Модернізація частотно-керованого асинхронного електропривода механізму повороту будівельного крана

Abstract

Дипломну роботу присвячено розробці електроприводу поворотного механізму крана із застосуванням частотного регулювання. В результаті аналізу технічних вимог було обґрунтовано вибір асинхронного двигуна з можливістю регулювання частоти та напруги на статорі. Живлення двигуна здійснюється від тиристорного частотного перетворювача, побудованого на базі повністю керованих вентилів. У ході роботи виконано розрахунок потужності приводу та перевірено відповідність вибраного електродвигуна вимогам системи. Окрему увагу приділено силовій частині — комутаційному випрямлячу, фільтру та інвертору, для яких проведено розрахунок параметрів і здійснено підбір елементної бази. Для забезпечення стабільної та точної роботи системи керування впроваджено два контури зворотного зв’язку — за струмом і за швидкістю. Розраховано передавальні функції та налаштовано параметри регуляторів для досягнення бажаних динамічних характеристик. Моделювання функціонування електроприводу виконано в середовищі Matlab із використанням пакету SimPowerSystems. Створено модель запуску приводу за скалярним принципом керування та проаналізовано осцилограми перехідних процесів за моментом і швидкістю обертання. У підсумку оцінено економічну доцільність впровадження запропонованої системи та розроблено заходи з охорони праці для забезпечення безпечної експлуатації обладнання. Об’єктом дослідження є частотно-регульований електропривод механізму повороту баштового будівельного крана. Предметом дослідження є статичні та динамічні характеристики системи автоматизованого електроприводу. Метою дослідження є розрахунок параметрів елементів силової частини та системи керування електроприводом, вибір приводу, а також аналіз його роботи в різних режимах.

The thesis is devoted to the development of an electric drive system for the slewing mechanism of a crane using frequency control. Based on the analysis of technical requirements, an asynchronous motor with the ability to regulate frequency and voltage on the stator was selected. The motor is powered by a thyristor-based frequency converter built on fully controlled valves. The study includes the calculation of the drive power and verification of the selected motor’s compliance with system requirements. Particular attention is given to the power section — the switching rectifier, filter, and inverter — for which the component parameters were calculated and selected. To ensure stable and accurate operation of the control system, two feedback loops were introduced — one for current and one for speed. Transfer functions were calculated, and the controller parameters were tuned to achieve the desired dynamic characteristics. Simulation of the electric drive performance was carried out in Matlab using the SimPowerSystems toolbox. A model of the drive’s start-up under scalar control was developed, and transient response oscillograms for torque and speed were analyzed. In conclusion, the economic feasibility of the proposed solution was evaluated, and occupational safety measures were developed to ensure the safe operation of the equipment. Object of the research: the frequency-controlled electric drive of the slewing mechanism of a tower crane. Subject of the research: the static and dynamic characteristics of the automated electric drive system. Purpose of the research: to calculate the parameters of the power circuit elements and control system of the electric drive, to select the drive, and to analyze its performance under various operating conditions.