VDI 3652-2007 Selection criteria for electrical crane drives.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREAuswahl der elektrischen Antriebsartenfr KrantriebwerkeSelection criteriafor electrical crane drivesVDI 3652Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 1: KraneFrhere Ausgaben: 11.93; 05.04 Entwurf,deutschFormer editions: 11/9

2、3; 05/04 Draft, in German onlyVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal

3、 use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 53.020.20August 2007Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Hinweise zur Benutzung dieser Richtlinie . . 23 Aufgaben und Anforderungen an Kranant

4、riebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1 Allgemeine Eigenschaften und Anforderungen an Kranantriebe. . . . . . 43.2 Aufgaben des Kranes und sein Umfeld . . 44 Vergleichende Gegenberstellung derwesentlichen Betriebseigenschaften vongesteuerten und geregelten Drehstrom- und Gleichstromantrieben

5、. . . . . . . . . . 55 Auswahlkriterien fr die Antriebsgruppen. . 105.1 Auswahlkriterien, Erluterungen . . . . . 105.2 Auswahlkriterien, Bewertung . . . . . . . 125.3 Antriebsgruppen . . . . . . . . . . . . . . 155.3.1 Kfiglufermotor (eintourig) . . . . 155.3.2 Polumschaltbarer Kfiglufermotoroder ei

6、ntouriger Kfiglufermotor mit Feingangmotor . . . . . . . . . 185.3.3 Schleifringlufermotor, gesteuerterBetrieb . . . . . . . . . . . . . . . 215.3.4 Schleifringlufermotor mitRegelbereich . . . . . . . . . . . . 255.3.5 Regelantriebe mit Gleichstrom-Nebenschlussmotoren und entsprechendem Regelgert .

7、. . . 285.3.6 Regelantriebe mit Kfiglufer-motoren und entsprechendem Regelgert . . . . . . . . . . . . . 286 Auswahlbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . 32Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Notes on how to use

8、this guideline . . . . . . 23 Tasks and requirements for crane drives . . . 43.1 General characteristics and requirementsfor crane drives . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Tasks of the crane and its environment . . . 44 Comparison of the principal operatingcharacteristics of open- and closed-loop-c

9、ontrolled three-phase alternating currentand direct current drives . . . . . . . . . . . . 55 Selection criteria for the drive groups . . . . .105.1 Selection criteria, explanations . . . . . . .105.2 Selection criteria, assessment . . . . . . . .125.3 Drive groups . . . . . . . . . . . . . . . .155

10、.3.1 Squirrel-cage motor (single speed). .155.3.2 Pole-changing squirrel-cage motor or single-speed squirrel-cage motorwith micro-speed motor . . . . . . .185.3.3 Slipring motor, open-loop-controlledoperation . . . . . . . . . . . . . . .215.3.4 Slipring motor with control range . .255.3.5 Closed-lo

11、op-controlled drives withDC shunt motors and suitable DC converter . . . . . . . . . . . . .285.3.6 Closed-loop-controlled drives withsquirrel-cage motors and suitable automatic control device . . . . . . .286 Selection examples . . . . . . . . . . . . . . .32No guarantee can be given with respect t

12、o the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.VDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss LogistikFachbereich B1 KraneB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf

13、2007 2 VDI 3652VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist unter sorgfltiger Be-rcksichtigung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000 entstanden.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das d

14、es Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mg

15、lich. Aus-knfte dazu sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI.1 EinleitungElektrische Kranantriebe sind in den unterschied-lichsten Ausfhrungsarten im Einsatz. Je nach Ver-wendungszweck knnen die Anforderungen sehr ver-schieden sein.Aufgabe des Kra

16、nherstellers ist es, fr die jeweilsspezielle Anforderung die wirtschaftlich und tech-nisch geeignetste Antriebsart auszuwhlen. Dabeireicht der Einsatzbereich beispielsweise vom Um-schlagkran bis zum Manipulatorkran.Beim Umschlagkran kommt es darauf an, z.B. einSchiff mittels Greifer in mglichst kurz

17、er Zeit zu ent-laden. Hier sind hohe Beschleunigungen und Verz-gerungen bei entsprechenden Nenngeschwindigkei-ten gefordert.Beim Manipulatorkran, der z.B. eine Werkzeugma-schine bedient, sind dagegen feinfhlige und positi-onsgenaue Arbeitsbewegungen erforderlich.Diese Beispiele zeigen, dass bei der

18、Auswahl der ge-eigneten Antriebsart sowohl die Aufgabe des Kranesals auch das Umfeld, in dem der Kran arbeitet, beach-tet werden mssen.2 Hinweise zur Benutzung dieser RichtlinieZiel dieser Richtlinie ist es, nicht nur Informationenzu den verschiedenen Antriebsarten, die in sechsGruppen mit jeweils h

19、nlichen Betriebseigenschaftenin Abschnitt 4 zusammengestellt sind, zu vermitteln,sondern auch Hilfen zu geben bei der Auswahl einesAntriebs fr ein gegebenes Antriebsproblem, dasheit fr die Abstimmung der Antriebseigenschaftenfr die Anforderungen.Preliminary noteThe content of this guideline has been

20、 developed un-der thorough consideration of the requirements andrecommendations of guideline VDI 1000.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.All rights reserved including those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata process

21、ing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without infringe-ment of copyright and with regard to VDI notices 1to 7. Information on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI Guidelin

22、esDepartment at the VDI.1 IntroductionA wide variety of types of electrical crane drives arein use. The requirements may vary greatly dependingon the intended use.It is the task of the crane manufacturer to select thetype of drive most suitable for the specific require-ment from both, the economical

23、 and technical pointof view. Applications range, e.g., from the tranship-ment crane to the manipulator crane.In the case of the transhipment crane, it is importantthat e.g. a ship is unloaded by means of a grab withinthe shortest possible time. High accelerations and de-celerations with correspondin

24、g nominal speeds aredemanded here.On the other hand, precise movements with high po-sitioning accuracy are required in the case of a ma-nipulator crane which, e.g., loads a machine tool.These examples show that both, the task of the craneand its operating environment have to be consideredin selectin

25、g the suitable drive type.2 Notes on how to use this guidelineThe aim of this guideline is not only to provide infor-mation on the various drive types, which are classi-fied into six groups of similar operating characteris-tics (see Section 4), but also to give guidance in se-lecting a drive for the

26、 drive problem at hand, i.e. inmatching the drive characteristics with the require-ments.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 3652 3 In Abschnitt 3 sind eine Reihe von grundstzlichenEigenschaf

27、ten und Anforderungen zusammengestellt,die fr Hebezeugantriebe erfllt sein mssen oder diezwischen Kranhersteller und Betreiber abzustimmensind. Anhand dieser Anforderungen sind dann dieAuswahlkriterien in Abschnitt 5 zu bewerten, welchedie eigentliche Auswahlhilfe darstellen. Unberck-sichtigt ist da

28、bei das thermische Verhalten der An-triebe beim Fahren mit kleinen Geschwindigkeitenber lngere Wege oder bei hohen Schalthufigkeiten.In Abschnitt 5.1 sind diese Auswahlkriterien und ihrEinfluss auf das Betriebsverhalten beschrieben. InAbschnitt 5.2 ist angegeben, wie diese in dem Profilder Antriebse

29、igenschaften zu bewerten sind. In demSoll-Profil der Antriebseigenschaften (Abschnitt 5.2)knnen die erforderlichen Antriebseigenschaften ein-getragen werden. In Abschnitt 5.3 sind die Eigen-schaften der Antriebsarten in identischen Diagram-men als Ist-Profil dargestellt, so dass mit einem Blickerken

30、nbar ist, welche Antriebsgruppe diese Anforde-rungen erfllt. Hieraus ergeben sich auf einfacheWeise die in Betracht kommenden Antriebsgruppen.Weitere Detailinformationen zu der jeweiligen An-triebsgruppe in Abschnitt 5.3:prinzipielle EigenschaftenBetriebseigenschaften anhand der KennlinienAnwendungs

31、bereich und Anwendungsgrenzentypische Schaltungsbeispiele, ergnzt durch An-wendungsbeispielequalitative Aussage zur Positionierfhigkeit ineinem Einheits-Diagramm. In diesem sind Grenz-kennlinien angegeben, die sich fr die einzelnenAntriebsgruppen auf Grund von Geschwindig-keitsbereich und Lastabhngi

32、gkeit ergeben. MitGrauraster ist der Arbeitsbereich der jeweiligenAntriebsgruppe markiert, der zustzlich durch dieGeschwindigkeit begrenzt wird, in dem dieseGruppe blicherweise eingesetzt wird.Nach Festlegung der Antriebsart knnen in Ta-belle 1 (siehe Abschnitt 4) weitere Betriebseigen-schaften eine

33、m Quercheck unterzogen werden. MitHilfe dieser Tabelle kann jedoch auch schon eineVorauswahl getroffen werden, z.B. wenn Automati-sierung des Kranes oder Gleichlauf von mehrerenAntrieben gefordert wird.Sowohl die in Tabelle 1 beschriebenen Betriebsei-genschaften als auch die Aussagen in Abschnitt 5.

34、3gelten jeweils fr eine Gruppe von verschiedenenAntrieben mit hnlichen Eigenschaften. Auch die injeder Antriebsgruppe angefhrten Schaltungen sindnur beispielhaft. Je nach Hersteller kann es noch wei-tere Schaltungen mit leicht abweichendem Betriebs-A number of basic characteristics and requirementst

35、hat have to be fulfilled for hoist drives or that have tobe agreed upon between crane manufacturer and op-erator are compiled in Section 3. The selection crite-ria in Section 5, representing the actual selection aid,have to be assessed on the basis of these require-ments. The thermal behaviour of th

36、e drives whendriving at low speeds over long distances or in case offrequent operation is not considered. Section 5.1 contains a description of these selectioncriteria and their influence on the performance char-acteristic. Section 5.2 specifies how to assess the se-lection criteria within the profi

37、le of drive characteris-tics. The required drive characteristics can be enteredin the specified profile of drive characteristics (Sec-tion 5.2). In Section 5.3, the characteristics of thedrive types are represented as actual profiles in iden-tical diagrams so that it is obvious at a glance whichdriv

38、e group meets these requirements. This easilyyields the drive groups coming into consideration.Further details referring to the respective drive groupare included in Section 5.3:basic characteristicsoperating characteristics in terms of the character-istic curvesapplication range and application lim

39、itsexamples of typical circuits including typical ap-plicationsqualitative statement as to the positioning capabil-ity in a standard diagram. This diagram containslimit curves resulting for each drive group fromthe respective speed range and the effect of loadvariation. The typical operating range o

40、f eachdrive group, additionally limited by the speed, isindicated by a shaded area.After determination of the drive type, further operat-ing characteristics can be cross-checked in Table 1(see Section 4). However, this table also allows tonarrow the field, e.g. when automation of the crane orsynchro

41、nous operation of several drives is required.The operating characteristics described in Table 1and the statements in Section 5.3 are applicable toone group of different drives with similar characteris-tics in each case. Also, the circuits indicated for eachdrive group are mere examples. Depending on

42、 themanufacturer, further circuits with a slightly deviat-ing performance characteristic may be available. De-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI 3652verhalten geben. Die genauen Details der Ei

43、gen-schaften und das Betriebsverhalten mssen daher mitdem jeweiligen Hersteller geklrt werden.3 Aufgaben und Anforderungen an Kranantriebe3.1 Allgemeine Eigenschaften und Anforderungen an KranantriebeKranantriebe mssen folgende Grundanforderungenerfllen:dimensioniert fr Aussetzbetriebgeeignet fr Vie

44、r-Quadranten-BetriebRechts-, Linkslaufpositive, negative Motormomenterobuste, wartungsfreundliche KonstruktionWirtschaftlichkeitAnschaffungs-, Installations-, Energiekosten,Instandhaltungs- und Reparaturkosten3.2 Aufgaben des Kranes und sein UmfeldZur Auswahl einer geeigneten technischen und wirt-sc

45、haftlichen Lsung sind die folgenden Kriterienzwischen Betreiber und Hersteller abzuklren:Aufgabe desKranesUmschlagenTransportierenManipulieren usw.Hufigkeitder BenutzungMehrschicht-Produktionseinsatzoder seltener MontageeinsatzArt der BedienungFhrerhausgesteuertFlurgesteuertFerngesteuertProgrammgest

46、euertSpiel-diagrammeLastenGeschwindigkeitenLastabhngigkeit derGeschwindigkeitenBeschleunigung, VerzgerungPositioniergenauigkeitArt der Last Eigenschaften, z.B. Glas, sperrig, feuerflssige Masse, Paletten-transport; Dimensionen Umwelt-bedingungenbeeinflussen z.B.die SchutzartKlimaAtmosphreExplosionss

47、chutz Energie-versorgungDrehstrom, Inselnetz (Eigenversorgung) Be-lastbarkeit des Netzes, Stobelas-tung, Anlaufstrme, Netzrck-wirkungentails of characteristics and the performance character-istic must, therefore, be checked with the manufac-turer in question.3 Tasks and requirements forcrane drives3

48、.1 General characteristics and requirements for crane drivesCrane drives have to meet the following basic re-quirements:dimensioned for intermittent operationsuitable for four-quadrant operationclockwise rotation, counterclockwise rotationpositive, negative motor torquesrobust, easy-to-maintain desi

49、gneconomic efficiencycost of acquisition, installation, energy,maintenance and repair3.2 Tasks of the crane and its environmentThe following criteria have to be checked betweenoperator and manufacturer to allow selection of a so-lution suitable from both, the technical and economi-cal point of view:Task of thecraneLoading and unloadingTransportingManipulating etc.Frequencyof useUsed in multi-shift production or,infrequently, for assembly tasksTypeof controlControlled from drivers