Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Сумський державний університет (СумДУ)

ЗВІТ

ПРО НАУКОВО - ДОСЛІДНУ РОБОТУ

«Електропривод робочих машин станцій та підстанцій»

Начальник НДЧ

кандидат фіз.-мат. наук Д.І. Курбатов

Керівник НДР

кандидат тех. наук, доцент Д.В. Муріков

2014

РЕФЕРАТ

Об'єкт досліджень - Складові частини електропривода робочих машин станцій та підстанцій.

Предмет досліджень - конструкція складових частин електропривода, випробувальні стенди та методи випробування.

Метою роботи є вдосконалення конструкції складових частин електропривода та випробувальних стендів, розроблення принципових схем керування роботою електропривода та дослідження методів випробування.

Під час виконання НДР:

- досліджувалась робота електропривода робочих механізмів з вирівнювальним механізмом;

- досліджувалась робота електропривода робочих механізмів, що працюють з випадковим характером навантаження;

- був розроблений класифікатор навантаження;

- була доопрацьована конструкція генератора постійного струму;

- був розроблений спосіб випробування машин постійного струму;

- був розроблений спосіб випробування асинхронних двигунів з фазним ротором.

магнітний електропривод класифікатор навантаження

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

ВМ - вирівнювальний механізм

ВО - виконавчий орган

ДЖ - джерело живлення

ЕД - електродвигунів пристрій

КП - керуючий пристрій

ЕДП - електропривод

ПрП - перетворювальний пристрій

ПП - передавальний пристрій

ВСТУП

Актуальність теми. Електропривод (ЕП) є основним видом проводу для робочих машин станцій та підстанцій. Функції електродвигунового пристрою в такому електроприводі можуть виконувати асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, асинхронні двигуни з фазним ротором, синхронні двигуни та двигуни постійного струму з різними способами збудження.

Для забезпечення нормальних умов виробничої діяльності станцій та підстанцій актуальним є питання виконання ремонту електричних машин та випробування цих машин перед введенням їх в експлуатацію після виконання ремонту. Від якості виконання ремонту та результатів випробування в суттєвій мірі залежить надійність роботи електродвигуна в складі ЕП, безпека при його обслуговуванні та продуктивність роботи робочих машин

Метою роботи є вдосконалення конструкції машин постійного струму, розроблення принципово нового класифікатора навантаження, розроблення нових способів випробування електричних машин, підвищення надійності електропривода з вирівнювальним механізмом.

Наукова новизна отриманих результатів. Теоретично доведено та експериментально підтверджено доцільність використання в складі електропривода вірівнювального механізму. Розроблений класифікатор навантаження дозволяє враховувати весь спектр навантажень та запобігати виникненню аварійних ситуацій. Розроблені способі випробування електричних машин дозволяють скоротити час на підготовку до випробувань та зменшити споживання електричної енергії.

1 ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА ВИМОГИ ДО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ РОБОЧИХ МАШИН СТАНЦІЙ ТА ПІДСТАНЦІЙ

1.1 Основні положення

Одним із головних напрямків підвищення продуктивності праці та якості продукції в промисловості є автоматизація промислових установок та технологічних процесів. Рівень автоматизації значною мірою залежить від використання сучасних зразків електропривода, який забезпечує перетворення електричної енергії в механічну енергію руху робочих органів або навпаки, а також керує їх рухом.

Електропривод є невід`ємною складовою частиною всіх робочих машин, і правильність його вибору великою мірою визначає ефективність і надійність їх роботи. Від електропривода залежать такі основні показники робочих машин як точність, надійність, а також швидкість і діапазон її регулювання, величина навантажень, особливо на час пуску та гальмування, та ін.

Підвищення вимог до електропривода, розширення його функцій приводить до зростання його складності. Сьогодні ціна електропривода дуже часто складає значну частину від загальної ціни робочої машини, а тому правильний вибір тієї чи іншої системи електропривода суттєво впливає на собівартість.

Правильне поєднання механічних характеристик виконавчих органів робочих машин та електропривода є умовою вдалого конструктивного та технологічного рішення при проектуванні робочих машин.

Актуальними є також питання, пов`язані з раціональним використанням електроенергії та енергозбереженням. Лише глибокі знання тих процесів, які відбуваються у всіх складових частинах робочої машини чи установки, включаючи і електропривод, можуть бути запорукою успішного вирішення цього питання.

1.2 Основні положення про електропривод

Електропривод - електромеханічна система, яка складається з перетворювального, електродвигунового, передавального та керуючого пристроїв і призначена для приведення в рух виконавчого органу робочої машини і керування цим рухом. На структурній схемі (рис.1.1) приведені складові частини електропривода та їх взаємозв`язок.

Рисунок 1.1 - Структурна схема електропривода

Живлення електричною енергією здійснюється від джерела живлення (ДЖ) (напр., генератора або мережі постійного чи змінного струму).

Перетворювальний пристрій (ПрП) може: підвищувати і (чи) понижувати напругу (напр., трансформатор, автотрансформатор), перетворювати змінну напругу на постійну (напр., напівпровідниковий випрямляч) або постійну на змінну (напр., інвертор), змінювати частоту струму (напр., тиристорний перетворювач частоти), змінювати показники якості електричної енергії (напр., стабілізатор).

Перетворювальний пристрій не є обов`язковою складовою частиною електропривода. Він може бути відсутнім, якщо електричні параметри джерела живлення та електродвигунового пристрою узгоджені і їх не потрібно змінювати в процесі роботи електропривода.

Електродвигуновий пристрій (ЕДП) призначений для перетворення електричної енергії в механічну або механічної в електричну. Його функцію можуть виконувати, наприклад, електромагніти та електродвигуни постійного та змінного струмів, яких може бути декілька в складі одного електропривода.

Електродвигуновий пристрій є обов`язковою складовою частиною електропривода.

Передавальний пристрій (ПП) призначений для передачі механічної енергії від електродвигунового пристрою до виконавчого органа (ВО) робочої машини, та узгодження виду та швидкостей їх руху. Наприклад, за необхідності зменшення чи збільшення швидкості обертання функцію передавального пристрою можуть виконувати редуктори, пасові та ланцюгові передачі та ін., а за необхідності перетворення обертового руху в поступальний цю функцію виконують передача “гвинт-гайка”, кривошипно-шатунний механізм та ін.

Передавальний пристрій не є обов`язковою складовою частиною електропривода. Він може бути відсутнім, якщо швидкість і вид руху рухомої частини електродвигунового та передавального пристроїв узгоджені.

Керуючий пристрій (КП) - це електротехнічний пристрій, призначений для керування одним, частиною або всіма вищезгаданими пристроями. Мета такого керування може бути різною. Наприклад, змінюючи сигнал керування Р3ел. можна змінювати напругу або частоту на виході перетворювального пристрою і тим самим збільшувати чи зменшувати швидкість обертання електродвигуна, або ж, навпаки, підтримувати швидкість постійною при зміні навантаження. З допомогою сигналу Р5ел. можна змінювати, наприклад, кількість пар полюсів електродвигуна і тим самим ступенево змінювати швидкість його обертання. З допомогою сигналу Р6ел. змінюється, наприклад, передаточне відношення передавального пристрою.

Керуючий пристрій є обов`язковою складовою частиною електропривода і може бути простим і виконувати лише функцію “ввімкнути-вимкнути” або дуже складним, виконуючи функцію автоматичного керування роботою електропривода у всіх режимах роботи, а також функції захисту, сигналізації та ін.

Механічна енергія від передавального пристрою передається виконавчому органу (ВО) робочої машини.

Робоча машина - це машина, яка здійснює зміну форми, властивостей, стану чи положення предмету праці (напр., насоси, вентилятори, компресори, конвеєри, верстати та ін. )

Виконавчий орган робочої машини - це елемент робочої машини, який переміщується і виконує робочу операцію (напр., поршень чи робоче колесо насоса, стрічка чи ланцюг конвеєра, супорт верстата та ін.).

1.3 Класифікація електропривода

Груповий електропривод - електропривод, що забезпечує рух виконавчих органів кількох робочих машин чи кількох виконавчих органів однієї робочої машини.

Індивідуальний електропривод - електропривод, що забезпечує рух лише одного виконавчого органу робочої машини.

Електропривод постійного струму - електропривод з електродвигуновим пристроєм постійного струму.

Електропривод змінного струму - електропривод з електродвигуновим пристроєм змінного струму.

Реверсивний електропривод - електропривод, що забезпечує рух електродвигунового пристрою в протилежних напрямках.

Нереверсивний електропривод - електропривод, що забезпечує рух електродвигунового пристрою лише в одному напрямку.

2. ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВДОСКОНАЛЕННЯ РОБОТИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА РОБОЧИХ МЕХАНІЗМІВ СТАНЦІЙ ТА ПІДСТАНЦІЙ

2.1 Електропривод робочих машин з випадковим характером навантаження

На електричних станціях та підстанціях працює велика кількість робочих механізмів, що працюють із випадковим характером навантаження.

Відомий електропривод [1], що містить послідовно з'єднані: елемент порівняння, вхід якого є входом електропривода; регулятор швидкості; двигун; виконавчий механізм, що зв'язаний з датчиком навантаження; інтегрувальний блок; два регульованих порогових пристрої; два підсилювачі, де вихід другого підсилювача з'єднаний із віднімальним входом елемента порівняння, а вхід першого регульованого порогового пристрою підключений до виходу датчика навантаження.

Недоліком даного пристрою є те, що воно реагує на кожний сигнал високого рівня, наприклад, на такий, що в 1,5 рази перевищуюче номінальне навантаження, і не враховує інтенсивність повторення навантажень (частоту їхнього повторення). Все це дозволяє судити про недостатню надійність агрегату й окремих його вузлів.

Було поставлено завдання удосконалення відомого електропривода шляхом конструктивних змін регульованого інтегруючого блоку, що дозволить при будь-якій інтенсивності навантаження на виконавчому механізмі своєчасно формувати коригувальний сигнал для регулювання швидкості електродвигуна, підвищуючи в такий спосіб надійність конструкції в цілому.

Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому електроприводі, що містить послідовно з'єднані елемент порівняння, вхід якого є входом самого електропривода; регулятор швидкості; електродвигун; виконавчий механізм, що зв'язаний з датчиком навантаження; регульований інтегрувальний блок; два регульованих порогових пристрої; два підсилювачі, де вихід другого із них з'єднаний із віднімальним входом елемента порівняння, а вхід першого регульованого порогового пристрою - з виходом навантаження, відповідно до корисної моделі, у регульований інтегрувальний блок введена інерційна ланка у вигляді конденсатора й розрядного опору. Крім того, розрядний опір має симетричну вольт-амперну характеристику і підключений паралельно конденсатору.

Використання всіх істотних ознак корисної моделі, включаючи відмітні, дозволяє враховувати інтенсивність будь-якого виду навантаження на виконавчий механізм (навіть короткочасних високого рівня), одержуючи при цьому величину напруги на конденсаторі, яка залежить не тільки від величини вхідного сигналу, але й від його частоти, за рахунок стабілізації розрядного струму конденсатора. Таким чином, електропривод не реагує на окремі сплески навантаження високого рівня, у результаті чого запобігає реакції на ці сплески як окремих вузлів агрегату, так і пристрою в цілому, що підвищує його надійність в експлуатації й розширює область його застосування.

Пропонований електропривод (рис. 2.1) містить послідовно з'єднані: елемент 1 порівняння, вхід якого є входом електропривода; регулятор 2 швидкості; електродвигун 3; виконавчий механізм 4; датчик 5 навантаження; перший регульований порогів пристрій 6; перший підсилювач 7; інтегрувальний блок 8 з інерційною ланкою регульованої величини; другий регульований пороговий пристрій 9 і другий підсилювач 10, вихід якого з'єднаний з віднімальним входом елемента 1 порівняння. Перший вхід першого регульованого порогового пристрою 6 підключений до виходу датчика 5 навантаження. Другі входи першого і другого регульованих порогових пристроїв 6 і 9 відповідно підключені до джерела 11 стабілізованої напруги.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На схемі прийняті наступні позначення:

Uз - задавальний сигнал;

Uн - сигнал датчика 5 навантаження;

Uон - сигнал зворотного зв'язку по інтенсивності навантаження;

U`п - сигнал на виході першого регульованого порогового пристрою 6;

U``п - сигнал на виході другого порогового пристрою 9;

Uи - сигнал на виході регульованого інтегрувального блоку 8;

щ - кутова швидкість електродвигуна 3.

Електропривод працює в такий спосіб: при подачі Uз на вхід елемента 1 порівняння сигнал з його виходу подається на регулятор 2. В залежності від величини сигналу на вході регулятора 2 швидкості змінюється величина параметра (або параметрів), за допомогою якого можна регулювати швидкість щ електродвигуна 3. Від електродвигуна 3 виконавчому механізму 4 надається швидкість щ.

Елементи виконавчого механізму 4 у процесі роботи сприймають певне навантаження у вигляді сили або моменту. Інформацію про величину й тривалість навантаження видає датчик 5 навантаження у вигляді сигналу Uн, що подається на перший вхід першого порогового пристрою 6, а на другий вхід пристрою подається стабілізована напруга від джерела 11. Наявність у пристрої 6 третього входу дозволяє здійснити регулювання величини стабілізованої напруги U`ст, що поріівнюється в пристрої 6 з Uн. Якщо різниця (Uн - U`ст) < 0, то сигнал на виході пристрою 6 U`п дорівнює нулю (U`п=0). Якщо різниця (Uн - U`ст) > 0, то величина сигналу на виході пристрою 6 дорівнює цій різниці (U`п= Uн - U`ст), а тривалість сигналу визначаться часом, протягом якого ця різниця має місце. У першому підсилювачі 7 сигнал U`п підсилюється й подається на інтегрувальний блок 8, що має інерційну ланку, яка складається з конденсатора й розрядного опору. Причому розрядний опір виконаний із симетричною вольт-амперною характеристикою, що дозволяє одержувати величину напруги на конденсаторі, яка залежить не тільки від величини задавального сигналу U'п, але й від його частоти, тобто від інтенсивності навантаження. При короткочасних з високим рівнем сигналів на конденсаторі не будуть накопичуватися заряди, тому що розрядний опір буде постійно розряджати конденсатор. При високій частоті навантаження відповідно буде збільшуватися пропорційно інтенсивності навантаження і напруга.

Сигнал з інтегрувального блоку 8 подається на вхід порогового пристрою 9. Сигнал U``п на виході пристрою 9 дорівнює 0, якщо різниця (Uи - U``ст) < 0, де U``ст - регульоване значення стабілізованої напруги на пристрої 9, величину якого можна встановити завдяки наявності в пристрої 9 відповідного входу.

При високій інтенсивності навантажень, що відповідають напрузі на конденсаторі й відповідно на виході інтегрувального блоку 8, різниця (Uп - U``ст) > 0, а сигнал на виході пристрою 9 дорівнює цієї різниці

U``п= Uи - U``ст.

У другому підсилювачі 10 сигнал підсилюється й з його виходу сигнал Uон подається на піднімальний вхід елемента 1 порівняння. В елементі 1 відбувається віднімання сигналу Uон від сигналу Uз і тепер уже скоректований сигнал на вході регулятора 2 швидкості визначає величину параметра, який зменшує швидкість щ обертання електродвигуна 3, що приводить до зниження інтенсивності навантаження на виконавчий механізм 4.

Таким чином, пропонований електропривод при будь-якій інтенсивності навантаження на виконавчому механізмі 4 вчасно формує коригувальний сигнал для регулювання швидкості щ електродвигуна 3 залежно від інтенсивності навантаження на виконавчому механізмі. У той же час електропривод не реагує на окремі сплески навантаження вищого рівня, які не загрожують надійності агрегату й окремих вузлів.

2.2 Електропривод робочих машин з вирівнювальним механізмом

Такі електроприводи знайшли використання в транспортуючих машинах, що мають ланцюгові тягові органи, наприклад, скребкові та пластинчасті конвеєри, багаточерпакові ланцюгові екскаватори, ковшові елеватори тощо.

Одним із головних недоліків транспортуючих машин з ланцюговим тяговим органом є наявність вимушених коливань і обумовлених ними суттєвих навантажень на тяговий ланцюг. На тяговий ланцюг, згідно досліджень, припадає від 50 до 80 % всіх відмов в роботі транспортуючих машин з ланцюговим тяговим органом.

До факторів, які зумовлюють відмову в роботі транспортуючої машини, відносяться: періодичний характер зміни рушійного моменту, ударний характер зміни входження в зачеплення шарнірів ланцюга з зубами зірочки, а також полігональний ефект, що є властивим для ланцюгової передачі, і який зумовлює нерівномірність руху ланцюга. З нерівномірністю руху ланцюга пов'язані суттєві динамічні навантаження на нього.

Для усунення цього недоліку використовують вирівнювальний механізм (ВМ) для ланцюгових тягових органів транспортуючих машин, що містить ведучі зірочки, приводну зірочку, приводний ланцюг, тягову зірочку та тяговий ланцюг [2].

В транспортуючих машинах з ВМ коливання швидкості ланцюгового тягового органу здійснюються в протифазі з коливаннями швидкості обертання приводного валу, і рух тягового ланцюгового органу становиться практично рівномірним. Відповідно зменшуються і динамічні навантаження на ланцюговий тяговий орган.

Однак, в результаті дослідження, проведених на дослідному стенді в лабораторії електропривода кафедри електроенергетики Сумського державного університету, встановлено, що при постійній швидкості тягового ланцюга скребкового конвеєра з ВМ динамічна складова при номінальному навантаженні складає 30% від повної динамічної складової при роботі конвеєра без ВМ і є тим більшою, чим коротшим є конвеєр.

В результаті аналізу кінематики зачеплення тягової зірочки з тяговим ланцюгом було встановлено, що при повороті тягової зірочки на кут б/2=р/z, де z - кількість зубів зірочки; відбувається розтяг обох віток тягового ланцюга скребкового конвеєра на величину ?L=R(1-cosб/2), де R - радіус зачеплення тягової зірочки. Дослідження, проведені на дослідному стенді скребкового конвеєра, що має наступні параметри: радіус тягової зірочки R=0,315 м, кількість зубів z=13, крок тягового ланцюга t=0,125 м, довжина однієї вітки ланцюга l=10 м; показали, що розтяг обох віток складає 4 мм. По тарувальній осцилограмі такий розтяг має місце при зусиллі 11,5 кН, що складає близько 30% від повної динамічної складової при роботі конвеєра без ВМ.

Було поставлене завдання удосконалення вирівнювального механізму для ланцюгових тягових органів транспортуючих машин шляхом оснащення натяжного пристрою тягового ланцюга пружним демпфером, що забезпечує усунення динамічних навантажень на тяговий ланцюг, які пов'язані з розтягом тягового ланцюга в результаті полігонального ефекту, який є притаманним ланцюговій передачі.

Поставлене завдання досягається тим, що транспортуюча машина з ланцюговим тяговим органом і вирівнювальним механізмом, що містить тягову зірочку, тяговий ланцюг, натяжну зірочку, натяжний пристрій і електропривод, до складу якого входять електродвигун, редуктор, ведуча зірочка, приводна зірочка, приводний ланцюг, в якій згідно корисної моделі, на натяжному пристрої встановлений пружний демпфер, величина ходу якого разом із натяжною зірочкою дорівнює ?L=R(1-cosб/2) (де б/2=р/z, z - кількість зубів тягової зірочки, R - радіус зачеплення тягової зірочки), причому, зусилля стискання демпфера дорівнює номінальному зусиллю тягового ланцюга при номінальному навантаженні.

Крім того, пружний демпфер виконаний у вигляді пружин.

Завдяки наявності натяжного пристрою з установленим на ньому пружним демпфером при зачепленні ланки тягового ланцюга з зубом тягової зірочки в результаті полігонального ефекту відбувається не розтяг тягового ланцюга, а відповідне стискання демпферних пружин, величина ходу яких разом з натяжною зірочкою дорівнює ?L=R(1-cosб/2), а зусилля стискання демпферних пружин повинне бути рівним номінальному зусиллю тягового ланцюга при номінальному навантаженні. Завдяки цього зменшується динамічна складова сили в тяговому ланцюгу, яка зумовлена розтягом від полігонального ефекту.

Електропривод з вирівнювальним механізмом для ланцюгових тягових органів ранспортуючих машин (рис. 2.2) містить тягову зірочку 1, тяговий ланцюг 2, натяжну зірочку 3, натяжний пристрій 4 з демпферними пружинами 5, електропривод, до складу якого входять: електродвигун 6, редуктор 7, ведуча зірочка 8, приводна зірочка 9, приводний ланцюг 10.

Пристрій працює наступним чином. Електродвигун 6 з'єднаний з редуктором 7, на вихідному валу якого розміщується ведуча зірочка 8. При постійній кутовій швидкості обертання вала електродвигуна 6, постійною буде і кутова швидкість обертання ведучої зірочки 8. Ведуча зірочка 8 з'єднана з приводною зірочкою 9 трирядним приводним ланцюгом 10.

Рисунок 2.2 - Функціональна схема електропривода з вирівнювальним механізмом

Оскільки крок зубів ведучої зірочки 8, а відповідно і крок двох крайніх рядів ланок приводного ланцюга 10, малий, то приводний ланцюг 10 буде рухатись приблизно з постійною швидкістю. Приводний ланцюг 10 середнім рядом ланок з малим кроком знаходиться в зачепленні з зубами приводної зірочки 9 і передає через неї приводному валу 11 пульсуючу кутову швидкість обертання. Коливання швидкості обертання приводного валу 11 здійснюються в протифазі з коливаннями швидкості тягового ланцюга 2 від зачеплення з зубами тягової зірочки 1, і рух тягового ланцюга 2 становиться рівномірним. При цьому зменшується динамічна складова сили в тяговому ланцюгу 2, яка зумовлена нерівномірною швидкістю тягового ланцюга.

Завдяки наявності натяжного пристрою 4 при зачепленні ланки тягового ланцюга 2 з зубом тягової зірочки 1 в результаті полігонального ефекту відбувається не розтяг тягового ланцюга 2, а відповідне стискання демпферних пружин 5. Завдяки цього зменшується динамічна складова сили в тяговому ланцюгу 2, яка зумовлена розтягом від полігонального ефекту.

2.3 Класифікатор навантаження для електропривода робочих машин

Пропонований класифікатор навантаження може бути використаною в транспортуючих машинах, що мають ланцюгові тягові органи, наприклад, скребкові та пластинчасті конвеєри.

Відомий прилад - класифікатор навантаження, що містить перетворювач навантаження в електричний сигнал, граничні класифікаційні пристрої, підсилювачі потужності, лічильники часу знаходження навантаження в кожному класі, лічильники числа переходів навантаження в кожний клас режиму, що перевищує номінальний, конденсатор, вихід якого пов`язаний з інтегруючим блоком, що складається з опору, конденсатора й інерційної ланки, до виходу інтегруючого блока підключений індикатор, паралельно до якого через додатковий граничний пристрій включене реле аварійної сигналізації, а інерційна ланка виконана у вигляді опору з симетричною вольт-амперною характеристикою і підключена в інтегруючому блоці паралельно конденсатору [3].

Недоліком данного пристрою є неможливість визначати еквівалентну потужність навантаження електродвигуна і агрегату в цілому, в зв'язку з відсутністю елементів по визначенню даного параметра.

Було поставлене завдання вдосконалення конструкції відомого класифікатора навантаження, в якому шляхом введення нових елементів та зв'язків між ними забезпечується одержання еквівалентного навантаження двигуна і всього агрегату.

Поставлене завдання вирішується таким чином, що у відомому класифікаторі навантаження, що містить перетворювач навантаження в електричний сигнал, граничні класифікаційні пристрої, підсилювачі потужності, лічильники часу знаходження навантаження в кожному класі, лічильники числа переходів навантаження в кожний клас і кожний клас режиму, що перевищує номінальний, конденсатор, вихід якого пов'язаний з інтегруючим блоком, що складається з опору, конденсатора й інерційної ланки у вигляді опору із симетричною вольт-амперною характеристикою, індикатор, додатковий граничний класифікаційний пристрій, реле аварійної сигналізації, введено блок часу роботи класифікатора, два інтегруючих блоки перетворення підсумкових сигналів, інтегруючий блок для визначення еквівалентної потужності навантаження та індикатор для візуального відображення еквівалентного навантаження. При чому, входи блоку часу роботи класифікатора з'єднані з виходами лічильників часу і лічильників числа переходів навантаження в кожний клас, входи першого інтегруючого блоку перетворення підсумкових сигналів з'єднані з виходами підсилювачів потужності, вхід другого інтегруючого блоку перетворення підсумкових сигналів з'єднаний з виходом першого інтегруючого блоку, входи інтегруючого блоку для визначення еквівалентної потужності навантаження з'єднані з виходом блоку часу роботи класифікатора і виходом другого інтегруючого блоку, а індикатор для візуального відображення еквівалентного навантаження підключений до виходу третього інтегруючого блоку.

Використання пропонованого пристрою в сукупності з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, дозволяє більш точно враховувати динаміку навантаження електродвигуна, що підвищує надійність і довговічність його роботи і роботи всього агрегату в складних гірничо географічних умовах.

Пропонований пристрій дозволяє також отримати інформацію не тільки про проміжну потужність агрегату і двигуна, але й

його від перенавантаження. Все це поліпшує режим роботи електродвигуна і всього агрегату, підвищує його продуктивність, надійність і довговічність.

Класифікатор навантаження (рис. 3) містить перетворювач 1 навантаження в електричний сигнал, принаймні три граничних класифікаційних пристрої 2, три підсилювачі 3 потужності, три лічильники 4 часу, три лічильники 5 числа переходів навантаження в кожний клас, три конденсатори 6, інтегруючий блок 7, що включає опір 8, конденсатор 9 та інтегруючу ланку 10 у вигляді опору із симетричною вольт-амперною характеристикою, індикатор 11, додатковий граничний класифікаційний пристрій 12, реле 13 аварійної сигналізації, блок 14 часу роботи класифікатора, інтегруючі блоки 15 і 16 перетворення підсумкових сигналів навантаження, інтегруючий блок 17 для визначення еквівалентної потужності навантаження, індикатор 18 для візуального відображення еквівалентного навантаження.

Елементи класифікатора навантаження з'єднані в такий спосіб: вихід перетворювача 1 навантаження підключений до граничних класифікаційних пристроїв 2 у кожному класі, виходи яких через підсилювачі 3 потужності надходять на лічильники 4 часу, лічильники 5 числа переходів і через конденсатор 6 на інтегруючий блок 7, що включає опір 8, конденсатор 9 та інтегруючу ланку 10 у вигляді опору із симетричною вольт-амперною характеристикою.



Рисунок 2.3 - Функціональна схема класифікатора навантаження для електропривода робочої машини

На вихід інтегруючого блоку 7 підключений індикатор 11 для візуального спостереження величини інтенсивності навантаження, а через граничний пристрій 12 включене реле 13 аварійної сигналізації. Одночасно сигнали навантаження, які надходять на лічильники 4 часу і лічильники 5 числа переходів, надходять на блок 14 часу роботи класифікатора, в якому підсумовується час роботи класифікатора навантаження. Також одночасно від підсилювачів 3 потужності сигнали надходять на інтегруючий блок 15 перетворення підсумкових сигналів навантаження, де вони підносяться до другого степеня, і передаються на інтегруючий блок 16 перетворення підсумкових сигналів навантаження, де вони підсумовуються. Від блоків 14 і 16 сигнали надходять в інтегруючий блок 17, в якому визначається еквівалентна потужність навантаження. Кінцевою ланкою класифікатора навантаження є прилад, що показує, наприклад, індикатор 18.

Пристрій працює в такий спосіб: сигнал з перетворювача 1 надходить на граничний пристрій 2 і при спрацюванні на його виході з'являється сигнал, що підсилюється підсилювачем 3 потужності і йде на лічильник 4 часу і лічильник 5 числа переходів. З підсилювача 3 сигнал надходить через конденсатор 6 і опір 8 на конденсатор 9 і заряджає його на деяку величину. Одночасно конденсатор 9 розряджається через опір 10, який має симетричну вольт-амперну характеристику, що дозволяє одержувати величину напруги на конденсаторі 9 в залежності від величини сигналу, що поступає, і від його інтенсивності, тобто від інтенсивності навантаження певного часу. Його величину можна візуально спостерігати на приладі, наприклад, індикаторі 11.

При досягненні напруги на конденсаторі 9, відповідної граничному значенню, спрацьовує граничний пристрій 12 і включає реле 13 аварійної сигналізації.

Одночасно сигнали навантаження, які надходять на лічильники 4 часу і лічильники 5 числа переходів надходять на блок 14 часу роботи класифікатора, в якому підсумовується час роботи класифікатора навантаження, а сигнали від підсилювачів 3 надходять на блок 15, де вони підносяться до другого степеня, а потім в блоці 16 вони підсумовуються. Сигнал часу роботи класифікатора, що поступає від блоку 14, і сигнал зведеної суми, що поступає від блоку 16, надходять в інтегруючий блок 17, в якому визначається еквівалентна потужність навантаження. ЇЇ величину можна візуально спостерігати на приладі, що показує, наприклад, індикаторі 18.

Пропонований класифікатор дозволяє одержувати інформацію не тільки про миттєву інтенсивність навантаження всього агрегату або окремих його вузлів і захищати агрегат від перевантаження, але й одержувати інформацію про еквівалентне навантаження всього агрегату або окремих його вузлів, що дозволяє вірно визначити потужність електродвигуна. Все це поліпшує режим роботи всього агрегату, підвищує його продуктивність, надійність і довговічність.

3 ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ МАШИН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

3.1 Проблема залишкового магнітного потоку для генератора постійного струму з паралельним збудженням

Корисна модель відноситься до області електротехніки, а саме до генераторів постійного струму з паралельним збудженням.

Відомий [4] генератор постійного струму з паралельним збудженням, що містить станину та розміщені на ній головні полюси, до складу яких входить осердя, що виготовлене із окремих пластин електротехнічної сталі, електрично ізольованих одна від одної, та обмотку, яка приєднана паралельно обмотці якоря. Тобто живлення обмотки збудження здійснюється струмом, який виробляється самим генератором.

Для запуску генератора постійного струму з паралельним збудженням повинна бути забезпечена умова самозбудження. Обов'язковою умовою для самозбудження генератора постійного струму з паралельним збудженням є наявність залишкового магнітного потоку в магнітній системі на момент включення генератора. Як правило, залишковий магнітний потік в магнітній системі становить 2-3% від номінального значення магнітного потоку при роботі генератора в номінальному режимі. Залишковий магнітний потік зумовлений залишковою намагніченістю магнітної системи генератора: станини, осердя головних полюсів та осердя якоря. Осердя головних полюсів та якоря виготовляється шихтованим - в вигляді пластин із електротехнічної сталі, електрично ізольованих одна від одної.

Самозбудження генератора постійного струму з паралельним збудженням відбувається наступним чином. У початковий момент роботи генератора, завдяки наявності залишкового магнітного потоку в обмотці якоря створюється невелика ЕРС. Під дією цієї ЕРС по обмотці збудження протікає відповідний електричний струм і створюється магнітний потік, який підсилює магнітний потік, зумовлений залишковою намагніченістю. Більший магнітний потік зумовлює зростання ЕРС обмотки якоря, що в свою чергу зумовлює зростання сили струму в обмотці збудження і т.д.

Якщо ж залишковий магнітний потік на момент пуску генератора відсутній, то запуск генератора є неможливим. Іншими словами, генератор втрачає свою працездатність. Зникнути залишковий магнітний потік в магнітній системі генератора може за різних причин, головною із яких є перебування генератора тривалий час в неробочому стані.

Конструктивним недоліком генератора постійного струму з паралельним збудженням є те, що в ньому відсутні елементи, які б весь час забезпечували наявність в магнітній системі залишкового магнітного потоку. А тому, у разі відсутності залишкового магнітного потоку, самозапуск генератора є неможливим. Іншими словами, генератор втрачає працездатність і для її поновлення необхідно намагнітити магнітну систему генератора, що є доволі складно, особливо в умовах виробництва, оскільки для цього по обмотці збудження треба певний час пропускати струм від окремого джерела живлення.

3.2 Вирішення проблеми залишкового магнітного потоку для генератора постійного струму з паралельним збудженням

Було поставлене завдання удосконалення генератора постійного струму з паралельним збудженням шляхом введення до складу осердя головних полюсів постійних магнітів, які весь час забезпечують наявність в магнітній системі генератора необхідне значення залишкового магнітного потоку. Завдяки цьому самозапуск генератора буде завжди можливим і генератор завжди буде знаходитись в працездатному стані.

Поставлене завдання досягається завдяки тому, що у відомому генераторі постійного струму з паралельним збудженням, що містить станину та розміщені на ній головні полюси, до складу яких входить обмотка, що приєднана паралельно до обмотки якоря, та осердя, що виготовлене із окремих пластин електротехнічної сталі, електрично ізольованих одна від одної, а осердя головних полюсів оснащені постійними магнітами із магнітотвердого матеріалу, які мають форму пластин, з яких складається осердя головних полюсів.

Використання пропонованого пристрою в сукупності з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, дозволяє мати завжди необхідне значення залишкового магнітного потоку в магнітній системі генератора.

На кресленнях зображені: фіг. 1 - статор генератора постійного струму з паралельним збудженням, фіг. 2 - вид спереду (в розрізі) головного полюса, фіг. 3 - вид збоку (в розрізі) головного полюса,

Генератор постійного струму з паралельним збудженням, що пропонується (рис. 3.1) , має головні полюси 1, що закріплені на станині 2.

Рисунок 3.1 - Схема розміщення головних полюсів на статорі генератора постійного струму



а) б)

Рисунок 3.2 - Схема головного полюсу генератора постійного струму

До складу головного полюса 1 входить осердя 3 та обмотка 4. Осердя 3 виготовляється шихтованим - в вигляді пластин 5, що виготовляються із електротехнічної сталі і електрично ізольовані одна від одної. З обох боків осердя 3 закріплені постійні магніти 6. Постійні магніти 6 мають форму пластин 5 і виготовлені із магнітотвердого матеріалу, який після перебуванні в змінному магнітному полі обмотки якоря (на рисунках не показана) під час роботи генератора не втрачає своїх попередніх магнітних властивостей, а після відключення генератора постійні магніти 6 продовжують створювати постійний магнітний потік. Завдяки правильному вибору магнітних властивостей матеріалу постійних магнітів 6 та їх геометричних розмірів забезпечується необхідний магнітний потік, який створюють ці магніти, і який повинен бути рівним 2-3% від номінального значення магнітного потоку головних полюсів 1.

Генератор постійного струму з паралельним збудженням працює таким чином.

При роботі генератора сумарний магнітний потік в магнітній системі буде складатися із магнітного потоку, що створюють обмотки 4 головних полюсів 1, і магнітного потоку, що створюють постійні магніти 6. Після зупинки генератора по магнітній системі генератора буде протікати сумарний магнітний потік, що зумовлений залишковим намагнічуванням магнітної системи, і магнітним потоком, що створюють постійні магніти 6. Якщо навіть за певних причин (наприклад, після перебування генератора тривалий час в неробочому стані) складова частина сумарного магнітного потоку, що зумовлена залишковим намагнічуванням магнітної системи генератора, зникне, то обо'вязково буде мати місце магнітний потік, що створюють постійні магніти 6. Цей магнітний потік становитиме 2-3% від номінального значення магнітного потоку при роботі генератора в номінальному режимі і буде достатнім, щоб забезпечити запуск генератора. Тоді у початковий момент роботи генератора, завдяки наявності магнітного потоку, що створюють постійні магніти 6, в обмотці якоря створюється невелика ЕРС. Під дією цієї ЕРС по обмотці збудження протікає відповідний електричний струм і створюється магнітний потік, який підсилює магнітний потік. Більший магнітний потік зумовлює зростання ЕРС обмотки якоря, що в свою чергу зумовлює зростання сили струму в обмотці збудження і т.д.

Таким чином, завдяки наявності постійних магнітів на осердях головних полюсів, в магнітній системі генератора постійного струму з паралельним збудженням обо'вязково буде мати місце магнітний потік, достатній для самозбудження генератора і забезпечення нормальних умов для його запуску.

ВИСНОВКИ

1. Були сформульовані основні вимоги до електроприводу робочих машин станцій та підстанцій.

2. Вдосконалено електропривод робочих машин з випадковим характером навантаження та отримано патент на корисну модель.

3. Розроблена принципово нова конструкція електропривода робочих машин з вирівнювальним механізмом, яка захищена патентом на корисну модель.

4. Для аналізу роботи електропривода робочих машин в реальному часі розроблена схема класифікатора навантаження. Отримано патент на корисну модель.

5. Вдосконалено конструкцію генератора постійного струму з паралельним збудженням з метою вирішення проблеми залишкового магнітного потоку. Отримано патент на корисну модель.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Авторское свидетельство СССР № 1832244, МПК G05У 11/01, 1993г. Электропривод. Автор: Муриков Д.В.

2. Авторское свидетельство СРСР № 932742 МКМ B65G 23/00, 1986. Уравнительный механизм для цепних тягових органов транспортирующих машин. Автор: Муриков Д.В.

3. Деклараційний патент на корисну модель. Україна (11) 56072 (19) (UA) 51) МПК-2011.01 B65G 23|00 Вирівнювальний механізм для ланцюгових тягових органів транспортуючих машин. Автори: (72) Муріков Д.В., Василега П.О. (73)Сумський державний університет. (46) 27.12.2010. Бюл. N24, 4 стор.

4. Вольдек А.И. Электрические машины, Л. Энергия, 1978.

5. Деклараційний патент на корисну модель. N 71424 Класифікатор навантаження. МПК (2012.01) G01R1|. Винахідники: Муріков Д.В., Василега П.О. (73)Сумський державний університет. (46). 10.07.2012. Бюл. N13, 6 стор.

6. Ю.Н.Васьковський, А.А. Гераскин. Аналіз сигналов датчиков вибраний в короткозамкнутых асинхронних двигателях на основе математических моделей вибровозмущающих электромагнитных сил // Електротехніка і електромеханіка. № 5. - 2010. - С. 12…16.

7. В.И. Архангельський, И.Н. Богаенко, Г.Г. Грабовський. Регулируемый електропривод переменного тока и энергосбережение // Промэлектро № 3. 2009. - С. 22…31.

8. Link M., Niemi E., Manninen V. Vier-Guadranten-Qmrichter mit geregelten Netzwechselrichter // Antriebstechik 38. - 1999. - № 3. S. 34…40.

9. Depenbrock M. Direkte Selbstregelung (DSR) fьr hochdynamische strommaschienenselise. Etz-archiv. Band 7. - 1985. - S. 211…213.

10. А.А. Бендус. Восстановительный ремонт оборудования электростанций // Енергетика та електрофікація № 4. - 2011. - С. 19…31.

Размещено на Allbest.ru

...