DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.66784

Automated comparison system of the technical and economic efficiency of electric drives of crane mechanisms

Victor Busher, Svetlana Savich, Svyatoslav Savich, Vadym Medvediev

Abstract


Various types of the AC electric drive: traditional one with resistor control, with thyristor voltage converter and with frequency converter, the latter with power recovery are considered. The review of static and dynamic characteristics of each of the electric drives is presented, based on which recommendations are made concerning the application of a particular asynchronous electric drive of the proposed options in specific cases. Energy performance, loss in the motor circuits are calculated for specific crane hoist mechanisms.

The CAD-system for technical and economic comparison of the crane drives taking into account the main operation features: loads, moments of inertia with/without load, the relative operating time with reduced speed is developed. Due to the unification of approaches to the analysis of the operating conditions of the hoist and swing mechanisms, the program calculates the power consumption in static and dynamic modes. Known capital and depreciation costs and total annual power losses obtained in the CAD-system allow making decisions about the choice or necessity of reconstruction of the electric drive.

Keywords


electric drive; CAD-system for technical and economic comparison; resistor control; voltage converter; frequency converter; resistor braking

References


Javied, T., Rackow, T., Stankalla, R., Sterk, C., Franke, J. (2016). A Study on Electric Energy Consumption of Manufacturing Companies in the German Industry with the Focus on Electric Drives. Procedia CIRP, 41, 318–322. doi: 10.1016/j.procir.2015.10.006

Raubar, E., Vrancic, D. (2012). Anti-Sway System for Ship-to-Shore Cranes. Journal of Mechanical Engineering, 58 (5), 338–344. doi: 10.5545/sv-jme.2010.127

Miller, P., Olateju, B., Kumar, A. (2012). A techno-economic analysis of cost savings for retrofitting industrial aerial coolers with variable frequency drives. Energy Conversion and Management, 54 (1), 81–89. doi: 10.1016/j.enconman.2011.09.018

Usynin, Y. S., Valov, A. V., Kozina, T. A. (2011). Asynchronous electric drive with pulse-vector control. Russian Electrical Engineering, 82 (3), 134–137. doi: 10.3103/s1068371211030102

Emelyanov, A. P., Kozyaruk, A. E. (2011). Algorithms for management, modeling, and analysis of highly dynamical asynchronous electric drives. Russian Electrical Engineering, 82 (2), 61–68. doi: 10.3103/s1068371211020052

Tunyasrirut, S., Kinnares, V. (2013). Speed and Power Control of a Slip Energy Recovery Drive Using Voltage-source PWM Converter with Current Controlled Technique. Energy Procedia, 34, 326–340. doi: 10.1016/j.egypro.2013.06.761

Nicolae, P.-M., Stanescu, D.-G., Sirbu, I.-G. (2008). About the experimental results of an electric driving system based on asynchronous motor and PWM converter. 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference. doi: 10.1109/epepemc.2008.4635428

Nicolae, P.-M., Stanescu, D.-G., Sirbu, I.-G. (2008). About the experimental results of an electric driving system based on asynchronous motor and PWM converter. 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, 259–274. doi: 10.1109/epepemc.2008.4635428

Blanusa, B. (2010). New Trends in Efficiency Optimization of Induction Motor Drives. New Trends in Technologies: Devices, Computer, Communication and Industrial Systems. doi: 10.5772/10427

Grygorov, O. V., Svyrgun, V. P., Stryzhak, V. V., Zajcev, Ju. I. (2010). Energozberezhennja shljahom zastosuvannja racional'nogo keruvannja asynhronnyh elektropryvodiv VPM. Sbornyk nachnih trudov «Vestnyk NTU «HPY»: Tehnologii' v mashynobuduvanni, 49, 61–64.

Grygorov, O. V., Zaytsev, Y. I., Svirgun, V. P., Stryzhak, V. V. (2010). Realization of energy-saving control modes on cranes of great load-carrying capacity. Annals of the University of Petroşani: Mechanical Engineering, 12, 111–118.

Zalizec'kyj, A. M., Piznjur, O. V. (2012). Doslidzhennja chastotnogo elektropryvoda v statychnyh rezhymah roboty. Visnyk Hmel'nyc'kogo nacional'nogo universytetu, 3, 69–74.

Firago, B. I., Vasil'ev, D. S. (2011). Primenenie ustrojstv plavnogo puska i tormozhenija asinhronnyh jelektricheskih dvigatelej s k.z. rotorom v jelektroprivodah kranovyh mehanizmov peredvizhenija. Elektrotehnicheskie i komp'juternye sistemy, 4 (80), 30–38.

Radimov, S. N., Anichenko, K. A. (2006). Potencial jenergosberezhenija jelektroprivodov portovyh gruzopod’emnyh mashin. Elektromashinobuduvannja ta elektroobladnannja, 66, 322–323.

Moshhinskij, Ju. A., Aung, Vin Tut (2007). Obobshhennaja matematicheskaja model' chastotno-reguliruemogo asinhronnogo dvigatelja s uchetom poter' v stali. Jelektrotehnika, 11, 61–66.

Braslavskyj, I. Ja., Ishmatov, Z. Sh. (2003). Realizacija energooshhadnyh tehnologij na osnovi regul'ovanyh asynhronnyyh elektropryvodov. Elektroinform, 3, 11–15.

Grygorov, O. V., Stryzhak, V. V. (2012). Analiz pusko-gal'mivnyh procesiv kranovyh mehanizmiv z chastotno-regul'ovanym pryvodom. Vestnyk HNADU, 57, 249–256.

Savych, S. P. (2012). Porivnjannja ekonomichnoi' efektyvnosti al'ternatyvnyh elektropryvodiv u nestacionarnyh rezhymah. Elektrotehnichni ta komp’juterni systemy, 07 (83), 50–55.

Gerasymiak, R., Busher, V., Savich, S., Shvets, L. (2012). Computer-aided Design System for Technical and Economical Comparison of Crane Electrical Drives. Computational Problems of Electrical Engineering, 2, 21–25.

Braslavskij, I. Ja., Ishmatov, Z. Sh., Poljakov, V. N. (2004). Jenergosberegajushhij asinhronnyj jelektroprivod. Moscow: ASADEMA, 202.

Gerasymjak, R. P., Savych, S. P., Shvec, L. A. (2011). Ekonomichna efektyvnist' vykorystannja peretvorjuvachiv chastoty dlja kranovyh mehanizmiv pidjomu. Elektrotehnichni ta komp’juterni systemy, 03 (79), 392–393.

SINAMICS G110, SINAMICS G120. Standartnye preobrazovateli. SINAMICS G 110 D, SINAMICS G 120 D. Decentralizovannye preobrazovateli. Katalog D 11.1.2009.

Altivar 71. Preobrazovateli chastoty (2009). Schneider Electric, 332.


GOST Style Citations


1. Javied, Т. A Study on Electric Energy Consumption of Manufacturing Companies in the German Industry with the Focus on Electric DrivesOriginal Research Article [Text] / T. Javied, T. Rackow, R. Stankalla, C. Sterk, J. Franke // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 41. – P. 318–322. doi: 10.1016/j.procir.2015.10.006 

2. Raubar, E. Anti-Sway System for Ship-to-Shore Cranes [Text] / E. Raubar, D. Vrancic // Journal of Mechanical Engineering. – 2012. – Vol. 58, Issue 5. – P. 338–344. doi: 10.5545/sv-jme.2010.127

3. Miller, P. A techno-economic analysis of cost savings for retrofitting industrial aerial coolers with variable frequency drives [Text] / P. Miller, B. Olateju, A. Kumar // Energy Conversion and Management. – 2012. – Vol. 54, Issue 1. – P. 81–89. doi: 10.1016/j.enconman.2011.09.018 

4. Usynin, Yu. S. Asynchronous electric drive with pulse-vector control [Text] / Yu. S. Usynin, A. V. Valov, T. A. Kozina // Russian Electrical Engineering. ‒ 2011. ‒ Vol. 82, Issue 3. – P. 134–137. doi: 10.3103/s1068371211030102 

5. Emelyanov, A. P. Algorithms for management, modeling, and analysis of highly dynamical asynchronous electric drives control [Text] / A. P. Emelyanov, A. E. Kozyaruk // Russian Electrical Engineering, ‒ 2011. ‒ Vol. 82, Issue 2. – P. 61–68. doi: 10.3103/s1068371211020052 

6. Tunyasrirut, S. Speed and Power Control of a Slip Energy Recovery Drive Using Voltage-source PWM Converter with Current Controlled Technique [Text] / S. Tunyasrirut, V. Kinnares // Energy Procedia. – 2013. – Vol. 34. – P. 326–340. doi: 10.1016/j.egypro.2013.06.761 

7. Nicolae, P. About the experimental results of an electric driving system based on asynchronous motor and PWM converter [Text] / P. Nicolae, D. Stǎnescu, I. Sîrbu // 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, 2008. – P. 1181–1186. doi: 10.1109/epepemc.2008.4635428 

8. Žilkovà, J. Fuzzy vector control of asynchronousmotor [Text] / J. Žilkovà, J. Timko, M. Kováč // Acta Technica CSAV (Ceskoslovensk Akademie Ved). ‒ 2010. ‒ Vol. 55, Issue 3. – P. 259–274. doi: 10.1109/epepemc.2008.4635428 

9. Blanusa, B. New Trends in Efficiency Optimization of Induction Motor Drives [Text] / B. Blanusa. – New Trends in Technologies: Devices, Computer, Communication and Industrial Systems, 2010. doi: 10.5772/10427 

10. Григоров, О. В. Енергозбереження шляхом застосування раціонального керування асинхронних електроприводів ВПМ [Текст] / О. В. Григоров, В. П. Свиргун, В. В. Стрижак, Ю. І. Зайцев // Сборник начных трудов «Вестник НТУ «ХПИ»: Технології в машинобудуванні. – 2010. – Вып. 49. – С. 61–64.

11. Grygorov, O. V. Realization of energy-saving control modes on cranes of great load-carrying capacity [Text] / O. V. Grygorov, Y. I. Zaytsev, V. P. Svirgun, V. V. Stryzhak // Annals of the University of Petroşani : Mechanical Engineering – 2010. – Vol. 12. – P. 111–118.

12. Залізецький, А. М. Дослідження частотного електропривода в статичних режимах роботи [Текст] / А. М. Залізецький, О. В. Пізнюр // Вісник Хмельницького національного університету. – 2012. – № 3. – С. 69–74.

13. Фираго, Б. И. Применение устройств плавного пуска и торможения асинхронных электрических двигателей с к.з. ротором в электроприводах крановых механизмов передвижения [Текст] / Б. И. Фираго, Д. С. Васильев // Електротехнические и компьютерные системы. – 2011. – № 4 (80). – С. 30–38.

14. Радимов, С. Н. Потенциал энергосбережения электроприводов портовых грузоподъемных машин [Текст] / С. Н. Радимов, К. А. Аниченко // Електромашинобудування та електрообладнання. – 2006. – Вип. 66. – С. 322–323.

15. Мощинский, Ю. А. Обобщенная математическая модель частотно-регулируемого асинхронного двигателя с учетом потерь в стали [Текст] / Ю. А. Мощинский, Аунг Вин Тут // Электротехника. – 2007. – № 11. – С. 61–66.

16. Браславский, І. Я. Реалізація енергоощадних технологій на основі регульованих асинхронниих электроприводов [Текст] / І. Я. Браславский, З. Ш. Ішматов // Електроінформ. – 2003. – № 3. – С. 11–15.

17. Григоров, О. В. Аналіз пуско-гальмівних процесів кранових механізмів з частотно-регульованим приводом [Текст] / О. В. Григоров, В. В. Стрижак // Вестник ХНАДУ. – 2012. – Вып. 57. – С. 249–256.

18. Савич, С. П. Порівняння економічної ефективності альтернативних електроприводів у нестаціонарних режимах [Текст] / С. П. Савич // Електротехнічні та комп’ютерні системи. – 2012. – № 07 (83). – С. 50–55.

19. Герасимяк, Р. П. Економічна ефективність використання перетворювачів частоти для кранових механізмів підйому [Текст] / Р. П. Герасимяк, С. П. Савич, Л. А. Швец // Електротехнічні та комп’ютерні системи. – 2011. – № 03 (79). – С. 392–393.

20. Браславский, И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод [Текст] / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков. – М.: АСАДЕМА, 2004. – 202 с.

21. SINAMICS G110, SINAMICS G120. Стандартные преобразователи. SINAMICS G 110 D, SINAMICS G 120 D [Текст]. – Децентрализованные преобразователи. Каталог D 11.1.2009.

22. Altivar 71 [Текст]. – Преобразователи частоты. Schneider Electric, 2009. – 332 c.






Copyright (c) 2016 Victor Busher, Svetlana Savich, Svyatoslav Savich, Vadym Medvediev

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (print) 1729-3774, ISSN (on-line) 1729-4061