Авербух М.А. Методические указания по Электроприводу - файл n1.doc

Авербух М.А. Методические указания по Электроприводу
скачать (940.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc941kb.06.11.2012 18:12скачать

n1.doc



Приложение 1

Пример проектирования электропривода постоянного тока по системе ТП-Д многоканатной подъемной установки

Расчет и выбор элементов механической части многоканатной подъемной установки.
Исходные данные:

- годовая проектная производительность АГ = 2500 тыс.т/год;
- глубина вертикального ствола НСТ = 800 м.
Выбор скипа

Часовая производительность Ач (3.1) составит:









Расчетная высота подъема Нр с учетом расположения скипов в копре и нижней части ствола:









Оптимальная грузоподъемность Qопт (3.2) составит:









Выбираем стандартный скип типа 2СН15-1 грузоподъемностью , массой , с путем разгрузки .

Высота подъема Н с учетом высоты скипа :









Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения:










Выбор канатов

Наметим к применению канаты типа Bridon S74485 по стандарту RS00070 с расчетным пределом прочности проволоки при растяжении , коэффициенты запаса прочности Диаметр шкива трения принимаем

Предварительно применим четыре каната диаметром линейной массой каната разрывным усилием всех проволок в канате

Ориентировочная линейная масса канатов (масса одного метра канатов) составит (3.4):







кг/м.

Тогда масса одного каната q = 6 кг/м, что меньше принятой массы одного каната q = 8,4 кг/м

Требуемая линейная масса уравновешивающих канатов составит:









Применим три стандартных плоских канатов с размерами 170х27,5 мм, расчетной массой

Разность линейных масс (3.14):









Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.
Выбор многоканатной подъемной машины. Наметим к применению многоканатную подъемную машину типоразмера ЦШ-5х4 с диаметром канатоведущего шкива D=5 м; количеством подъемных канатов n=4; статическим натяжением канатов 1450 кН; разностью статических натяжений канатов 350 кН; маховым моментом машины 6250 кН∙м2.

Фактические значения статических натяжений канатов и разности статических натяжений канатов составят (3.15, 3.16):




Тст.мах=(35∙103+33∙103+4∙8,4∙914)∙9,81 = 968 кН;

Тст.мах=968 к Н (факт) < 1450∙кН (норма);

Fст.мах=[35∙103+(4∙8,4 - 3∙11,5)∙881]∙9,81 = 336,6 кН;

Fст.мах=336,6∙кН(факт)<350∙кН(норма).




Машина ЦШ-5х4 проходит по условию допустимой разности статических натяжений канатов

Коэффициент запаса прочности m (3.13):




.




Канаты диаметром dк=42,0 мм не проходят по условию допустимого запаса прочности. Поэтому наметим к применению шесть подъемных канатов диаметром dк=46,5 мм с линейной массой q=8,4кг/м; разрывным усилием Qp=1330∙103 H, пределом прочности ?в=1568 Мпа, условной плотностью ?=0,097 Мпа/м3.

Применим четыре уравновешивающих каната размером 186х30мм, линейной массой qу=8,4 кг/м.

Разность линейных масс:




кг/м.




Систему можно считать уравновешенной.

Статическое натяжение канатов:




Тст.мах=(35∙103+33∙103+6∙8,4∙914)∙9,81 =1119 кН ;

Тст.мах=1119 к Н (факт) < 2150∙кН (норма).




Разность статических натяжений канатов:




Fст.мах=[35∙103+(6∙8,4 - 4∙13,61)∙881]∙9,81=308,4 кН;

Fст.мах=308,4 к Н(факт)<500∙кН(норма).




Коэффициент запаса прочности m0 :









Окончательно применяем многоканатную машину типоразмера ЦШ-5х6, шесть подъемных канатов типа Bridon S74485 диаметром 46,5 мм и четыре уравновешивающих каната размером 186х30 мм.

Техническая характеристика машины ЦШ-5х6:

Диаметр канатоведущего шкива Dмт=5м;

Количество подъемных канатов пк=6;

Маховой момент машины (без редуктора, отклоняющих шкивов и двигателя) ;

Маховой момент отклоняющих шкивов
Условие нескольжения каната по ведущему шкиву. Статический коэффициент безопасности (3.19) составит:




=












Максимально допустимые ускорение и замедление (аз.мах) составляют (3.20, 3.21):


























Принимаем пятипериодную диаграмму скорости со значениями ускорения и замедления а13=1 м/с2, что составляет менее 80% от максимально допустимых значений по условию безопасности и значениями скоростей выходи из разгрузочных модулей и входа в них












Продолжительность подъемной операции. Число подъемных операций (3.22):









Принимаем nпч = 21.

Расчетная продолжительность подъемной операции (3.23)




Тpn=3600/nnч




Продолжительность движения подъемных сосудов (3.24):




Tp=Tpn-?




Средняя скорость подъема (3.25):






Vcp = Н/Тр,




Ориентировочная максимальная скорость подъема (3,26):









Принимаем максимальную скорость подъема Vmax=6,5 м/с.

Требуемая частота вращения канатоведущего шкива (3.27):









Ориентировочная мощность подъемного двигателя (3.28):









Наметим к применению двигатель типа П2-800-255-8КУ4, 3200кВт, 40 об/мин.
Кинематика подъемной установки. Основание трапецеидальной диаграммы скорости составит (3.29):









Путь Но, пройденный за время То (3.30):









Модуль ускорений (3.31):

Расчетная максимальная скорость (3.32):









и требуемая частота вращения:




;






Наметим к применение. двигатель П2-800-256-8КУ4, 3200 кВт с номинальной частотой вращения 32 об/мин. При этом









Ускорение и замедление в разгрузочных кривых и продолжительность движения в них составят (3.33, 3.34):

















Продолжительность и путь движения скипа h1 с ускорением а1=1 м/с2, продолжительность и путь h3 движется с замедлением а3=1 м/с2 составят (3.35, 3,36):

















Путь h2 и продолжительность t2 равномерного (3.41, 3.42):





Продолжительность движения Т подъемных сосудов (3.43):



Фактический коэффициент резерва Сф производительности (3.44):



Окончательно принимаем параметры диаграммы скоростей и ускорений:


























Динамика подъемной установки. Масса машины типа ЦШ-5х6 , отклоняющих шкивов и двигателя типа П2-800256-8КУ4 составят (3.48 – 3.50):

























Длина подъемных канатов и уравновешивающих канатов составит (3.46-3.47):





Масса всех движущихся частей подъемной установки, приведенная к окружности шкива трения (3.45):



Движущие усилия F в виде (3.51) составят:



результаты расчетов представлены в табл.1.

Таблица 1

Номер точки

Усилие

Значение усилия, кН

1

F1

463

2

F2

463

3

F3

635

4

F4

635

5

F5

389

6

F6

305

7

F7

59

8

F8

59

9

F9

230

10

F10

230


Диаграмма движущих усилий приведена на рис.П1.1.



Рис.П1.1. Диаграммы скоростей, ускорений и движущих усилий

Эквивалентное усилие составит:







Коэффициент перегрузки при подъеме (3.56):



Принимаем мощность двигателя равной эквивалентной (эффективной) мощности (3.54):



Окончательно выбираем двигатель типа П2-800-256-8КУ4 , так как разность между эквивалентной мощностью и номинальной не превышает 5%, т.е.



а перегрузка в период разгона составит



где - перегрузочная способность выбранного двигателя.
Силовая схема. Наметим к применению силовую 12-пульсную схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи возбуждения двигателя и параллельным соединением выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.

Выбор тиристорного преобразователя. Активное сопротивление якорной цепи Rяц составит (4.5):




Rяц = k1k2(Rя20 + Rд20 + Rк20 + Rщ),

Ом.




Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью Кv (4.6):




.




Применим комплектный тиристорный электропривод унифицированный типа КТЭ-6300/600-1249314-320Р-УХЛ4. Однолинейная схема преобразовательных секций приведена на рис.П1.10.

Условие выбора (4.9):





Рис. П1.10. Однолинейная схема преобразовательной секции (СП) тиристорного преобразователя типа ТП-6300/660–30/ОУ4: СВ-1 – вентильная секция типа ; ШФС1 и ШФС2 – силовые шкафы (по два шкафа на каждую вентильную секцию).

В табл. П1.1. приведены номинальные параметры и состав преобразовательных секций.

Таблица П1.1.

Тип агрегата

Номинальные параметры

Количество в секции, шт.

Обозначение секции на однолинейной

схеме





ШВв

ШфС

ШфУ

ТПЗ-6300/660-30/ОУ4

660

6300

1

2

1*

СП1, СП2


Передаточный коэффициент Ктп (4.10):

=660/10=66.
Выбор силового трансформатора. Средневзвешенный коэффициент мощности тиристорного преобразователя Км.ср.вз. при ?=1,17 и Н=881 м равно 0,6.

Полная мощность силового трансформатора (4.11):




Sт = Рэф/дтптКитКм ср вз,

.




Линейное напряжение вторичной (вентильной) обмотки трансформатора (4,12):




U2 = (Кзсх)(VmaxKV + Uк ср + IэфRяц),

.




Принимаем к использованию трансформатор типа ТДНПД-8000/1ОУ2.

Выбор уравнительного реактора. Индуктивность реакторов Lp1=Lp2 по условию ограничения уравнительного тока (4.28):




.




Применим два реактора типа СРОС3-5000У4 на номинальный ток 5000А и с индуктивностью 0,32 мГн. Каждый из них установить в цепь выпрямленного тока преобразовательной секции. Опыт проектирования показывает, уравнительных реакторов достаточно для ограничения области прерывистых токов.

Выбор автоматического выключателя в якорной цепи. Коэффициент пропорциональности между движущим усилием и током якоря двигателя КF (4.30):




.




Максимальный ток двигателя Imax (4.31):




.




Ток уставки Iуст срабатывания реле максимальной защиты (4.32):




.




Применим автоматический выключатель типа ВАТ48-10000/10-Л-У4 с реле защиты РДШ-6000 и диапазоном тока уставки 6000-12000А.

Выбор тиристорного возбудителя. Индуктивность обмотки возбуждения двигателя Lов (4.33):




.





Постоянная времени цепи возбуждения Тв (4.34):

.

Время рывка tp при высоте подъема Н=881 м согласно графика (рис. 4.10 [6]) составит: .

Требуемое значение коэффициента форсировки Кф (4.35):




.




Максимальное значение выпрямленного напряжения тиристорного возбудителя Ud.max:




,




где 90 В – напряжение при параллельном соединении полуобмоток возбуждения.

Применим индивидуальный трансформатор для питания тиристорного возбудителя.

Требуемая мощность трансформатора Sт (4.36):




.




Требуемые параметры возбуждения () может обеспечить сухой трансформатор типа ТСЗП-250/0,7У3 исполнения 5, имеющий номинальные данные указанные в табл.П1.2., и два тиристорных возбудителя типа ТПВ-320/230 при последовательном соединении.

Таблица П1.2.

Тип трансформатора

Сетевая обмотка

Вентильная обмотка

Преобразователь

Мощность, кВА

Напряжение, кВ

Напряжение, кВ

Ток, А

Напряжение, кВ

Ток, А

ТСЗП-250/0,7УЗ Исп.5

237

0,38

267+267*

257+257*

690

315

* Две вентильные обмотки.

Схема питания обмоток возбуждения двигателей приведена на рис. П1.11. Схемой предусматривается последовательное соединение двух реверсивных тиристорных возбудителей с запиранием неработающих выпрямительных мостов.

Передаточный коэффициент Ктв (4.37):




Ктв = Ud ном/Uвх.в .






Рис.П1.11. Схема питания обмоток возбуждения двигателя (ОВД): QF – автоматический выключатель типа АЗ796П; Т – трансформатор типа ТС3П -250/0,7УЗ; UZ1 и UZ2 – тиристорный возбудитель типа ТПВ-320/230


Выбор тахогенератора. Применим тахогенератор типа ПТ-42 с номинальной частотой вращения nтг.ном=100 об/мин и номинальным напряжением Uтг.ном=230В.

Передаточный коэффициент Ктг (4.39):




.






Расчет и выбор элементов системы автоматического управления
Исходные данные

Двигатель:











Тиристорный преобразователь:



Тиристорный возбудитель:



Система электропривода:





Расчет контура тока возбуждения. Принимаем к рассмотрению структурную схему, представленную на рис.5.9. Постоянная времени фильтра (5.31):



Постоянная времени контура тока возбуждения(5.32):



Параметры фильтра (5.33):



Передаточный коэффициент обратной связи контура (5.34):



Требуемый коэффициент датчика тока (5.35):

=.

Параметры регулятора тока возбуждения (5.36):





Установившиеся уровни выходного напряжения регулятора (5.37,5.38):



Регулятор тока якорной цепи. Принимаем к рассмотрению структурную схему, представленную на рис.5.10. Постоянная времени фильтра (5.39):



Остальные параметры фильтра (5.40):



Эквивалентная некомпенсируемая постоянная времени контура тока (5.41):



Применим условие начала реверсирования , т.е. уровень тока якоря, с которого осуществляется изменение тока возбуждения:

.
Допустимое значение скорости изменения тока якоря (5.42):

,




Максимально возможное значение параметра настройки регулярного тока (5.43):

,



Параметр настройки регулятора тока принимаем по условию модульного оптимума, т.е. ат=2.

Передаточный коэффициент обратной связи контура тока (5.44):



Коэффициент шунта (5.45):



Коэффициент датчика тока (5.46):



Параметры регулятора тока (5.47, 5.48):





Постоянная времени интегратора (5.49):



Коэффициент усиления нелинейного элемента в линейной зоне (5.50):



Сопротивление обратной связи (5.51):



Входное сопротивление для усилителя У2 (5.52):



Напряжение ограничения усилителя У1 (5.53):



Входное сопротивление для усилителя У1 (5.54):


Регулятор скорости. Принимаем максимальное значение движущего усилия, при котором в замкнутой системе регулирования скорость не должна измениться более, чем на 1% (5.55)


Постоянная времени фильтра на входе датчика скорости (5.57):



Эквивалентная некомпенсируемая постоянная времени контура скорости (5.56):



Электромеханическая постоянная времени (5.58):


Время регулирования (5.59):



Масштаб времени (5.60):



Принимаем график переходного процесса для параметра Z=0,2 и ?т=0,12(рис.П1.12.)


Рис.П1.12. График переходного процесса изменения скорости привода для параметров Z=0,2 и ?т=0,12

Параметры настройки двухкратноинтегрирующего контура скорости (5.62): bс=2,5; ас= Z/(aT·?µ)= 0,2/0,12=1,7.

Коэффициент обратной связи по скорости (5.63):



Напряжение, снимаемое с датчика скорости (5.64):



Параметры ПИ-регулятора скорости (5.65):

(условие жесткости канатов не выполняется).

Требуемый коэффициент настройки (5.66):



Постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора скорости (5.65):



Входные сопротивления регулятора скорости (при Сос=2 мкФ) равны (5,67)



Сопротивление обратной связи регулятора скорости (5.67):



Параметры фильтра на входи регулятора скорости (5.67):


Расчет блока статических характеристик. Принимаем сопротивление R1=R3=50 кОм. Напряжение на выходе регулятора скорости РС, при заданном значении тока Iф равно (5.68)



Требуемый коэффициент передачи усилителя РО на линейном участке равен (5.69)



Для заданного R2=50 кОм сопротивление (5.70)

R4=RKР.О.=50·2,196=109,8 кОм.

Все элементы механической части, электропривода и системы управления, выбранные ранее представлены в спецификации.
Моделирование динамических процессов. Для составления модели представим структурную схему системы с представлением передаточных функций в числовом виде (рис.П1.13.).

В соответствии рис.П1.13. строим модель используя математический пакет Mat lab 7.0.1. (рис.П1.14.)

На вход системы подаем сигнал в соответствии принятой диаграммы скорости. На рис.П1.15. представлены кривые динамических процессов при отсутствии нагрузки, а на рис.П1.16 – с учетом статического усилия Fс.

Как следует из графиков, параметры регуляторов, настроенных на технический оптимум, соответствуют требованиям к качеству переходных процессов. Это значит, что отсутствует перерегулирование по скорости, а максимальные значения токов и момента не превышают допустимых значений.




Рис. П1.13. Структурная схема системы ТП-Д с числовыми значениями.






Рис. П1.14. Структурная модель электропривода подъема системы ТП-Д в числовом виде.
Ток якоря


Момент


Ток возбуждения


Скорость


Рис. П1.15. Переходные процессы в системе ТП-Д без нагрузки.
Ток якоря


Момент


Ток возбуждения


Скорость


Рис. П1.16. Переходные процессы в системе ТП-Д с нагрузкой.

Заключение
Настоящее учебное пособие определяет объем, порядок и содержание разделов проекта по построению и проектированию современных систем электроприводов подъемных установок.

В нем изложены основные методы расчета: механической части; обоснование принимаемой системы электропривода в зависимости от назначения и специфики подъема; силовых элементов электропривода; системы управления на базе микропроцессорных средств; динамики изменения координат электропривода. Выбор параметров настройки регуляторов рекомендуется проверять путем моделирования переходных процессов при изменении координат электропривода в среде Matlab 7.01. Кроме того, приведены основные справочные сведения о современном оборудовании рудничных подъемных установок, полупроводниковой преобразовательной техники, электродвигателях постоянного и переменного токов.

Большое внимание уделено методике обоснования принимаемых решений при проектировании основных элементов систем электроприводов подъемных установок.

Развитие техники рудничных подъемных установок сопровождается повышением требований к электроприводам и системам автоматического управления в целях наиболее полного выполнения технологических процессов подъема или спуска грузов. В связи с этим происходит постоянное усовершенствование систем электроприводов на базе новых элементов и технических решений. Одним из перспективным направлением развития электропривода подъема является использование вентильного электропривода на базе синхронных электродвигателей. Однако основные принципы проектирования справедливы и для перспективных систем электроприводов рудничных подъемных установок.

Особое внимание при проектировании следует обращать на внедрение энергосберегающих и высоконадежных электроприводов рудничных подъемных установок.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации