Расчёт электропривода подъёмной машины с дискретным управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный технический университет

Кафедра Горной электротехники и автоматики

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине “Шахтный автоматизированный электропривод”

Тема: «Расчёт электропривода подъёмной машины с дискретным управлением»

Выполнил студент группы КЭС - 09

Проверил:

Ставицкий В.Н.

Донецк 2013



Реферат

Пояснительная записка к курсовому проекту: 19с., 3 рис., 1табл., 4ист., 4 прилож.

Объектом разработки является электропривод подъемной машины.

Цель работы - расчёт электропривода подъёмной машины с дискретным (рилейно-контакторным управлением).

На основании данных тахограммы двухконцевой наклонной шахтной подъёмной машины и нагрузочной диаграммы выбран приводной асинхронный двигатель с фазным ротором; рассчитаны и построены его механическая характеристика, диаграмма ступенчатого резисторного пуска и торможения противовключением двигателя, зависимости скорости и момента от времени. Рассчитаны роторные сопротивления графическим методом.

Электропривод, нагрузочная диаграмма, скорость, пуск, торможение, тахограмма, механическая характеристика, скольжение, пусковой момент, пусковые реостаты, частота.



Содержание

Введение

1. Выбор двигателя

2. Расчёт естественной механической характеристики

3. Построение ступенчатого диаграммы пуска

4. Расчёт роторных сопротивлений графическим методом

5. Построение зависимостей скорости, момента и тока ротора от времени

6. Проверка двигателя по нагреву

7. Описание схемы автоматизации с применением командоконтроллера

Заключение

Перечень ссылок



Введение

Работа подъёмной установки характеризуется цикличностью, т.е. рядом сменяющихся циклов, следующих друг за другом. В свою очередь каждый цикл можно разбить на 4 основных периода: разгон, равномерное движение, замедление до полной остановки и пауза. Таким образом, чтобы обеспечить требуемую производительность рудничного подъёма, каждый цикл должен укладываться в определённое, наперёд заданное время. Для этого необходимо выдерживать расчётные значения ускорения и замедления, максимальной скорости и продолжительности паузы, т.е. выдерживать принятую диаграмму скорости. Диаграмма скорости подъёма - это зависимость скорости движения подъёмных сосудов от времени.

При осуществлении подъёмных операций скорость двигателя должна изменяться по определённому закону, характеризуемому диаграммой скорости.

Дальнейшее развитие электропривода машин и установок шахт и рудников должно идти в направлении развития и практической реализации регулируемого электропривода.



1. Выбор двигателя

По заданной тахограмме работы двухконцевой шахтной наклонной подъёмной машины и нагрузочной характеристике (рисунок 1) рассчитаем требуемую мощность приводного асинхронного двигателя с фазным ротором и выберем его по справочным данным.

Исходные данные к проекту:

t1=0,9c, t6=25,2 c,

t2=29 c, t7=2,9 c,

t3=0,82 c, =78 c-1,

t4=23,8 c, Mco=690 Hм,

t5=2,81 c, Mcн=6650 Нм.

Рисунок 1 отражает циклический (поворотно-кратковременный) режим работы шахтного подъёма, для которого предусматривается выбор двигателя из серии длительного (продолжительного) режима работы (S1).

Поскольку на тепловой режим двигателя существенным образом могут влиять переходные режимы пуска (t1) и торможения (t3), то выбор двигателя должен производиться с учётом этих режимов. Однако построение нагрузочной диаграммы двигателя, включающей участки пуска и торможения, возможно лишь в том случае, если известен момент инерции ротора выбираемого двигателя.

Следовательно задача выбора мощности двигателя должна решаться в три этапа:

ориентировочный расчёт мощности на основании нагрузочной диаграммы механизма;

приближённая проверка мощности двигателя с учётом переходных режимов;

уточнённая проверка мощности двигателя с учётом переходных режимов.

Предварительно, номинальная мощность двигателя рассчитывается из условия

Рн.пр. ? kз*Мэкв*щ*10-3,

Рн.пр.=1,1*4527*78*10-3 = 388 кВт, где

Мэкв - эквивалентный длительно действующий момент, определяемый по формуле

Мэкв= =

kз - коэффициент запаса по мощности, принимаем kз=1,1.

Выбор приводного двигателя осуществляется из условия

Рн ?Рн.пр., nн? n.

Требуемая частота вращения ротора двигателя определяется по формуле

n =30*щ/р = 30*78/3,14 = 745 об/мин.

Принимаем в качестве приводного двигателя асинхронный двигатель с фазным ротором типа АКЗ-12-52-8.

Занесем параметры выбранного приводного двигателя в таблицу:

Таблица 1 Технические данные электродвигателя

Номинальное напряжение статора - U1н, B	3000	Номинальный коэффициент мощности - cosцн	0,85
Номинальная мощность - Pн, кВт	400	Перегрузочная способность - л	1,8
Номинальный КПД (при Рн), -зн, %	92,8	Номинальное напряжение ротора -U2н, В	610
Номинальный ток статора (при Рн) -I1Н, A	98	Номинальный ток ротора - I2Н,, A	410
Номинальная частота вращения ротора (при Рн) - nн, об/мин.	735	Момент инерции двигателя -Iд, кгм2	47,5

Найдем средний пусковой момент МП и средний тормозной момент МТ, обеспечивающие разгон двигателя до скорости щн за время t1 и торможение за время t3.

Cредний пусковой момент

МП ?Мсо + IУ ? =690+66,5? = 6372 Н?м;

щн = р? nн/30 = 3,14?735/30 = 76,9 рад/с;

Номинальный момент двигателя

МН = 103? Рн / щн = 103?400/76,9 = 5200 Н?м.

Средний тормозной момент

МТ ? Мсо - IУ? =690 -66,5? = -5546 Н?м, здесь

IУ - суммарный момент инерции двигателя и механизма, находится из выражения

IУ = Iд+ Iмех = 1,4? Iд = 1,4?47,5= 66,5.

Критический момент двигателя



Мк = лМН = 1,8?5200 = 9360 Н?м

Проводим проверку выполнения условия

МП = (0,55…0,65)Мк

= 0,648 - что входит в допустимый интервал.

Вопрос о необходимой мощности двигателя выясняется путем сравнения его номинального момента МН с эквивалентным, рассчитываемым по формуле

Проводим проверку выполнения условия

МН ? М'экв

МН = 5200(Н·м) > М'экв= 4648(Н·м).

2. Расчет естественной механической характеристики

Расчет естественной механической характеристики выбранного двигателя проводится по формуле Клосса:



Рисунок 2- Зависимость момента от скольжения

М =

М, S - текущее значение момента и скольжения машины;

МК, SK - критическое значение момента и скольжения машины.

Критическое скольжение определяется как

= 0,02(1,8+= 0,0659;

где SH = - номинальное скольжение двигателя. Естественная механическая характеристика показана в Приложении 1.

3. Построение ступенчатой диаграммы пуска

Определим начальный пусковой момент из соотношения

М1 ? (0,8…0,85)МК

Принимаем М1 = 0,83МК = 0,83·9360 = 7769 Н?м.

Определим момент переключения:

М2 = 2МП - М1 = 3795 - 2450 = 1345 Н·м

Находим графическим методом количество пусковых ступеней (Приложение 1).

В ходе построения определяем, что количество пусковых ступеней, m = 8.

Проверка правильности графического метода исходит из условия:

;

Итак 2МП ? 12778 Н?м - графическое построение верно, количество пусковых ступеней, m = 8.

4. Расчёт роторных сопротивлений графическим методом

Определим графическим методом сопротивление пусковых секций роторного резистора:

R1 = mR?(и - к) = 0,011 ·18,8 = 0,207 Ом;

R2 = mR?(з - и) = 0,011?12,1 = 0,133 Ом;

R3 = mR?(ж - з) = 0,011·7,7 = 0,085 Ом;

R4 = mR?(е - ж) = 0,011·4,9 = 0,054 Ом;

R5 = mR?(д - е) = 0,011·3,2 = 0,035 Ом;

R6 = mR?(г - д) = 0,011·2,04 = 0,022 Ом;

R7 = mR?(в - г) = 0,011?1,3 = 0,014 Ом, где

mR = RH/(а - м) = 0,859/78,5 = 0, 011 (Ом/мм) - масштаб сопротивления (Приложение 1). Номинальное сопротивление ротора.

Найдем сопротивление дополнительной секции противовключения по характеристике.

Rпр = mR?(к - л) = 0,011?21 = 0,231 Ом.

Электромеханические постоянные времени на характеристиках 1…8 рассчитываются по формулам

S - скольжение в соответствующих точках на линии номинальных моментов Мн.

Время разгона двигателя на участках (к - 1' )… (ф - 6' ) рассчитываются по формулам:

;

;

;

Время разгона двигателя на естественной механической характеристике (в пределах участка (о - 8) равняется

,

Тм9 = Х?Sб = 1,004?0,01 = 0,01004.

Найдем графическим методом угловые скорости при переключении соответствующих реостатов на линии моментов переключения М2 (Приложение 1)

щ1'

щ2'

щ3' = 57,7

щ4'

щ5' =

щ6' =

щ7' =

щ8' =

Данные значения скорости нанесем на график разгона двигателя (Приложение 2).

5. Построение зависимостей скорости, момента и тока ротора от времени

В Приложении 2 представлены зависимости скорости и момента от времени, соответствующие пусковой диаграмме.

Время торможения на участке А-В:

;

где - электромеханическая постоянная времени на характеристике 6;

Суммарное время разгона:

tp = tp1 + tp2 + …tp9 = 0,435+0,279+0,179+0,115+0,074+0,047+0,03+0,022+0,0065 = 1,187 с.



6. Проверка двигателя по нагреву

Эквивалентный длительнодействующий момент равен:

;

;

;

tц - время цикла работы механизма, tц = t4+t5+t6+t7 = 23,8+2,81+25,2+2,9= 54,71с.

Н·м;

Н·м;

Н·м.

Двигатель находится в нормальном тепловом режиме т.к.:

т.е. 4677<5200 Н·м.

7. Описание схемы автоматизации с применением командоконтроллера

ЭДС ротора Е2 в зависимости от скорости вращения изменяется по линейному закону

где U2H = 610В - номинальное напряжение ротора при S = 1.

Соответствующий график представлен на рисунке.

Рисунок 3 Зависимость ЭДС ротора от скорости вращения

Примерно по такому-же закону изменяется в зависимости от скорости вращения и напряжения на катушке KV (см. Приложение 3). Уставкой напряжения втягивания KV будет .

Если командоконтроллер КК (SA) установлен в нулевом положении и включены автоматыQF и рубильник S, сработают предохранительный контактор KY цепи защиты, реле 1КТ, 2КТ,… и KV. При переводе КК в положение «вперед» включается контактор 1КМ и двигатель начинает разгоняться. При этом, напряжение на катушке KV недостаточно для его втягивания. После включения 1КМ обесточивается катушка реле 1КТ и включается контактор противовключения 3КМ. Секция Rпр не участвует в пуске двигателя и поэтому немедленно выводится из роторной цепи. Затем с выдержками времени включаются контакторы КМ1, КМ2 и т.д. При переводе КК в положение «назад» 1КМ отключается, после чего срабатывает контактор 2КМ и реле KV. Цепь катушек 3КМ, КМ1, КМ2… будет оставаться разомкнутой до тех пор, пока скорость вращения двигателя не снизится до величины, близкой к нулю. Таким образом, в режиме противовключения в цепь ротора введено наибольшее сопротивление. При скорости вращения, близкой к нулю, якорь реле KV отпадает и если командоконтроллер не перевести в нулевое положение, начнется ускорение двигателя в обратном направлении. Так как программой работы предусмотрено отключение привода по окончании торможения после перевода КК в положение «назад», вслед за этим его необходимо установить в нулевое положение. Это не вызовет отключения контактора 2КМ, так как контакт 5- 6 командоконтроллера шунтирован замыкающим контактом KV. При скорости двигателя близкой к нулю, данный контакт разомкнется и двигатель отключится от сети.

В схеме предусмотрены следующие виды защит: тепловая ( с помощью автомата QF); максимальная ( помощью реле 1FA, 2FA и плавких предохранителей 1FU, 2FU) ; нулевая ( с помощью реле FV).

Уставки реле ускорения рассчитываются по формуле:

t1кг = tp1 - tckм; t1кг = 0,435 - 0,02 = 0,415с;

t2кг = tp2 - tckм; t2кг = 0,279 - 0,02 = 0,259с;

t3кг = tp3 - tckм; t3кг = 0,179 - 0,02 = 0,159с;

t4кг = tp4 - tckм; t4кг = 0,115 - 0,02 = 0,095с;

t5кг = tp5 - tckм; t5кг = 0,074 - 0,02 = 0,054с,

t6кг = tp6 - tckм; t6кг = 0,047 - 0,02 = 0,027с;

t7кг = tp7 - tckм; t7кг = 0,0462 - 0,02 = 0,026с;

t8кг = tp8 - tckм; t8кг = 0,022 - 0,02 = 0,002с,

где tp1… tp8 - время разгона двигателя на пусковых характеристиках;

tckм = 0,02с - собственное время срабатывания контакторов ускорения.

Определяется напряжение отпускания якоря реле по формуле:



где - «скорость» отпуска реле KV.

Последняя достигается в момент

;

Здесь = 0,04с - собственное время отпуска реле противовключения;

= 0,15с - собственное время отпуска контактора П.

Искомая величина скорости находится из выражения:

Определяется напряжение втягивания реле РП (KV)

где = 0,8 - коэффициент возврата реле.

Проверку правильности расчета уставок реле проводим по соотношению:

(В).



Заключение

В данной курсовой работе был выбран двигатель типа АК-12-52-8, с восемью ступенями регулирования пуска, который обеспечивает плавный разгон подъёмной машины.

Были произведены расчёты и построены естественная механическая характеристика и диаграмма ступенчатого резисторного пуска и торможения, и торможения противовключением.

двигатель тахограмма шахтный ротор



Перечень ссылок

1. А.К. Малиновский, Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников. - М., Недра, 1987.

2. В.Е. Католиков, Электрооборудование шахтных подъемных машин. - М., Недра, 1986. - 286 с.

3. Методические указания № 930. - Донецк, ДПИ, 1992.

4. В.И. Ключев, Теория электропривода. - М. - Л.: Энергоиздат, 1985. - 286с.

Размещено на Allbest.ru