Автоматизированный электропривод шахтных подъемных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО "Норильский индустриальный институт"

Кафедра ЭиАТПиП

Курсовая работа

"Автоматизированный электропривод шахтных подъемных установок"

Студент: Арламов А.С.

Группа: АПм-06

Вариант: 1

Преподаватель: Мишина Н.Н.

Норильск 2010

Содержание

1. Исходные данные

2. Предварительный выбор электродвигателя

2.1 Расчет и построение нагрузочных диаграмм

2.2 Проверка выбранного двигателя

3. Построение естественной механической характеристики

4. Построение пусковых диаграмм и расчет пусковых реостатов

4.1 Построение пусковой диаграммы

4.2 Расчет требуемого сопротивления реостата на участке диаграммы

4.3 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы

5. Построение тормозных диаграмм и расчет тормозных реостатов

5.1 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы . Построение характеристик и расчет сопротивления реостата

5.2 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы

5.3 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы

6. Выбор предварительной ступени

7. Выбор реостата

7.1 Схемы соединений реостата

7.2 Определение рабочих токов ступеней реостата

7.3 Время работы ступеней реостата

7.4 Расчет эквивалентных токов секций реостатов

7.5 Выбор типового ящика сопротивлений

8. Полная пусковая диаграмма

8.1 Построение диаграммы

9. Расчет и построение кривых переходных процессов

10. Выбор оборудования и схемы управления

10.1 Описание работы схемы

Список используемой литературы

1. Исходные данные для расчета

В соответствии с кинематической схемой привода (рис.1.1) в таблице вариантов заданий приведены:

- масса всех поступательно движущихся частей системы m=12 т;

- момент инерции барабана J=50 тм

- статические усилия в начале и конце рабочего цикла Fсн=55 кН и Fск=45 кН;

- передаточное отношение механической передачи i=10,5;

- диаметр барабана D=3 м;

- установившаяся скорость подъема груза =5,46 м/с;

- скорость в конце первого участка разгона =0,7м/с;

- скорость дотягивания при торможении =0,3 м/с;

- ускорение =0,2 м/с

- ускорение 0,6 м/с

- ускорение =0,7 м/с

- ускорение =0,1 м/с

- время равномерного движения =40 с;

- время равномерного движения =4 с;

- время паузы =10 с.

2. Предварительный выбор электродвигателя

По исходным данным определим приведенный к частоте вращения вала двигателя момент статического сопротивления в начале и конце рабочего цикла:

где Fс.н.(к) - заданные усилия статического сопротивления соответственно в начале и конце рабочего цикла;

- установившаяся угловая скорость двигателя;

i - передаточное отношение механизмов передачи;

= 0,95 - коэффициент полезного действия.

Средний момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя:

Требуемая средняя мощность электродвигателя:



где k3 = 1,3 ч 1,5 - коэффициент запаса;

Ориентировочная частота вращения ротора:

По среднему значению приведенного к валу средней мощности и ориентировочной частоте вращения ротора выбираем двигатель у которого Рн ? Рср и nн ? nдв расч.

Выбираем двигатель по табл. 3.1. Технические характеристики двигателя (АКН 2-17-31-16УХЛ 4):

Ротор:

Номинальную частоту вращения определяем:

2.1 Расчет и построение нагрузочных диаграмм

Время разгона и замедления при постоянном ускорении на периоде диаграммы v(t):

где - начальное и конечное значения скорости на данном участке;

- ускорение или замедление двигателя на i-м участке диаграммы;

Полное время цикла:

Момент инерции системы, приведенный к валу двигателя:

где J = (0,05...0,1)J=0,036 тм²- момент инерции деталей редуктора, вращающихся со скоростью ротора двигателя; J=(0,005...0,01)J=0,5 тм²- момент инерции деталей редуктора, вращающихся со скоростью барабана.

Тогда:



Расчет диаграммы статического сопротивления:

Значение момента на валу двигателя в n-й точке диаграммы определяем из основного уравнения движения привода, в котором все величины приведены к валу двигателя:

где

- угловое ускорение или замедление двигателя на i-м участке диаграммы.

Получим угловые ускорения на каждом участке:

Подставим числовые значения для каждой точки:

Точка 1:

Точка 2:

Точка 3:

Точка 4:

Точка 5:

Точка 6:

Точка 7:

Точка 8:

Точка 9:

Точка 10:

Точка 11:

Точка 12:

Рис.2.1. Тахограмма, диаграмма ускорений и нагрузочная диаграмма рабочей машины

По полученным данным на одном рисунке строим тахограмму, диаграмму ускорений и нагрузочную диаграмму рабочей машины (рис.2.1). Построенные нагрузочные диаграммы позволяют обосновать и выбрать режим работы двигателя на каждом участке.

В период замедления момент положительный, применяем торможение в двигательном режиме

2.2 Проверка выбранного двигателя

Продолжительность включения:

Если ПВ>60 %, то двигатель проверяют как для продолжительного режима работы (S1).

Эквивалентный момент

Для проверки выбранного двигателя по нагреву определяем эквивалентный момент с учетом небольшой разницы между начальным и конечным моментами в период разгона и замедления:

где , - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения двигателей при уменьшении скорости и остановке.



Проверка двигателя по условию допустимой перегрузки

При реостатном пуске асинхронного двигателя с фазным ротором необходимо соблюдать условие:

где - максимальное значение момента из нагрузочной диаграммы;

- критический момент двигателя; - перегрузочная способность двигателя.

3. Построение естественной механической характеристики

Критическое скольжение:

Задаваясь значениями скольжения S, производим вычисление соответствующего значения момента М по упрощенной формуле Клосса:

Для построения естественной механической характеристики рассчитываем десять точек, задаваясь значениями скольжения от 0 до S. Результаты вычисления сводим в таблицу:

S	0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	0,11	0,114
M, кНм	0	5,25	10,26	14,84	18,83	22,17	24,83	26,85	28,3	29,27	29,82	30,05	30,07

По полученным значениям строим естественную механическую характеристику в координатах (Рисунок 3.1).



Рис.3.1 Естественная механическая характеристика, пусковая диаграмма

4. Построение пусковых диаграмм и расчет пусковых реостатов

4.1 Построение пусковой диаграммы

После построения естественной механической характеристики двигателя в той же системе координат строим механическую характеристику рабочего механизма. Значения моментов ,,, и соответствующие им значения скорости берем из тахограммы и нагрузочной диаграммы рабочей машины (рис. 2.1).

Скорость холостого хода , угловую скорость , и скольжение в конце первого участка разгона определяем из выражений:

;

;

.

Аналогично определяем угловую скорость и скольжение на участке движения привода с установившейся скоростью.

;

.

4.2 Расчет требуемого сопротивления реостата на участке диаграммы

Так как при большом сопротивлении реостата в цепи ротора механические характеристики асинхронного двигателя на рабочем участке практически линейны, построение производим как для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Для обеспечения среднего ускорения, равного заданному, через середину отрезка и точку холостого хода (M=0; ) проводим прямую линию, соответствующую искусственной реостатной механической характеристике при сопротивлении ступени . Точки пересечения этой характеристики с осью моментов и горизонтальной линией, соответствующей угловой скорости , (или скольжению ), обозначаем цифрами 1 и 2.

Для определения масштаба сопротивления , из точки холостого хода проводим горизонтальную, а из точки q, соответствующей номинальному моменту М, вертикальную прямые. На пересечении этих прямых получаем точку а. Отрезок аq в относительных единицах соответствует номинальному сопротивлению роторной цепи.

Номинальное сопротивление роторной цепи асинхронного двигателя:

Масштаб сопротивлений:

На пересечении вертикальной линии, соответствующей номинальному моменту, с естественной механической характеристикой и с искусственной реостатной характеристикой получают точки b и h. Отрезок bh в относительных единицах соответствует сопротивлению ступени роторной цепи. Значение сопротивления определяем из выражения:

4.3 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы

При незначительном и линейном изменении момента на данном участке пуска (несколько процентов от начального) для обеспечения заданного постоянного ускорения параллельно линии проводим линии минимального , и максимального, пусковых моментов переключения до пересечения с горизонтальной линией, проведенной из точки холостого хода.

;

Точку пересечения горизонтальной линии, соответствующей угловой скорости (или скольжению) с линией обозначаем цифрой 3.

Через точки, соответствующие пересечению естественной механической характеристики с линиями моментов и , проводим прямую линию до пересечения с горизонтальной линией, проведенной из точки холостого хода. Через полученную точку О1 и точку 3 проводим прямую, которая на пересечении с линией дает точку 4. Из точки 4 проводим горизонталь до пересечения с линией и получаем точку 5. Затем соединяем точки О 1 и 5, и на пересечении с линией получаем точку 6 и т.д. Построение производим до тех пор, пока последняя горизонталь не пересечет естественную механическую характеристику при моменте. Если этого не произойдет, то необходимо изменить значения и , и построение повторить.

Значения сопротивления ступеней определяем из выражений:

где bf, be, bd, bc, bk, bm,- отрезки, соответствующие сопротивлениям ступеней роторной цепи в относительных единицах.

5. Построение тормозных диаграмм и расчет тормозных реостатов

5.1 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы . Построение характеристик и расчет сопротивления реостата при торможении в двигательном режиме

Если требуемый тормозной момент положительный на данном участке, то при относительно малых значениях тормозного момента в двигательном режиме достаточно одной ступени торможения. для построения тормозной характеристики через точку холостого хода и середину отрезка проводят прямую, соответствующую характеристике с сопротивлением . На пересечении этой характеристики с линией номинального момента получают точку f.

Масштаб сопротивлений:

Отрезок bf в относительных единицах соответствует сопротивлению ступени , роторной цепи. Значение сопротивления определяем из выражения:

При относительно большом значении требуемого тормозного момента на участке , торможение необходимо осуществлять по двум - трем характеристикам. Построение тормозных характеристик аналогично построению пусковых искусственных характеристик.



Рис.5.1 Диаграмма при торможении привода в двигательном режиме

5.2 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы

Для обеспечения работы привода с постоянной скоростью через середину отрезка и точку холостого хода (М=0; S=1) проводим прямую линию, соответствующую искусственной реостатной механической характеристике при сопротивлении тормозной ступени (рис. 5.1). На пересечении этой характеристики с линией номинального момента получаем точку d.

Отрезок bd в относительных единицах соответствует сопротивлению ступени роторной цепи. Значение сопротивления определяем из выражения:



5.3 Расчет сопротивления реостата на участке диаграммы

Через середину отрезка и точку холостого хода (M=0; S=1) проводим прямую линию, соответствующую искусственной реостатной механической характеристике при сопротивлении ступени стопорения (рис. 5.1). На пересечении этой характеристики с линией номинального момента получаем точку е.

Отрезок bе в относительных единицах соответствует сопротивлению ступени роторной цепи. Значение сопротивления определяем из выражения:

6. Выбор предварительной ступени

Для обеспечения пуска двигателя без удара, предварительного натяжения системы привода и выбора зазоров редуктора принимаем предварительную ступень реостата. Механическая характеристика предварительной ступени должна пройти через точку с координатами и .

В качестве предварительной ступени реостата желательно принять одну из тормозных ступеней, если находится в указанных пределах.

Отрезок bj в относительных единицах соответствует сопротивлению предварительной ступени. Значение сопротивления определяем по формуле:

7. Выбор реостата

7.1 Схемы соединений реостата

Ступени пускового реостата набираем из секций, которые являются частями реостата, заключенными между коммутационными выводами.

Для асинхронных двигателей применяют как последовательное соединение секций реостата в каждой фазе и включение фаз реостата по схеме "звезда", так и параллельное соединение секций или групп секций по схеме "треугольник".

Примем схему "звезда".

При включении реостата по схеме "звезда" требуемое сопротивление m-мой секции реостата равно:

rm=Rm-Rm+1

, Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

7.2 Определение рабочих токов ступеней реостата

По рассчитанной нагрузочной диаграмме определяем среднее значение рабочего тока за данный период работы пусковой или тормозной ступени реостата:

,

где I2Н - номинальный ток ротора двигателя;

Мсрi - средний момент на соответствующем периоде диаграммы;

кНм;

кНм;

кНм;

кНм;

кНм;

А; А;

А; А;

А; А;

7.3 Время работы ступеней реостата

Ступени реостата работают при различных средних значениях тока в период пуска и торможения. При пуске в период t1, стопорении t6, в период равномерного движения с угловой частотой вращения 5, а также при торможении реостат работает на разных ступенях. Поэтому время работы этих ступеней примем равным времени соответствующего периода диаграммы скорости.

При реостатном разгоне двигателя от 1 до уст время работы ступеней реостата определяется выражениями:

, с;

, с;

, с;

, с;

, с;

, с;

7.4 Расчет эквивалентных токов секций реостатов

Эквивалентный по теплу среднеквадратичный ток:

Результаты расчетов сведены в табл.:

Таблица 7.1

7.5 Выбор типового ящика сопротивлений

Таблица 7.2

Секция реостата	Рассчитанные значения	Выбранные значения
	Iэкв, А	rm, Ом	Iдл, А	Общее сопротивление ящика, Ом	Сопротивление ступеней, Ом	Реальное сопротивление, Ом	Кол-во ящиков
r1	8,221	2,29	38,35	3	0,445; 0,46; 0,44; 0,455; 0,455; 0,44; 0,305	2,255	1
r2	139,014	0,103	181	0,125	0,024; 0,026; 0,026; 0,024; 0,025	0,1	1
r3	148,848	0,382	152	0.189	0,0364; 0,0391; 0,0391; 0,0364; 0,0377	0,378	2
r4	164,69	0,492	181	0,125	0,024; 0,026; 0,026; 0,024; 0,025	0,5	4
r5	187,802	0,27	215	0,098	0,0204; 0,0186; 0,0186; 0,0204; 0,0195	0,2736	3
r6	199,929	0,156				0,1574	2
r7	206,606	0,09				0,098	1
r8	210,363	0,052				0,0576	1
r9	212,502	0,03				0,0372	1
r10	213,726	0,017				0,0186	1

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

8. Полная пусковая диаграмма

8.1 Построение диаграммы

По выбранным стандартным секциям реостата определяем реальные значения сопротивлений ступеней. Для реостатов, включенных по схеме "звезда", сопротивление ступеней равно:

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

Реостатные характеристики АД строим по формуле:

,

где - критическое скольжение на n-й ступени реостата;

,

где - сопротивление реостата на n-й ступени;

Ом.

Рис. 8.1 Полная пусковая и тормозная диаграмма

9. Расчет и построение кривых переходных процессов

Зависимость угловой скорости от времени можно построить по выражению:

,

где - соответственно начальная и установившаяся угловые скорости на механической характеристике с сопротивлением ступени Ri; Тм.i - электромеханическая постоянная времени на i-й ступени;

,

где - скольжение на соответствующей механической реостатной характеристике при номинальном моменте.

Зависимость момента от времени можно построить по выражению:

.

Графики переходных процессов, построенные в системе MathCAD с использованием данных выражений приведены на Рис. 9.1.

Таблица 9.1

Рис. 9.1. Графики переходных процессов

10. Выбор оборудования и схемы управления

10.1 Описание работы схемы

Регулирование скорости электродвигателя осуществляется изменением сопротивления фаз статора.

Реверс выполняется с помощью высоковольтных реверсорных контакторов К2.1. и К3.1. асинхронный электропривод реостат нагрузка

Разгон двигателя производится в семь ступеней, управление которым выполнено в функции времени с корректировкой по току. Корректировка тока осуществляется с помощью реле постоянного тока КА 1.

Торможение двигателя производится свободным выбегом, а после дотяжки двигатель тормозится в двигательном режиме. Отключение двигателя от сети для торможения свободным выбегом осуществляется с помощью конечного выключателя SQ1, который кроме отключения двигателя, включает токовую катушку КA2 на емкость С3. Время разряда емкости пропорционально скорости скипа, тем самым происходит автоматическая корректировка времени свободного выбега.

Защитой от токов короткого замыкания служит высоковольтный выключатель QF. Для защиты двигателя от перенапряжения используется токовое реле КА 3 контакт которого отключает силовую катушку К1 в цепи управления. При опасном перенапряжении стабилитрон VD5 пробивается, и на электрод управления тиристора VS1 подается положительный потенциал. Тиристор открывается, и реле постоянного тока КА3, через выпрямитель, обтекается током, снимаемым с трансформатора тока ТА2.

Список используемой литературы

1. "Автоматизированный электропривод" методические указания к курсовому проекту.

2. Калашников Ю.Т. "Электрооборудование ШПУ". М., "Недра" 1986.

3. Вешеневский С.Н. "Характеристики двигателей в электроприводе". М., "Энергия", 1977.

4. Чиликин М.Г. "Общий курс электропривода". М., "Энергия", 1971.

5. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. "Общий курс электропривода". М., "Энергоиздат" 1981.

6. Ключев В.И., Терехов В.М., "Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов". М., "Энергия", 1980.

7. Электротехнический справочник. М., "Энергоиздат", 1982.

8. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов. М, "Высшая школа", 1990

Размещено на Allbest.ru