Розрахунок потужності і вибір електродвигуна

Рамки на всех страницах (кроме титульной)

2. Нумерация страниц (ЗМІСТ - №2 и т.д.)

3. На листе ЗМІСТ забить правильные номера страниц напротив названий разделов

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗОВАНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з курсу «Теорія електропривода»

на тему: «Електропривод скіпової підйомної установки

за системою ТПД з реверсом збудження»

Виконав:

ст. гр. ЕПА-07

Медвєдєв Максим

Прийняв:

доц., к.т.н.

Максимов М.М.

Кривий Ріг - 2010

ЗМІСТ

ВСТУП.. 5

1. Основні відомості про скіпову підйомну установку, загальний вид, кінематика і режими роботи. 8

2. Обґрунтування і вибір системи електропривода. 13

3. Розрахунок потужності і вибір електродвигуна. 15

4. Розрахунок перетворювача, вибір елементів силової частини та елементів захисту 21

5. Складання схеми заміщення, математичний опис і розрахунок механічних і енергетичних характеристик. 26

6.Дослідження динаміки системи привода…………………………………..

7.Розробка та опис електричної принципової схеми системи

електропривода………………………………………………………………...

Висновки. 32

Список використаної літератури. 33

ВСТУП

На підприємствах по видобутку корисних копалин підземним способом основними транспортними засобами по вертикальних і похилих стволах є підйомні установки з регульованим електроприводом.

Характерна особливість розвитку рудникового підйому – підвищення продуктивності за рахунок збільшення вантажопідйомності і швидкості руху підйомних судин, інтенсифікації режиму роботи. До теперішнього часу вже завершився етап переходу від клітьових вантажних підйомів до скіпових. Вантажопідйомність судин зросла до 50 т, а висота підйому – до 1500 м. Завдяки застосуванню багатоканатних підйомних машин принципово вирішена проблема підйому вантажу з великих глибин.

Розвиток теорії і практики рудникових підйомних установок великою мірою сприяв вирішенню загальних завдань створення економічно ефективних виробництв у всіх галузях гірничої промисловості. Значні успіхи досягнуті в області конструювання і розрахунку підйомних машин.

Подальший розвиток рудникових підйомних установок пов’язаний з вдосконаленням як самих підйомних машин, так і їх електроприводу і систем автоматизації.

Розвиток техніки рудникових підйомних установок супроводжується підвищенням вимог до електроприводів і систем автоматичного управління в цілях задоволення технологічних режимів роботи, включаючи завантаження підйомних судин на вазі.

Вимогам, що пред’являються до електроприводу рудникових підйомних установок, найбільш повно задовольняє електропривод постійного струму, який володіє широким діапазоном плавного регулювання швидкості, допускає значні перевантаження по моменту, має високий к.к.д. у широкому діапазоні регулювання швидкості, надійний в роботі.

Тиристорні електроприводи отримують все більш широке застосування у міру поліпшення якісних показників тиристорів, виконання їх на великі струми і напругу, поліпшення перевантажувальних характеристик, вдосконалення схем перетворювачів і схем управління.

Залежно від типу підйомної установки і технологічних особливостей режиму її роботи застосовують електроприводи ТП-Д з двокомплектними і однокомплектними силовими перетворювачами. В електроприводах з реверсивними двокомплектними перетворювачами управління випрямлячем і інвертором здійснюється узгоджено або роздільно. Електроприводи ТП-Д з реверсивними ТП доцільно застосовувати для клітьових підй омних установок, а для скіпових при відповідних параметрах ланцюга збудження електродвигуна – електропривод з однокомплектним (нереверсивним) силовим тиристорним перетворювачем при здійсненні реверсування в ланцюзі збудження. Основна перевага такого електроприводу – менші вартість і габарити при забезпеченні якісних показників управління, що є головною умовою при визначенні можливості застосування системи електроприводу в рудниковому підйомі.

Застосування нових систем електропривода на основі ТП в підйомі пов’язано з необхідністю дослідження і розробки методів розрахунку характеристик електропривода, методів вибору раціональної компоновки електричної схеми електропривода залежно від виду підйому (одноканатний, багатоканатний, клітьовий, скіповий), вантажопідйомності, швидкохідності електродвигуна, а також з обґрунтуванням раціональних структур і методів розрахунку САК.

Досвід розробки і впровадження систем електроприводів з керованими випрямлячами служить основою для визначення сфер застосування різних систем електроприводу ТП-Д постійного струму на підйомних установках.

Впровадження тиристорного електропривода з реверсуванням збудження на підйомних установках вимагає вирішення ряду питань: схемної побудови системи управління; можливості здійснення всіх технологічних режимів включаючи режим стабілізації положення підйомної судини; оцінки динамічних показників електропривода з урахуванням особливостей побудови його механічної частини; визначення бажаних параметрів системи автоматичного управління з урахуванням вимог технології виробництва і вимог до елементів електропривода.

1. Основні відомості про скіпову підйомну установку, загальний вид, кінематика і режими роботи

Сучасна підйомна установка – одна з найкрупніших споруд шахти – призначена для підйому корисних копалин і породи, спуску-підйому устаткування, матеріалів і людей. Основна частина підйомної установки – підйомна машина – складний електромеханічний механізм, що складається з окремих елементів, що виконують різні функції. Раціональний вибір цих елементів і встановлення оптимальних режимів роботи машини повністю визначають безпеку і економічність експлуатації підйомної установки. В зв’язку з цим на всебічний розгляд існуючої теорії і практики розрахунку і вибору окремих елементів підйомної машини заслуговують особливої уваги при проектуванні нової або реконструкції діючої шахтної підйомної установки. Для визначення ефективності роботи установки необхідно встановити оптимальну масу вантажу, що піднімається, скіпів, визначити оптимальні значення прискорення, уповільнення і швидкості підйому, вибрати і розрахувати потужність приводного двигуна, розташування підйомної машини щодо ствола шахти, визначити приведену масу підйомної установки, ефективну потужність підйому, витрати електричної енергії і ККД підйомної установки.

Скіпи застосовують для підйому корисного вантажу (руди), а також для підйому породи (виконання цієї операції можна покласти і на допоміжний підйом). За способом розвантаження існують опрокідні скіпи і скіпи з шиберним затвором.

На рис.1.1 представлена схема завантаження і розвантаження скіпової підйомної установки з багатоканатною машиною на копрі. Цифрами позначені елементи: 1 – ствол (залізобетонна споруда); 2 – скіпи; 3 – канати; 4 – ліфт для переміщення обслуговуючого персоналу; 5 – мостовий кран для монтажу устаткування; 6 – підйомна машина зі шківом тертя; 7 – електродвигун і електричне устаткування підйому; 8 – баштовий копер (з декількома поверхами); 9 – приймальний бункер; 10 – вагонетка локомотивного транспорту; 11 – завантажувальний пристрій.

На основі рис.1.1 була складена кінематична схема двокінцево ї шахтної підйомної установки з врівноважуючим канатом, яка представлена на рис.1.2 і має наступні елементи: 1 – підйомні скіпи, 2 – канатоведучий шків, 3 – відхиляючий шків, 4 – підйомний (головний) канат, 5 – врівноважуючий (хвостовий) канат.

На рис.1.3 представлена основна частина підйомної установки – підйомна машина типу МК 5х4. Два приводні електродвигуни постійного струму розташовані по обидві сторони канатоведучого шківа. Якорі електродвигунів консольно встановлені на головному валу машини і обертаються в підшипниках машини.

Рисунок 1.1 – Схема завантаження і розвантаження скіпової підйомної установки з багатоканатною машиною на копрі

Рисунок 1.2 – Кінематична схема двокінцевої скіпової підйомної установки з врівноважуючим канатом

Рисунок 1.3 – Багатоканатна підйомна машина типу МК 5х4

Для здійснення безредукторного електроприводу, який стосовно багатоканатних підйомних установок має абсолютну економічну ефективність, найбільш доцільні тихохідні електродвигуни постійного струму.

Слід використовувати електродвигуни з шихтованими станинами, в яких не виникають вихрові струми, щоб мати можливості формування бажаних перехідних процесів в ланцюзі збудження, зменшення втрат і ефективного значення якірного струму, збільшення допустимої швидкості наростання струму, поліпшення комутації.

Оскільки на скіповому підйомі використовується електродвигун ТП-Д з реверсуванням по ланцюгу збудження, то для скорочення часу реверсування має бути застосована обмотка збудження з високим класом ізоляції і відповідними властивостями міцності, що дозволяють здійснити п’яти-шестикратне форсування по напрузі збудження.

Вимоги до електропривода:

– діапазон регулювання ;

– характер перехідного процесу – аперіодичний;

– максимальна лінійна швидкість підйому вантажу ;

– режим роботи – циклічний;

– режим роботи за швидкістю – реверсивний;

– характер зміни навантаження в часі – постійний;

– характер зміни навантаження за швидкістю – активний;

– зв’язок з електромережею – через силовий понижувальний трансформатор;

– спосіб регулювання параметрів – з підлеглим регулюванням параметрів;

– регульовані параметри – швидкість, струм якоря, струм збудження;

– характер регулювання швидкості – однозонне в основних режимах роботи і двозонне при зниженні напруги електромережі.

2. Обґрунтування і вибір системи електропривода

Розвиток силової напівпровідникової техніки визначило широке застосування статичних тиристорних перетворювачів в різних системах електроприводів і, зокрема, в електроприводах рудникових підйомних установок. Властивості електроприводів з тиристорними перетворювачами в значній мірі залежать від властивостей самих тиристорів – основних силових елементів.

Тиристори характеризуються достатньо високими допустимими напругою і струмом, порівняно великими інтервалами робочих температур: від мінус 60-50 до плюс 100-150^◦ C.

Застосування тиристорного електропривода обумовлює цілий ряд переваг:

1. Економія міді і чорних металів при виготовленні тиристорного агрегату і трансформатора.

2. Зниження витрат на будівельно-монтажні роботи тиристорного електропривода, для якого не потрібні громіздкі фундаменти, потужні вантажопідйомні засоби і велика площа приміщень (для тиристорного електропривода на 20-40% менше, ніж для інших перетворювачів).

3. Зниження експлуатаційних витрат, в основному за рахунок скорочення витрат на електроенергію і обслуговування перетворювача.

4. Велика потенційна надійність в порівнянні з електроприводом Г-Д за рахунок меншого числа електричних машин і застосування статичного ТП у вигляді шафових конструкцій блоково-модульного виконання з хорошою доступністю до елементів для швидкого усунення несправностей. Більш просте здійснення резервування і взаємозамінювання блоків ТП, більший термін служби ТП за умови застосування захисних заходів і пристроїв по обмеженню струму, напруги та інших параметрів.

5. Ефективна реакція швидкодіючого регулятора ТП в електроприводі. Висока швидкодія ТП, систем управління і його захистів, можливість отримання потрібних характеристик і точності управління полегшують процеси управління. Оптимізація параметрів технологічних процесів при формуванні динамічних властивостей електромеханічної системи підйомної установки в деяких режимах роботи, що раніше не використалися, наприклад при регулюванні положення підйомної судини на заданому рівні завантаження-розвантаження.

Добрі захисні характеристики, що забезпечують обмеження максимального моменту і зниження динамічних навантажень в електромеханічній системі. Перевага швидкодії зберігається при будь-якому значенні потужності електропривода ТП-Д.

6. Незначна потужність управління на вході СІФУ для безпосереднього управління ТП, що дозволяє використовувати малопотужні управляючі пристрої і простіше реалізувати складні закони управління.

7. Завдяки високій керованості просте здійснення автоматизації руху підйомної установки, розширення можливостей задоволення вимог у зв’язку з технологічними особливостями різного виду підйомних установок.

Ряд негативних якостей електроприводу ТП-Д обумовлений негативними властивостями самих тиристорів, основні з яких:

– низька перевантажувальна здатність по струму унаслідок малих розмірів p - n -переходу;

– відносно невелика стійкість до імпульсних перевантажень по струму у зв’язку з малою теплоємністю;

– чутливість до перенапруг;

– обмежені швидкості наростання струму і напруги.

До негативних якостей тиристорного електропривода тиристора ТП-Д в застосуванні до рудникових підйомних установок відноситься також властивість тиристорів і тиристорних випрямних агрегатів проводити струм в одному напрямі і необхідність здійснення реверсивного електропривода ТП-Д з технічними властивостями, що перевершують електропривод Г-Д, зокрема рекуперативне гальмування в широкому діапазоні зміни швидкості, що вимагає застосування реверсивного ТП з двома нереверсивними випрямними агрегатами, а також апаратури для забезпечення надійного рекуперативно-інверторного режиму роботи ТП. При цьому вартість реверс ивного ТП при всіх потужностях зростає до вартості машинного перетворювача з витратами на будівництво фундаментів.

На умови роботи електропривода впливає і пульсуючий характер випрямленого струму перетворювача. Збільшення пульсацій приводить до погіршення комутацій електродвигуна і виникнення у ньому додаткових втрат. Пульсації потоку додаткових полюсів створюють в станині вихрові струми, які перешкоджають швидкій зміні потоку і викликають збільшення зсуву між струмом якоря і потоком. Унаслідок високочастотних коливань потоку із-за зміни сили реакції якоря, що намагнічує, виникають додаткові втрати.

При початку руху підйомної машини з місця протягом 5-8 с руху на малій швидкості живляча мережа завантажується реактивним струмом і відбувається додаткове зниження напруги електричної мережі.

До особливостей тиристорного електропривода відноситься і вищий відсоток споживання реактивної потужності під час пусків і при русі на знижених швидкостях, від чого знижується коефіцієнт потужності.

Враховуючи вищеперелічені переваги і недоліки, обираємо у якості електропривода скіпової підйомної установки систему ТП-Д.

Розрахунок потужності і вибір електродвигуна

Згідно рис.1.2 технічні характеристики підйомної установки надані в таблиці 1.

Таблиця 1 – Технічні характеристики підйомної установки

№ з/п	Найменування	Позначення	Розмірність	Величина
1	2	3	4	5
1.	Висота підйому		м
2.	Маса вантажу у скіпу		кг
3.	Маса підйомної судини з причіпними пристроями		кг

Продовження таблиці 1

1	2	3	4	5
4.	Діаметр канатоведучого шківа		м
5.	Маса погонного метра 8 підйомних канатів (8× 7, 75 кг)		кг/м
6.	Маса погонного метра 4 врівноважуючих канатів (1, 2 – 15 кг, 3, 4 – 16 кг)		кг/м
7.	Вага вантажу у скіпу		Н
8.	Вага підйомної судини з причіпними пристроями		Н

Тахограма технологічного процесу приведена на рис.3.1.

Рисунок 3.1 – Тахограма технологічного процесу

Параметри тахограми приведені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Параметри тахограми технологічного процесу

0, 08	2, 4	0, 08

Розрахунок параметрів діаграми навантаження

Рушійний момент двигуна, що прикладається до валу органу навивки каната [1]:

, (1.1)

де – статичний момент опору; – сумарний момент від дії сил інерції.

Розрахуємо статичний момент опору.

Для нейтралізації ваги каната, що переміщується, який діє на зміну статичного навантаження, служить підвіска під скіпами нижнього врівноважуючого каната.

У відповідності з рис.1.2 натягнення гілок, що навиваються і звиваються, дорівнюватиме:

; (1.2)

. (1.3)

де – шкідливі опори руху судини, що піднімається; – шкідливі опори, направлені проти руху судини, що опускається; – висота підйому скіпа над рівнем завантаження; – прискорення вільного падіння.

Статичний опір на колі навивки визначається різницею натягнень гілок, що навиваються і звиваються:

(1.4)

де – сумарні шкідливі опори руху, що викликаються тертям направляючих лап скіпів об шахтні провідники, вигинами і тертям канатів на барабанах і направляючих шківах, тертям в підшипниках, а також опором повітря руху скіпів.

, (1.5)

де – коефіцієнт шкідливих (шахтних) опорів; приймають для скіпових підйомів.

Оскільки , то :

. (1.6)

Момент на валу барабана від статичних опорів визначається:

(1.7)

Сумарний момент від дії сил інерції:

, (1.8)

де – сумарний момент від дії сил інерції поступально рухомих частин; – сумарний момент від дії сил інерції частин, що обертаються.

, (1.9)

де – сумарна маса поступально рухомих частин, приведена до кола навивки канатів; – лінійне прискорення скіпа.

, (1.10)

де – маса частин, що обертаються, приведена до кола навивки радіуса .

, (1.11)

де , – довжина підйомного і врівноважуючого канатів відповідно.

, (1.12)

де – відстань від канатоведучого шківа до нульової (розвантажувальною) відмітки.

, (1.13)

де 30 м – довжина каната, що йде на зачалки до судин і петлю в зумпфі стовпа.

. (1.14)

Сумарний момент від дії сил інерції визначається:

(1.15)

Момент, який розвивається двигуном, дорівнює:

– на 1, 3, 5 ділянках тахограми

;

; (1.16)

– на 2 ділянці тахограми

; (1.17)

; (1.18)

– на 4 ділянці тахограми

; (1.19)

. (1.20)

Тахограма технологічного процесу і діаграма навантаження показані на рис.1.5.

Методом еквівалентного моменту розрахуємо орієнтовну потужність двигуна. Визначимо тривалість циклу:

. (1.21)

Еквівалентний момент:

Рисунок 3.2 – Тахограма технологічного процесу і діаграма навантаження

Розрахункова потужність двигуна:

, (1.23)

де – коефіцієнт запасу; – розрахункова максимальна швидкість підйому скіпа.

Виходячи з отриманого значення розрахункової потужності, вибираємо два двигуни П2Ш-800-255, які знаходяться на одному валу разом з канатоведучим шківом. Технічні характеристики двигунів приведені в таблиці 3.

Таблиця 3 – Технічні характеристики двигунів скіпової підйомної установки

№ з/п	Найменування	Позначення	Розмірність	Величина
1.	Номінальна потужність		кВт
2.	Номінальна напруга якоря		В
3.	Номінальний струм якоря		А
4.	Номінальний момент		кН∙ м
5.	Номінальна частота обертання		об/мин
6.	К.к.д. двигуна		%	92, 8
7.	Напруга збудження		В	220/110
8.	Струм збудження		А	192/384
9.	Опір обмоток ланцюга збудження		Ом	1, 14/0, 28
10.	Момент инерции		кг∙ м2

Перевірка двигуна на перевантажувальну здатність:

, (1.24)

де – коефіцієнт допустимого перевантаження по струму.