Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Московский государственный горный университет

Кафедра «Электрификация и энергоэффективность горных предприятий»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов»

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Проектировал студент

Скрябин С.С.

Учебная группа ГЭ-1-09

Руководитель курсового проекта

проф. Малиновский А.К.

Москва 2013



Электропривод механизма подъёма экскаватора ЭКГ-5А

Исходные данные для расчета

Ёмкость ковша	5,2 м3
Передаточное отношение редуктора	43
Стопорный момент двигателя	6600 Н•м
Масса рукояти	7500 кг
Масса грунта в ковше	9360 кг
Масса пустого ковша	9865 кг
КПД механизма подъёма	0,9
Диаметр барабана лёбедки	1,05 м
Скорость подъёма	0,94 м/с
Момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя	16,25 Н•м•с2
Тип приводного двигателя	ДЭ-816
Полная высота подъёма	5,5 м
Момент инерции двигателя	16,25 Н•м•с2
Высота копания	5 м
Номинальный ток двигателя	490 А
Постоянная двигателя	5,4 Н•м/А

Расчет приведения параметров механической части привода к валу двигателя

Мощность двигателя

Частота вращения барабана

Требуемая частота вращения приводного двигателя



Угловая скорость двигателя

Номинальный момент двигателя

Общий вид нагрузочной диаграммы механизма подъёма приведен на рис.1. Диаграмма состоит из следующих основных участков:

разгон привода в начале копания ( );

подъём ковша с рукоятью в период черпания грунта

дополнительный подъём ковша с рукоятью

остановка ковша после выхода из забоя

удержание ковша

разгрузка ковша

разгон при опускании порожнего ковша

опускание порожнего ковша с постоянной скоростью

торможение привода после опускания

Рассматриваемый нагрузочной диаграмме привода соответствует фазовая диаграмма, приведенная на рис.2. При построении этих диаграмм принято, что скорость двигателя при удержании ковша равна нулю. На фазовой плоскости проставлены номера координат точек, соответствующих моментам окончания переходных процессов на отдельных участках.

Указанные диаграммы построены с помощью механических характеристик двигателя, приведенных на рис.3.

Значение скоростей и моментов двигателя привода подъема на различных участках цикла.

Начало копания 1.

Нарастание момента при разгоне в начале подъёма

5 = 0,1•76,99=7,69 .

М2=0,9 • М стоп =0,9 • 6600 = 5940 Н•м .

Разгон на подъём берётся из механической характеристики.

Момент М3 = 0,8 • М стоп = 0,8 • 6600 = 5280 Н•м.

Выход на заданную скорость черпания берётся из механической характеристики. Момент М4 = 0,65 • М стоп = 0,65 • 6600 = 4290 Н•м.

Подъём ковша с рукоятью в период черпания грунта берётся из механической характеристики. Момент черпания М4 = 0,65 • Мстоп = 4290 Н•м.

Дополнительный подъём ковша с рукоятью



Рис.1. Нагрузочная диаграмма привода механизма подъёма

Остановка ковша после выхода из забоя

М6 = 0,5 • М стоп = 0,5 • 6600 = 3300 Н•м.

Удержание гружёного ковша

Разгрузка ковша

Разгон при опускании порожнего ковша . Момент М8 = 0 Н•м.

Опускание порожнего ковша с постоянной скоростью щ9 . Момент при опускании порожнего ковша

Нарастание момента при торможении пустого ковша .

Момент М10 = М стоп.

Торможение пустого ковша после опускания . Момент М11 = 0,9 • М стоп = 0,9 • 6600 = 5940 Н•м.

Расчёт длительности различных участков цикла привода подъёма.

Определение времени t1.1 = 0,25 c (принимается из опыта эксплуатации).

Определение времени



где М1 =1060 Н•м.

Определение времени t1 = t1.1+t1.2+t1.3=0,25+0,279+0,25=0,779 с. (t1.3=0,25c).

Определение времени

Определение времени копания tкоп = t1 + t2=0,779+5,53 =6,63 c.

Определение времени

Определение времени поворота

Определение времени поворота

Рекомендуется принимать время разгрузки t6 = 1,0 c.

Определение времени



где М6 = 637 Н•м.

Определение времени

Время t9.1 = 0,25 c (из рекомендаций).

Определение времени

Время t9.3 = t9.1 =0,25 c.

Определение времени t9 = t9.1+t9.2+t9.3=0,25+0,634+0,25=1,134 с.

Переходя к расчёту эквивалентного по нагреву момента привода подъёма, запишем значения моментов для участков, где происходит их изменения:

- участок нарастания момента при разгоне привода в начале копания (t1.1)

- участок разгона на подъём (t1.2)



- участок выхода на заданную скорость черпания (t1.3)

- участок нарастания момента при торможении после опускания ковша (t9.1)

- участок торможения ковша после опускания (t9.3)

- участок окончательного торможения

Эквивалентный по нагреву момент привода подъёма в течение цикла рассчитывается по формуле



Время цикла Tц = 21,76 c.

Определяем эквивалентный ток двигателя

Iэкв =Мэкв/Cд =3034,74/5,4 =561,9 A.

Определяем коэффициент загрузки двигателя по току

Кз.д = Iэкв / Iном = 561,9/490 =1,146.

Обоснование выбора системы электропривода механизма подъёма ЭКГ-5А

Различия в режимах работы электропривода механизма подъёма экскаваторов, мощности привода определяют применение различных систем электропривода, и позволяют в конкретном случае выбирать рациональный вариант.

Экскаваторы ЭКГ оборудуются электроприводом постоянного тока, а также современными приводами переменного тока.

Основным критерия выбора привода является технико-экономическое сравнение вариантов, при выполнение которого должны учитываться преимущества и недостатки электроприводов.

До настоящего времени существовали в основном три вида привода: асинхронный двигатель с фазным ротором и контакторным управлением и машина постоянного тока, работающая в системе Г-Д или ТП-Д. Электропривод переменного тока по системе тиристорный преобразователь - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором начинает конкурировать с другими системами электроприводов, но для электроприводов экскаваторов находится на стадии разработок и внедрение в производство. Поэтому в качестве электропривода для разработки принимаем электропривод постоянного тока по системе тиристорный преобразователь - машина постоянного тока с независимым возбуждением. Это система имеет ряд преимуществ по сравнению с системой Г-Д. К ним относятся: меньшие капитальные затраты; более высокий КПД; снижаются эксплуатационные затраты за счет сокращения потребляемой электроэнергии.

Расчёт индуктивностей электропривода

Определение параметров согласующего трансформатора и выбор его по каталогу

Расчёт мощности и выбор согласующего трансформатора для системы ТП-Д.

Определяем фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора по формулу

электропривод вал индуктивность двигатель

,

где =0,427 для трёхфазной схемы выпрямление Ларионова;

=1,11,3 - коэффициент, считывающий колебания напряжения сети;

=1,05 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в трансформаторе и вентилях;

- напряжение преобразователя при угле управления б = 0.

Линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора

.

Расчётное значение тока вторичной обмотки трансформатора

где - коэффициент схемы выпрямления по току ();

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

где - коэффициент трансформации.

Расчётная типовая мощность трансформатора

По полученным данным выбираем по каталогу трансформатор с номинальными параметрами

; ; ;

Исходя из данных выбираю трансформатор : ТСЗП-630/10УЗ Uв=410 В, Iв=816 А, Sтр=580 кВ•А, Ud=460, Id=1000 А, Pх.х.=2100 Вт, Pк.з.=6000 Вт, Uk.з=5,9 %, Iх.х.=1,8-2,2 %.

Расчёт индуктивностей электропривода

Нахожу величину необходимой индуктивности, исходя их условия получения непрерывности тока при минимальном его значении



,

где 0,126 =

; б - угол регулирования преобразователем принимается равным 90, так как при этом угле будет иметь место максимальные пульсации выпрямленного напряжения;

= 2•р - угловая частота сети.

Индуктивность якоря двигателя находим согласно

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора

Индуктивность сглаживающего трансформатора

Индуктивность дросселя

.

Выбираю сглаживающий реактор ФРОС-1000/0,5УЗ с характеристиками Iном=800 А, L=2,3 Гн, R=4,7 мОм.

Расчёт электромеханических и механических характеристик привода

Активное сопротивление трансформатора

Сопротивление якоря двигателя

Сопротивление якоря при нагретом состоянии

.

Сопротивление вентиля при коммутации

.

Сопротивление якорной цепи

0,047 Ом.

Конструктивный коэффициент двигателя

Уравнение механической характеристики системы ТП-Д можно получить по формуле



В установившемся режиме момент двигателя равен , а скорость равна 77,1 с-1. Тогда ток двигателя равен:

Рис. 4 Естественная и искусственные характеристики двигателя.

Разработка системы управления приводом механизма подъёма экскаватора

Система управления приводом должна обеспечивать должна обеспечивать требуемые статические и динамические характеристики, ограничивать максимальный момент двигателя, обеспечивать требуемое качество переходных процессов. Для систем управления подъемных механизмов наиболее часто используется метод подчиненного регулирования координат.

Структурная схема привода имеет вид



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5 Структурная схема двигателя постоянного тока.

Для стабилизации тока и скорости выбрана система с подчиненным регулированием.

Структурная схема привода с подчиненным регулированием имеющая ПИ-регулятор скорости и П-регулятор тока.

Настройка регуляторов выполним по условию технического оптимума.

Расчёт параметров регулятора тока и скорости

Производим расчёт параметров регулятора тока.

Определяем коэффициент обратной связи по току по формуле

где - максимальное напряжение задания тока принимаем 7 В;

Iя.стоп = 1,7 • Iя.ном =1,7 • 490 = 833 А.

Постоянная интегрирования определяется из выражения

где Тт.п.- постоянная времени тиристорного преобразователя принимается равным Тт.п =0,01;

Кт.п = Ud/Uy = 460/10 = 46



- коэффициент усиления тиристорного преобразователя.

Принимаем ёмкость цепи Со.с.т=1 мкФ и определяем Rз.т

Регулятор тока представлен ниже

Электрическая постоянная времени находится по формуле

Принимаем тогда коэффициент усиления датчика тока можно определить по формуле

где =750 А.

Условие выполнено, так как находится в пределах 140>114.4>40.

Переходим к расчёту П-регулятора скорости.

Регулятор скорости имеет вид

Определяем величину передаточного коэффициента тахогенератора. К установке принят тахогенератор постоянного тока типа ТД-100 с номинальным напряжением Uт.г.ном=100 В и частотой вращения nт.г.ном=800 мин -1, для которого

где

Определяем максимальную угловую скорость двигателя 

Задаёмся величиной сопротивления Rз.с=100 кОм и определяем Rc определяем из соотношения

где = 10 В - напряжение задания скорости в системе УБСР-АИ.

Определяем коэффициент обратной связи из выражения

Находим коэффициент обратной связи по следующей формуле

где =2 - коэффициент настройки при модульном оптимуме;

Полученные данные позволяют с учётом настройки на технический оптимум, когда перерегулирование составляет 4,3%, построить приближённа зависимости щ, iя=f(t).



I, A щ, c-10 0,5 1 1,5 2 2,5 3 t, с.

Рис. 9. Переходные процессы тока и скорости в электроприводе механизма поворота экскаватора.

По графику переходного процесса перерегулирование по току 1,4%, а также двигатель достигает установившейся скорости за 2,5 с. Следовательно поставленная задача выполнена.

Разработка принципиальной электрической схемы электропривода по системе ТП-Д.

Разработанная принципиальная электрическая схема электропривода механизма подъёма экскаватора ЭКГ-5А приведена на рис.9. Основным элементом схемы является тиристорный преобразователь (ТП), имеющий две группы тиристоров, собранных по трехфазной мостовой схеме со встречно параллельным включением и обеспечивающим реверсирование двигателя (М). Для согласования напряжения сети и выпрямленного напряжения стоит согласующий трансформатор (Т). Для снижения уровня пульсаций выпрямленного тока в цепь якоря введен сглаживающий дроссель (Др).

Для полного устранения уравнительных токов применено раздельное управление тиристорными группами. В этом случае при работе одной группы тиристоров, вторая группа заблокирована. Блокировка осуществляется логическим переключающим устройством (ЛПУ). Сигнал для логического устройства снимается с измерительного шунта (Ш1).

Регулирования напряжения на двигателе осуществляется изменением угла управления тиристорами.

Система управления двигателем (М) выполнена двухконтурной. Внутренний контур регулирования тока и внешний контур регулирования скорости.

Регулятор тока (РТ) выполнен пропорционально-интегрирующим звеном и реализуется с помощью операционного усилителя. Обратная связь по току якоря осуществлена с помощью измерительного шунта (Ш2) 75ШС-0.2. Шунт подключен к датчику тока (ДТ) для гальванической развязки силовой цепи и цепи управления.

Регулятор скорости (РС) выполнен пропорциональным звеном, реализованным с помощью операционного усилителя. В качестве обратной связи по скорости выбран тахогенератор постоянного тока (ТГ) ПТ-42. Для снижения напряжения с тахогенератора используется делитель напряжения.



Рис.9 Разработанная принципиальная схема электропривода.

Размещено на Allbest.ru

...