателей различных исполнений приведены на рис. 6.12. Влияние динамических потерь на нагрев двигателя учитывается коэффициентом kA, который определяется по отношению пусковой мощности к номинальной; &д=^_4 для систем пара-
196 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 метрического регулирования короткозамкнутых двигателей, и kA ~ 1,25 для электроприводов других типов. Зави- 'мость постоянных потерь от напряже- ния на выводах двигателя учитывается коэффициентом ^ном ^НОМ (1 + ер/еном) (6.41) где Оф и }ф — фактические значения напряжения и частоты на выводах дви- гателя; для систем постоянного тока ^ф//ном === 1. Увеличение потерь на регулировочных характеристиках систем парамет- рического управления учитывается с помощью коэффициента kp — 1 — 1,2 (еп, р -- ер, р, б)» (6.42) где еР1 р, о — базовая продолжительность включения при регулировании, при- нятая при расчете зависимости цэкв от числа включений на рис. 6.5. В ре- зультате общая расчетная формула для выбора мощности двигателя по тепловому режиму имеет следующий вид; ^ном, г &3&ЭКВ л/®р/®ном б Яэкв, б (Лэкв, б Лэкв) СТ, НОм (6.43) В (6.43) все коэффициенты определены в соответствии с вышеизложен- ным, а &з — коэффициент, учитывающий запас мощности, закладываемый при Рис. 6.12. Зависимости feo = f (ер) для крановых двигателей: J — невентилируемые асинхронные; 2 постоянного тока; 3 и 4 — вентилируе- мые соответственно тихоходные и быст- роходные с фазным ротором; 5 — венти- лируемые быстроходные короткозамкну- тые проектировании электропривода, ис- ходя из требований к его надежно- сти; значения приведены в табл. 6.4. Для нормализованных режимов ра- боты коэффициенты в (6.43), стоя- щие перед РСт, ном, могут быть точно подсчитаны и объединены в один об- щий коэффициент £т, зависящий от режима работы и выбранной системы электропривода. Значения этого ко- эффициента приведены в табл. 6.5 и могут быть использованы для предварительного выбора двигателя по условиям нагрева исходя из выра- жения Рном, ст, номА-г- (6.44) Таким образом, расчет выполняется в два этапа: на первом этапе пред- варительно выбирается двигатель по большей из мощностей, определяемых формулой (6.32) и другими для расчетной мощности или (6.44) по тепловому режиму для принятой системы электропривода и известного режима работы; на втором этапе выбранный двигатель проверяется по (6.43) на обеспечение теплового режима для конкретных параметров режима работы. Если двига- тель не удовлетворяет условию (6.43), то следует принять двигатель боль- шей мощности и повторно проверить правильность его выбора, Выбранный
Таблица 6.5. Значения k? для выбора различных систем электропривода Система электропривода ^экв, б ka Подъем при /общ/(1-2/д)<’'5. Передвижение и поворот при 7общ/(1-2/дв)>5 для режимов передвиженш при Лэбщ/О'^дв) 3 и поворот С5 для режимов 1М—зм 4М 5М 6М ЗМ 4М 5М 6М Асинхронный электропривод: двухскоростной при 2р = 4/24 0,83 4 0,7 - — —— —— —— — - односкоростной при 2р == 6 0,81 4 1,3 1 0,65 0,3 0,2 1 1 с фазным ротором при тормо- жении противовключением 0,76 1,25 1,4 1,2 0,95 0,75 0,75 0,65 0,35 0,2 с фазным ротором при динами- ческом торможении 0,81 1,25 1,45 1,3 1,1 0,9 0,9 0,85 0,5 0,3 двухскоростной при 2р = 4/6 с неполной зоной частотного уп- равления 0,9 1,25 1,4 1,15 1 0,7 0,55 0,2 — односкоростной в системе час- тотного управления 0,94 1,25 1,45 1,3 1,15 1,05 1,15 1,1 0,85 0,7 Тиристорный электропривод по- стоянного тока 0,94 1.25 2 1,3 1,15 0,85 1,4 1 0,75 0,5 Электропривод постоянного то- ка с параметрическим регули- рованием 0,81 1,25 2 ! 1,25 1,1 ! 0,8 ! 1 1,25 i । 0,85 1 1 0,5 0,3 Выбор крановых электродвигателей сг> ы>
198 Энергетика электроприводов и их производительность Разд 6 «таким образом двигатель удовлетворяет и условиям пуска, поскольку мощ- ность двигателя не меньше расчетной. Факторы, ограничивающие предельные нагрузки двигателей. При выборе двигателей должны учитываться факторы, ограничивающие их предельные нагрузки. Это связано с тем, что кратковременные перегрузки, незначительно сказываясь на эквивалентной нагрузке, в то же время резко повышают тем- пературу обмоток. Причиной указанного является то, что, с одной стороны, при нагрузках, близких к максимальным, потери возрастают в степени, боль- шей квадратичной, а с другой — ухудшается теплоотдача от обмотки к стали сердечника при выделении большого количества тепла. Так, при номинальной нагрузке температура статора и ротора асинхронных машин повышается со скоростью 0,2°/с, что соответствует колебаниям температуры примерно 30 °C Ь течение стандартного 10-минутного испытательного цикла. При нагрузке же, равной 0,8 максимальной, скорость повышения температуры увеличивается е 30 раз. В результате возможен недопустимый нагрев обмоток в пусковых режимах при больших моментах инерции механизма. Учитывая сказанное, следует ограничивать предельные нагрузки на уровне 1,7 номинальной для асинхронных двигателей с фазным ротором и 2 номинальных для двига- телей постоянного тока (при еНом == 0,4) при максимальном пусковом мо- менте не более 2,5Л1ном для асинхронных двигателей и ЗЛ4ЫОМ— для двигате- лей постоянного тока. Вопрос о предельных нагрузках короткозамкнутых двигателей рассматривается в § 6.3. Проверка выбора электродвигателей приводов механизмов передвижения и поворота по обеспечению запаса по сцеплению и максимально допустимому ускорению. Электропривод механизмов передвижения необходимо проверить по запасу сцепления при пуске и торможении для наиболее неблагоприятных условий работы. При этом должны удовлетворяться следующие условия со- ответственно для пуска и торможения: &сц, п = "Р (И° + > 1,1 4- 1,2; (6.45) Г ст max т м йсц,, « £.?Р ~Л»*») > 1,1 -ь 1,2, (6.46) ~ д гст min, где Гпр — усилие давления на приводные колеса; Цо — коэффициент сцепле- ния ходового колеса с рельсом; f0 min *" минимальный коэффициент трения качения, приведенный к диаметру колеса; FCt max и ^ст min “ максимальное и минимальное усилия сопротивления движению крана; FK==(G + Qn) a/g — динамическое усилие. Условия сцепления определяют верхний предел ускорений. Выражения (6.45) и (6.46) можно представить в виде ЛЛ ЛЛ 1 9’81 + Qn) fa /А 47\ - Л4СТ тах- ЛпЛ4р < 2. J Оэ^— kw> (6.47) где DK — диаметр приводных колес; f — общий приведенный к диаметру ко- леса коэффициент трения; а — отношение числа приводных колес к общему числу колес; * и т)мед — передаточное число и КПД механизма,
§ 6.2 Выбор крановых электродвигателей 199 Используя соотношение £)к/i == 60vHom/ (ялном) (6.48) и переходя к мощностям, можно записать следующее выражение, определяю-* щее условия сцепления: 9,81аф (G -р Qn) ^нрм Ю3ЛпЛмех (6.49) где (р = f/бсц — коэффициент сцепления, который может быть принят рав- ным 0,2 при работе крана в помещении и 0,12 — на открытом воздухе (ко- леса по мокрым рельсам). Откуда, используя формулу (6.32) для расчетной мощности, можно записать выражение для максимального ускорения &тах — 9,81 /гпфа а' — т. (6.50) Для реальных средних значений коэффициентов, входящих в выражение '(6.50), максимальные значения средних ускорений, м/с2, должны быть не больше: для помещений ^тах “ L4a — 0,09; (6.51) для открытого воздуха a max = 0,85а — 0,2. (6.52) Минимальное ускорение определяется максимально возможным временем пуска atnin ^номЛ/nax* (6.53) Заданное значение ускорения всегда находится в пределах, определяе- мых выражениями (6.50) — (6.53). Поэтому проверка выполнения условий сцепления заключается в выяснении обеспечения условий (6.50) — (6.53) для реального ускорения, реализуемого выбранным двигателем. Это ускорение находится из (6.32) при замене Рр на РНОм 103 [^пУпЛиех^ном ‘.-Рст*) мех] ь, 1 ((? + Qn) ^ном а Ю3^пУп'Пмех/3црм (6.54) Примеры расчета выбора двигателей. Пример 6.1. Выбрать двигатель механизма подъема крана, имеющего сле- дующие параметры: грузоподъемность 16 т, номинальная скорость подъема 0,35 м/с, масса подвески 0,5 т, диаметр барабана с канатом 0,52 м, переда- точное число 44, КПД механизма 0,84, число включений в час 400. Режим работы электропривода 5М. Используется электропривод с фазным двига- телем при динамическом торможении самовозбуждением. Расчетная мощность в соответствии с (1.12) Рр = Рст, ном — 9,81Сп^ном/(Ю311мех) = ₽ 9,81 (16 000 + 500)/(103 • 0,84) « 67,8 кВт.
200 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 Частота вращения двигателя п i= 60/оном/(лР) = 60 • 44 • 0,35/(3,14 • 0,52) = 565 об/мин. Исходя из режима работы и принятой системы электропривода по табл. 6,5, находим значение коэффициента kr — 1,1. Тогда согласно (6.44) Рном, т = ^ст, ном/& г =“ 67,8/1,1 = 61,5 кВт. Так как Рном, т < предварительный выбор двигателя следует осу- ществлять по Рр. Выбираем двигатель 4MTH280L10 мощностью 75 кВт при ПВ = 40%, лпом = 575 об/мин, имеющий момент инерции 6,25 кг • м2. Опре- деляем суммарный момент инерции по (1.26) г юг । 91(5п^2 , о 9Ы6500-0,352 2 Аэбщ “— 1,2/дв 4 “* 1,2 * 6,25 -| р-т(-2 — 8,05 кг • м » Эквивалентный КПД определяем по (6.17) и графикам рис. 6.5 'Пэкв — 0,81 0,81—0,73 8,05 0,73 1,2-6,25 = 0,77. Проверяем двигатель по тепловому режиму по (6.43) 0,81 1,2 • 0,8 У0,6/0,4 ______________________етч-оао в ном’т 0,86 • 1 0,81 — 1,25 (0,81 — 0,77) ’ ’ К Т' В;тесь значения коэффициентов &3 = 1,2; ер = 0,6; ^Экв = Д8 приняты согласно табл. 6.4; Лр = 1; т)ЭКв, б “ 0,81 согласно табл. 6.5; т]ЭКв = 0,73 при NB = 400 согласно рис. 6.5; &о = О,86 согласно рис. 6.12. В данном случае Рнт > РНом, т. е. двигатель не проходит по тепловому режиму. Выбираем двигатель сле- дующего габарита 4MTH355S10, имеющий мощность 100 кВт в режиме ПВ==40%; «ном = 583 об/мин; /дв = 10,25 кг • м2. При этом суммарный мо- мент инерции равен 12,3 кг • м2, эквивалентный КПД Лэкв==0,78, _ 1,2 • 0,8 У0,6/0,4 _______0,81 _ ном’т 0,86 • 1 0,81 — 1,25 (0,81—0,78) ’ У/ КВт* Поскольку Рном > Рвом, т» окончательно выбираем двигатель 4MTH355S10. Пример 6.2. Выбрать двигатель механизма передвижения моста крана грузоподъемностью 10 т, имеющего следующие параметры: масса крана 13,2 т, скорость крана 1,25 м/с, статическая мощность передвижения 3,6 кВт, ускорение 0,25 м/с2, диаметр ведущего колеса 0,4 м, передаточное число ре- дуктора 16, КПД механизма 0,9, отношение числа ведущих колес к общему числу колес а = 0,5, число включений в час 180. Кран работает в помеще- нии. Режим работы электропривода 5М. Используется электропривод с фаз- ным двигателем и торможением противовключением. Расчетная мощность по (6.32) п 1 Г (13 200 4-10 000) • 1,25 • 1,15 • 0,25 , 1 -1^07 1 ---------* 103.0,9----------------+ 3’61 = 7’6 Вт-
Особенности выбора короткозамкнутых двигателей 201 Частота вращения двигателя Л 60 • 16 • 1,25/(3,14 * 0,4) == 955 об/мин. По табл. 6.5 для данных условий равно 0,35, и РНом, т ~ 3Х6/О,35 = = 10,3 кВт. Так как Рном, т > Рр» то предварительный выбор двигателя следует осу- ществлять по Рном,т. Выбираем, два двигателя 4MTF132L6 мощностью 5 кВт в режиме ПВ = 40 %, пном=930 об/мин, момент инерции двигателя 0,0675 кг • м2 Суммарный момент инерции, приведенный к валу одного двигателя, , 91 (13 200 4- 10 000). 1,252 . Ао, 2 •?сбш — 1,2 • 0,0675 -] >. 9302 — 1,98э кг • м . Эквивалентный КПД по (6.17) и графикам рис. 6.5 0,76 0 76 — 0,68 1,985 0,68 1,2-0,0675 = 0,322. Проверяем двигатель по тепловому режиму: 1 • 0,75 V0,4/0,4 • 1 0,76 3,6 1 • 0,94 0,76 — 1,25 (0,76 — 0,322) 2 Здесь значения коэффициентов согласно табл. 6.4 равны &э=1; ер==0,4; &экв = 0,75; kp = 0,94 по (6.42); kQ — 1 по рис. 6.12; 'ПЭКв = 0,72 при AfB = 180 согласно рис. 6.5. Двигатель удовлетворяет тепловому режиму. Проверяем двигатель по условиям сцепления. С этой целью определяем обеспечиваемое им ускорение из (6 54): а =— Ю3 [^пУпЛмехРном —‘ Рст, ном] (G 4“ Q) ^ном® __ 4040,7.2,5.0,9.7,6-3,6-0,9] 2 (13 200 4- Ю000) 1,25- 1,15 ’ М/С ’ Это ускорение меньше допустимого, равного согласно (6.51) втах == 1,4 • 0,5 — 0,09 = 0,61 м/с2. Таким образом, двигатель удовлетворяет также условиям сцепления и может быть использован для рассматриваемого электропривода. 6.3. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В СИСТЕМАХ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Общие вопросы. В электроприводах с короткозамкнутыми двигателями все потери, связанные с регулированием и пуско-тормозными режимами, вы- деляются непосредственно в машине. В результате мощность короткозамкну- того двигателя при параметрическом регулировании в значительно большей
202 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 степени зависит от режима работы и диапазона регулирования, чем это имеет место при применении двигателей других типов. Зависимость допустимого момента короткозамкнутого двигателя от диапазона регулирования легко установить из равенства потерь при регулировании допустимым потерям Мдоп$р V ер, р/еР -^hom^homJ (6.55) допустимый момент при скольжении sP, соответствующий продолжительности включения при регулировании еР, р Л1дОП = Мном у/ , (6.56) «С • вр1 Р где пр — частота вращения на регулировочной характеристике. На рис. 6.13 построены зависимости ЛГдоп/Мном === f (и/пс) для двигателя с 51Юм —0,07 и вр = 0,4 при 8PjP = 0,05; 0,1; 0,15 и 0,25 рассчитанные по (6.56). Из приведен- ных характеристик видно, что даже при малом значении еР1 р увеличение Рис, 6.13. Зависимости допустимого момента асинхронного короткозамк- нутого двигателя от частоты вра- щения: 1 — естественная характеристика; 2—5 — При епп = 0,0о; 0,1; 0,15; 0,25 гателя с фазным ротором, т. е. ие зовании для крановых электропривс димо применять специальные меры диапазона регулирования связано с резким снижением момента машины, и регулирование выше 1 ; 2 практи- чески невозможно. Другой особенностью работы ко- роткозамкнутых двигателей является необходимость ограничения времени пускового режима из-за больших пусковых токов, приводящих к бы- строму росту температуры обмоток. Поскольку скорость нарастания тем- пературы пропорциональна квадрату плотности тока, то допустимое вре- мя пуска короткозамкнутого двига- теля в 2—2,5 раза меньше, чем дви- должно превышать 3 с. При исполь- дов двигателей единой серии необхо- для ограничения плотности тока. Все указанные особенности энергетики рассматриваемых электроприводов приво- дят, с одной стороны, к ограничению области их применения, а с другой—• к тому, что при одинаковых параметрах механизма установленная мощность короткозамкнутых двигателей значительно выше мощности двигателей с фаз- ным ротором. Поэтому для электроприводов механизмов передвижения с ко- роткозамкнутыми двигателями значительно сложнее решается вопрос обеспе- чения запаса сцепления. В то же время эксплуатационные свойства коротко- замкнутых двигателей и их массогабаритные параметры значительно лучше, чем двигателей других типов. Следовательно, использование короткозамкну- тых двигателей целесообразно во всех случаях, когда это возможно по усло- виям работы механизма. Особенно эффективно их применение для кранов облегченной конструкции, а для крановых механизмов взрывозащищенного исполнения их применение оказывается вообще единственно возможным,
Особенности выбора короткозамкнутых двигателей 203 Общие методы выбора крановых двигателей, рассмотренные в § 6.2, полностью справедливы и для короткозамкнутых двигателей. Однако ука- занные выше специфические свойства рассматриваемых электроприводов опре- деля ют ряд особенностей выбора крановых короткозамкнутых двигателей, которые и рассматриваются далее. Особенности определения расчетной мощности и тепловой проверки ко* роткозамкнутых двигателей. По условиям тепловой нагрузки время пуска короткозамкнутых двигателей не должно превышать 3 с. С учетом этого (6.32) для выбора расчетной мощности короткозамкнутых двигателей пре- образуется к виду (G Н~ Qn) ^ном Ю^пУпЛмех (.°/рном к 3 (6.57) + m Для механизмов передвижения взрывобезопасных кранов, как правило, m ж 0; тогда (6.57) имеет вид ' : ^ном 8фсс (G ~4~ Qn) ^НОМ Р Ю3г)мех (6.58) После предварительного выбора двигателя по (6.57) или (6.58) может быть осуществлена тепловая проверка по (6.43). Однако, учитывая, что для рассматриваемых электроприводов фактическая продолжительность включе- ния не выше номинальной еР е0, более простым методом является тепло- вая проверка выбранного двигателя по потерям в роторе путем определения допустимого числа включений. Допустимое число включений Л^доп — (Лдоп, р Ат, р)Мд, р» (6.59) где Лдоп, р> Ат, р и ДД1 р — потери в роторе двигателя допустимые, стати- ческие и динамические. Используя (6.59) и выражения, приведенные в § 6.1 для потерь в дви- гателе, можно привести расчетную формулу, определяющую допустимое число включений, к следующему виду: для односкоростных двигателей . _ (^ИОМ^НОМеНОМ^0 ^ЭКВ, СТ^ЭКВ, СТ6р) * 0*068 * 1Q6 ДОП ' ’ у „ \ о-, * [1 + a(“^r)j/o6l«n^ (6.60) где о — коэффициент, характеризующий условия торможения, о —0 — без торможения двигателем, о= 1,65 — при торможении противовключением при начальной частоте вращения 0,25пНоМ; о = 0,85 — при динамическом тормо- жении; для двухскоростных крановых двигателей при генераторном торможении с промежуточной синхронной скоростью тихоходной обмотки п1с (Мном$нОМеНОМ^0 Мэкв, ст^экв, стер) ’ 0,068 • 10б 1,3 (ftic/rtc)2 4“ 2,5 [(/Ze — Ас)/А]2 (6.61)
204 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 Найденное при этом допустимое число пусков должно быть не менее фактического, определяемого по (6.25) или заданного в соответствии с ре- жимом работы. Для односкоростных двигателей механизмов передвижения, используя вышеприведенные формулы и учитывая, что о/ < 1,15, a m < 0,4, можно установить однозначную зависимость между допустимым числом включений и параметрами механизма — скоростью ином и ускорением а. Эта зависимость имеет следующий вид: 38 (6,6д + ОД) (1 + о) Ином kB • Vl — 0,06m/(6,6a + 0,6), (6.62) где kB — коэффициент, учитывающий конструктивные особенности двигателей, связанные с ухудшением условий вентиляции и кратностью токов в пуско- тормозных режимах, ks == 1 для двигателей крановой серии и &в = 0,75 для электродвигателей серии 4АС. На рис. 6.14 и 6.15 приведены кривые, рассчитанные по (6.62) для дви- гателей соответственно крановой серии и двигателей 4АС. Минимальное число включений даже для наиболее легкого режима работы должно быть Рис. 6.14. Зависимости предельного числа включений крановых коротко- замкнутых двигателей от скорости механизма Рис. 6.15. Зависимости предельного числа включений короткозамкнутых двигателей единой серии от скорости механизма не ниже 40—60 включений в час. В соответствии с этим из приведенных ри- сунков следует, что максимально возможная скорость, при которой еще мо- гут быть применены электроприводы с короткозамкнутыми двигателями при параметрическом управлении, не превышает 1,25 м/с для машин крановой серии и 1 м/с для двигателей 4АС. Реализация необходимых скоростей меха- низма связана со значением среднего ускорения, которое должно возрастать с увеличением скорости. Однако рост ускорения в механизмах передвижения приводит к снижению запаса по сцеплению. Особенности выбора короткозамкнутых двигателей механизмов передви- жения по условию обеспечения сцепления. В § 6.2 были определены предель- ные ускорения механизмов передвижения по условиям обеспечения сцепле- ния при номинальной грузоподъемности. Однако при неблагоприятном рас- положении груза на кране условия сцепления изменяются, что приводит
§ 6.3 Особенности выбора короткозамкнутых двигателей 205 к необходимости ограничения ускорения и, следовательно, начального мо- мента при пуске двигателя. В электроприводах с фазными двигателями при типовой диаграмме пуска никаких сложностей, связанных с обеспечением условий сцепления, не возникает при ускорениях механизма, находящихся в пределах допустимого (6.51) и (6.52). Для короткозамкнутых двигателей ограничение пускового момента нежелательно, если это связано с усложне- нием аппаратуры управления, поэтому правильный выбор двигателя с уче- том условий сцепления является особо важным. Условие обеспечения сцеп- ления в начальный момент пуска может быть записано в виде 9,81 фасоном. > Ц Лмех ^пУп^мех * (G + Qti) ином (<Х О + ш), (6.63) где ц = Л1нач? п/^ном — относительное значение начального пускового мо- мента. Принимая knyn = 1,75, по данным табл. 6.2 и m = 0,12 для помещений и m = 0,35 на открытом воздухе можно записать следующие выражения для Рис. 6.16. Зависимости v=f(G/(G-j- + Qn)) для механизмов передвиже- ния кранов с короткозамкнутыми двигателями, работающими в поме- щении Рис. 6.17. Зависимости u = f(G/(G~[- + Qn)) для механизмов передвиже- ния кранов с короткозамкнутыми двигателями, работающими на откры- том воздухе максимальных ускорений механизма передвижения при применении коротко- замкнутых двигателей: для помещений а<3~7ГГо--°-09-> (6.64) И и т Чи на открытом воздухе сс G а < 1,75— п------------------------0,21. (6.65) Н О + Qn Учитывая, что максимальное время пуска короткозамкнутых двигателей составит не более 3 с, по (6.64) и (6.65) на рис. 6.16 и 6.17 построены зависимости vHOm = За = f (G/(G -f- Qn)) при различных значениях р, и сс. Из этих зависимостей следует, что скорости и ускорения механизмов с ко- роткозамкнутыми двигателями без ограничения пускового момента значи- тельно ниже, чем при применении двигателей с фазным ротором, а для ме- ханизмов, работающих на открытом воздухе, применение этих двигателей
206 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 может оказаться невозможным. Поэтому в ряде случаев приходится вводить ограничение пускового момента, осуществляемое с помощью регуляторов на- пряжения, пусковых резисторов или установкой двигателя с номинальным напряжением, большим напряжения сети. Особенности применения для крановых электроприводов короткозамкну* тых двигателей единой серии. Двигатели единой серии по сравнению с кра- новыми имеют большие кратности пусковых токов и значительно большие плотности токов как в номинальном, так, тем более, в пуско-тормозных режимах. Это приводит, во-первых, к увеличению динамических потере а во-вторых, к росту скорости нарастания температуры в процессе пуска. Учет изменения составляющей динамических потерь при выборе двигателя по тепловому режиму может быть произведен посредством увеличения коэф- фициента Ьд в (6.46) пропорционально отношению кратностей пусковых то- ков двигателей общего назначения и крановых. При этом для одного и того же режима работы мощность двигателя единой серии значительно пре- вышает мощность кранового двигателя. Рост плотности тока в пуско-тормозных режимах приводит к тому, что температура обмоток двигателя достигает недопустимых значений уже в про- цессе одного-двух включений. Время пускового режима значительно меньше постоянной времени нагрева двигателя, и для превышения температуры об- мотки статора справедливо выражение т = /%т/200, (6,66) где Лг— время пуско-тормозного режима; У — плотность тока, А/мм2. Для примера укажем, что плотность пускового тока двигателей единой серии повышенного скольжения 4АС мощностью от 1 до 10 кВт составляет 40—54 А/мм2 при допустимом превышении температуры 80 °C. При этом со- гласно (6.66) время /пт составляет от 10 до 5,5 с, что в 3—5 раз меньше, чем для крановых машин. В соответствии с (6.66) допустимая плотность тока не должна превышать 36—30 А/мм2 соответственно для электроприво- дов с отношением моментов инерции 7обш/(1,2Удв) 2,5 (подъем и тележки кранов) и Уобщ/(1,2УДв) > 10 (передвижение кранов). Снижение плотности пускового тока связано со снижением пускового момента согласно выра- жению ., . . *^П, НОМ = Л4П1 ном "7 '» (6.67) J п, доп где Льном и Лт, доп — пусковые номинальная и допустимая плотности токов. Снижение плотности пускового тока до допустимых значений может быть обеспечено при снижении пускового момента по условиям сцепления. Из изложенного следует, что к применению двигателей общего назначения на крановых механизмах следует подходить с большой осторожностью. При- менение двигателей с кратностью пусковых токов больше шести вообще недо- пустимо. Практически на крановых механизмах находят применение двига- тели с повышенным скольжением 4АС при числе включений не более 40—50 в час*
§ 6.3 Особенности выбора короткозамкнутых двигателей 207 Особенности выбора двигателей для взрывоопасных кранов. На таких кранах можно устанавливать только электрооборудование в специальном взрывозащищенном исполнении. В этом исполнении промышленностью вы- пускаются только короткозамкнутые двигатели. При выборе взрывозащи- щенных двигателей, учитывая высокую степень ответственности, необходимо исключить любую возможность перегрузки. Поэтому необходимо стремиться к более точному определению эквивалентных нагрузок, увеличивая их в со- мнительных случаях. С учетом указан- ного замечания осуществляются пред- варительный выбор двигателя по (6.58) и расчет допустимого числа включе- ний по (6.60) при тепловой проверке выбранного двигателя. Допустимое чис- ло включений взрывозащищенных дви- гателей Л^доп, ном регламентировано для определенного коэффициента инерции k} ном — /общ/(1,2/дв). Поэтому найден- ное по (6.60) допустимое число включе- ний должно быть не меньше регламен- тированного с учетом реальных Рис. 6.18. Зависимости и =» «== f(G/(G 4- Qn)) для механизмов передвижения взрывозащищенных кранов меха- значений коэффициента инерции низма, т. е. должно выполняться условие NДОП Nдоп, ном ном (6.68) При проверке двигателей механизмов передвижения необходимо обеспе- чить повышенный запас сцепления при коэффициенте сцепления 1,5. В элек- троприводах взрывозащищенного исполнения устройства для регулирования момента отсутствуют, и условия, определяющие предельные скорости меха- низма, в соответствии с (6.63) представляются в виде: для помещений v < 3,76а VT ------0,32; (6.69) G -f- Qn для наружных установок v < 2,3а 7, в-т;--0,8. (6.70) G + Qn Из этих выражений следует, что для работы вне помещений имеются значительные ограничения применения такого электропривода. На рис. 6.18 приведены графические зависимости v f(G/(G + Qn)), определяющие со- гласно (6.69) и (6.70) допустимые скорости механизмов, обеспечиваемые не- регулируемыми взрывозащищенными электроприводами с короткозамкнутыми двигателями. Скорости механизмов передвижения взрывозащищенных кранов, как сле- дует из представленных графиков, значительно меньше, чем у кранов общего назначения. Для обеспечения условий сцепления эти краны имеют повышен- ное число приводных колес. Из методов ограничения момента для них наибо-
208 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 лее часто применяют установку двигателей с паспортным напряжением» большим напряжения сети. Пример 6.3. Выбрать двигатель механизма передвижения тележки крана грузоподъемностью 10 т, имеющего следующие параметры: масса тележки 2,5 т, скорость тележки 0,67 м/с, статическая мощность 0,8 кВт, диаметр ведущего колеса 0,25 м, передаточное число 18,5, КПД механизма 0,9, число включений в час 50. Режим работы электропривода ЗМ. Используется элек- тропривод с параметрическим управлением короткозамкнутым двигателем. Расчетная мощность по (6 57) (10 000+ 2 500)-0,67 ( 1,15-0,67 0,8-103 103 • 2,3 - 0,8 - 0,9 \ 3 + 12 500-0,67-0,9 Частота вращения двигателя 60 - 18,5 - 0,67 3,14-0,25 = 947 об/мин. Предварительный выбор двигателя производим по Рр без расчета РНоч,т согласно (6.44), так как неизвестно отношение /<?б1ц/(1ЛАдв). Выбираем дви- гатель 4MTKF112L6, 2,2 кВт, ПВ — 40 %, /гном 880 об/мин, имеющий мо- мент инерции 0,0275 кг*м2. Суммарный момент инерции г ю 0097- - 91 (10 000 4-2 500) • 0,672 , /обгц •—’ 1>2 • 0,027а 4“ — 0,6 кг • м . Допустимое число включений по (6.60) (24-0,12-0,4.1 — 8,2-0,06-0,4)-0,068-106 Ыдоп =----Г--------z 700" \2 1-------------------= 52’1 цикл/4- [1 4- !,65 (“Tow") J • 0,6 - 1 000 - 1,15 При этом Мной == 9550.2,2/880 = 24 Н • м; Мс = 9550 - 0,9/947 = 8,2 Н • м; 5ном = 0,12: 5ЭКВ, ст ~ 0,С6; &0 = 1; при торможении противовключением при- нимаем ганач — 700 об/мин. Двигатель удовлетворяет тепловому режиму. Проводим проверку по сцеплению. Определяем фактическое значение ускорения по (6.54) 103 [0,8 - 2,3 - 0,9 - 2,2 — 0,8 - 0,9] [10 000 4-2500]-0,61 - 1,15 = 0,3035 м/с2. Всходя из условий (6 50) и (6.53) максимальное ускорение при использова- нии короткозамкнутого двигателя должно находиться в пределах 0,67 / ^9 81 °’8 *°’2’°’5 0,8-103 3 <а< ’* 1,15 (12500+ 2500).0,67 ' или 0,223 < 0,3035 < 0,6, т. е. условия сцепления в номинальном режиме выдержаны.
§ 6.4 Выбор параметров крановых электроприводов 209 Условия обеспечения сцепления в начальный момент определяются вы- ражением (6.64) 0,5 М 2,5 10 + 2,5 — 0,09. В соответствии с этим условием определяем относительное значение пус- кового момента р = 3 • 2,5 • 0,5/[ 12,5 (0,3035 + 0,09)] == 0,762. Пример 6.4. Длля условий примера 6.3 выбрать двигатель серии 4АС. По найденной в примере 6.3 расчетной мощности выбираем двигатель 4AC100L6 мощностью 2,6 кВт, ПВ = 40 °/о, 920 об/мин, имеющий момент инерции 0,056 кг-м2. Допустимое число включений по (6.62) 38 (6,6 - 0,3035 + 0,6) (1 4- 1,67) *0,67 * ° А / °’06 -S’ V 1 6,6 - 0,3035 + 0,6 — 41,5 вкл/4- откуда видно, что двигатель 4AC100L6 обеспечивает меньшее число включе- ний, чем двигатель 4MTKF112L6, хотя мощность его выше. Для использова- ния двигателя заданное число включений необходимо ограничить до 40 в час. Плотность пускового тока двигателя 4AC100L6 равна 40 А/мм2. Учитывая высокую кратность отношения /Общ/( 1,2/дв), следует ограничить пусковую плотность тока до 30 А/мм2. При этом пусковой момент снизится в (30/40)2 = = 0,56 раза, т. е. пусковой момент должен быть снижен в большей степени, чем по условиям начального сцепления. 6.4. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ СВОЙСТВ Общие сведения. Энергетические и регулировочные свойства крановых электроприводов играют существенную роль при расчете параметров крано- вых механизмов, как это было показано в § 6.1 и при расчете параметров самих электроприводов. Первостепенное значение при этом имеет соотноше- ние между потерями в статических и динамических режимах работы крано- вого электропривода. Чем хуже энергетические и регулировочные показатели системы регулирования, напряженнее режим работы и больше моменты инер- ции, тем значительней часть в общем балансе потерь, приходящаяся на долю динамических потерь. В результате снижается реализуемая мощность кра- нового двигателя, а в ряде случаев для электроприводов, работающих в тя- желых условиях эксплуатации режимов выше 5М, применение простых си- стем, обладающих низкими энергетическими и регулировочными свойствами, становится или невозможным, или нецелесообразным. Здесь рассматриваются вопросы, связанные с определением параметров крановых электроприводов, зависящих от их энергетических и регулировоч- ных свойств. К ним относятся реализуемая мощность, номинальная и макси-
210 Энергетика электроприводов и их производительность Разд. 6 мальная частота вращения исполнительного двигателя, расчет предельно воз- можных мощностей электроприводов с короткозамкнутыми электродвига- телями. Полезно реализуемая мощность. Выбор номинальной и максимальной ча- стот вращения крановых двигателей. Преобразованием уравнения (6.35) для баланса потерь в крановом двигателе можно получить следующее выраже- ние для реализуемой мощности: (6.71) где b и с — коэффициенты, определяемые энергетическими свойствами элек- тропривода; РГ — габаритная мощность двигателя. На рис. 6.19 построены зависимости Рр/^Ном = f [7общ^в/(1,2/дВ)] для различных крановых электроприводов, которые наглядно иллюстрируют Рис. 6.19. Зависимости Рр/Рг = /[Л^в7общ/(1,27дВ)] для различных электро- приводов: 1 — с короткозамкнутыми двигателями при 2р = 4/8/24; 2 — с короткозамкнутыми двига- телями при 2р = 6/12/24; 3 — с фазными двигателями при динамическом торможении; 4 — с двигателями постоянного тока; 5 — с короткозамкнутыми частотно-управляемыми двигателями влияние энергетических показателей электропривода на реализуемую мощ- ность двигателя. Графики также показывают, что возможности применения короткозамкнутых двигателей при параметрическом регулировании крановых механизмов ограничены. Оптимальное значение номинальной частоты враще- ния можно найти, исследуя на максимум зависимость (6.71). Наличие мак- симума следует из того, что, с одной стороны, при увеличении частоты вра- щения растет мощность двигателя, а с другой — растут динамические потери. На рис. 6.20 приведены рассчитанные указанным способом зависимости уОПтв «оптМбаз “f [#в7общ/(1,27дв)1 для различных типов крановых электро- приводов при Пбаз = ЮОО об/мин. Как видно из рисунка, vOnT зависит от свойств системы регулирования, напряженности режима работы и момента инерции системы. Для механизмов тяжелого режима работы при больших
§ 6.4 Выбор параметров крановых элекчроприводов 211 моментах инерции частота вращения двигателя составляет 600—1000 об/мин. И, наоборот, для механизмов легкого режима целесообразно применение двигателей с номинальной частотой вращения 1500 об/мин, Асинхронные дви- гатели, выпускаемые отечественной промышленностью, имеют синхронные частоты вращения 600, 750 и 1000 об/мин. Номинальные частоты вращения двигателей постоянного тока при мощности свыше 30 кВт также не превы- шают 1000 об/мин. Частоту вращения 1500 об/мин имеют только отдельные типы асинхронных короткозамкнутых двигателей мощностью до 30 кВт, в том Рис. 6.21. Зависимости DB t“—1 f (пном) при различных чис- лах включении Рис. 6.20 Зависимости VonT — /[Л/ В/ общ/ (1,2/дВ)1: 1 — частотно-управляемые электроприводы; 2 — электроприводы с фазными двигателями и дви- гателями постоянного тока; 3 — электроприводы С полюсно-переключаемыми короткозамкнутыми двигателями числе двухскоростные двигатели с 2р = 4/24 и маломощные двигатели постоянного тока. Отсутствие быстроходных машин объясняется недостаточ- ной эффективностью применяемых в традиционных системах методов регу- лирования и торможения. Внедрение новых систем регулирования открывает перспективы перехода на быстроходные машины для целого ряда крановых механизмов. Задача определения оптимальных значений максимальных частот вращения двигателей крановых электроприводов и, следовательно, диапазона регулирования скоростей механизмов в верхней зоне решается методами ва- риационного исчисления. Критерием оптимизации при этом является получе- ние максимальной производительности механизма при заданной мощности электродвигателя и известных параметрах режима работы. Полученнные в результате такого подхода графические зависимости диапазона регулирования в верхней зоне £>в = /(Пном) приведены на рис, 6.21. Из рисунка видно, что с утяжелением режима работы эффективность двухзонного регулирования снижается, и для электроприводов напряженного режима целесообразно при- менение однозонного регулирования.
212 Расчет и выбор резисторов Разд. 1F РАЗДЕЛ 7 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПУСКО-ТОРМОЗНЫХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ ДЛЯ КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 7.1. РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ, ТОРМОЗНЫХ И РЕГУЛИРОВОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ В ГЛАВНЫХ ЦЕПЯХ Пуско-тормозные и регулировочные резисторы в крановых электропри- водах используются при параметрических методах регулирования. Получение механических характеристик, обеспечивающих заданные показатели регули- рования и требуемые пуско-тормозные диаграммы переходных режимов, до- Рис. 7.1. Универсальные механические характеристики двигателей последова- тельного возбуждения с сопротивлениями в цепи якоря стигается при этом введением активных сопротивлений в цепи обмоток дви- гателей. Реактивные сопротивления в крановых электроприводах не нашли практического применения. При расчете и выборе резисторов для главных цепей электроприводов одновременно должны решаться две задачи: 1) обеспечение необходимых механических характеристик, реализующих требуемый уровень регулирования и ускорения; 2) обеспечение соответствия теплового режима резисторов режиму ра- боты двигателя.
§ 7.1 Расчет пусковых, тормозных и регулировочных резисторов 213 В данном параграфе рассматривается первая из указанных задач. Рас- чет резисторов по тепловому режиму рассматривается в § 7.2. Приводимые методы расчета в первую очередь необходимы при проектировании новых электроприводов. Однако часто необходимо выбрать типовой комплект элек- трооборудования. Расчет ступеней резисторов при этом значительно упро- щается и выполняется по таблицам разбивки сопротивлений, рекомендуемой заводами-изготовителями серий- ного электрооборудования приме- нительно к типовым схемам пане- лей управления в соответствии с режимами работы электроприво- да, Эти вопросы также будут рассмотрены далее. Расчет пускорегулировочных сопротивлений электроприводов с двигателями постоянного тока. В крановых электроприводах по- стоянного тока с параметриче- ским регулированием в основном применяются двигатели последо- вательного возбуждения, сопро- тивления при этом включаются последовательно с обмотками дви- гателей или параллельно по по- тенциометрическим схемам. Во всех этих схемах сопротивления наиболее просто рассчитываются при помощи семейства универ- сальных характеристик, приве- денных на рис. 7.1—7.4. На этих характеристиках значения сопро- Рис. 7.2. Универсальные механические характеристики двигателей последова- тельного возбуждения в режиме дина- мического торможения с самовозбуж- дением тивлений приводятся в долях номинального сопротивления двигателя /?НОм в принятом режиме работы — ^номДном» (7.1) где t7HOM — напряжение питания двигателя; 1ЯОК — номинальный ток двига- теля в принятом режиме работы или расчетный ток двигателя [см. (7.28)]. При расчете пусковых сопротивлений используют характеристики рис. 7.1, при этом строят необходимую диаграмму пуска двигателя исходя из отно- сительных значений максимального момента и момента переключений, числа ступеней пуска и момента статической нагрузки. На рис. 7.1 это показано штриховыми линиями. Сопротивления, соответствующие пусковым характери- стикам, равны R г *^?НОМ ГДВ» (7.2) где г* — сопротивление цепи якоря, определяемое по универсальным харак- теристикам; /дв — сопротивление обмоток двигателя.
214 Расчет и выбор резисторов Разд. II Расчет сопротивлений противовключения на каждой из ступеней тормо- жени я производится по формуле ^?пр == 4" Едв)Цпр -ГДВ» (7.3) где £дВ — ЭДС двигателя, при которой производится переключение; 7пр — ток двигателя при противовключении. При расчете общего сопротивления противовключения 7ПР в (7.3) прини* мается равным допустимому току двигателя при максимально возможной Рис. 7.3. Универсальные механические характеристики двигателей последо* вательного возбуждения в схеме шунтирования якоря и обмотки возбуждения частоте вращения птах в двигательном режиме, предшествующем режиму противовключения. Соответствующая этому режиму £дв равна £дв = IIном — 7допгцВ. (7.4) Расчет сопротивлений двигателя в режиме динамического торможения производят по универсальным характеристикам, приведенным на рис. 7.2. При этом, так же как и для режима противовключения, определяют допу* стимое значение тока 7доп при частоте вращения Птах> предшествующей тор* можению. Затем для тока /доп по естественной характеристике находят до* пустимый момент и по универсальным характеристикам и выражению г = == гх/?ном — относительные и абсолютные значения сопротивлений. Расчет регулировочных сопротивлений выполняют непосредственно по универсальным характеристикам, приведенным на рис. 7.3 и 7.4. Расчет пусковых и регулировочных сопротивлений в цепи ротора асин* хронных двигателей. Сопротивления в цепи ротора асинхронных двигателей включаются по симметричным и несимметричным схемам. Симметричное включение сопротивлений применяется в системах с панелями управления, а несимметричное — с кулачковыми контроллерами для уменьшения числа используемых при переключениях контактов. При расчете пусковых сопро- тивлений, включенных по симметричной схеме, предварительно для заданного
§ 7.1 Расчет пусковых, тормозных и регулировочных резисторов 215 режима работы строят диаграмму пускового режима (рис. 7.5). Условия пуска характеризуются максимальным Л12 и минимальным Л4] моментами переключений, определяемыми по заданным ускорениям. В зависимости от условий пуска выбирают одно из двух значений указанных моментов: момент переключений выбирают при необходимости снижения ускорений; при фор- сированном пуске, наоборот, следует задаваться значением пускового мо- мента. Предельным случаем форсированного пуска является М2 = Мкр. Рас- Рис. 7.4. Универсальные механиче- ские характеристики двигателей по- следовательного возбуждения в схе- ме шунтирования обмотки возбуж- дения Рис. 7.5. Пусковая диаграмма асин- хронного двигателя с фазным ро- тором чет выполняется в абсолютных или относительных величинах, при этом но- минальное сопротивление двигателя с фазным ротором ^ном = £р/(Уз 7р, ном)> (7.5) где £₽ и /Р, ном — линейное значение ЭДС заторможенного ротора и номи- нальный ток ротора. С учетом того, что при одинаковом моменте двигателя скольжения на искусственной и естественной характеристиках соответственно при сопротивлениях R2 и г2 связаны соотношением «и = «е 4я • (7.6) отношение скольжений, соответствующих моментам Л11 и М2 на каждой сту- пени пуска, является постоянным и равным Л, или П /---- (7.7) (7.8) где sa и Si — скольжения на характеристике установившегося движения с сопротивлением га, соответствующие моментам и Л12; п — число пуско- вых ступеней,
216 Расчет и выбор резисторов Разд. 7 В практических расчетах при выборе стандартного электрооборудования число ступеней обычно известно из условий работы механизма или конструк- иии панели управления. При найденном Л сопротивления пусковых ступеней pdBHbl ...» Rn = rakn, (7.9) где га — сопротивление невыключаемой ступени; га = r2t если невыключае- мая ступень отсутствует. При определении к расчет проводят по (7.7) или (7.8) в зависимости от выбираемого момента. Общее пусковое сопротивление определяется при заданном моменте переключений Мi /?п = (гаМа)п'("+1); (7.10) при заданном максимальном моменте М2 Яп = го/$1. (7.11) С достаточной для практических расчетов точностью из допущения пря- молинейности пусковых характеристик можно принять, что Тогда при заданном числе ступеней п и моменте Мх можно найти п Х= Л ----------г|-7Т7--, (7.12) V Sa ном^г/^ном а при форсированном пуске я+1 л - А/ --------j^-TTj--, (7.13) V Sa ном^Ъ/Д^ном Где Sa ном скольжение при номинальном моменте на характеристике с вы- веденными пусковыми сопротивлениями. Если заданными являются моменты и М2, то число пусковых ступе- ней сопротивлений __I 1/($а hom^i/^hom) n“lg---------------------• <714> Невыключаемое сопротивление предусматривается в тех случаях, когда необходимо уменьшить число ступеней пуска, а также для снижения жест- кости механических характеристик в многодвигательных электроприводах для равномерного разделения нагрузок. Следует отметить, что введение со- противления га при заданном числе ступеней сближает моменты М2 и Mt и делает пуск более плавным, однако наличие невыключаемой ступени уве- личивает потери энергии и снижает скорость установившегося движения при- водного механизма. Аналогично пусковым рассчитывают и сопротивления ступеней противо- включения. Если осуществляется переход с двигательного режима работы
§ 7.1 Расчет пусковых, тормозных и регулировочных резисторов 217 в тормозной и задана точка Л1ПР и 5цР на характеристике противовключения* то сопротивление, обеспечивающее эту характеристику, — ^а5пр/$а* (7-15) Обычно для крановых механизмов сопротивление противовключения рас- считывают из условия ограничения момента значением 2Л1Ном при переходе в тормозной режим. В этом случае характеристике противовключения соот- Рис. 7.6. Универсальные механические характеристики асинхронных дари- телей с введенными сопротивлениями в цепь статора ветствует сопротивление /?пр = А’ном- Иногда в крановых приводах подъема требуется увеличить скорость спуска за счет введения добавочного сопро- тивления при работе двигателя в режиме генераторного торможения на сверх- синхронной скорости. Значение указанного сопротивления при этом можно найти по формуле R = ra п — пс Пс Па (7.16) здесь Пс, п и па — соответственно синхронная, заданная сверхсинхронная час- тоты вращения и частота вращения на характеристике с невыключаемой ступенью. При найденных сопротивлениях механические характеристики электро- привода легко могут быть рассчитаны с помощью универсальных характери- стик, приведенных на рис. 7.6. и построенных в координатах Л//Л4кр ==/($/$кр) с параметром q = 2 —sKp по уточненной формуле Клосса. При этом кри->
218 Расчет и выбор резисторов Разд. 71 тическое скольжение на искусственной и естественной характеристиках свя- заны между собой соотношением 5кр, и 5кр, e-JT-* (7.17) При расчете несимметричных сопротивлений в фазах ротора используется выражение, устанавливающее зависимость между указанными несимметрич- ными сопротивлениями в фазах Ra, Rt>t Rc и эквивалентным симметричным сопротивлением •^экв — (RaRb + RbRc + RcRa)/(Ra 4“ Rb 4“ Rc)- (7.18) При этом сначала рассчитывают эквивалентные симметричные сопротив- ления, как было показано выше, а затем определяют сопротивления отдель- ных фаз исходя из найденного по пусковой диаграмме значения X = М2/М^ Из трех сопротивлений фаз среднее принимается равным эквивалентному, а меньшее и большее соответственно в X раз меньше и больше среднего. Указанное соотношение выполняется на каждом положении контроллера, причем меньшее сопротивление равно симметричному предыдущему, а боль- шее — симметричному последующему. При применении несимметричных схем следует избегать большой несим- метрии, приводящей к повышенным потерям энергии и большому провалу момента на механических характеристиках. Расчет добавочных сопротивлений в цепи статора асинхронных коротко- замкнутых двигателей. Для цепей статора сопротивления также могут быть включены по симметричным и несимметричным схемам. Включение сопротив- лений в цепь статора обычно применяют для обеспечения требуемых пуско- вых режимов. Для снижения пускового тока в i раз по сравнению с током в естественной схеме добавочное сопротивление определяется выражением гдоб = V(2к/1)2 - хк - ГЮ (7-19) где zK, Гк и хк — полное, активное и индуктивное сопротивления двигателя в режиме короткого замыкания. При снижении в р раз пускового момента расчет сопротивления произ- водят по выражению Гдоб Д/^к/р Gr (7.20) Для серийных крановых электроприводов принята типовая разбивка со- противлений в долях номинального сопротивления статора ^ном — £^c/(V8 /ном)» где Лом — номинальный ток статора. На рис. 7.7 приведены характеристики электроприводов с асинхронными короткозамкнутыми двигателями при типовой разбивке сопротивлений: л/нс = f WMn, ном)» где Мп, ном — номинальный пусковой момент двигателя.
§7.1 Расчет пусковых, тормозных и регулировочных резисторов 219 При однофазном включении добавочное сопротивление, соответствующее сни- жению пускового тока в i раз, определяют из формулы Ат, и ___ /____________________9_____________________ ^п, е ” V 4 (Гдоб/^к)2 + 12 (Гдоб/^к) COS фк + 9 ’ (7.21) а при снижении момента в р раз — выражением гдоб 3 Г 1 — 2ц , Л I( 1 — 2,и V 9 , /'mm =~2 Hr-cos <рк+л/ (-2Г")cos +—1’ (7-22) где cos (рк — коэффициент мощности двигателя в режиме короткого замы- кания. По (7.21) и (7.22) на рис. 7.8 построены зависимости гДОб/гк = f (р) и i=s:f(p,) при различных cos срк. Эти кривые позволяют определить пусковые Рис. 7.7. Механические характери- стики асинхронных короткозамкну- тых двигателей с типовой разбивкой сопротивлений в цепи статора Рис. 7.8. Зависимости относительных сопротивлений и пускового тока от пускового момента при включении сопротивлений в одну фазу статора короткозамкнутого двигателя сопротивления и токи в фазе статора с добавочным сопротивлением. Следует отметить, что мощность резисторов в схеме однофазного включения в 1,5 раза меньше, чем в схемах симметричного трехфазного включения, в тоже время потери в двигателе в 3 раза больше. Расчет сопротивления динамического торможения асинхронных двигате- лей с фазным ротором. В крановых электроприводах режим динамического торможения используется по схеме с независимым возбуждением и по схеме с динамическим торможением самовозбуждением (рис. 7.9). Расчет сопро- тивлений динамического торможения в обоих случаях проще всего произво- дить по семейству универсальных механических характеристик. На рис. 7.10 и 7.11 приведены универсальные характеристики крановых двигателей соот- ветственно в режиме динамического торможения с отдельным источником питания и в режиме динамического торможения самовозбуждением1 Харак*
220 Расчет и выбор резисторов Разд. 1 Рис. 7.9. Схемы динамического торможения: а — с питанием от отдельного источника; б — в режиме самовозбуждения D 0,5 1,0 1,5 г,0 M/Mq 20 JjO SO Рис. 7.10. Универсальные механические характеристики крановых двигателей с фазным ротором в режиме динамического торможения с отдельным источи ником питания. -при /п//0==з. при /п//0=2,5; -0-0------при /п^/0=2; -Х-Х---------при
§71 Расчет пусковых, тормозных и регулировочных резисторов 221 теристики рис. 7.10 построены в координатах s/sg = [(M/Mg) с параметри- ческой зависимостью от относительного тока возбуждения /п/70 (/п — посто- янный ток питания статора двигателя, /0 — ток намагничивания). Характе- ристики рис. 7.11 построены в тех же координатах, но с параметрической Рис. 7.11. Универсальные механические характеристики крановых двигателей с фазным ротором в режиме динамического торможения с самовозбуждением: -------при ------при /гт=Д,6, —о-о при /г.г=1,4; -X —X при /?т = 1,3 зависимостью от коэффициента возбуждаемости kc двигателя. При этом Г2 . 5б — ~ » *0 ном Л*б ^п, ном^2*^1 L ___ &экв к ь кс-----г кткп, с> ^сх (7.23) где х0 ном ” индуктивное сопротивление контура намагничивания двигателя в номинальном режиме; k3<в — коэффициент приведения постоянного тока возЗуждения к эквивалентному, для схемы рис. 7.9, б Лэкв —0,816; #сх — ко- эффициент «схемы выпрямления, для трехфазной мостовой схемы &сх —0,816; kT — коэффициент трансформации; kn, с — коэффициент, определяемый схемой подключения выпрямительного моста к гп, с- При потенциометрической схеме подключения, приведенной на рис. 7.9,6, с = 'п, с/(^п, с + п), причем Г1—сопротивление фазы статора, гп, с— внешнее сопротивление роторной цепи, параллельно которой подключен выпрямительный мост (последня i сту- При расчете сопротивлений по универсальным характеристикам выби- рается наиболее благоприятная диаграмма торможения с необходимым чис- лом ступеней при заданном моменте статической нагрузки. При расчете со-
222 Расчет и выбор резисторов Разд. 7 противлений динамического торможения необходимо иметь в виду их влия- ние на форму механических характеристик, от которой существенно зависят время и путь торможения. Особенно это влияние проявляется при примене- нии динамического торможения с независимым возбуждением. Для таких систем на рис. 7.12 приведены графические зависимости времени t и пути S Рис. 7.12. Зависимость времени и пути торможения от сопротивления и момента статической нагрузки в режиме динамического торможения торможения в функции сопротивле- ния ступени динамического тормо- жения и относительного момента статической нагрузки при номиналь- ной начальной скорости. Согласно рис. 7.12 наиболее благоприятными по этим параметрам являются ха- рактеристики с /?доб — (0,2 4-0,4) X X ^ном(10Мст/Л1б—1), причем мень- ший предел соответствует меньшему времени, а больший — меньшему тор- мозному пути. Учитывая указанное, при по- строении схем динамического тормо- жения с независимым возбуждением необходимо иметь минимум хотя бы две характеристики: для торможе- ния под полной нагрузкой и на холостом ходу. Первой соответствует Ядов = (1,8 4 1,6)2?ном, а второй — 2?ДОб = (0,3 4-0,5)/?ном; при применении ди- намического торможения с самовозбуждением с учетом жесткости харак- теристик число ступеней определяется только ограничением максимального момента в переходном режиме. Обычно применяются три-четыре ступени. 7.2. ВЫБОР РЕЗИСТОРОВ ПО ТЕПЛОВОМУ РЕЖИМУ Общая методика выбора резисторов по тепловому режиму. Выбор ре- зисторов по тепловому режиму состоит в определении общего количества ящиков резисторов по расчетному току и продолжительности включения каждой ступени и в составлении набора резисторов каждой ступени, исходя из разбивки сопротивлений и токовой нагрузки по техническим данным эле- ментов. Технические данные отдельных элементов и ящиков резисторов, вы- пускаемых промышленностью для крановых электроприводов, приведены В § 7.3. Токовая нагрузка ступеней определяется при расчете механических ха- рактеристик. При этом расчетное значение тока на регулировочных характе- ристиках принимается равным наибольшему установившемуся при любых возможных интервалах изменения статической нагрузки, а в переходных ре- жимах его можно определить из условия линейного изменения тока во вре- мени от значения 1кач до 1Ков по формуле ст, р (7.24)
§ 7.2 Выбор резисторов по тепловому режиму 223 Относительная продолжительность включения ступени складывается из продолжительностей включения при регулировании еР и в пуско-тормозных режимах епт; еР составляет от 0,05 до 0,15 и в зависимости от режима ра- боты электропривода приводится в табл. 6.4; епт находится по выражению ®пт — (^П + М Л73600, (7.25) где и tf — соответственно время одного пуска и торможения, рассчитывае- мые по формулам разд. 6; W — число пусков и торможений. При выборе блоков резисторов определяется суммарная мощность всех ступеней, приведенная к режиму ПВ « 100 %, Робщ, кВт, и число блоков — соответственно по формулам 1 V I2 Р р • общ Ю3 Z-f СТ^СТ СТ’ U =» Робщ/Рящ» (7.26) (7,27) где Лт и Рст — значения токов и сопротивлений ступеней; ест — относитель- ная продолжительность работы данной ступени резистора; РЯщ — допустимая мощность одного блока (ящика) в длительном режиме. Выбор по токовой нагрузке элементов, составляющих ступени резисто- ров, производится по допустимому току элементов с учетом разрешаемой перегрузки в повторно-кратковременном режиме. Рассчитанные таким обра- зом резисторы должны быть проверены на обеспечение кратковременной ра- боты под максимальной нагрузкой. Для электроприводов механизмов подъ- ема резисторы должны выдерживать ток, соответствующий максимальному моменту статической нагрузки в течение 60 с. Для электроприводов меха- низмов передвижения резисторы должны выдерживать ток, превышающий в 1,3 раза соответствующий расчетной мощности при выборе двигателей этих механизмов из условия обеспечения требуемого ускорения (см. разд. 6). Резисторы должны выдерживать при этом пять пусков подряд длительностью 6 с. При расчете резисторов может оказаться, что фактические значения ступеней резисторов будут отличаться от расчетных. Максимальные допусти- мые отклонения фактических значений от расчетных приведены в табл. 7.1. Таблица 7.1. Допустимые отклонения сопротивлений резисторов от расчетных значений Наименование ступени сопротивления Расчетное значение, % Допуск на отклонение от расчет^, % 4- — Общее сопротивление 80—150 5 5 Невыключаемое сопротивление 4—10 50 20 Ступень противовключения 60—100 10 10 Пуско-тормозные и регулировочные 5—10 30 20 ступени 10—30 20 15 30-50 20 10
224 Расчет и выбор резисторов Разд 7 При этом следует учесть, что производственный допуск на суммарное сопро- тивление резистора составляет ±10 % его расчетного значения, а на отдель- ные ступени ±15 %. Расчет и выбор резисторов для типовых крановых электроприводов. При применении серийных панелей управления и контроллеров расчет рези- сторов осуществляется в соответствии с обеспечиваемыми ими типовыми ме- ханическими характеристиками, определяющими разбивку сопротивлений по ступеням и их нагрузку. Типовые механические характеристики приведены в соответствующих параграфах разд. 8. Эти характеристики рассчитываются и строятся в относительных единицах, что позволяет при сохранении необ- ходимых параметров регулирования использовать их для различных режимов работы Механическим характеристикам, построенным в относительных еди- ницах, соответствуют и разбивки отдельных ступеней резисторов также в относительных единицах. Поэтому для получения указанных механических характеристик достаточно установить соответствующие базовые значения, принятые за 100 %* по которым затем находятся абсолютные значения со- противлений и токов и осуществляется набор элементов. За базисный при- нимается расчетный момент, соответствующий расчетной мощности, рассчи- тываемой по формулам § 6 2. По расчетным моменту или мощности, прини- мая, что в интервале моментов или мощностей на валу электродвигателей постоянного и переменного тока от 0,5 до 1,3 номинального их значения они приблизительно пропорциональны току ротора или якоря, можно найти рас- четный ток резисторов Л/р Я ном Р р /р /ном ' Q /ном Г) • (7.28) v оэиг'ном г нсм Определение номинальных сопротивлений производится по формулам (7-1) и (75), в которых /ном принимается равным /б. Сопротивление ступе- ней, Ом, *ст = *но,А/100' (7.29) где R % — сопротивление ступеней, %. Для типовых схем крановых электроприводов разбивка ступеней в про- центах номинального сопротивления при базовой нагрузке приведена в табл 7 2—7.4. После определения сопротивления ступеней необходимо найти их токовую нагрузку. Среднее значение нагрузки резисторов крановых элек- троприводов, так же как и двигателей, не может быть однозначно установ- лено в связи с неопределенностью режима работы, поэтому, как и для дви- гателей, нагрузку резисторов следует устанавливать исходя нз классифика- ционных режимов работы крановых электроприводов по параметрам, харак- теризующим средние условия регулирования, потери в пуско-тормозных ре- жимах и предполагаемые числа включений. На базе общей теории расчета нагрузок и выбора крановых электродвигателей (см. разд. 6) средняя мощ- ность потерь в крановых резисторах в схемах постоянного и переменного тока с торможением противовключением определяется по выражению аРст Г О Яда) (1 ®р) (Лэкв, б Лэкв) Рр' Р = МэквПдв 1ПдВ ~ Т)ЭКВ + (7.30)
§ 7.2 Выбор резисторов по тепловому режиму 225 и в схемах с динамическим торможением аРст Г Т’р. р — т— - I 1»25т)дв Лэкв 0,2от1эквт]дв Д* ЯтПэквчДв L [ (1 'Пдв) (1 + 6р) (Лэкв, б “Лэка) 1 'Цэкв, б J (7.31) где Рст — мощность статической нагрузки, кВт; ks — коэффициент нагрузки определяемый по табл, 6.5 в зависимости от режима работы; а — коэффи- циент использования (а — 1,3 для металлургических кранов, а — 1 для прочих кранов); ti1B — номинальный КПД двигателя; т]экв — КПД электропривода, определяемый по графикам рис. 6.5 и (6.17); Пэкв, б базисный КПД электро- привода (см. табл. 6.5); ka — коэффициент использования в системе электро- привода (&а™1 для переменного тока и ka — 0,5 для постоянного тока). Относительные значения нагрузок ступеней резисторов типовых схем крановых электроприводов установлены на основе опыта эксплуатации и приведены в табл. 7.2—7.4 в процентах расчетного тока. Расчетный тепловой ток продолжительного режима работы резисторов (7.32) где /?0/о и /(^ — относительные значения сопротивления ступени и токи на- грузки, %, определяемые по табл. 7.2 — 7.4. Ток продолжительной нагрузки ступеней резисторов ст • 100. (7.33) Таким образом, в результате расчета установлены общая мощность ре- зисторов и параметры отдельных ступеней. После этого по техническим дан- ным нормализованных блоков резисторов и отдельных элементов, приведен- ных в § 7.3, выбирают конкретные блоки и выполняют схемы их соединений. Отклонения выбранных сопротивлений ступеней от расчетных не должны превышать допустимых значений, приведенных в табл. 7.1. Рассчитанные ре- зисторы должны быть проверены на обеспечение кратковременного режима, как это было сказано выше. Для серийных электроприводов осуществляется комплектная поставка резисторов, заранее рассчитанных для всех крановых двигателей в зависи- мости от режимов работы, причем для наиболее массовых электроприводов сопротивления компонуются в специальные ящики. Поскольку номинальная статическая нагрузка конкретных механизмов в общем случае отличается от номиналов двигателей, то при применении серийных комплектов возможны существенные отличия действительных параметров регулирования в статике и динамике от требуемых расчетных. Технические данные резисторов, постав- ляемых для комплектных электроприводов, приводятся в § 7.4. Там же на примере расчета будут показаны эти отличия при выборе резисторов по при- веденной в настоящем параграфе методике при применении типовых ком- плектов. 8 Зак. 918
226 Расчет и выбор резисторов Разд. 7 Т а б л иц а 7.2. Сопротивления и токи ступеней для электроприводов постоянного тока с панелями управления и кулачковыми контроллерами Кулачковые контроллеры Панели управления Ступени КВ101 КВ 102 П63, П160, П250, П400, П600 ПС 160, ПС25О, ПС400, ПС600 Р01 — Р1 10 42 10 30 *— •—• Р1 -Р2 18 42 30 30 100 30 100 50 Р2-РЗ 22 42 60 37 26 42 42 50 РЗ- Р4 20 50 40 37 22 50 25 61' Р4-Р5 16 50 27 46 15 59 30 44 Р5-Р6 14 59 18 46 — Р6 —Р7 50 30 Р6 - РС6 —* 10 46 Р7-Р8 40 135 30 126 Р4-Р6 60 39 Р5-Р7 » я 6 •—. 41 Р8-Р9 WK f 22 33 Р10-Р11 —* — t 45 28 Примечания: 1. В числителе указаны относительные значения сопротивле^ ний, %; в знаменателе — токовая нагрузка, %. 2. Маркировка выводов ступеней показана на схемах § 8.1 и в каталогах жрановое электрооборудование,
§7.2 Выбор резисторов по тепловому режиму Т а б лиц а 7.3, Сопротивления и токи ступеней резисторов для электроприводов переменного тока с кулачковыми контроллерами Тип контроллера KKI61, ККТ62 ККТ68 КДТ65 Ступени Сопротивление 0, Ступени Сопротивление ы Ступени Сопротивление а ГуЛ » /<J Ток Ток ' /о Ток ’ ‘ Р1-Р5 29 65 Р1-Р4 9 54 Р1-Р4 Р2—Р5 ГЗ-Р6 10 84 Р5-Р61 170 19 Р4-Р7 31 35 Р4-Р7 30 55 Р61—Р6 75 19 Р7-Р71 60 35 Р5-Р8 30 61 Р2—Р4 9 59 Р71-Р10 40 35 Р6—Р9 74 41 Р4-Р62 87 35 Р1-Р11 17 29 Р62—Р6 35 35 PH—Р14 76 Р7-Р10 Р8-Р10 Р9-Р10 61 44 РЗ-Р6 61 50 17,5 j Примечания: 1. См. прим, к табл. 7.2. 2. Маркировка выводов ступеней показана на схемах кулачковых контроллеров, приведенных в § 8 2 и 83, ив каталогах на крановое электрооборудование. Таблица 7.4. Сопротивления и токи ступеней резисторов для электроприводов переменного тока с панелями управления Ступени Тип панели ТА, К ТСА, КС тсд ТА, к ТСА, КС тсд ТА, К ТСА, КС тсд Ток ротора не более 60 А Ток ротора не более 160 А Ток ротора не более 160 А Р1-Р4 Р4-Р7 15 83 20 59 6,5 83 13 59 5 83 10 59 5 83 10 59 5 83 10 59 8 50 14 59 14 52 8*
228 Расчет и выбор резисторов Разд. 7 Продолжение табл. 7.4 Тип панели Ступени ТА. К ГСА, КС гсд ТА, К ICA КС гсд ТА, К ТСА, КС тсд Ток ротора не более 60 А не Ток ротора более 160 А не Ток ротора более 160 А Р7-Р10 40 50 * 26 50 20 50 20 59 20 59 — n 1 II РЮ—Р13 120 90 40 27 27 86 21 30 42 50 50 22,5 Р13-Р16 —— 120 21 76 42 76 42 — 76 42 Р4-Р10 42 39 39 42 50 17,7 Р10-Р16 — — —* — 146 35 86 25 Р1-Р7 — — —— — 24 59 23 42 со| ьо Р7-Р13 100 92 92 30 25 17,7" Р16-Р19 — * ——• 72 30 — — 72 30 —* Примечание. См. прим, к табл. 7.3. 7.3. КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ КРАНОВЫХ РЕЗИСТОРОВ Общие сведения. Крановые резисторы компонуются из отдельных эле- ментов, объединенных в самостоятельное устройство, называемое резистор- ным блоком. Элементы и блоки резисторов характеризуются следующими парамет- рами: 1) активным сопротивлением, Ом, R = p//s, (7.34) где р — удельное сопротивление активного материала резисторов, Om-mm2/mj I — общая длина проводника из активного материала, м; s— площадь сече- ния проводника, мм2; 2) мощностью резистора в установившемся режиме, Вт, т. е. количв'* ством тепла Q, выделяемого за 1 с при предельно допустимом превышении температуры резистора Ттах, Р = Q = /*„/?, (7.35) где /уст — ток, протекающий по резистору при мощности Р\
§73 Конструкция а технические данные кранозых резисторе £29 3) максимальным превышением температуры ту активного материала в установившемся режиме над температурой окружающей среды при про?! хождении по резистору тока /уст Q К. 1ГЧ О/'Ч Ч'уст ^уст ~/1 ’ * ' где А — теплоотдача, т. е. количество тепла, отдаваемого поверхностью рс* зистора в 1 с при разнице температур между поверхностью и окружающей средой I °C. В технических данных приводятся значения токовых нагрузок как в про- должительном, так и в следующих стандартизованных режимах работы кра- новых резисторов: повторно-кратковременном режиме с ПВ — 6,25; 8,8; 12,5; 17,7; 25; 35; 50 и 70 % при длительности цикла 60 с; кратковременном ре* жиме с длительностью 10; 20; 30 с и 1, 3 и 5 мин. Соотношения между нагрузками длительного и других режимов работы определяются из общей закономерности изменения температуры резистора во времени т = Густ (1 - e~t,T) ч- тое~“т, (7.37) где t — время нагрева; то — начальное превышение температуры; Т — по- стоянная времени нагрева, Т =* С/Л; (7.38) С — теплоемкость резистора, т. е. количество тепла, необходимого для изме- нения его температуры на 1 °C. В соответствии с (7.37) токи повторно-кратковременного и кратковре- менного режимов работы связаны с током длительного режима соответственно соотношениями VI „ е-60/Г 1 _ е-60е/Г • 4р = а/~ <7-4°) где 7е — ток повторно-кратковременного режима, вызывающий при относи- тельной продолжительности включения е и времени цикла 60 с превышение температуры туст; /кр — ток кратковременного режима, вызывающий за время t превышение температуры ту. Если постоянная времени Т значительно больше времени включения ре- зисторов при повторно-кратковременном режиме работы, то (7.39) принимает вид == ^уст/л^в (7.41) На рис. 7.13 и 7.14 приведены графические зависимости коэффициентов перегрузки резисторов по току для стандартизованных повторно-кратковре- менного — и кратковременного /гКр == Лср/f уст режимов при
£30 Расчет и выбор резисторов Разд. 7 различных постоянных времени. Указанные коэффициенты вместе с техниче- скими данными резисторов, приведенными далее, являются исходными при выборе резисторов. Конструкция и технические данные элементов и блоков резисторов. В кра- новых электроприводах применяются элементы резисторов трех конструктив- ных исполнений: 1) с рассеиваемой мощностью 25—150 Вт и сопротивлением от 1 до 30 000 Ом типа ПЭВ, представляющие собой фарфоровые цилиндры, на ко- торые навита нихромовая проволока и которые покрыты нагревостойкой стекловидной эмалью; 2) с рассеиваемой мощностью 250—400 Вт и сопротивлением от 0,7 до 96 Ом, выполненные в виде плоских элементов с константановой, фехралевой Рис. 7.13. Коэффициенты перегрузки резисторов при повторно-кратковре- менном режиме Рис. 7.14. Коэффициенты перегрузки резисторов при кратковременном режиме или нихромовой проволокой диаметром от 0,5 до 1,6 мм, намотанной на фарфоровые изоляторы, закрепленные на металлическом держателе; 3) с рассеиваемой мощностью 850—1000 Вт и сопротивлением от 0,078 до 0,154 Ом из фехралевой ленты размерами от 0,8X6 до 1,6 X 1,5 мм, на- мотанной на ребро. Лента в виде спирали надета на фарфоровые изоляторы, опирающиеся на металлический держатель коробчатого сечения. Выводы от активного материала трубчатых элементов резисторов при- паяны тугоплавким припоем. Выводы от проволочных элементов резисторов выполнены в виде петель из активного материала. Выводы к ленточным эле- ментам резисторов приварены латунным припоем к ленте. Элементы рези- сторов не рассчитаны на непосредственное крепление к заземленным метал- лическим частям, и поэтому при их установке в блоки применяется вторая ступень изоляции. Элементы резисторов, собранные в блоки, рассчитаны на эксплуатацию при потенциале по отношению к заземленным частям 800 В. Проволочные элементы могут использоваться при частоте переменного тока или импульсов постоянного тока до 600 Гц, а ленточные элементы — при частоте, не превышающей 100 Гц. Активные материалы резисторов допускают весьма высокие рабочие температуры, однако в конкретных конструкциях эти температуры значительно снижены для исключения значительного нагрева
§7.3 Конструкция и технические данные крановых резисторов 231 Таблица 7.5. Нормы превышения температуры частей резисторов Части элементов резисторов и их ограждений Допустимые превышения температуры, °C. в режимах прерывисто- продолжи- тельном, (ПВ=100 %) кратковре- менном, повторно- кратковре- менном кратковре- менном, аварийном Активный материал: фехраль 350 400 600 нихром 350 400 600 константан 250 300 —— фарфоровые изоляторы 300 320 320 Выводные зажимы на элементах 200 250 400 Выводные зажимы внешнего мон- 60 70 80 тажа Кожух 120 130 — Ограждения, доступные для при- 50 50 50 косновения Воздух, выходящий за ограждения 100 100 100 Примечание. Для шения температуры. фарфоровых изоляторов указаны средние значения превы-* 7.6. Технические данные проволочных константановых элементов Т аблица № элемента Ток продол- жительного режима Постоянная времени, с Ток, повторно- кратковременного режима, А, при ПВ, % Ток, А, при дли- тельности кратко- временного режима, мин Общее соп- ротивление, Ом Сопротивление сту- пеней элементов, Ом 12,5 25 35 0,5 1 3 А Б В Г 1 1,7 70 4 3 2,5 2,9 2,2 1,8 96 мча 2 2 80 4,9 3,5 3,3 3,7 2,8 2,1 68 —а ——— 3 2,3 Ч ™ — ' * •— — 48 •— — —• —# 4 2,6 120 6,5 4,7 4 5,6 4,2 3,0 37 — •—- ' * 5 3 ПО 7,5 5,5 4,7 6 4,5 3,2 27,8 6,9 7,0 13,9 * 6 3,8 100 9,8 7 6 7,4 5,6 4,2 18 4,5 4,5 9 7 4,6 200 12 8,6 7,4 И,1 8,5 5,8 12 1,5 1,5 3 6 8 5,7 100 14,6 10 9 11,1 8,4 6,3 8 1 1 2 4 9 6,6 180 17 12 10 16,2 12 8,2 5,8 0,7 0,7 1,5 2,9 10 7,2 200 18,5 13 11 18,3 13,2 9 5 0,62 0,62 1,25 2,5 11 7,6 210 20 14 12 20,5 14,5 9,8 4,4 0,55 0,55 1,1 2,2 J2 8,6 210 23 16 14 25 18,2 11,8 3,5 0,43 0,43 0,9 1,74 13 9,6 280 26 19 16 30 22 14 2,8 0,34 0,34 0,72 1.4 14 12 150 31 22 19 26,5 17,8 13,2 1,95 0,49 0,49 0,97 15 13 150 34 24 21 32 23,5 16 1,45 0,36 0,36 0,73 — 16 14 150 38 26 22,5 36 26 18 1,26 0,32 0,32 0,62 —ч» 17 15 150 40 28,5 24 40,5 29 19,3 1,1 0,28 0,28 0,54 —4 18 17 150 45,7 32 27,5 49 36 23,3 0,9 0,23 0,23 0,44 —-4 19 19 280 47,5 36 31 60 43,5 28 0,7 0,18 0,18 0,34 —*
232 Расчет и выбор резисторов Разд. 7 Т аблица 7.7, Технические данные проволочных фехралевых элементов № элемента Ток продол- жительного режима Постоянная времени, с Ток повгорно- кратковременного режима, А, при ПВ, % Ток, А, при дли- тельности кратко- временного режима, мин , Общее соп- ротивление, Ом Сопротивление сту- пеней элемента,, Ом 12,5 25 35 0,5 1 3 А Б В Г 1 2,2 90 —— —* —— 94 23,5 20,7 23,5 20,7 47 20,7 32 2 2,55 120 — — — 72 18 11,5 18 11,5 36 11,5 37,5 3 2,8 120 — “ i— 69 15 9,2 15 9,8 30 10,4 31,2 4 3,4 120 — 38,5 9,6 6,3 9,6 6,3 19,3 6,3 19,6 5 3,75 140 7 6,3 5,5 7 5,2 4,5 32,8 8,2 5,25 8,2 5,25 16,4 5,25 17 6 4,1 180 7,6 6,9 6 7,6 5,8 5,1 27,6 6,9 4,6 6,9 4,6 13,8 4,6 13,8 7 4,7 180 8,5 7,6 6,8 8,5 7 5,7 20 5 3,33 5 3,33 10 3,33 10 8 5,4 180 9,5 8,6 7,8 9,5 7,8 6,4 16 3,9 2,6 4,1 2,6 8 2,8 8 9 5,8 180 10 9,5 8,5 10 9 7 13,8 3,45 2,15 3,45 2,15 6,9 2,15 7,35 10 6,5 180 13 12 10,5 13 10,5 7,5 10,4 2,6 1,73 2,6 1,73 5,2 из 5,2 11 7,5 200 14 12,5 10,8 14 11 8,5 8,4 2,2 1,35 2,0 1,35 4,2 1,35 4,4 12 8,1 210 14,8 14 11,2 14,8 12 9,1 7,05 1,85 1,17 1,85 1,17 3,35 1 3,7 13 9,3 280 18,5 16,5 14 18,5 14 10,5 5 1,34 0,84 1,34 0,84 2,35 0,84 2,5 14 10,8 280 19 18 15 19 14,5 12 4 0,98 0,65 0,98 0,65 2.04 0,65 2,05 15 Н,7 280 20 19 17 20 15 13 3,4 0,85 0,54 0,85 0,54 1,7 0,54 1.8 16 13 280 21,5 20,8 19 21,5 16 14 2,6 0,64 0,425 0,64 0,425 1,28 0,425 1,28 Т аблица 7.8. Технические данные ленточных элементов V? элемента Постоянная вре- мени Гок продолжи- тельного режима Ток повторно- кратковремен- ного режима, А, при ПВ, % Ток, А, при длительности кратковре- менного ре- жима, мин Сопротивление. Ом Сопротивление сту- пеней с двумя про- межуточными выво- дами, Ом Сопротивле- ние ступеней с одним про- межуточным выводом, Ом 12,5 25 35 0,5 1 3 А Б В А Б 1 265 107 305 215 181 335 245 156 0,078 0,0195 0,0335 0,0215 0,0215 0,037 0,023 0,055 0,041 0,023 0 037 2 365 91 255 181 152 307 223 140 0.1 0,0268 0,0482 0,0214 0,0214 0,0518 0,0305 0,0695 0,0412 0,0305 0,0518
Конструкция и технические данные крановых резисторов 233 Продолжение табл. 3.4 № элемента . 1 ! Постоянная вре- меня Ток продолжи- тельного режима Ток повторно- кра гковремен- ного режима, А. при ПВ, % Ток А, при длительности кратковре- менного ре- жима, мин Сопротивление, Ом Сопротивление сту- пеней с двумя про- межуточными выво- дами, Ом Сопротивле- ние ступеней с одним про- межуточным выводо л, Ом 12,5 25 35 0,5 1 3 А 5 В А Б 3 300 76 215 152 128 255 185 116 0,15 0,04 0,072 0,032 0,032 0,078 0,046 0,104 0,072 0,046 0,078 4 330 64 181 128 107 228 165 102 0,23 0,062 0,112 0,052 0,052 0,М8 0,065 0,165 0,112 0,065 0,118 5 270 54 152 107 91 172 125 98 0,31 0,081 ОД 52 0,07 0,07 0,158 0,088 0,222 0,152 0,088 0,158 6 350 46 128 91 76 165 120 74 0.41 0,1 0,202 0,102 0,102 0,208 0,106 0,304 0,202 0,106 0,208 7 240 39 107 76 64 118 86 55 0,6 0,145 0,295 0,15 0,15 0,305 0,155 0,455 0,295 0,155 0,305 8 220 33 91 64 54 96 70 45 0,82 0,2 0,404 0,304 0,304 0,416 0,212 0,608 0,404 0,212 0,416 9 140 29 76 54 46 67 50 34 1,09 0,285 0,533 0,248 0,248 0,557 0,31 0,78 0,533 0,31 0,557 10 170 24 64 46 39 61 45 30 1,38 0,333 0,678 0,345 0,345 0,702 0,358 1,02 0,678 0,358 0,702 11 500 76 215 152 128 315 225 138 0,154 0,04 0,075 0,035 0,035 0,079 0,044 0,11 0,075 0,044 0,079 и растрескивания отдельных деталей, а также повышения пожаробезопасно- сти конструкций, расположенных рядом. Допустимые нормы превышения температуры отдельных узлов резисторов приведены в табл. 7.5, технические данные элементов резисторов проволочного типа из константановой прово- локи — в табл. 7.6, из фехралевой проволоки — в табл. 7.7, ленточного типа из фехраля — в табл. 7.8. В соответствии с компоновкой отдельных элементов промышленностью выпускаются два вида блоков резисторов: нормализованные универсального назначения и специальные, заранее рассчитанные для использования в опре- деленной схеме электропривода для определенных мощностей электродвига- телей с учетом режима работы Выбор комплектов специальных блоков и их номенклатура приведены в § 7.4. Нормализованные блоки могут быть ском- понованы в любом сочетании и позволяют получить требуемые параметры в разных схемах электроприводов. Блоки резисторов компонуются из ленточ- ных или проволочных элементов. Соответственно типы блоков имеют наиме- нование БФ6 и БК12. Ряд специальных блоков выпускается в комбиниро- ванном исполнении типа БФК. В нормализованных блоках типа БФ6 уста- навливаются шесть ленточных элементов, а в блоках БК12— двенадцать фехралевых или константановых проволочных элементов Количество элемен- тов в специальных блоках определяемся расчетом и обычно меньше указан- ного выше допустимого числа.
ьо оэ Таблица 7.9. Нормализованные блоки резисторов типа БФ6 Каталожный номер Ток про- должи- тельного режима. А Общее сопротив- ление, Ом Сопротивление ступеней, Ом Число ВЫВОДНЫХ зажимов 1-2 2-3 3-4 4-5 5 “*6 6-7 7-8 8-9 ИРАК 434332.004-01 228 0,115 0,0215 0,017 0,017 0,0215 0,019 0,019 - 7 ИРАК 434332.004-02 204 0,142 0,026 0,0215 0,0215 0,026 0,0235 0,0235 — 7 ИРАК 434332.004-03 160 0,216 0,036 0,036 0,036 0,036 0,036 0,036 — 7 ИРАК 434332.004-04 128 0,37 0,0615 0,0615 0,0615 0,0615 0,0615 0,0615 — 1 7 ИРАК 434332.004-05 114 0,474 0,079 0,079 0,079 0,079 0,079 0,079 —• 7 ИРАК 434332.004-06 102 0,58 0,096 0,096 0,096 0,096 0,096 0,096 —- 7 ИРАК 434332.004-07 80 0,88 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 — 7 ИРАК 434332.004-08 64 1,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 — 7 ИРАК 434332.004-09 57 1,92 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 *— 7 ИРАК 434332.004-10 51 2,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 — 7 ИРАК 434332.004-11 40 3,5 0,44 0,435 0,435 0,44 0,44 0,435 0,435 0,44 9 ИРАК 434332.004-12 36 4,8 0,6 0,596 0,596 0,6 0,6 0,596 0,596 0,6 9 Таблица 7.10. Нормализованные блоки резисторов типа БК12 Каталожный номер Ток продол- жительного режима, А Общее сопротивле- ние, Ом сопротивление ступеней. Ом Число ВЫВОДНЫХ зажимов 1-2, 2-3 3-4, 4-5 5-6, 6-7 а> 1 00 СО 9-10. 10-11 11-12 ИРАК 434331.003-01 8,5 52,8 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 8,8 12 ИРАК 434331.003-02 21,2 8,4 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 1,4 12 ИРАК 434331,003-03 18,3 11,7 0,975 0,975 0,975 0,975 0,975 1,95 12 ИРАК 434331.003-04 14,5 17,4 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 2,9 12 ИРАК 434331 003-05 13 23,4 1,95 1,95 1,95 1,95 1,95 3,9 12 ИРАК 434331.003-06 2,8 33,6 2,8 2,8 2,8 2,8 23 5,6 12 Расчет и выбор резисторов Разд. 7
§ 7.4 Типовые резисторы для крановых электроприводов 235 - — - - . -- - -- - • ---*-------Г— Следует отметить, что блоки БФ6 и БК 12 поставляютс