Грохот

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения об объекте управления

Грохот (а. griddle, (sizing) screen, grizzly; н. Sieb, Klassierer, Siebrost; ф. tamiscrible; и. criba, zaranda, tamiz) -- устройство или машина для разделения (сортировки) сыпучих материалов по крупности частиц (кусков) на просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями с целью получения продуктов различного гранулометрического состава. Грохот применяют в горной промышленности для грохочения угля, руд, щебня, и других сыпучих материалов и обезвоживания. Грохот -- основной вид технологического оборудования дробильно-сортировочных фабрик и дробильно-сортировочных установок, рудоподготовительных и обогатительных комплексов.

По характеру движения рабочего органа (просеивающей поверхности) или способу перемещения материала различают грохота: неподвижные (колосниковые, дуговые, конические; см. колосниковый грохот); частично подвижные (валковые, цепные, с возбуждением колебаний гибкого сита и другие); подвижные (гирационные и вибрационные; см. вибрационный грохот); вращающиеся (барабанные); гидравлические, в которых материал перемещается водой (см. гидроциклон). По геометрической форме просеивающей поверхности выделяют грохоты: плоские, барабанные и дуговые; по расположению просеивающей поверхности: наклонные и горизонтальные; по крупности разделяемого материала: крупного, мелкого, тонкого и особо тонкого грохочения. При крупном (предварительном) грохочении кусков до 1200 мм применяют колосниковые решётки с отверстиями (щелями) от 300 до 100 мм; при среднем грохочении кусков до 350 мм -- колосниковые решётки со щелями 60-25 см и листовые перфорированные сита с круглыми или квадратными отверстиями 60-25 мм; при мелком грохочении кусков до 75 мм -- решёта и сита с отверстиями (ячейками) от 25 до 6 мм при тонком грохочении кусков (частиц) до 10 мм -- сита с ячейками от 50 до 0,5 мм. В некоторых производствах при сортировке абразивов, шлифовальных порошков, гранулометрическом (дисперсионном) анализе применяют особо тонкое грохочение на мелких ситах с ячейками до 0,045 мм

Грохочение на частично подвижных грохотах с движением отдельных элементов просеивающей поверхности осуществляют в валковых грохотах, просеивающая поверхность которых образована дисками, насаженными на ряд валков, вращающихся в направлении подачи материала. Валковые грохота применяют при предварительном грохочении углей для выделения самых крупных классов, а также при грохочении известняка и других неметаллических полезных ископаемых перед первичным дроблением. Производительность валковых грохотов несколько выше, чем неподвижных колосниковых, однако забиваемость рабочих отверстий делает их эксплуатационно ненадежными. Подвижные грохота представлены плоскими аппаратами, совершающими симметрично продольные колебания -- наклонные (15-26°), слабонаклонные (5-6°) и горизонтальные. На обогатительных фабриках CCCP в 80-е гг. получили распространение три конструктивно-кинематических типа грохотов: инерционные наклонные, самобалансные (вибрационные с прямолинейными колебаниями) и с самосинхронизирующими вибровозбудителями

Основные типы плоских подвижных грохотов -- наклонные с круговыми эллиптическими колебаниями. В отличие от самобалансных вибрационных грохотов имеют по одному вибратору и наклонную просеивающую поверхность, состоящую из одного или двух сит. Широко внедряются грохота с самосинхронизацией, в которых два вибратора вследствие самосинхронизации дебалансных валов образуют один возбудитель колебаний

На углеобогатительных фабриках применяют горизонтальные полувибрационные, резонансные грохота, на предприятиях чёрной металлургии (главным образом в доменных цехах) -- электровибрационные грохота. Вращающиеся грохота -- барабанные вращающиеся слабонаклонные аппараты с цилиндрическим, реже коническим барабаном, выполненным в виде просеивающей поверхности для промывки глинистых руд (в этом случае такие грохота называются барабанными промывочными или скрубберами), для промывки и сортировки щебня, гравия и песка (гравиемойки, гравиесортировки), для сортировки асбестового волокна, графитового материала (в последнем случае барабан имеет многогранную призматичную поверхность, состоящую из плоских сит), для улавливания скрапа и крупных кусков руды, разгружающихся из мельниц вместе с пульпой, для сортировки изношенных шаров при перефутеровке шаровых мельниц. Эффективность грохочения барабанных грохотов в пределах от 60 до 70%, качающихся -- 70-80%, вибрационных -- 90-98%

В промышленности применяются все типы грохотов. Наиболее перспективны -- вибрационные, обладающие максимальной эффективностью, производительностью и надёжностью. Совершенствование грохотов идёт по пути увеличения надёжности работы за счёт применения износостойких материалов просеивающих поверхностей, производительности и эффективности за счёт совершенствования динамики грохотов и конструкции просеивающей поверхности

2. Частотный преобразователь

Частотные преобразователи - это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.

Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Частотные преобразователи делятся на два класса:

1) С явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.

2) С непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока)

- практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),

- способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,

- относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования

Каждый из существующих классов имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.

Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью (рис. 4.), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети

Рис. 1



Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рис.5. показан пример формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки. На входе у тиристорных преобразователей действует трехфазное синусоидальное напряжение Uа, Uв, Uс. Выходное напряжение Uвых имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1: 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров

Рис. 2

Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.

«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом

Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:

Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят частотники с явно выраженным звеном постоянного тока (рис. 3):

Рис. 3

В частотных преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.

В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.

Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия.

Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 - 98%).

Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3-10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобразователей.

До недавнего прошлого преобразователи частоты на GTO составляли основную долю и в низковольтном частотно регулируемом приводе. Но с появлением IGBT транзисторов произошел «естественный отбор» и сегодня преобразователи на их базе общепризнанные лидеры в области низковольтного частотно регулируемого привода.

Тиристор является полууправляемым приборам: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод, но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение, либо снизить коммутируемый ток до нуля. Для этого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полная управляемость, простая неэнергоемкая система управления, самая высокая рабочая частота.

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

Для асинхронного электропривода с векторным управлением преобразователи на IGBT позволяют работать на низких скоростях без датчика обратной связи.

Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в частотных преобразователях снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.

Частотные преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов.

Они позволяют реализовать более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода.

На настоящий момент низковольтные преобразователи на IGBT имеют более высокую цену на единицу выходной мощности, вследствие относительной сложности производства транзисторных модулей. Однако по соотношению цена/качество, исходя из перечисленных достоинств, они явно выигрывают у тиристорных, кроме того, на протяжении последних лет наблюдается неуклонное снижение цен на IGBT модули.

Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты и при мощностях выше 1 - 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля, а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла.

Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений, и перспективность применения IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде последовательно соединенных нескольких единичных модулей.

3. Параметры регулируемого электродвигателя

Грохот управляется асинхр. электродвигателем типа 4А160S2У3, ниже представлены его технические характеристики:

- пусковой момент = 1,4

- момент номинальный = 1,0

- момент критический = 2,2

- номинальное скольжение = 2,1 %

- критическое скольжение = 12 %

- пусковой ток = 7,0

- коэффициент = 9,6

- момент двигателя = 0,048

- постоянная времени = 0,20 с

- коэффициент = 940

- номинальная мощность двигателя = 15 кВт

- коэффициент = 0,72 тесла

- коэффициент А = 335 А/см

- коэффициент J = 6,3 А/

- КПД при 25% нагрузке двигателя = 80,0%

- КПД при 50% нагрузке двигателя = 86,5%

- КПД при 75% нагрузке двигателя = 88,0%

- КПД при 100% нагрузке двигателя = 88,0%

- КПД при 125% нагрузке двигателя = 87,0%

- при 25% нагрузке = 0,68

- при 50% нагрузке = 0,84

- при 75% нагрузке = 0,89

- при 100% нагрузке = 0,91

- при 125% нагрузке = 0,91

- = 4,0 о. е.- = 380 В

- = 0,052 o. e.- = 3000 об/м

- = 0.092 o. e.- = 88%

- = 0,022 o. e.- = 0,92

- = 0,12 o. e.- = 2,2

- = 0,020 o. e.- = 1

- = 0,081 о. е.

- = 0,16 о. е.

4. Выбор преобразователя частоты

Электродвигатель подключён по схеме «Звезда» на напр. 380 вольт, найдём номинальный ток двигателя и выберем преобраз. частоты:

1) = = = = 28,18 А

Выберем преобразователь частоты «ESO24-04-0320A / U 380 В, 32 А, 15 кВт», и проверим его по условию выбора преобразователя:

2) , в этом случае = = 380 В

3) , в этом случае (32 А 28,18 А)

4) , в этом случае = = 15 кВт

Преобразователь частоты «ESO24-04-0320A / U 380 В, 32 А, 15 кВт» подходит для нашего электропривода. Ниже приведены его основные характеристики:

= 380 В = 3 фазы

= 32 А = 50 (60) гц

= 15 кВт

Перегруз способность: 150% в течение 1 минуты, ПИ-регулирование, переменный момент, векторное управление

5. Расчёт структурной схемы электропривода

1) Номинальная угловая скорость магнитного поля статора

= = = 314,15

2) Номинальная угловая скорость вала двигателя

= = = 311,01

3) Номинальный момент двигателя

= = = 48,23 H*м

4) Максимальный момент двигателя

= = 2,3 * 48,23 = 110,93 Н*м



5) ЭДС преобразователя частоты

= = = 391,75 В

6) Статический коэффициент передачи преобразователя частоты

= = = 39,175

7) Электромагнитная постоянная времени преобразователя

= 0,001 с (принимается заранее)

8) Критическое скольжение

= 12 % или 0,12 (дано в параметрах двигателя)

9) Модуль жёсткости

= = = = 5,885

10) Эквивалентная электромагнитная постоянная времени частотно-регулируемого электропривода

(0,006 … 0,06)

= = = = 0,02653 с

11) Момент инерции грохота

= 1,5 = 1,5 * 0,048 = 0,072 кг *

12) Пусковой момент двигателя

= 2 = 2 * 48,23 = 96,46 Н*м

13) Находим момент

= 0,2 * = 0,2 * 110, 93 = 22,186 Н*м

14) Находим стопорный момент

= + ( - * () * () = 22,186 + (48,23 - 22,186) *1,0203

= 22,186 + (1,0203 * 26,044) = 22,186 + 26,573 = 48, 759 Н*м

15) Время пуска электродвигателя

= * = 0,072 * = = 0,4742 c

16) Передаточная функция



= =

17) Передаточная функция

= * * = * =

= =

Отбросив малую величину при , получим =

18) Коэффициент

= = = 0,031832

19) Постоянная времени и коэффициент

= 0,001 c = 2

20) Желаемая передаточная функция разомкнутого КРС

= = =

Отбрасываем малую величину при , получаем =

21) Передаточная функция регулятора скорости

= =

22) Принимаем базисные данные для расчёта структурной схемы в относительных единицах

= = 110,93 Н*м

= 391,75 В

= = 314,15 

= 10 В

23) Коэффициент передачи тиристорного преобразователя в относительных единицах

= * = = 1,031 о. е.

24) Передаточная функция преобразователя частоты в относительных единицах

= =

25) Коэффициент передачи регулятора скорости в отн. единицах

= * = 184,8773 * = 184,8773 о. е.

26) Передаточная функция регулятора скорости в отн. Единицах

= =

27) Коэффициент обратной связи по скорости в отн. единицах

= * = = 1 о. е.

28) Инерционная постоянная привода в относительных единицах

= * = = 0,00204 о. е.

29) Коэффициент передачи звена момента, в относит. единицах

= * = = 16,666 о. е.

30) Коэффициент в относительных и абсолютных единицах

= = = = = 0,23657

31) Постоянная времени

= = = = 4,4313



32) Передаточная функция

= =

Структурная схема электропривода:

Рис. 4

6. Электрическая принципиальная схема управления грохотом

В нашем случае двигатель управляется с помощью магн. пускателя:

Рис. 5

грохот управление преобразователь частота

При нажатии на кнопку SB2 "Пуск" на катушка пускателя попадает под напряжение 220 В, т.к. она оказывается включенной между фазой С и нулем (N). Подвижная часть пускателя притягивается к неподвижной, замыкая при этом свои контакты. Силовые контакты пускателя подают напряжение на двигатель, а блокировочный замыкается параллельно кнопке "Пуск". Благодаря этому при отпускании кнопки катушка пускателя не теряет питание, т.к. ток в этом случае идет через блокировочный контакт.

Если бы блокировочный контакт не был бы подключен параллельно кнопки (по какой-либо причине отсутствовал), то при отпускании кнопки "Пуск" катушка теряет питание и силовые контакты пускателя размыкаются в цепи двигателя, после чего он отключается. Такой режим работы называют "толчковым". Применяется он в некоторых установках, например в схемах кран-балок.

Остановка работающего двигателя после запуска в схеме с блокировочным контактом выполняется с помощью кнопки SB1 "Стоп". При этом, кнопка создает разрыв в цепи, магнитный пускатель теряет питание и своими силовыми контактами отключает двигатель от питающей сети

В случае исчезновения напряжения по какой-либо причине магнитный пускатель также отключается, т.к. это равносильно нажатию на кнопку "Стоп" и созданию разрыва цепи. Двигатель останавливается и повторный запуск его при наличии напряжения возможен только при нажатии на кнопку SB2 "Пуск". Таким образом, магнитный пускатель обеспечивает т.н. "нулевую защиту". Если бы он в цепи отсутствовал и двигатель управлялся рубильником или пакетным выключателем, то при возврате напряжения двигатель запускался бы автоматически, что несет серьезную опасность для обслуживающего персонала.



Список литературы

1. Терехов В. М., Осипов О. И. «Системы управления электроприводов» Издательство «Академия», 2009. --304 с.

2. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. Ленинград, Издательство "Энергоиздат", Ленинградское отделение, 1982.

3. Под редакцией В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера. «Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. -- 3-е изд., перераб. и доп». Москва, издательство "Энергоиздат", 1982.

4. Ю.Н. Дементьев, А.Ю. Чернышев, И.А. Чернышев. «Электрический привод, 2-ое издание». Томск, Изд-во ТПУ, 2010.

5. Кравчик А. Э., Шлаф М. М., Афонин В. И., Соболенская Е. А. «Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник» М.: Энергоиздат, 1982. --504 с, ил.

Размещено на Allbest.ru

...