д.ф.-м.н., профессор кафедры прикладной математики и информатики
Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor of the Chair of Applied Mathematics and Informatics
к.т.н., доцент кафедры электротехники, электропривода и промышленной электроники
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Electrical Engineering, Electric Drive and Industrial Electronics
ведущий специалист отдела электроснабжения
Leading Specialist of the Department of Power Supply
Рассмотрены электромеханические процессы, протекающие при подъеме груза мостовым краном. Основная идея работы заключается в идентификации аварийного режима (перегрузки крана) методом, основанным на контроле тока статора электродвигателя подъема. Для получения диаграмм тока статора электродвигателя разработана математическая модель мостового крана (трехмассовой схемы), которая включает в себя уравнения, описывающие упругие свойства балок крана и его каната. Для описания приводного асинхронного электродвигателя принята система (α, β)-координат, неподвижных относительно статора электродвигателя. Цикл подъема груза рассматривается как последовательность трех этапов: выбор «слабины» каната; натяжение каната; отрыв и подъем груза. Для каждого этапа составлены системы дифференциальных уравнений, описывающие движение масс элементов мостового крана и поведение электрических параметров электродвигателя. Определены начальные и граничные условия для каждого из этапов. Проведены предварительные преобразования систем уравнений к решению численными методами и последующее моделирование этапов подъема грузов разной массы. Последовательное решение трех краевых задач позволяет получить величины интересующих токов статора в момент отрыва груза. Получены диаграммы токов фазы статора электродвигателя для грузов различной массы. Результаты моделирования свидетельствуют о наличии поддающейся фиксации разнице величин токов статора после отрыва груза от опорной поверхности. На основании разработанной модели и полученных результатов исследования предложена функциональная схема устройства защиты крана от перегрузки и описан принцип его работы, который заключается в контроле поднимаемой массы груза и контроле тока статора при подъеме груза. Сделан вывод о целесообразности и эффективности контроля электрических величин электродвигателя подъема для организации защиты мостового крана от перегрузок. Оценена эффективность работы предложенной системы.
Electromechanical processes occurring when the load is lifted by an overhead crane are considered. The main idea of the work is to identify emergency mode (crane overload) by a method based on control of stator current of lift motor. To obtain stator current diagrams of electric motor, mathematical model of overhead crane (three-mass circuit) has been developed, which includes equations describing elastic properties of crane beams and its rope. A system of (α, β) coordinates, fixed relative to electric motor stator, is adopted to describe the drive asynchronous motor. Lifting cycle is considered as sequence of three steps: choice of the rope “slack”; rope tension; separation of cargo lifting. For each stage, a system of differential equations has been compiled describing motion of masses of overhead crane elements and electrical parameters of electric motor. Initial and boundary conditions for each of the stages were determined. Preliminary transformations of the system of equations to their solution by numerical methods and subsequent modeling of stages of lifting loads were carried out for different weights. Sequential solution of three boundary value problems allows obtaining values of stator currents at time of load separation. Diagrams of stator phase currents of an electric motor were obtained for loads of different mass. Simulation results indicate the presence of fixable difference in magnitudes of stator currents after the load is separated from the support surface. On basis of the developed model and the study results, a functional diagram of crane overload protection device is proposed and its principle of operation is described. It consists in controlling lifted load mass and stator current when liftingthe load. Conclusion is made about feasibility and effectiveness of monitoring electrical values of lifting motor for development of overhead crane protection against overloads. Effectiveness of the proposed system was evaluated.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.