Мінімізація коливань підвішеного вантажу засобами частотно-регульованого електропривода електроталі

МІНІМІЗАЦІЯ КОЛИВАНЬ ПІДВІШЕНОГО ВАНТАЖУ ЗАСОБАМИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛЬОВАНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА ЕЛЕКТРОТАЛІ

, магістр, А. І. Гладир, к. т.н., доц.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

E-mail: *****@***ru

Вступ. Відома проблема багатьох вантажопідйомних механізмів – коливання підвішеного вантажу, що призводить до погіршення показників якості роботи цих механізмів. Через відсутність жорсткого зв’язку вантажу з візком, котрий переміщує вантаж, а також через сильне прискорення візка виникають коливання підвішеного на канаті вантажу [1–3]. Вантажопідйомні механізми на сьогоднішній день є основним обладнанням для механізації внутрішньоцехових та міжцехових операцій з переміщення вантажу. За допомогою цих механізмів виконують вантажно-розвантажувальні операції при виконанні різних видів робіт. Під час пуску та гальмування механізмів руху виникають коливання підвішеного вантажу, що негативно впливає на виробничі та експлуатаційні показники обладнання. Коливання вантажу може створювати небезпеку для обслуговуючого персоналу, наприклад, при транспортуванні ковшів з розплавленим металом на металургійних виробництвах, призводити до передчасного зносу окремих деталей механізму, двигуна, збільшення часу завантаження-розвантаження. В даний час з’явилася можливість рішення цієї проблеми за допомогою використання сучасних засобів автоматизації, пристроїв керування та датчиків положення підвішеного вантажу.

Мета роботи. Створення лабораторного комплексу для дослідження методів мінімізації коливань підвішеного вантажу за допомогою керованого пуску асинхронного двигуна вантажопідйомного механізму з використанням перетворювача частоти.

Матеріал і результати дослідження. Створений комплекс дає можливість: вивчати на практиці застосування перетворювача частоти як інструмента для керування електродвигунами змінного струму з короткозамкненим ротором; розраховувати параметри для оптимального співвідношення та зменшення частоти коливань підвішеного вантажу при керуванні тельфером за допомогою перетворювача частоти; вивчати можливості автоматизації погашення коливань. Лабораторний комплекс зображено на рис. 1.

Рисунок 1 – Лабораторний комплекс: а) комплекс системи автоматизованого керування; б) об’єкт дослідження – стенд „Тельфер”

До складу лабораторного стенду входять: лабораторний комплекс з тельфером, який має два електродвигуни – на підйом вантажу та на переміщення; комплекс з автоматизованими засобами керування, який містить у своєму складі перетворювач частоти (ПЧ) Mitsubishi серії D – 720, ультразвуковий датчик серії UA18CLD06AGM1 M18LongPlugMmm 4-20 mA, мікроконтролер Mitsubishi серії FX-1N. Ультразвуковий датчик має на виході аналоговий сигнал величиною 4 – 20 mА. Датчик налаштовано таким чином, що в стані спокою на вихід подається сигнал у 12 mА. Під час руху тельфера і коливання вантажу сигнал на виході датчика змінюється в діапазоні 4-20 mA. Сигнал з ультразвукового датчика може надходити до пристрою реєстрації сигналу, наприклад, осцилографу; на мікроконтролер, або безпосередньо до перетворювача частоти. Перетворювач частоти містить пропорціонально-інтегрально-диференціальний регулятор (ПІД-регулятор), котрий оброблює сигнал з датчика та налаштовує частоту таким чином, щоб вона могла відповідати заданому критерію. Для розширення можливостей ПІД-регулювання можна застосувати мікроконтролер. Таким чином, у якості керуючого обчислювального пристрою може використовуватись вбудований ПІД-регулятор перетворювача частоти, або зовнішній мікроконтролер. Функціональна схема лабораторного комплексу показана на рис. 2

Рисунок 2 – Функціональна схема лабораторного комплексу „Тельфер”

Для розрахунку оптимального часу розгону і якомога кращого результату гасіння коливань підвішеного вантажу можна використати наступні формули [1–3]:

; (1)

, (2)

де , - швидкість візка та вантажу відповідно; - середнє прискорення; - час; ,- маси візка і вантажу відповідно; - частота вільних коливань.

Згідно з формулами [3–5] можна визначити швидкість, прискорення та частоту вільних коливань вантажу:

, (3)

, (4)

, (5)

де - кутова швидкість візка і вантажу відповідно; - радіус приведення; ,- припустимий момент та момент статичного навантаження; ,,- сумарний момент інерції, двигуна і вантажу відповідно; - еквівалентна жорсткість механічних зв’язків; ,- маса візка і вантажу відповідно.

Експериментальні залежності кута відхилення вантажу від темпу розгону отримані за допомогою ультразвукового датчика наглядно демонструють ефективність застосування частотно-регульованого електроприводу при керуванні тельфером. На рисунку 3, а зображений графік без застосування ПЧ; на рисунку 3, б – графік із застосуванням ПЧ та часом розгону – 3 секунди; на рисунку 3, в - графік із застосуванням ПЧ та часом розгону – 5 секунд.

Рисунок 3 – Графіки амплітуди коливання вантажу: а) без застосування перетворювача частоти; б) із застосуванням перетворювача частоти та часом розгону – 3 секунди; в) із застосуванням перетворювача частоти та часом розгону – 5 секунд

Як видно на рисунку 3 представлений метод є достатнім для зменшення коливань підвішеного вантажу, оскільки при застосуванні перетворювача частоти та часу розгону 3 секунди амплітуда коливань зменшується на 42,547% у порівнянні зі звичайним методом керування, а при застосуванні перетворювача частоти та часу розгону 5 секунд амплітуда коливань зменшується на 52,574%.

Висновки. Створений лабораторний комплекс дає можливість проводити лабораторний практикум для вивчення та дослідження частотно-регульованого електроприводу, знімати показники ультразвукового датчика та застосовувати їх для моделювання електромеханічних систем, проводити вивчення нових методів мінімізації коливань.

БІБЛІОГРАФІЧНІ ДАНІ:

1. , Певзнер электропривод: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 198с.

2. Ключев динамических нагрузок электропривода, М.: Энергия, 197с.

3. Ключев электропривода: Учеб. для вузов.- 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 199с.

4. MITSUBISHI ELECTRIC INDUSTRIAL AUTOMATION FR-D700. Преобразователь частоты. Руководство по эксплуатации. 200с.

Мінімізація коливань підвішеного вантажу засобами частотно-регульованого електроприводу вантажопідйомних механізмів. Назва секції. Збірник наукових праць X Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук 28–29 березня 2012 р. – Кременчук: КрНУ, 2012. – С. хх–хх. Розглянуто метод гасіння коливань підвішеного на канаті вантажу в вантажопідйомних механізмах за допомогою використання частотно-регульованого електроприводу

S. P. Dzyatlovskiy Frequency-controlled drives of telpher crane with the minimization of the suspended load oscillations. Section title. The 10th International conference of students and young researchers in Kremenchuk march 28–29, 2012. – Kremenchuk: КrNU, 2012. – P. хх– хх. The method of damping vibrations in suspended rope cargo hoisting devices by using frequency-controlled electric