Вращающийся распределитель доменной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электропривод вращающегося распределителя доменной печи получает питание от трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 380 В.

Вращающийся распределитель имеет 6 станций, каждая отстоящая от другой на 60 градусов.

При нормальной работе распределителя число скипов, выгружаемых на данную станцию, соответствует числу скипов в подаче и равно N. При выгрузке всех скипов первой подачи распределитель не работает, при выгрузке скипов второй подачи распределитель поворачивается на 60 градусов после каждого скипа и только после этого открывается малый конус. При выгрузке каждого скипа третьей подачи распределитель поворачивается на 120 градусов и т. д. Для выгрузки пятой и шестой подачи распределитель для сокращения времени поворота поворачивается в противоположную сторону на 120 и 60 градусов.

Электропривод обеспечить пуск и торможение. Для обеспечения точности остонова распределителя в заданном месте (станции), перед началом торможения скорость вращения двигателя снижается до 30% от номинальной.

По условиям технологического цикла, продолжительность поворота распределителя на 60 градусов равна Т1; на 120 градусов - Т2; на 180 градусов - Т3; время паузы при загрузке (выгрузке) - Т4.

Общий вес загруженного распределителя G1 = 142 кН;

Диаметр венца зубчатого колеса D = 2,2 м;

К.П.Д. механических передач = 0,76;

Коэффициент трения между диском и роликами = 0,16;

Скорость вращения распределителя W = 0,24 рад/с;

Момент инерции распределителя, отнесенный к валу распределителя J = 16 ;

Момент инерции остальных вращающихся частей, отнесенный к валу двигателя J₁ = 0,3J_ДВ;

Т1 = 4,6 с;

Т2 = 9,4 с;

Т3 = 13,6 с;

Т4 = 1,5 с;

Число скипов в подаче N = 3.

Рис1 Схема кинематическая электропривода распределителя доменной печи.

• 1. Анализ и описаниесистемы "электропривод-рабочая машина"
• 1.1 Количественная оценка тахограммы требуемого процесса движения
• Рассчитаем длительность временных отрезков тахограммы.
• Длительность переходных процессов (пуска и торможения) на i-ом участке, Т_ППi определим из соотношения:
• (1.1)
• где:
• - угловая скорость распределителя по окончании переходного процесса, рад/c;
• - угловая скорость распределителя до начала переходного процесса, рад/c;
• =1 (рад/с) допустимое угловое ускорение.
• (с);
• (с);
• (с).
• Суммарное время переходных процессов за одно включение, :
• (1.2)
•  (с);
• Время равномерного движения распределителя при перемещении i-ого скипера подачи, :
• ; (1.3)
• (с);
• (с);
• (с).
• Соотношения времен равномерного движения i-ого скипера подачи с номинальной и пониженной скоростями определим решив совместно уравнения:
• (1.4)
• (с) ;
• ;
• ;
• ПРДП 253.00.00.000 ПЗ
• ; (1.5)
• (с).
• Расчетная продолжительность включения ПВр(%):
• ; (1.6)
• рис 1.2 Тахограмма движения распределителя
• 1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления
• Статический момент на валу двигателя, вращающего распределитель доменной печи М_с найдем из соотношения:
• , (1.7)
• где:
• i - передаточное число механических передач.
• (Нм).
• 1.3 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины
• Нагрузочная диаграмма механизма представляет собой зависимость приведенного к валу двигателя момента в функции времени за цикл работы. Из анализа тахограммы рабочего органа, проведенного выше, видно, что суммарное время переходных процессов за цикл работы меньше 10% от времени движения привода с установившейся скоростью:
• ;
• Данный факт дает нам право пренебречь влиянием динамических нагрузок и вести предварительный расчет мощности приводного двигателя лишь по значениям статических нагрузок.

• рис. 1.3 Нагрузочная диаграмма рабочей машины
• Механическая характеристика рабочей машины - есть зависимость статического момента от скорости рабочего вала. Механическая характеристика рабочей машины представлена на рисунке:
• рис. 1.4 Механическая характеристика рабочей машины
• 2. Выбор принципиальных решений
• Рассмотрим возможные способы решения поставленной технической задачи.
• Для отбора наиболее подходящего типа привода и способа регулирования координат введем критерии сравнительной оценки:
• 1. Обеспечение приводом требуемого диапазона регулирования скорости.
• 2. Надежность и простота схемы привода.
• 3. Обеспечение приводом требуемой динамики.
• 4. Масса - габаритные показатели.
• 5. Энергетические показатели за цикл регулирования ().
• 6. Эксплуатационные расходы.
• Возможно применение следующих типов приводов и способов регулирования координат:
• 1. Генератор - двигатель постоянного тока (Г-ДПТ). Регулирование скорости привода производится за счет регулирования величины напряжения статора двигателя. Реверс двигателя может быть обеспечен переключением полярности напряжения статора, изменением направления потока возбуждения.
• 2. Тиристорный регулятор напряжения - двигатель постоянного тока ( ТРН-ДПТ). Регулирование координат привода так же осуществляется регулированием напряжения.
• 3. Реостатное регулирование привода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФР).
• Реверс двигателя осуществляется изменением порядка чередования фаз питающего напряжения.
• 4. Независимый преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (НПЧ - АДКЗ). Регулирование координат привода осуществляется изменением частоты питающего приводной двигатель напряжения в соответствии с законами частотного управления.
• 5. Автономный инвертор напряжения - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АИН - АДКЗ). Регулирование координат привода осуществляется изменением частоты питающего приводной двигатель напряжения в соответствии с законами частотного управления.
• 6. Автономный инвертор тока с полной коммутационной емкостью - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АИТПК - АДКЗ). Регулирование координат привода осуществляется изменением частоты питающего приводной двигатель напряжения в соответствии с законами частотного управления.
• 7. Автономный инвертор тока с ограниченной коммутационной емкостью - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АИТОК - АДКЗ). Регулирование координат привода осуществляется изменением частоты питающего приводной двигатель напряжения в соответствии с законами частотного управления.
• Каждый из приведенных вариантов удовлетворяет установленным критериям оценки, однако применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является наиболее предпочтительным в той связи, что стоимость эксплуатации последнего на порядок ниже, чем двигателя с фазным ротором или двигателя постоянного тока. Кроме того, надежность двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока резко падает по сравнению с надежностью двигателя с короткозамкнутым ротором по причине наличия коллектора. Исходя из приведенных выше соображений, к дальнейшему рассмотрению примем лишь привода на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
• Выбор серии приводного двигателя осуществим исходя из условий:
• 1. Номинальный режим работы - S3.
• 2. Кратность пускового тока должна быть наименьшей по сравнению с двигателями других серий.
• 3. Кратность пускового момента должна быть максимальна по причине возможных перекосов и заклиниваний в механической части привода.
• 4. Момент инерции ротора двигателя должен быть минимальны по той причине, что потери энергии в переходных режимах зависят от момента инерции привода.
• Данным требованиям удовлетворяют двигатели металлургической серии с короткозамкнутым ротором МТКН. Двигатели данной серии обладают высокими кратностями пускового момента при существенно ограниченных по сравнению с двигателями других серий кратностях пускового тока. Специальная конструкция ротора обуславливает малые моменты инерции.
• Окончательный выбор привода осуществим произведя технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов.
• НПЧ - АДКЗ. Схема весьма сложна в построении. В процессе эксплуатации возможно возникновение токов прямой последовательности в случае , если сформированные полуволны напряжения не абсолютно идентичны. Энергетические показатели низки. К преимуществам данного типа преобразователей относится весьма хорошая форма выходного напряжения, простота обмена энергией с сетью.
• АИН - АДКЗ. Схема преобразователя имеет некоторые особенности в построении. Преобразователь может реализовать принцип широтно-импульсной модуляции величины и частоты выходного напряжения. Благодаря особенностям построения схемы при ограниченной емкости коммутирующих конденсаторов силовые ключи могут быть надежно открыты. Выходное напряжение имеет прямоугольную форму, что несколько снижает энергетические показатели преобразователя.
• Особенностью схемы является необходимость применения сглаживающих LC- цепочек и дополнительных тиристоров для гашения проводящих ключей без образования циркулирующих токов, обусловленных высокой частотой коммутаций. Сложность построения схемы компенсируется повышенной надежностью.
• АИТПК - АДКЗ. Схема преобразователя довольно проста. На силовых ключах формируется благоприятная форма коммутационного напряжения, что снижает опасность выхода из строя силовых элементов схемы. Существенным недостатком схемы является тот факт, что емкость коммутирующих конденсаторов должна быть велика, при постоянном моменте на валу двигателя и снижении частоты она возрастает обратно пропорционально квадрату частоты; большая емкость, выбранная из условия низшей частоты, может повлечь за собой в области более высоких частот конденсаторное самовозбуждение двигателя, что неминуемо приведет к раскачиванию системы инвертор-двигатель. По этой причине возникает необходимость организации отбора реактивной мощности, что добавляет количество элементов в состав схемы и, следовательно, снижает ее надежность.
• АИТОК - АДКЗ. Схема преобразователя довольно проста, т. к. отсутствует необходимость в организации цепей разряда реактивной мощности. Форма выходного напряжения максимально приближается к синусоидальной, что значительно улучшает энергетические показатели привода. Схема позволяет организовать рекуперативное торможение привода. Надежность и вероятность стабильной работы увеличивается ввиду отсутствия в цепи постоянного тока больших емкостей. Диапазон регулирования скорости двигателя - 1:20. Наряду с этим, данная система обладает неустойчивостью работы в режиме холостого хода двигателя. В области малых час тот возможно возникновение шагового режима.
• Произведем оценку рассматриваемых вариантов методом экспертных оценок.
• Для этого введем весовые коэффициенты критериев оценки (степень значимости):
• =5- весовой коэффициент критерия « надежность».
• =5- весовой коэффициент критерия «диапазон регулирования».
• =4- весовой коэффициент критерия «энергетические показатели»
• =2- весовой коэффициент критерия «массо-габорит»
• =3- весовой коэффициент критерия «эксплуатационные расходы»
• Определим систему оценок удовлетворения i-ому критерию сравнения:
• q_i=1,2,3,4,5.
• Выбор наилучшего варианта произведем по максимуму взвешенной суммы для каждого из них:
• S₁= - НПЧ-АДКЗ.
• S₂= - АИН-АДКЗ.
• S₃= - АИТПК-АДКЗ.
• S₄= - АИТОК-АДКЗ.

• рис. 2.1 Оценка наивыгоднейшего варианта технического решения
• Итак, техническим решением принята система «автономный инвертор тока - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором».
• 3. Анализ и описание системы “электропривод - сеть и электропривод- оператор”
• Вентильный преобразователь на базе инвертора тока создает в питающей сети переменные периодические токи, в большей или меньшей степени отличающиеся от синусоидальных функций времени. Из-за наличия в питающей сети сопротивлений, напряжения сети так же становятся несинусоидальными. Особо значительной несинусоидальность может быть в случаях, когда звено постоянного тока преобразователя работает с нулевыми углами управления, когда вентили коммутируются естественным образом и на время коммутации создают в схеме межфазные короткие замыкания.
• При коммутационных к. з., так же как и при аварийных, напряжения между фазами, замкнутыми коммутирующими вентилями «накоротко», становится близко к нулю и остается таким в течение всего времени коммутации. В точках питающей сети, электрически удаленных от работающего преобразователя, понижение напряжения ( коммутационные провалы ), уменьшается в соответствии с соотношением сопротивлений к. з. со стороны питающей сети до вентильного преобразователя и до рассматриваемых точек.
• Основным энергетическим показателем использования сети является коэффициент мощности , который на входе преобразователя зависит от угла управления преобразователем. Снижение значения коэффициента мощности ниже установленного стандартами уровня недопустимо.
• Кратность пусковых токов приводного двигателя должна быть, по возможности, минимальной, т. к. большие пусковые токи загружают сеть.
• При использовании привода переменного тока необходимо учитывать то, что изменение напряжения и частоты питающей сети оказывает существенное влияние на работу двигателя (в частности на его момент, который пропорционален квадрату напряжения питания). Стандартами допускается колебание напряжения сети в пределах 10% и частоты - в пределах 1%, что должно учитываться при проектировании привода и расчете его перегрузочной способности.
• Анализ и описание системы электропривод - оператор.
• В условиях автоматизации производства на оператора возлагаются не столько функции непосредственного управления объектом, сколько функции принятия нетривиальных решений и другие функции, которые не могут быть выполнены без его участия. Оператор в совокупности с автоматизированными системами управления технологическим процессом направляет функционирование системы.
• АСУ ТП необходимо строить, рассчитывая на непосредственное участие оператора в их функционировании. Это оправдано рядом причин.
• Во-первых, не удается исключить опыт и интуицию человека, который зачастую не представляется возможным формализовать и запрограммировать. Поэтому необходимо предусмотреть возможность вмешательства оператора в нетипичных ситуациях. Во- вторых, вмешательство оператора позволяет избежать простоев, обусловленных недостаточной надежностью средств АСУ ТП, ущерб от которых за время простоя может превосходить выгоду, полученную за время работы. В-третьих, иногда оказывается сложным автоматизировать операции по сбору информации и передачи ее на объект управления.
• ПРДП 253.00.00.000 ПЗ
• 4. Расчет силового электропривода
• 4.1 Расчет параметров и выбор электродвигателя
• Выбор мощности двигателя проводим по методу эквивалентного момента.
• Расчетный эквивалентный момент, Мэр:
• (4.1)
• где:
• М_i - момент на валу двигателя на I - ом участке, Нм;
• - время работы привода на I - ом участке тахограммы, с;
• - соответственно, суммарное время работы двигателя со скоростью, соответствующей номинальной скорости вращения распределителя и суммарное время работы двигателя со скоростью, соответствующей пониженной скорости вращения распределителя.
• -
• коэффициент, учитывающий ухудшения условий охлаждения двигателя при работе двигателя на пониженной скорости на I - Ом участке тахограммы. ;
• -
• коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателя при пуске и останове
• - коэффициент ухудшения охлаждения двигателя при паузах,=0,5 для закрытого исполнения с самовентиляцией;
• D_i = -
• диапазон регулирования на I - ом участке тахограммы.
• Вычислим
• Зададимся скоростью двигателя: ( n₀ =750 мин^-1)
• ПРДП 253.00.00.000 ПЗ
• С учетом приведенных выше соотношений, выражение (4.1) для эквивалентного момента примет вид:
• Вычислим эквивалентный момент на валу двигателя:
• Эквивалентный момент приведенный к стандартному ПВ=100%:
• (4.2)
• (Нм)
• Мощность двигателя найдем из соотношения:
• , (4.3)
• где:
• К=1,15 - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления движению
• (Вт)
• 5. Составление расчётной схемы механической части электропривода
• Для теоретического исследования реальную механическую часть электропривода заменяем динамически эквивалентной приведенной расчётной схемой, состоящей из сосредоточенных инерционных элементов, соединённых между собой упругими связями, и обладающей таким же энергетическим запасом, как и исходная реальная система привода. Параметрами эквивалентной приведенной расчётной схемы являются суммарные приведенные моменты инерции масс, образованные приведенными массами, связи между которыми приняты жёсткими, и эквивалентные приведенные жёсткости механических упругих связей.
• рис 5.1 Исходная расчетная схема механической части привода
• На рисунке:
• - соответственно моменты инерции: двигателя, муфты, первого и второго колес конической зубчатой передачи, первого и второго колес цилиндрической зубчатой передачи, механизма.
• - соответственно жесткости упругих связей муфты, конической и цилиндрической передач;
• i1 - передаточное число конической передачи.
• Очевидно, что: исходная схема может быть заменена на расчетную двухмассовую, руководствуясь правилом: если жесткость упругой связи с одной из сторон парциального звена системы много меньше жесткости упругой связи с другой стороны, то рассматриваемая инерционность присоединяется к инерционности с той стороны с которой жесткость упругой связи больше; при этом между эквивалентными парциальными звеньями преобразованной схемы остается действовать упругая связь с меньшей жесткостью. Применение данного правила преобразования к нашей схеме дает следующий результат:
• рис 5.2 Двухмассовая расчетная схема механической части привода
• На рисунке:
• ПРДП 253.00.00.000 ПЗ
• Проверим, возможен ли переход к одномассовой расчетной схеме:
• условие:
• 6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы
• электропривод сопротивление доменный
• Расчет переходных процессов в электроприводе проведем по линеаризованной механической характеристике:
• ; (7.1)
• - жесткость механической характеристики привода;
• - скорость идеального холостого хода приводного двигателя;
• - критическое скольжение;
• - электромагнитная постоянная времени привода.
• Структурная схема привода может быть представлена следующим образом:
• рис 7.1 Структурная схема привода
• На рисунке: - передаточные функции соответственно регулятора скорости и регулятора момента в системе подчиненного регулирования. Необходимость их применения обуславливается действием обратной электромеханической связи, пораждающей ошибку на выходе системы. Отрицательная обратная связь в контуре регулированя скорости и полжительна обратная связь в контуре регулирования момента компенсируют ошибку и стабилизируют работу системы.
• Заключение
• В ходе выполнения данного курсового проекта последовательно были пройдены все этапы проектирования электропривода: произведен выбор двигателя, определен наиболее приемлемый вариант решения поставленной технической задачи; составлена техническая документация.
• Итогом выполнения данного проекта стала работоспособная система электропривода, удовлетворяющая своими характеристиками техническому заданию.
• Список использованной литературы
• 1. Единый стандарт конструкторской документации. Справочное пособие. Изд. 3-е переработанное и дополненное. Мн. Издательство стандартов,1990 г.-225 с.
• 2. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат, 2000-496 с.
• 3. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г.- 224 с.
• 4. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода. Под ред. Елесеева В.А., Шинянский В.Ф. М.: Высшая школа, 1988 г.-406 с.
• 5. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М. Чиженко. Киев: Техника. 1978 г. - 400 с.
• 6. Яльвет Дж. Датчики в системах управления электроприводами: Пер. с англ. Под ред. А.С. Яроменка. М.: Энергоатомиздат,1998 г. - 360 с.
• Размещено на Allbest.ru