Меню Рубрики

Асинхронный двигатель для подъемной установки

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:

Читайте также:  Договор на оказание услуг по установке двигателя

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;

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.

Читайте также:  Комплекты переоборудования для установки двигателей ямз

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.

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

Процесс пуска установок с асинхронным приводом

Применение асинхронных двигателей для привода подъемных установок обусловливается рядом существенных преимуществ их по сравнению с приводом постоянного тока: низкой стоимостью двигателей и пускорегулирующей аппаратуры, небольшими первоначальными затратами на монтаж, относительно малым объемом строительных работ, так как под асинхронный привод требуются небольшие объемы зданий и фундаментов.

Асинхронные двигатели для подъемных установок изготовляются повышенной электрической и механической прочности, с усиленной конструкцией станины и обмоток, с увеличенным воздушным зазором. При увеличенном воздушном зазоре снижается коэффициент мощности, упрощается сборка и эксплуатация двигателей.

Область применения асинхронного электропривода подъемных установок ограничивается допустимым током пуско-регулирую-щих аппаратов. В роторе двигателей мощностью 1000 кет ток примерно равен 800—1000 а.

Предельная максимальная величина допустимого тока контакторов переменного тока 600 а. Поэтому необходимо при токах в роторе более 600 а контакты контактора включать по схеме треугольника. Как показала практика эксплуатации подъемных установок с асинхронным приводом, напряжение, при котором удовлетворительно работают контакторы в цепи роторов двигателей, не должно превышать 800 в. Таким образом, можно считать, что при контакторах с допустимым током 600 а мощность асинхронных двигателей не должна превышать 900 кет.

Для подачи питания к статору двигателей обычно применяются высоковольтные реверсоры на 3000 в с максимально допустимым током 300 а, В этом случае максимальная мощность подъемного двигателя при со5 ф = 0,8 и т) = 0,9 составляет 1100 кет. Поэтому предельно допустимая величина мощности асинхронного однодви-гательного привода подъемной установки не должна превышать 1000—1100 кет. Для существующих пуско-регулирующих устройств в случае использования двухдвигательного асинхронного привода суммарная его мощность может быть доведена до 2000— 2200 кет. При этом требуется установка двух реверсоров, двух мощных магнитных роторных станций, двух командоаппаратов и т. д.

Однако в этом случае технически и экономически правильно

во многих случаях применять привод по системе Г—Д с тихоходным двигателем постоянного тока и тем устранить один важный недостаток асинхронного электропривода — наличие изнашивающегося во время эксплуатации редуктора, который при определенных условиях ограничивает величину ускорения (замедления) подъемного сосуда (см. гл. I).

Читайте также:  Установка подогрев двигателя на газель некст

Неотъемлемой частью асинхронного привода являются пуско-регулирующие сопротивления, включаемые в цепь ротора двигателя. Любые схемы автоматического управления асинхронным электроприводом подъемной установки могут быть осуществлены в основном путем включения или выключения роторных сопротивлений. В связи с этим основным недостатком асинхронного привода подъемных установок является зависимость скорости его вращения от момента на пусковых характеристиках двигателя. В приводе с конечным числом ступеней сопротивлений (металлических сопротивлений) при меняющейся в каждом цикле подъема статической нагрузке получение заданных величин скорости и ускорения подъемного сосуда в данной точке пути представляет определенные трудности.

Во время работы асинхронного двигателя на естественной характеристике значительные изменения момента очень мало отражаются на скорости его вращения, а при работе на промежуточных характеристиках, т. е. на характеристиках мягких, сильно наклоненных к оси абсцисс, малейшее изменение момента резко сказывается на величине скорости вращения двигателя.

Необходимо помнить, что при быстром отключении от сети высоковольтного двигателя в обмотках статора возникают перенапряжения, характер которых зависит от электромагнитных параметров двигателя и характеристики выключателя. Поэтому пределы регулирования механических характеристик асинхронного привода ограничиваются пиком коммутационного перенапряжения, возникающего при отключении двигателя от сети, и намагничивающим током /.

Начальный (пусковой) момент асинхронного двигателя Мнач, соответствующий искусственной механической характеристике предельного регулирования, может быть найден из выражения

где Хм — кратность пика коммутационного перенапряжения, допускаемого из условий прочности изоляции двигателя;

Мн‘, Iн — номинальные значения момента и тока асинхронного двигателя.

С. 3. Барский предлагает для асинхронных двигателей с номинальным напряжением 6 кв принять кратность пика перенапряжения км = 2,17; с напряжением 3 кв Х — 2.33.

Предельные значения кратности начальных моментов, обусловленные рекомендуемыми значениями пиков коммутационных перенапряжений Хм, при намагничивающих токах двигателя

На фиг. 20 представлена зависимость кратности пика коммутационного перенапряжения Хм от значения кратности начального вращающего момента двигателя. Если учесть влияние вихревых токов в магнитной системе двигателя, то пределы регулирования асинхронного привода увеличиваются. Можно, однако, с некоторым запасом принять предельную минимальную величину момента, разиваемого двигателем, равным 0,22—0,3 Мст. н.

Таким образом, величина сопротивления, включаемого в цепь ротора, ограничена величиной перенапряжения, возникающего в обмотке статора при отключении двигателя от сети.

Отсюда ясно, что малых по величине усилий, которые необходимы в период замедления подъемной установки, асинхронный привод развивать не может.

В связи с этим следует отметить, что для периода замедления подъемного сосуда встречаются, как наиболее характерные, следующие диаграммы усилий.

номинальное статическое усилие).

Наименьшее усилие, развиваемое двигателем, как было пока зано на фиг. 20, не может быть меньше 0,3 Ретш н 42

Ш Рст, то система будет не уменьшать, а увеличивать скорость, т. е. подъемный сосуд подойдет к заданной точке останова со значительной скоростью. Поэтому необходимо подтормаживать машину, т. е. добавлять к Рст такое тормозное усилие Ртоп, при котором суммарная составляющая усилия в период замедления подъемного сосуда будет отрицательной:

т — масса подъемной установки, приведенная к валу двигателя;

Рд — усилие, развиваемое двигателем.

Вторая диаграмма. Статическое усилие направлено согласно с усилием двигателя (отрицательное усилие). В этом случае необходимо приложить к ободу барабана значительное тормозное усилие, чтобы уменьшить скорость движения подъемного сосуда.

Третья диаграмма. Небольшое отрицательное усилие. В этом случае трудно регулировать машину. Малейшее изменение усилия приводит к резкому изменению скорости движения подъемного сосуда. При металлическом реостате регулировка 4 усилия может производиться повторным включением и выключением двигателя, что приводит к увеличению износа контакторов и усложняет эксплуатацию асинхронного привода.

Отметим, что нагрузочные диаграммы подъемных установок по усилию в период замедления подъемного сосуда классифицируются в соответствии с направлением и величиной усилия, приложенного к ободу барабана, независимо от радиуса навивки и типа подъемной установки (скиповая или клетевая). Двигательный режим будет при к(1рН > ат; режим инерционного выбега (маковичное замедление) — при кС1рН = ат и режим тормозного замедления при rQ — рН

источник