Меню Рубрики

Асинхронные двигатели подъемных установок

Автоматизация подъемных установок с асинхронным приводом

Основными элементами схемы управления асинхронным электроприводом являются (рис. 6.3): асинхронный двигатель М, контакторы К1 и К2, выключатель QF, добавочный металлический резистор в цепи ротора, контакторы К3 – К11, система автоматического управления САУ, тахогенератор ТГ, сельсинный командоаппарат КА и профильный диск ПД, блок программирования БПМ аппарата АЗК-1, контактор K12 и блок динамического торможения БДТ.

Профильным диском ПД задается скорость подъемного сосуда в функции пути, а тахогенератор ТГ измеряет действительное значение скорости . Сигналы задания скорости и обратной связи по скорости подаются на вход САУ, которая выдает команды на переключение контакторов К1 и К2, К12, КЗ – K11. В результате этих переключении и при участии регулируемого механического тормоза формируется действительная диаграмма скорости подъемного сосуда.

В соответствии с диаграммой скорости рассмотрим последовательно основные принципы автоматического управления асинхронным электродвигателем при пуске, движении с установившейся скоростью, торможении, движении на пониженной скорости.

Рис. 6.3 Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором

1. В процессе загрузки подъемного сосуда двигатель заторможен с помощью предохранительного и рабочего тормозов. По окончании загрузки подается сигнал на включение контактора К1 или К2. Если все блокировочные цепи замкнуты и включен выключатель QF, то срабатывают контакторы K1 или К2. После включения этих контакторов будут подняты тормоза и начнется пуск машины. Пуск начинается с включения двигателя с полным сопротивлением в цепи ротора. Далее автоматически происходит последовательное закорачивание ступеней пускового резистора силовыми контактами контакторов К3 – К11. Пуск продолжается до полного закорачивания пускового резистора в цепи ротора.

При релейно-контакторной схеме управления происходит ступенчатое изменение пускового момента, что вызывает значительные динамические нагрузки в элементах подъемной машины, ускоряет изнашивание канатов и редукторов. Для повышения плавности пуска необходимо увеличить число пусковых ступеней. Поэтому в схемах управления пуском асинхронного двигателя используется пять-восемь ступеней металлических резисторов.

2. После окончания пуска электродвигатель работает с полностью выведенным реостатом на своей естественной характеристике до тех пор, пока не будет подан импульс на снижение скорости.

3. Сигнал на начало замедления подается этажными выключателями аппарата АЗК-1, отключающими электродвигатель от сети. В цепи ротора полностью включается пусковое сопротивление, срабатывает контактор К12 и в статор двигателя подается постоянный ток, создающий тормозной момент. В режиме торможения на вход САУ подаются сигналы задания скорости от сельсинного командоаппарата и обратной связи от тахогенератора. Это позволяет обеспечить точное выполнение диаграммы скорости при замедлении привода.

4. На участке торможения необходимо поддерживать постоянное замедление, т.е. в процессе торможения двигатель должен развивать постоянный тормозной момент. При реализации этого закона при постоянном сопротивлении в цепи ротора с уменьшением скорости увеличивается ток в обмотке статора (рис. 6.4). При снижении скорости до значения, когда ток в статоре достигает предельно допустимого значения, срабатывает реле K13 (см. рис. 6.3), контролирующее ток при динамическом торможении, и включает контактор К3, который отключает первую ступень резистора в роторной цепи. Отключение ступени резистора приводит к уменьшению тока статора, и якорь реле K13 отпадает. Далее с уменьшением скорости ток статора вновь начинает возрастать, срабатывает реле K13, включается контактор К4, закорачивая вторую ступень резистора, и т.д.

Рис. 6.4 Механические характеристики асинхронного электродвигателя при

Динамическом торможении

5. При достижении скорости дотягивания выходное напряжение ТГ станет меньше напряжения отпускания реле скорости К14, и реле скорости отключается. Это приводит к разрыванию цепи динамического торможения, выключению контакторов К3 – K11 и включению контакторов K1 или К2. Двигатель подключается к сети с полным добавочным сопротивлением в цепи ротора. Начинается процесс дотягивания – движение с пониженной скоростью. Получение требуемой скорости дотягивания здесь осуществляется совместной работой асинхронного электродвигателя и рабочего тормоза. Это достигается с помощью регулятора давления, обмотка электромагнита которого подключается на выход элемента сравнения действительной и заданной скоростей (в виде напряжений, снимаемых с ТГ и КА). Это позволяет регулировать тормозное усилие рабочего тормоза и тем самым поддерживать требуемую скорость дотягивания.

6. В конце пути срабатывают конечные выключатели, что приводит к отключению электродвигателя от сети и стопорению подъемной машины механическим тормозом.

источник

Научная электронная библиотека

7.12. Электропривод подъемных установок и основные требования к электроприводу

Электропривод подъемных машин должен:

1) развивать большой начальный пусковой момент, иметь большую перегрузочную способность и реверсироваться;

2) обеспечивать независимость частоты вращения от изменения нагрузки;

3) осуществлять динамическое торможение;

4) работать устойчиво при максимальной и минимальной скоростях при изменении нагрузки;

5) обеспечивать регулирование скорости в широких пределах – от 0 до vmax и от vmax до 0;

Читайте также:  Установка зажигания двигателя 7511 ямз

6) быть удобным для автоматического управления, надежным и безопасным в работе.

Этим требованиям удовлетворяют в основном два типа электродвигателей: асинхронный с фазным ротором и постоянного тока с независимым возбуждением. Асинхронные электродвигатели широко используются в приводе подъемных машин малой и средней мощностей до 1200 Вт и в двухдвигательном приводе с суммарной мощностью до 2000 Вт, двигатели постоянного тока используются при большой мощности привода – более 1000 Вт. Из-за потерь энергии в реостатах при управлении асинхронными двигателями экономически целесообразнее при большой мощности применять двигатели постоянного тока [1, 15, 16].

Замедление подъемной машины с асинхронным двигателем осуществляется механическим торможением при отключении электродвигателя и с помощью электродвигателя. В последнем случае электродвигатель может использоваться для двигательного замедления и динамического торможения.

Двигательное замедление осуществляется введением сопротивлений в цепь ротора и применяется в режиме, когда при свободном выбеге системы требуется небольшое двигательное усилие для дотягивания.

Динамическое торможение осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током. В статоре создается постоянное магнитное поле. Взаимодействие этого поля с индуктируемым магнитным полем в роторе создает тормозной момент, который может регулироваться изменением величины постоянного тока и сопротивлений реостата в цепи ротора.

Динамическое торможение дает возможность регулировать скорость в широких пределах.

Как при двигательном, так и при динамическом торможении в конце накладываются механические тормоза.

Наиболее часто применяется первый способ управления замедлением подъемной машины с асинхронным приводом – механическое торможение.

Скорость подъемного двигателя постоянного тока регулируется изменением напряжения, подаваемого на его якорь от преобразователя тока. В случае преобразователя по системе Г-Д постоянный ток на якорь подъемного двигателя поступает от генератора, э.д.с. которого зависит от тока в его обмотке возбуждения. При использовании системы привода ТП-Д (тиристорный преобразователь-двигатель) постоянный ток к двигателю поступает от тиристорного преобразователя с устройством управления приводом.

Мощность электродвигателя подъемной машины обычно определяется в два этапа. На первом этапе производится ориентировочный расчет мощности и выбор электродвигателя для определения момента инерции (необходимого при построении диаграмм усилий) и сравнения различных вариантов проектируемого подъема. На втором этапе проводится уточненный расчет установленной мощности электродвигателя.

Ориентировочная мощность электродвигателя определяется по формуле:

(7.52)

где ρ – коэффициент, называемый по предложенной терминологии акад. М. М. Федорова характеристикой динамического режима и зависящий от момента инерции подъемной установки, степени ее неуравновешенности и множителя скорости α; К – коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки за счет вредных сопротивлений; ηр – к.п.д. редуктора подъемной машины.

На основе опыта проектирования принимают следующие значения ρ подъемных установок: с неопрокидными скипами 1,3-1,4; с опрокидными скипами 1,4-1,5; с неопрокидными клетями 1,5-1,6; с опрокидными клетями 1,8-2,2 и для многократных установок 1,2-1,3.

Полезная мощность электродвигателя Nпол (без учета потерь), затрачиваемая на подъем полезного груза с массой mг средней скоростью:

для однососудной установки с противовесом

(7.53)

для двухсосудной вертикальной установки

(7.54)

где ψ – коэффициент, учитывающий степень уравновешивания массы груза mг массой противовеса; vср – средняя скорость движения сосуда, м/с:

(7.55)

Окончательно мощность электродвигателя подъемной машины выбирается по допустимому нагреву его обмоток и электродвигатель проверяется на перегрузочную способность по максимальным усилиям в подъемной установке. При переменных по величине нагрузках подъемных машин мощность электродвигателя по нагреву определяется исходя из эквивалентных усилий. Под эквивалентным усилием Fэк понимают такое воображаемое постоянное усилие, при котором в двигателе выделяется в течение времени Тэк такое же количество теплоты, как при работе двигателя с фактическими переменными нагрузками Fд за цикл подъема Т:

(7.56)

где kд и kп – коэффициенты, учитывающие ухудшение охлаждения электродвигателей в переходные периоды и во время пауз, принимают
kд = 0,6 – 0,7 и kп = 0,25 – 0,4; θ – пауза между циклами подъема, с.

В общем случае эквивалентное усилие выражается формулой

(7.57)

если mк ≠ m’к или уравновешивающий канат не применяется, и

(7.58)

где Fi1 и Fi2 – величина движущего усилия соответственно в начале и конце интервала времени ti.

Для промежутков времени, когда электродвигатель отключен от сети, значения интегралов равны нулю.

Мощность электродвигателя подъемной машины определяется по эквивалентному усилию Fэк:

(7.59)

где ηр – к.п.д. редуктора подъемной машины.

Мощность двигателя принимается больше расчетной на 10-15 % с учетом возможного падения напряжения в электрической сети [1].

Выбранный электродвигатель проверяется на допустимую перегрузку

(7.60)

где γ – перегрузочная способность электродвигателей; Fд max – максимальное движущее усилие, установленное по диаграмме; Fн – номинальное усилие двигателя, определяется по его номинальному моменту и приводится к ободу канатоведущего органа.

Читайте также:  Установка 406 двигателя на газель бизнес

Определение расхода энергии и к.п.д. подъемной установки

Рис. 7.23. Диаграмма мощности,
потребляемая асинхронным электродвигателем

Расход энергии из сети определяется по диаграммам мощности и зависит от типов электродвигателей. Диаграммы мощности (рис. 7.23) на валу канатоведущего органа строятся на основании диаграмм скорости и усилий с использованием формулы при органе навивки с постоянным радиусом [1].

(7.61)

где Fi, и vi – усилие на канатоведущем органе и скорость движения сосуда в момент времени ti.

Расход энергии Wц из сети за цикл равен площади диаграммы мощности, потребляемой из сети, кВт·ч:

(7.62)

где n – число периодов диаграммы; Км – 1,03-1,05 – коэффициент, учитывающий расход энергии во время маневров и торможения; Niср – средняя мощность за i-й период диаграммы, при линейном изменении мощности определяется как среднее значение мощности в начале Ni2 и в конце Niср периода, Niср = (Ni1 + Ni2)/2.

Расход энергии Wт на 1 т поднимаемой массы груза, кВт·ч:

(7.63)

где Gг – грузоподъемность подъемного сосуда, т.

Расход энергии на 1 т·км при высоте подъема Н:

(7.64)

Годовой расход электроэнергии Wг подъемной установки, кВт·ч:

где Qг – годовая производительность установки, т.

К.п.д. подъемной установки определяется как отношение полезного расхода энергии за цикл к расходу энергии, потребляемой из сети:

(7.66)

Полезный расход энергии за цикл у вертикальных двухсосудных подъемных установок, кВт·ч:

(7.67)

К.п.д. подъемной машины будет больше к.п.д установки так как он не учитывает сопротивлений в стволе и направляющих шкивах.

(7.68)

источник

Электропривод шахтной подъемной машины на основе роторного транзисторного преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР»

Традиционный электропривод переменного тока шахтной подъемной машины (ШПМ) содержит высоковольтные асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР), высоковольтные статорные реверсоры, роторные пусковые резисторно-контакторные станции управления (ПРКС) и станции динамического торможения (СДТ). Однолинейная структурная схема традиционного двухдвигательного электропривода переменного тока ШПМ показана на рисунке 1.

Упомянутый привод имеет существенные недостатки, которые заключаются в следующем:

  • использование коммутационной аппаратуры для пуска и регулирования скорости ограничивает по мощности применение асинхронного привода;
  • асинхронный электропривод с роторной резисторно-контакторной станцией управления и динамическим торможением не обладает регулировочными качествами, необходимыми для ШПМ, не обеспечивает высокую точность управления и не позволяет автоматизировать управление ШПМ, что приводит к снижению производительности подъема;
  • при разгоне, торможении и работе ШПМ на пониженной скорости расходуется значительная электроэнергия, идущая на нагрев роторных сопротивлений ПРКС, нагрев электродвигателя и износ механических тормозов. Непроизводительно расходуемая электроэнергия повышает себестоимость продукции и снижает прибыль;
  • асинхронный электропривод с пусковой резисторно-контакторной станцией потребляет из сети значительную реактивную мощность, которую необходимо оплачивать, либо компенсировать достаточно дорогими компенсаторами реактивной мощности.

Замена пусковой роторной резисторно-контакторной станции управления и станции динамического торможения на роторный транзисторный преобразователь частоты с микропроцессорной системой управления и регулирования типа «ЭРАТОН-ФР» позволяет устранить все перечисленные выше недостатки электропривода переменного тока с асинхронными электродвигателями с фазным ротором.

Преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает:

  • плавность и высокую точность управления моментом и скоростью вала АДФР во всем диапазоне скоростей вала от нулевой скорости до 95% синхронной скорости без датчика положения вала электродвигателя;
  • выравнивание моментов электродвигателей во всем диапазоне скоростей вала;
  • высокую перегрузочную способность электропривода ШПМ в двигательном и тормозном режимах;
  • рекуперативное торможение электропривода с высоким тормозным моментом и возвратом мощности с вала в питающую сеть;
  • потребление из сети только полезной активной мощности, которая передается на вал электродвигателей с минимальными потерями и высоким КПД.

Однолинейная структурная схема частотно-регулируемого электропривода ШПМ с роторными преобразователями частоты типа «ЭРАТОН-ФР» показана на рисунке 2. Согласно схеме электропривода ШПМ между ротором каждого электродвигателя (Д1, Д2) и питающей сетью (6 кВ, 50 Гц) устанавливается рекуперативный транзисторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР», который подключается к сети 6 кВ через согласующий трансформатор (Тр1, Тр2) и механический высоковольтный разъединитель (ВР1, ВР2).

Работа электропривода ШПМ с ПЧ типа «ЭРАТОН-ФР» осуществляется следующим образом (на примере подъема клеть-противовес). При наложенном механическом тормозе на барабан ШПМ и клети, установленной на кулаках верхней приемной площадки, с подстанции подается высоковольтное напряжение 6 кВ 50 Гц. После подачи высоковольтного напряжения включаются контакторы реверсоров (К1 или К2), которые подают напряжение на статоры двигателей с определенной фазировкой, соответствующей направлению вращения вала вала двигателей Д1, Д2, обеспечивающему необходимое направление движения клети ШПМ после снятия с кулаков приемной площадки. Включаются преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР», которые формируют трехфазное напряжение с частотой 50 Гц, совпадающее по амплитуде и фазе с напряжением ротора двигателей. Электропривод готов к работе. При поступлении команды о начале движения снимается механический тормоз с барабана ШПМ и цифровая микропроцессорная система автоматического управления и регулирования повышает на относительно небольшую величину амплитуду и частоту напряжения преобразователей (выше амплитуды и частоты напряжения ротора двигателей). При этом плавно натягиваются канаты, выбираются зазоры в механических передачах, клеть приподнимается над кулаками на требуемую высоту и кулаки убираются. Далее система управления снижает частоту и амплитуду напряжения преобразователей ниже амплитуды и частоты напряжения ротора двигателей, что приводит к изменению направления вращения вала электродвигателей и началу движения клети в нужном направлении в соответствии с заданной тахограммой основного движения по заданным диаграммам скорости и ускорения. После разгона сосудов до требуемой основной скорости система управления преобразователями обеспечивает стабилизацию скорости и выравнивание нагрузки электродвигателей. После поступления команды на торможение ШПМ преобразователи частоты переводят электропривод в режим торможения с заданным замедлением, дотягиванием, стопорением и последующим наложением механического тормоза на барабан ШПМ. Для движения клети ШПМ в противоположном направлении во время паузы выполняется переключение контакторов в реверсорах, изменяющих фазировку напряжения статора двигателей Д1, Д2.

Читайте также:  Место для установки датчика температуры двигателя

За счет частотного регулирования момента и скорости АДФР с помощью роторных транзисторных преобразователей типа «ЭРАТОН-ФР» электропривод ШПМ обеспечивает:

  • выбор зазоров в механических передачах и плавное натяжение канатов в паузах между пусками ШПМ;
  • формирование с высокой точностью требуемой многопериодной диаграммы скорости подъемной машины независимо от изменения нагрузки;
  • плавный разгон сосудов ШПМ за заданное время без потерь мощности в цепи ротора электродвигателя;
  • стабилизацию скорости сосудов ШПМ в периоды равномерного движения с точностью не хуже 1% независимо от степени уравновешенности и характера изменения концевых усилий;
  • выравнивание нагрузки электродвигателей на всех интервалах движения сосудов ШПМ;
  • рекуперативное торможение с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть;
  • замедление сосудов ШПМ за заданное время с формированием требуемого усилия любого знака;
  • рекуперативное торможение электродвигателей с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть в периоды замедления сосудов ШПМ при формировании отрицательных тормозных усилий;
  • малое время замедления и высокую точность остановки ШПМ без применения механического тормоза, который включается только после полной остановки ШПМ;
  • работу ШПМ на пониженных скоростях в режимах маневрирования, дотягивания, постановки на кулаки, движения в разгрузочных кривых, осмотра ствола шахты без непроизводительных потерь времени и электроэнергии в роторной управляющей станции;
  • компенсацию реактивной мощности, потребляемой асинхронными электродвигателями ШПМ, без применения дополнительных компенсаторов реактивной мощности.

Электропривод с преобразователями «ЭРАТОН-ФР» позволяет повысить производительность ШПМ за счет сокращения интервалов движения сосудов ШПМ с малой скоростью и формирования требуемой диаграммы скорости с высокой точностью.

За счет обеспечения высокой точности управления с плавным замедлением и точной остановкой сосудов ШПМ частотно-регулируемый электропривод «ЭРАТОН-ФР» исключает проскакивания и удары клети, удары скипа по разгрузочным кривым, что продлевает срок службы механизмов и снижает эксплуатационные затраты.

Электропривод с ПЧ «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает снижение потребления электроэнергии ШПМ более чем на 30% по сравнению с традиционным электроприводом на базе пусковой резисторно-контакторной станции.

При модернизации действующих электроприводов с электродвигателями с фазным ротором пусковая резисторно-контакторная станция (ПРКС) и станция динамического торможения (СДТ) могут быть сохранены в качестве резервного электропривода. На рисунке 3 показана однолинейная структурная схема двухдвигательного электропривода ШПМ после модернизации с применением роторных преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР» и с резервированием. В силовой схеме электропривода (рисунок 3) после модернизации сохранено в качестве резервного все оборудование традиционного электропривода с ПРКС и СДТ (рисунок 1). Во время работы преобразователей «ЭРАТОН-ФР» пусковые станции отключается низковольтными переключателями (НП1, НП2). При этом, пусковые станции (ПРКС) и станции торможения (СДТ) резервируется в рабочем состоянии и могут быть включены в любой момент времени для пуска и регулирования скорости электродвигателей. Такая возможность повышает надежность электропривода ШПМ.

Модернизация ШПМ переменного тока с заменой пусковой резисторно-контакторной станции и станции динамического торможения на электропривод с преобразователями производится на действующей установке без прекращения ее работы. Предварительно выполняется монтаж преобразователей «ЭРАТОН-ФР» на свободных площадях без остановки работающей ШПМ. После окончания монтажа в кратковременные паузы в работе ШПМ проводится настройка электропривода с ПЧ «ЭРАТОН-ФР», после чего электропривод «ЭРАТОН-ФР» вводится в работу простым переключением контакторов НК1 и НК2. Пусковая резисторно-контакторная станция и станция динамического торможения сохраняются в работоспособном состоянии в горячем резерве, что обеспечивает резервирование электропривода ШПМ.

На применение преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР» на опасных производственных объектах, в том числе и на шахтах, имеется разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector