Схемы электропривода конвейеров


СОДЕРЖАНИЕ:

Расчет электропривода конвейера, построение механических характеристик

Формируемая компетенция:

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

Цель работы:

1. Повторить теоретический материал.

2. Освоить методику расчета электропривода конвейера, построение механических характеристик

Выполнив работу, Вы будете:

— определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

— организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;

Материальное обеспечение:

калькулятор, конспект лекций, справочник

Задание:

Рассчитать мощность и выбрать двигатель конвейера, построить механические характеристики конвейера и приводного двигателя

Краткие теоретические сведения:

Механизмы непрерывного транспорта широко используются на электромашиностроительных заводах для межоперационных перемещений внутри цехов и между цехами, различных заготовок, деталей и сборочных единиц, удаления с рабочих мест отходов металлообработки, подачи сыпучих формовочных материалов, транспортировки готовых электрических машин и т. д.

Достоинство конвейеров — это непрерывность их действия без остановок на загрузку и выгрузку, что особенно важно для поточных линий. Кроме того, конвейеры проще по устройству и в эксплуатации, а также имеют большую производительность, чем работающие периодически краны и подъемники.

При значительном конструктивном разнообразии конвейеров большинству из них присущи следующие характерные особенности, обусловленные режимом эксплуатации:

а) продолжительный режим работы, без пауз за время включения;

б) относительно редкие пуски, продолжительность которых не влияет на производительность конвейера, и практически неизменное направление вращения двигателя;

в) возможность возникновения значительных статических моментов при трогании,

г) стабильность нагрузки, т.е переход от холостого хода к предельным нагрузкам весьма редки,

д) работа двигателей конвейеров при самых различных условиях окружающей среды: на открытом воздухе, в запыленных и влажных помещениях, при высокой и низкой температурах, в цехах с агрессивной средой.

В связи с указанными особенностями к электроприводу конвейеров предъявляются требования:

— обеспечение повышенного значения пускового момента,

— высокая надежность и простота обслуживания,

— обеспечение плавного пуска и торможения ленточных и подвесных конвейеров для предотвращения пробуксовывания ленты или раскачивания груза,

— небольшое регулирование скорости в диапазоне 2:1 для изменения темпа работы (на конвейерах поточных линий),

— согласованное вращение электроприводов нескольких конвейеров.

Перечисленным требованиям в достаточной степени удовлетворяет электропривод с трехфазными асинхронными двигателями продолжительного режима работы — с короткозамкнутым и с фазным ротором. Недостатком двигателей с короткозамкнутым ротором является большой пусковой ток. Но применение двигателей с короткозамкнутым ротором удешевляет автоматизацию конвейеров. При этом предпочтительнее выбирать двигатели с повышенным пусковым моментом. Для однодвигательного привода конвейеров, скорость которых должна регулироваться, используют многоскоростные двигатели с переключением числа пар полюсов, либо применяют дополнительные механические ‘вариаторы или регулируемые электрические и гидравлические муфты. Двигатели с фазным ротором устанавливают на конвейерах, требующих повышенного пускового момента, при многодвигательном приводе конвейеров с целью выравнивания нагрузок отдельных двигателей, а также при необходимости согласованного движения конвейеров ПТС.

Порядок выполнения работы:

1 Рассчитать мощность и выбрать двигатель привода ленточного конвейера

2. Построить механические характеристики конвейера и двигателя в соответствии с заданным вариантом по таблице 37.

Ход работы:

Мощность двигателя ленточного Р, кВт

где — максимальная скорость тягового органа конвейера, м/с;

кЗ – коэффициент запаса, кз = 1,1…1,2;

— КПД механической передачи, = 0,75…0,9;

— усилие, преодолеваемое приводным двигателем, Н

где FП усилие, обусловленное подъемом или опусканием груза, Н

где GГР – вес перемещаемого груза, Н;

ß – угол наклона конвейера, град;

DF – суммарноеусилие, вызванное трением в опорах роликов, Н

где G – вес несущих и тяговых элементов (ленты, роликов, цепи), Н;

с — коэффициент сопротивления движению, с = 0,02…0,05;

FН.Б. усилие, компенсирующее сопротивление движению от трения в подшипниках натяжного барабана (звездочки), Н

где F усилие предварительного натяжения, Н;

m — коэффициент трения, m = 0,03…0,06;

D – диаметр барабана (звездочки), м;

d — диаметр цапфы подшипника, м

FП.Б. усилие, компенсирующее сопротивление движению на приводном барабане (звездочке), Н

где FНАБ усилие предварительного натяжения, Н

Необходимая угловая скорость двигателя wДВ, рад/с

где ip — передаточное число редуктора

Частота вращения двигателя n, об/мин

Далее выбирается двигатель по мощности и скорости из условия: РНОМ ≥ Р, nНОМ » nДВ

Механические характеристики двигателя и ленточного конвейера

Номинальное скольжение SНОМ

где nC – синхронная скорость выбранного двигателя, об/мин

Номинальный момент МНОМ, Нм

Критический момент МКР, Нм

Пусковой момент МП, Нм

Минимальный момент ММИН, Нм

Критическое скольжение SКР

Минимальное скольжение SМИН

Момент конвейера МС, Нм

Построение механической характеристики ленточного конвейера М = f(S)

Скольжение в рабочей точке SР

Все вышеприведенные расчеты сведены в таблицу 36

Таблица 36 — Данные для построения характеристик

Момент, Нм Электропривод Конвейер
МНОМ МКР ММИН МП МС
Скольжение в относит. ед. SНОМ SКР SМИН SП SР

Механические характеристики конвейера и двигателя показаны на рисунке 37

Рисунок 37 — Механические характеристики конвейера и двигателя

Форма представления результата:

Работа в тетради. Ответы на контрольные вопросы:

1.Укажите назначение конвейеров

2. Перечислите типы конвейеров

3. Назовите основные свойства конвейеров, определяющих требования к электроприводу

4. Перечислите требования, предъявляемые к электроприводу конвейеров

5. Какие системы электропривода применяются для конвейеров?

Таблица 37 – Исходные данные для расчета

Последнее изменение этой страницы: 2020-01-26; Нарушение авторского права страницы

Синхронный электропривод ленточного конвейера и способ управления им

Владельцы патента RU 2606163:

Синхронный электропривод ленточного конвейера включает первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями, отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания, датчики скорости ленты, которые установлены перед каждым приводным барабаном, и датчики натяжения ленты, которые установлены перед или за каждым приводным барабаном. Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера включает замер скорости ленты перед приводными барабанами, силы натяжения ленты перед и за приводными барабанами, задание синхронных частот и крутящих моментов синхронных электродвигателей, синхронизацию изменения скорости вращения приводных барабанов так, что отношения синхронных частот синхронных электродвигателей остаются постоянными. Повышается эффективность работы привода ленточного конвейера. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к конвейерному транспорту, а именно к электрическим приводам ленточных конвейеров мощностью более 500 кВт.

Известен привод ленточного конвейера, содержащий два или три приводных барабана, валы которых посредством муфт и редукторов соединены с асинхронными электродвигателями [1]. Недостатками этого привода являются большие потери электроэнергии, существенно возрастающие при неполной загрузке асинхронных электродвигателей, а также использование громоздких дорогостоящих редукторов.

Известен ленточный конвейер, включающий несущую конструкцию, конвейерную ленту и приводное устройство конвейерной ленты [2]. Приводное устройство включает по меньшей мере один приводной барабан с приводным валом и один приводной синхронный электродвигатель переменного тока с питанием через преобразователь частоты с посторонним возбуждением. При этом приводной вал и приводной электродвигатель соединены друг с другом без редуктора с коаксиальным расположением ротора электродвигателя и приводного вала.

Отсутствие редуктора уменьшает габариты и массу электропривода. Недостатком данного синхронного электропривода ленточного конвейера является сильное скольжение и износ конвейерной ленты при использовании нескольких приводных барабанов.

Известен способ управления электроприводом ленточного конвейера, заключающийся в изменении скорости вращения приводного барабана согласно заданному режиму работы ленточного конвейера [3].

Данный способ не учитывает разницу скоростей вращения нескольких приводных барабанов, поэтому недостатком этого способа управления является сильное скольжение и износ конвейерной ленты на приводных барабанах.

Задачей изобретения является повышение эффективности электропривода ленточного конвейера.

Синхронный электропривод ленточного конвейера, включающий первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями (СД), отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания.

Согласно изобретению система управления содержит датчики скорости ленты (ДСЛ), установленные перед приводными барабанами, датчики натяжения ленты (ДНЛ) установленные перед и за приводными барабанами, или только перед или только за приводными барабанами.

ДНЛ установлены парами перед и за приводными барабанами.

Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера, включающий изменение скорости вращения и крутящих моментов приводных барабанов посредством изменения системой управления частоты, напряжения и силы тока электропитания СД.

Согласно изобретению ДСЛ замеряют скорость ленты перед приводными барабанами, ДНЛ замеряют силу натяжения ленты перед и за приводными барабанами, или только перед или только за приводными барабанами, система управления задает синхронную частоту ω1 СД, соединенного с первым по ходу движения ленты приводным барабаном

где Vn — номинальная скорость ленты, R1 — радиус первого по ходу движения ленты приводного барабана;

система управления задает синхронные частоты ωi СД, соединенных с последующими по ходу движения ленты приводными барабанами

где n — количество приводных барабанов, Vi — скорость ленты перед i-м приводным барабаном, Ri — радиус i-го приводного барабана, Δi — допускаемое увеличение синхронной частоты i-го СД;

система управления задает крутящие моменты Mi СД,

где Mimax — предельно допустимый момент i-го приводного барабана;

система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов так, что отношения синхронных частот СД

система управления останавливает СД, если сила натяжения ленты перед или за приводными барабанами выходит за допустимые границы и/или сила тока превышает допустимое значение.

На фиг. 1 изображена схема синхронного электропривода ленточного конвейера с двумя приводными барабанами;

на фиг. 2 — то же;

на фиг. 3 — схема взаимодействия ленты с барабанами.

Синхронный электропривод ленточного конвейера включает первый 1 и второй 2 по ходу движения ленты 3 приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями (СД) 4 и 5. Возможно применение СД 4 и 5 с установленными на роторах обмотками возбуждения или постоянными магнитами. Лента 3 огибает приводные барабаны 1 и 2, отклоняющие барабаны 6, 7. Приводные барабаны 1 и 2 соединены с тормозами и/или храповыми механизмами (на чертежах не показаны). Возможно соединение тормозов и/или храповых механизмов с отклоняющими барабанами 6, 7 (на чертежах не показано). Электропривод ленточного конвейера не содержит редукторы, поэтому скорости вращения приводного барабана 1 и ротора СД 4 одинаковы. Аналогично скорости вращения приводного барабана 2 и ротора СД 5 также одинаковы.

Система управления электроприводом содержит датчики скорости ленты (ДСЛ) 8 и 9, датчики натяжения ленты (ДНЛ) 10 и 11, блоки управления 12 и 13. Блоки управления 12 и 13 соединены с ДСЛ 8 и 9, с ДНЛ 10 и 11, например, кабелями 14 и 15 и с СД 4 и 5 кабелями 16. Блоки управления 12 и 13 регулируют напряжение, частоту, ток возбуждения электропитания СД 4 и 5 согласно заявляемому способу управления.

Если приводные барабаны 1 или 2 работают без пробуксовки, то скорость ленты 3 в точке набегания на приводной барабан 1 или 2 равна скорости поверхности приводного барабана 1 или 2, поэтому для управления СД 4 и 5 необходимо замерять скорость ленты 3 перед точками набегания на приводные барабаны 1 и 2. ДСЛ 8 и 9 установлены перед приводными барабанами 1 и 2.

ДНЛ 10 и 11 также установлены перед приводными барабанами 1 и 2. Возможно расположение ДНЛ 10 и 11 за приводными барабанами 1 и 2 (на чертежах не показано). Возможно расположение ДНЛ 10 перед приводным барабаном 1, а ДНЛ 11 за приводным барабаном 2 или наоборот (на чертежах не показано).

На фиг. 2 приведена схема синхронного электропривода ленточного конвейера с ДНЛ 10 и 11, установленными парами перед и за приводными барабанами 1 и 2. Установка двух ДНЛ 10 перед и за первым приводным барабаном 1 позволяет системе управления замерять силу натяжения ленты 3 перед и за приводным барабаном 1 и определять реализуемый первым приводным барабаном 1 крутящий момент M1. Установка двух ДНЛ 11 перед и за вторым приводным барабаном 2 позволяет системе управления аналогично определять реализуемый вторым приводным барабаном 2 крутящий момент М2.

Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера реализуют следующим образом.

При работе конвейера ДСЛ 8 и 9 замеряют скорости V1 и V2 ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2. V1 — скорость ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, V2 — скорость ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2 (фиг. 3).

Если ДНЛ 10 и 11 установлены перед приводными барабанами 1 и 2 (фиг. 1), то ДНЛ 10 и 11 замеряют силу натяжения S1 и S2 ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2. S1 — сила натяжения ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, S2 — сила натяжения ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2.

Блок управления 12 задает синхронную частоту ω1 СД 4, соединенного с первым по ходу движения ленты 3 приводным барабаном 1,

где Vn — номинальная скорость ленты 3, R1 — радиус первого по ходу движения ленты 3 приводного барабана 1. При переходных режимах работы конвейера, например при пуске и остановке, блок управления 12 изменяет номинальную скорость Vn ленты 3 согласно принятой зависимости.

Сила натяжения S2 ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2 меньше, чем сила натяжения S1 ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, поэтому скорость V2 меньше V1. Для работы второго приводного барабана 2 без скольжения и интенсивного износа ленты 3 скорость вращения второго приводного барабана 2 должна быть согласована со скоростью V2 ленты 3.

Блок управления 13 задает синхронную частоту ω2 СД 5, соединенного со вторым по ходу движения ленты 3 приводным барабаном 2,

где R2 — радиус второго приводного барабана 2, Δ2 — допускаемое увеличение синхронной частоты СД 5.

Использование допуска Δ2 на увеличение синхронной частоты ω2 упрощает регулирование СД 5, не допуская скольжения ленты 3 по поверхности второго приводного барабана 2. Величина допуска Δ2 зависит, в основном, от упругих свойств ленты 3 и поверхности второго приводного барабана 2.

Блоки управления 12 и 13 задают напряжение и/или ток возбуждения СД 4 и 5 так, чтобы крутящие моменты Μ1 и М2 СД 4 и 5 имели требуемые значения

где M1max — предельно допустимый момент первого приводного барабана 1, M2max — предельно допустимый момент второго приводного барабана 2. Блоки управления 12 и 13 вычисляют значения предельно допустимых моментов M1max и Μ2max, используя значения силы натяжения S1 и S2 ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2

где μ1 и μ2 — коэффициенты сцепления ленты 3 с приводными барабанами 1 и 2, α1 и α2 — углы охвата (рад) лентой 3 приводных барабанов 1 и 2, ехр(…) — экспоненциальная функция.

Если ДНЛ 10 и 11 установлены за приводными барабанами 1 и 2, они замеряют силу натяжения S1C и S2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2. В этом случае блоки управления 12 и 13 вычисляют значения предельно допустимых моментов Μ1max и M2max, используя значения силы натяжения S1C и S2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2

Значения предельно допустимых моментов Μ1max и могут быть вычислены и по другим, например, эмпирическим формулам.

Если ДНЛ 10 и 11 установлены парами перед и за приводными барабанами 1 и 2 (фиг. 2), то система управления замеряет значения силы натяжения S1, S1C, S2, S2C ленты 3 перед и за приводными барабанами 1 и 2, определяет реализуемые первым приводным барабаном 1 крутящий момент Μ1 и вторым приводным барабаном 2 крутящий момент М2.

Такая установка ДНЛ 10 и 11 парами позволяет системе управления контролировать соотношение фактически реализуемых крутящих моментов М1, М2 и предельно допустимых моментов M1max, M2max. При нормальной работе электропривода значения крутящих моментов М1, М2 не должны превышать M1max, M2max соответственно.

При неисправности электропривода превышение крутящими моментами Μ1 и/или М2 СД 4 и 5 значений предельно допустимых моментов M1max и/или M2max приводит к срыву сцепления ленты 3 с приводным барабаном 1 и/или 2. Такой режим работы электропривода ленточного конвейера недопустим.

Система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов 1 и 2 так, что отношение синхронных частот ω1 и ω2 СД 4 и 5 остается постоянным ω12=const. Например, при остановке конвейера блоки управления 12 и 13 уменьшают значения синхронных частот ω1 и ω2 с сохранением пропорции.

Система управления останавливает СД 4 и 5, если сила натяжения S1 и/или S2 ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2 (или сила натяжения S1C и/или S2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2) выходит за допустимые границы.

Система управления останавливает СД 4 и 5, если сила тока превышает допустимое значение.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в повышении эффективности работы ленточного конвейера за счет уменьшения потерь электроэнергии и износа приводных барабанов и конвейерной ленты. Кроме того, повышается надежность работы привода за счет исключения пробуксовки барабанов, возможности нагрева и воспламенения конвейерной ленты, улучшаются характеристики электросети.

Источники информации, использованные при составлении заявки

1. Реутов А.А. Моделирование приводов ленточных конвейеров / А.А. Реутов. — Брянск: Брянский гос. техн. ун-т, 2011. — с. 7-14.

2. Ленточная конвейерная установка, способ ее эксплуатации, а также ее применения / Заявка на изобретение РФ №2014111059/11 от 02.08.2012, опубл. 27.09.2015.

3. Спиваковский А.О. Транспортирующие машины / А.О. Спиваковский, В.К. Дьячков. — М.: Машиностроение, 1983. — с. 94-97.

1. Синхронный электропривод ленточного конвейера, включающий первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями, отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания, датчики скорости ленты, датчики натяжения ленты, отличающийся тем, что датчики скорости ленты установлены перед каждым приводным барабаном, датчики натяжения ленты установлены перед или за каждым приводным барабаном.

2. Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера, включающий измерение скорости ленты, измерение силы натяжения ленты, изменение скорости вращения и крутящих моментов приводных барабанов посредством изменения системой управления частоты, напряжения и силы тока электропитания синхронных электродвигателей, отличающийся тем, что скорость ленты замеряют перед каждым приводным барабаном, силу натяжения ленты замеряют перед или за каждым приводным барабаном, система управления задает синхронную частоту ω1 синхронного электродвигателя, соединенного с первым по ходу движения ленты приводным барабаном

где Vn — номинальная скорость ленты, R1 — радиус первого по ходу движения ленты приводного барабана;

система управления задает синхронные частоты ωi синхронных электродвигателей, соединенных с последующими по ходу движения ленты приводными барабанами

где n — количество приводных барабанов, Vi — скорость ленты перед i-м приводным барабаном, Ri — радиус i-го приводного барабана, Δi — допускаемое увеличение синхронной частоты i-го синхронного электродвигателя;

система управления задает крутящие моменты Mi синхронных электродвигателей,

где Mimax — предельно допустимый момент i-го приводного барабана;

система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов так, что отношения синхронных частот синхронных электродвигателей

система управления останавливает синхронные электродвигатели, если сила натяжения ленты перед или за приводными барабанами выходит за допустимые значения и/или сила тока превышает допустимое значение.

7.5. Приводные станции ленточных конвейеров

Приводные станции предназначены для передачи тягового усилия ленте посредством сил трения, реализуемых на поверхности их исполнительных органов,- приводных барабанов. Эксплуатационные качества приводов характеризуются их фрикционной тяговой способностью (максимальным тяговым усилием, которое может быть реализовано с помощью сил трения) и тяговой способностью по мощности приводных электродвигателей, которая обычно согласовывается с фрикционной. Как уже было показано в разделе 7.4 анализом формулы (7.1 Г), фрикционная тяговая способность привода определяется суммарным тяговым фактором приводных барабанов и величиной предварительного натяжения конвейерной ленты, создаваемого перед пуском конвейера его натяжным устройством. Совершенство привода по фактору фрикционной тяговой способности определяется долей предварительного натяжения ленты в ее максимальном натяжении. Чем меньше эта доля — тем совершеннее привод. Именно этот признак заложен в достаточно разнообразных конструктивных схемах приводов современных ленточных конвейеров (рис. 7.13), в которых увеличение фрикционной тяговой способности достигается чаще всего путем увеличения тягового фактора приводных барабанов. У одноба- рабанных приводов, характерных для конвейеров общего назначения, это достигается увеличением угла обхвата барабана и футеровкой его поверхности фрикционными материалами (рис. 7.13, а-г). У многобарабаиных приводов, характерных для подземных конвейеров, это достигается увеличением числа приводных барабанов (рис. 7.13, д-з). Для увеличения тяговой способности могут быть использованы дополнительные побудители сцепления ленты с приводным барабаном с помощью механических прижимных устройств (рис. 7.13, и-л) и, как уже говорилось, магнитных сил и атмосферного давления (рис. 7.12, с).

У конвейеров для подземных работ отечественных и зарубежных конструкций используются чаще всего двухбарабанные приводы, выполненные по схемам (рис. 7.13, е и з). Преимущество приводов с 5-образной запасовкой ленты на приводных барабана (рис. 7.13, ё) — компактность исполнения привода.

Рис. 7.13. Схемы приводных станций:

а-г — однобарабанных; д-з — двухбарабанных; и-м — с механическими прижимными

Однако первый по ходу ленты приводной барабан огибается загрязненной поверхностью рабочей ветви конвейерной ленты, что снижает его тяговый фактор и тяговую фрикционную способность привода. При различной степени износа футеровки барабанов и образующейся в этом случае разности их диаметров, а также вследствие разницы натяжений участков ленты, набегающих на первый и второй барабан, на одном из них, при жесткой кинематической связи между ними (рис. 7.14, г), может возникнуть пробуксовка ленты, приводящая к износу обкладки ленты и чрезмерному нагреву поверхности барабана, недопустимому по условиям пожарной безопасности.

Для устранения отмеченных недостатков привода используют либо дифференциальный редуктор (рис. 7.14, /|в| — тяговый фактор барабана Б|.

Рис. 7.14. Схемы размещения электроприводов:

I — однобарабанных (а-в) и двухбарабанных (г-ж) приводных станциях; 1-2 — приводные барабаны; 3 — редуктор; 4 — электродвигатель; 5 — соединительная муфта; II — общий вид мотор-барабана с электродвигателем встроенного исполнения.

где е /2 “ 2 — тяговый фактор барабана Б2.

Натяжение б’. в соответствии с уравнением (7.7) Эйлера можно представить в виде: 8прсъ е^ 2 “ 2 и подставить его выражение в уравнение (7.13). Тогда соотношение потенциальных тяговых усилий между барабанами Б] и Б2, без учета влияния скольжения двигателей и реласакционных свойств ленты, может быть выражено уравнением

Рис. 7.15. Схемы к расчету распределения тягового усилия между барабанами двухбарабанного привода ленточных конвейеров: а- с 5-образной запасовкой ленты; б- с отклоняющими барабанами.

Из уравнения (7.15) следует, что фрикционная способность барабана Б1 будет всегда выше, чем барабана Б2, и поэтому требует его большей энерговооруженности. При этом соотношение тяговых способностей приводных барабанов зависит от значений их тяговых факторов. При проектировании двухбарабанных приводов конвейеров используется принцип их блочной компоновки, и в целях унификации приводных блоков, включающих электродвигатель, редуктор и соединительные муфты, соотношение тяговых способностей барабанов принимается равным 2:1. Это нашло отражение в компоновочных схемах приводов (рис. 7.14), в которых первый барабан имеет в два раза большую энерговооруженность, чем второй. Пробуксовка ленты на приводных барабанах всегда начинается на втором барабане, обладающим меньшей фрикционной тяговой способностью.

В Петербургском горном институте выполнено теоретическое обоснование возможности уравнивания фрикционных способностей барабанов двухбарабанного привода путем замены второго по ходу ленты барабана на вакуум-барабан (рис. 7.12, е), базирующееся на экспериментальных исследованиях последнего.

Ваккум-барабан имеет регулируемую тяговую способность, достигаемую путем изменения величины вакуума на дуге обхвата его лентой. При этом увеличивается и фрикционная тяговая способность первого по ходу ленты барабана за счет увеличения натяжения сбегающей с него ветви ленты 5„р. Уравнивание фрикционных способностей барабанов двухбарабаниого привода позволяет увеличить его энерговооруженность и тяговую способность, практически исключает вероятность пробуксовки барабанов относительно ленты, что повышает его надежность и пожаробезопасность.

В конструкциях подземных ленточных конвейеров двухбарабанный привод получил наибольшее распространение в силу необходимости реализации приводами значительных тяговых усилий вследствие высоких значений грузопотоков и большой длины конвейеров.

Основными конструктивными элементами приводной станции конвейеров (рис. 7.16) являются: приводные барабаны, являющиеся исполнительными органами привода; унифицированные приводные блоки, включающие асинхронный электродвигатель во взрывобезопасном исполнении с короткозамкнутым (мощностью 100-200 кВт) или фазовым ротором, мощность которых достигает 500 кВт; редуктор; муфты для соединения вала электродвигателя с валом редуктора и вала редуктора с валом приводного барабана; разгрузочный барабан, расположенный для удобства разгрузки на стреле рамы приводной станции; колодочный тормоз, устанавливаемый на одной из соединительных муфт. Наиболее благоприятна его установка на быстроходном валу редуктора с наименьшим крутящим моментом. Тормоз

Рис. 7.16. Основные элементы однобарабанной приводной станции:

/ — приводной барабан; 2 — лента; 3 — устройство для очистки ленты; 4 — разгрузочный барабан; 5 — отклоняющий барабан; 6 — редуктор; 7 — муфта; 8 — двигатель; 9 — рама привода; 10- тормоз.

(рис. 7.17, а) снабжается электромагнитным или электрогидрав- лическим приводом, срабатывающим автоматически при включении (тормозной шкив затормаживается) или выключении электродвигателя.

Тормозами оснащаются приводные станции наклонных конвейеров при углах наклона больше 6° для предотвращения самопроизвольного движения ленты с грузом вниз после отключения электродвигателя. Для этой же цели могут быть использованы обратные остановы, чаще всего храповые (рис. 7.17, в).

Рис. 7.17. Тормозные устройства конвейеров: а — электромагнитный тормоз: 1,3- тормозные колодки; 2 — тормозной шкив (муфта редуктора); 4 — электромагнит; 5 — груз; 6 — тормозной рычаг; 6 — ленточный останов: 1 — отрезок ленты; 2 — щитки; 3 — направление вращения приводного барабана в момент затягивания им ленты останова; 4 — приводной барабан; 5 — вал приводного барабана; в — храповый останов: 1 — останов; 2 — электродвигатель или электромагнит с грузом; 3 — храповое колесо.

Приводная станция оснащается устройствами для очистки ленты. Отечественные конвейеры типажного ряда для участковых выработок выполнены с приводами по схеме на рис. 7.13, е, конвейеры для магистральных выработок — по схеме на рис. 7.13, з.

У двухбарабанных приводов каждый барабан снабжен независимым приводным электродвигателем (рис. 7.18), передача крутящего момента от которого иа вал редуктора осуществляется посредством гидромуфты. Гидромуфты выполняют, как и у скребковых конвейеров, функцию предохранительного звена в кинематической схеме привода конвейера, предотвращая выход из строя узлов привода и порыв ленты при перегрузках конвейера; обеспечивают пуск электродвигателей с плавным нарастанием величины пусковых токов в их обмотках; используются для регулирования и поддержания заданного распределения нагрузки между приводными электродвигателями изменением уровня заполнения их жидкостью.

В условиях значительной неравномерности шахтных грузопотоков весьма актуально глубокое регулирование скорости движения ленты в зависимости от интенсивности поступающего на конвейер грузопотока. Это дает возможность эксплуатировать конвейерную ленту при постоянном максимальном заполнении ленты по ее ширине, что значительно увеличивает ее ресурс. При этом двигатели работают с постоянной загрузкой и существенно снижается потребление электроэнергии. Такую задачу успешно решают частотно-управляемые двигатели, уже используемые за рубежом.

Рис. 7.18. Кинематическая схема двухбарабанного привода с независимыми приводными электродвигателями:

1 — электродвигатель; 2 — гидромуфта; 3 — редуктор; Б| и Бг — приводные барабаны.

Так, например, фирма «АББ Стренберг» (Финляндия) внедрила такие электродвигатели на конвейере длиной 5330 м, установленном в наклонном стволе медного рудника. Компоновочная схема привода с частотно-управляемыми двигателями показана на рис. 7.19.

Рис. 7.19. Привод конвейера с частотно-управляемыми двигателями фирмы «АББ Стренберг»

Преобразователи SAMI управляют скоростью приводных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором ленточного конвейера. Нагрузка делится между двигателями в соответствии с передаточным числом редукторов. Преобразователи частоты SAMI соединяются с ПК через последовательный канал связи. ПК управляет скоростью конвейера в соответствии с объемом руды, идущей из забоя. Конвейер всегда работает с максимальной загрузкой.

По данным фирмы преобразователи частоты обеспечили плавный пуск конвейера, что значительно снизило затраты на техническое обслуживание конвейера вследствие уменьшения нагрузки на все узлы конвейера. Потребление энергии снизилось на 50%. В Санкт-Петербурге частотно-управляемые электродвигатели разрабатывает и внедряет НПО «Прибор».

Принципиальная электрическая схема привода ленточного конвейера

Коммутация первичных цепей электродвигателей конвейера двумя осуществляется индивидуальными масляными выключателями QF2 и третий, QF3 общий масляный выключатель QF1 одновременную обеспечивает подачу напряжения на статорные обмотки после М1 и М2 двигателей включения индивидуальных масля- ных QF2 выключателей и QF3.
Порядок запуска ленточного следующий конвейера. Перед запуском двига- телей вспомогательные включаются механизмы (маслосмазка и натяжение конвей- ленты ерной). Включение привода натяжной лебедки срабатывание вызывает реле натяжения ленты и замыкание контакта его КНЛ в цепи питания реле КТ1 времени- КТ6. Далее включаются автоматы управления цепей SА1, SА2 и SАЗ. Вклю- автомата чение SА1 приводит к появлению тока в реле катушке времени КТ1, что вызывает срабатывание его и замыкание контакта КТ1. 1 в цепи реле катушки вре- мени КТ2. Это в очередь свою приводит к его включению и так до пор тех, пока все реле времени не Все. включатся реле времени, включившись, замыкают такты- кон КТ1. 2 — КТ6. 2 и размыкают контакты КТ6 — КТ1. 3.

обесточены: Принципиальная схема

Учебное пособие: Проектирование системы управления электроприводом конвейерной установки

Министерство образования Российской Федерации

Каждый электрик должен знать:  Сечение кабеля КГ при нагрузке 1,5 кВт - какое выбрать

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

По дисциплине:Системы управления электроприводами______________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Проектирование системы управления электроприводом конвейерной установки

Автор: студент гр. ЭР-97-2 _____________ /Фадеев А.Г./

Руководитель проекта _профессор __ _____________ / Козярук А.Е. /

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт

Заведующий кафедрой ЭиЭ

профессор: /Козярук А.Е./

По дисциплине : Системы управления электроприводами

ЗАДАНИЕ

Студенту группы: ЭР-97-2 Фадееву А.Г.

1. ТЕМА: Проектирование системы управления электроприводом конвейерной установки 2. Исходные данные: Основные параметры ЭП конвейерной установки,

3. Содержание пояснительной записки: Выбор силовой части электропривода, проектирование дискретной системы программного управления, проектирование системы автоматического регулирования, техническая реализация системы управления

4. Перечень графического материала: Схема силовой части электропривода, принципиальные схемы технической реализации ДСПУ и САР электропривода.

5. Срок сдачи законченной работы: 17.01 .2002

Руководитель проекта: профессор / Козярук А. Е/

Дата выдачи задания:

В курсовой работе по дисциплине «Системы управления электроприводами» выполнен синтез системы векторного управления электропривода ленточного конвейера, построена принципиальная схема системы управления, рассчитаны параметры настроек регуляторов системы управления. Исследованы динамические процессы в электроприводе при пуске, торможении.

Пояснительная записка содержит 38 страниц машинописного текста, включает 6 рисунков, список используемой литературы.

The Summary

In course work on discipline “ Control Systems of electric drives ” the synthesis of system of vector management of the electric drive of the tape conveyor is executed, the basic circuit of a control system is constructed, the parameters of adjustments of regulators of a control system are designed. The dynamic processes in the electric drive are investigated at start-up, braking.

The explanatory slip contains 38 pages of the typewritten text, includes 6 figures, list of the used literature.

Содержание:

  1. Техническое задание…………….6
  2. Особенности построения электропривода для конвейера…………10

3. Пуск электродвигателя конвейера………………….12

4. Функциональная схема электропривода…………..13

5. Используемая аппаратура управления и контроля………14

6. Параметры двигателя………………15

7. Уравнения для расчета параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя ……………………………16

8. Обоснование алгоритмов управления для программной реализации ориентированием по полю ротора………………..16

8.1. Описание структурной схемы и назначение ее элементов………19

8.2. Алгоритм управления…………20

8.3. Управление потоком…………..22

8.4. Расчет параметров настроек регуляторов системы регулирования………….23

9. Алгоритм работы привода конвейера………..28

10. Синтез логического алгоритма работы системы управления и его программная реализация………………29

Список использованной литературы………………………35

Введение

Комплексная механизация и автоматизация технологических процессов, автоматизированные системы управления на базе вычислительных машин являются важной частью технического прогресса. Современное горное предприятие представляет собой сложный взаимосвязанный комплекс различных производственных механизмов, функционирование которых невозможно без применения современных систем управления электроприводом. Применение новых систем электропривода позволяет увеличить производительность машин и механизмов горного производства, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, увеличить надежность и эффективность производственных процессов.

Все более широкое применение в промышленности получают автоматизированные системы управления электроприводом с использованием достижений электроники, преобразовательной и микропроцессорной техники.

Данный проект посвящен разработке системы управления электроприводом конвейерной установки с помощью системы векторного управления, на преобразовании частоты питающего напряжения двигателя, которая обеспечивает автоматическое и ручное управление работой конвейерной установкой в нормальном и аварийном режимах, защиту электропривода, автоматическое задание скорости вращения двигателя конвейерной установки в каждый момент времени, поддержание заданной скорости с заданной точностью, а также сигнализировать диспетчеру о нарушениях в работе привода и о срабатывании блокировок.

Привод конвейера предназначен для передачи крутящего момента электродвигателя на поступательное движение ленты конвейера и состоит из электродвигателя (1), редуктора (3) и связывающей их упругой муфты (2).

Работа привода заключается в следующем: включенный электродвигатель через муфту приводит в движение редуктор, на центральном валу которого устанавливается приводной барабан конвейерной установки.

При увеличении или уменьшении нагрузки на приводе конвейерной установки, с реле тока, снимается напряжение отрицательной обратной связи, которое после преобразования на блоке преобразования сигналов, в виде выпрямленного стабилизированного сигнала, поступает на преобразователь частоты и соответственно уменьшает или увеличивает частоту вращения приводного двигателя конвейерной установки.

1. Техническое задание

Техническое задание на электропривод переменного тока для привода конвейера, находящегося на участке конвейерной линии, от пластинчатого питателя (П/П3) до приемного бункера корпуса средне — мелкого дробления.

Назначение электропривода и область применения:

Электропривод предназначен для привода конвейерной установки со следующими параметрами:

1.1. Назначение — транспортирование руды от пластинчатого питателя №3 до приемного бункера корпуса среднего дробления.

1.2. Технические параметры конвейерной установки:

1.2.2. Скорость движения ленты, м/с………………………………..……………..1,6

1.2.3.Полная длина конвейера, м…………..…………………………………….109,8

1.2.4. Угол наклона конвейера, градус…………………..………………………….16

1.2.5. Расчётная производительность, т/час………………………………..……. 800

1.2.6. Диаметр приводного барабана, мм…..…………………………………….1250

1.2.7. Диаметр оборотного барабана, мм…………………………………..……. 630

1.3. Техническая характеристика натяжного устройства

1.3.2. Диаметр натяжного барабана, мм…………………………..……………. 1000

1.4. Техническая характеристика ленты

1.4.1. Тип…………………….…..………………………… А — 1ОПБ — 5 ГОСТ 20 — 57

1.4.4. Общая длина ленты с учётом склейки, мм……………………………. ….225

1.5. Место установки конвейера……………………………… в закрытом помещении

1.6. Среда эксплуатации…………………………………………………….умеренная

Технические характеристики электропривода:

2.1. Преобразователя частоты (АТ03 – 200):

2.1.1. Назначение – для частотного управления приводным двигателем конвейера

2.1.2. Напряжения питания, кВ…………………………….…………………. 3;6;10

2.1.3. Напряжение на выходе преобразователя частоты, В…………. …….……380

2.1.4. Максимальная мощность подключаемого электропривода, кВт…..…..….200

2.1.5. Частота питающей сети, Гц……………………….…………………..………50

2.2.2. Диапазон регулирования D………………………………………………….1: 4

2.2.3. Номинальная мощность, кВт………………………………. ………………160

2.2.4. Номинальная частота вращения, об/мин………………….…..…………. 1000

2.2.6. Пусковые токи, А……….…………………………..………………..Imax = 7 Iном

2.2.7. Максимальный динамический момент…………. ………….…Mmax =1,9 Mном

2.2.8. Пусковой момент…… …………………………. …………………….Mп = Mном

2.3. Требования к САУ:

2.3.3. Время переходного процесса (не более), с………………………..…………25

Требования по автоматизации:

3.1. Посты управления (ПУ):

3.1.1. Местное – со встроенного ПУ.

3.1.2. Дистанционное – с дистанционного ПУ.

3.1.3. Дистанционное – от локальных промышленных сетей, по каналу последовательной связи (использование CAN – интерфейса).

3.1.4. Дистанционное – от внешних органов управления, посредством набора программируемых, дискретных и аналоговых входов – выходов.

3.1.5. Дистанционное управление с централизованного ПУ.

3.2. Режимы работы:

3.2.1. Автоматическое управление (при автоматической подаче пускового импульса по разрешающим сигналам от аппаратов управления — в автономном режиме).

3.2.2. Ручное управление (осуществляется оператором по показаниям контрольных приборов).

3.2.3. Режим ревизии.

3.2.4. Режим тестирования (используется при наладке систем автоматики и сигнализации)

3.3. Основные функции системы автоматизации:

3.3.1. Выбор режима работы («Ручное», «Автоматическое», «Ревизия», «Тестирование»).

3.3.2. Контроль готовности к пуску, с выдачей сообщений о блокировках, препятствующих пуску.

3.3.3. Контроль блокировок, требующих автоматического останова системы после пуска.

3.3.4. Проверка существенного проскальзывания, схода и обрыва ленты и останов при выявлении несоответствия.

3.3.5. Контроль положения ленты с выдачей информации на пульт оператора.

3.3.6. Нормальный останов конвейера на заданных уровнях с заданной точностью.

3.3.7. Останов системы с контролируемым торможением и запрет нового цикла с выдачей информации оператору при нарушениях в работе.

3.3.8. Контроль удлинения ленты с выдачей сообщения при недопустимом её удлинении.

3.3.9. Задание программы изменения скорости движения ленты (скорости вращения вала двигателя) при автоматическом управлении.

3.3.10. Автоматический останов конвейера при обрыве кабель – тросового выключателя или срабатывании блокировок.

3.3.11. Сигнализация причины неисправности оператору.

3.4.1. От токов недопустимой перегрузки и короткого замыкания.

3.4.2. От пробоя вентилей выпрямительного моста.

3.4.3. От замыкания на землю в низковольтной части электропривода.

3.4.4. От недопустимых отклонений регулируемого (в автоматическом режиме) технологического параметра.

3.4.5. От неполнофазного режима работы входных и выходных силовых цепей.

3.4.6. От неисправностей в системах питания и управления.

3.5. Виды блокировок:

3.5.1. Предусмотрены режимы ограничения максимальной и минимальной мощностей ЭП.

3.5.2. Внешние блокировки (контроль схода ленты, перегрева двигателя, появление негабарита и т.д.).

4. Условия эксплуатации:

4.1. Диапазон температур…………………………………….………….(-40, +30) 0С

4.2. Относительная влажность….………………. …….……………. 80% при 250С

4.3. Коэффициент запыленности для двигателя…………………………. ….7мг/м2

4.4. Электропривод устанавливается в помещениях категории………….…….….4

4.5. Шкафы управления в исполнении УХЛ, степень защиты…………..…. IP 64

4.6. Двигатель общепромышленного исполнения, степень защиты…..……….IP 54

4.7. Механические – удары, пыль, влажность, широкий диапазон температур

5. Требования к надежности:

5.2. Вероятность безотказной работы…………………………………..……..…..0,98

5.3. Гарантийный срок эксплуатации……………………………………..…..12500 ч

5.4. Среднее время между капитальными ремонтами…………………..…. 31250 ч

6. Гарантии изготовителя:

6.1. Гарантийный срок службы……………………………….….….…………..2 года

6.2. Назначенный срок службы………..………………….…………..…………10 лет

6.3. Минимальное время между капитальными ремонтами….…..…………..5-7 лет

2. Особенности построения электропривода для конвейера

Т.к. конвейерная установка будет эксплуатироваться в шахтных условиях, то это приводит к появлению ряда специфических требований к её электроприводу.

Основным требованием, определяющим выбор электрического привода конвейера, является обеспечение приемлемых условий пуска и разгона тягового органа конвейера. Поэтому электропривод должен обладать высоким пусковым моментом, необходимым для преодоления статических усилий при пуске и создания динамического момента, обеспечивающего требуемое ускорение.

Необходимость больших пусковых моментов двигателей привода особенно сказывается в условиях шахты, так как установки подземного хозяйства шахт зачастую получают питание от «мягких» (из-за большой протяжённости кабельных линий) электрических сетей.

Величина момента статических сопротивлений при пуске может оказаться повышенной из-за того, что конвейер был остановлен под загрузкой. Вследствие этого пусковой момент конвейерного электропривода должен в 1,5-2 раза превышать номинальный.

Так же во время пуска должен осуществляться плавный разгон тягового органа (ленты) до требуемой скорости, так как возникающие значительные динамические перегрузки приводят к проскальзыванию ленты на приводном барабане, что резко увеличивает её износ. С другой стороны лента является эластичным элементом, поэтому передача усилия сопровождается упругим её удлинением. По мере достижения установившейся скорости всеми участками упругое натяжение ленты снижается. Возврат энергии, запасённой в растянутой ленте, может привести к возрастанию скорости отдельных её участков, по сравнению с установившейся, к колебаниям ленты. Такой характер переходного процесса в тяговом органе может вызвать повышенный износ ленты, а иногда и её разрыв.

Поэтому время пуска может достигать десятки секунд и должно задаваться в зависимости от длины става конвейера, производительности установки и с учётом других факторов. Из практического опыта эксплуатации ленточных конвейерных установок известна следующая эмпирическая зависимость: на каждые 1000 м длины става конвейера – tпуска =60 сек.

Для точного определения длительности пуска можно использовать формулу, приведенную в работе А.С. Соловьёва [2], в основе которой лежит зависимость динамического натяжения ленты от отношения длительности пуска конвейера ко времени распространения упругой волны натяжения по тяговому органу. По этому методу расчётная длительность пуска равна:

где 5 соответствует горизонтальным конвейерам; L — полная длина конвейера, м; Eэфф – эффективный динамический модуль упругости, отнесённый ко всему сечению ленты, кг (для тканевых лент его величина примерно в 50 раз превышает их прочность на разрыв).

Кроме увеличения плавности пуска конвейеров в некоторых случаях необходимо регулировать скорость электропривода.

Это требование обусловлено тем, что срок службы ленты во многом определяется её усталостной прочностью, т.е. способностью выдерживать определённое число перегибов при огибании барабанов.

При эксплуатации конвейеров в условиях шахты электропривод подвержен воздействию агрессивных шахтных вод, угольной и породной пыли, а также в рудничной атмосфере зачастую присутствуют взрывоопасные газы (метан, сероводород и др.).

Поэтому электродвигатели конвейерного привода должны иметь защищённое исполнение.

Для подземных ленточных конвейеров применяются двигатели в рудничном взрывобезопасном исполнении типов КО, серии ВАО, а также специальные электродвигатели для конвейеров ЭДКОФ во фланцевом исполнении. Также в рудничном взрывобезопасном исполнении должна быть и аппаратура управления.

Стеснённость пространства выработок налагает требования к габаритным размерам привода, что приводит к его дроблению (применению нескольких двигателей меньшей мощности вместо одного большой мощности).

Эти и ряд других требований необходимо учитывать при проектировании электроприводов ленточных конвейеров.

Электрические приводы современных рудничных скребковых и ленточных конвейеров чаще выполняются многодвигательными. Даже при одной приводной станции оказывается целесообразным, а в ряде случаев и необходимым применение не одного, а двух или большего числа двигателей.

Для рудничных скребковых конвейеров увеличение потребной мощности электропривода путем повышения мощности двигателя ограничено требованиями к его габаритам, поэтому более удобно увеличивать количество двигателей в приводе. Кроме того, при многодвигательном приводе проще решается задача изменения мощности привода в зависимости от длины конвейера. Это достигается изменением количества установленных двигателей.

3. Пуск электродвигателя конвейера

С пульта управления у привода конвейера включается звуковая сигнализация, через 30-40 с, оператор путем нажатия кнопки “Пуск” подает управляющий сигнал на катушку контактора, которая, втягивая сердечник, подает питание на электродвигатель.

При нарушении нормальных режимов работы питание электродвигателя может быть отключено:

1. При сходе ленты со става конвейера с помощью реле датчика схода ленты.

2. При заштыбовке узла загрузки, а также при контроле уровня заполнения разгрузочного бункера с помощью реле датчика заштыбовки.

3. При принудительном отключении обслуживающим персоналом с помощью кабель -тросового выключателя по всей длине конвейера.

4. При использовании оператором кнопки “Стоп” на пульте управления при необходимости

4. Функциональная схема электропривода

Принципиальная электрическая схема

5. Используемая аппаратура управления и контроля

Датчик схода ленты типа КЛС-2

Датчик представляет собой гибкий стержень, состоящий из троса, растянутого пружиной, на который надето 8 резиновых конических шайб. Гибкий стержень заключен в резиновый кожух. При сходе лента начинает воздействовать на гибкий стержень сгибая его. При этом нижний конец троса перемещается, вытягивается из корпуса. Пружина, растягивающая трос, при этом сжимается, стремясь вернуть его в прежнее положение. К концу троса прикреплен концевой выключатель, при срабатывании которого отключается питание привода конвейера.

Отклонение вершины датчика от оси, мм 65

Размеры, мм 140´62´350

Датчик контроля заштыбовки

Предназначен для отключения конвейерных линий при завале мест перегрузки, представляет собой корпус, подвешенный на тросе в бункере. При заполнении бункера материалом датчик меняет свое положение. Внутри датчика находится шариковый контакт. Стальной посеребренный шарик при нормальном положении фиксируется в углублении. При наклоне корпуса датчика шарик перекатывается и замыкает цепь, при котором срабатывает реле датчика.

Отклонения вершины датчика от оси, 011-140

Размеры, мм 185´155´250

Реле датчика ИКС-2

Напряжение, В 220

Размеры, мм 380´415´325

Кабель – тросовый выключатель КТВ-2

Предназначен для экстренной остановки конвейеров из любой точки технологической линии.

Состоит из троса прикрепленный к концевым выключателям.

Размеры, мм 300´220´90

Датчик скорости УПДС-2

Датчик представляет собой десятиполюсный однофазный генератор переменного тока. Ротор датчика является постоянным магнитом и получает вращение от одного из роликов несущих ленту. Магнитное сопротивление изменяется за счет прорезей, нанесенных вдоль оси на поверхности ролика. Сигналы от датчиков скорости подаются на реле скорости, т.е. аппарат, преобразующий этот сигнал в сигнал, соответствующий входным параметрам аппаратуры управления.

Техническая характеристика

Напряжение датчика, В 220

Размеры, мм 360´220´160

Реле скорости РСА

Напряжение, В 36

Потребляемая мощность, ВА 10

Размеры, мм 520´400´426

6. Параметры двигателя

По соображениям требуемой мощности выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А355S6У4, параметры двигателя:

Рном = 160 кВт. хµ =3,8

n0= 1000 об/мин R1′ =0,02

КПД = 93,5 % х1′ =0,1

Cos j = 0,9 R2′ =0,015

Sном = 1,8 % х2′ =0,14

7. Уравнения для расчета параметров схемы замещения

асинхронного электродвигателя

Расчетные параметры для схемы замещения:

8. Обоснование алгоритмов управления для программной реализации с ориентированием по полю ротора

В соответствии с техническим заданием разработан привод, который состоит из блока векторного управления, задатчика интенсивности, инвертора. В систему управления заключена модель двигателя.

Как известно, основная идея ориентирования потока заключается в приведении системы уравнений трехфазного АД к ортогональной системе координат 1, 2 вращающейся со скоростью вектора потока ротора, в которой переменные представляются, как установившиеся величины постоянного тока. Фазу и амплитуду тока статора регулируют так, чтобы составляющая тока Is1, определяющая поток, оставалась постоянной, а регулирование момента осуществлялось только изменением составляющей тока Is2, создающей момент двигателя.

Уравнение статорной и роторной цепей АД во вращающейся со скоростью системе координат имеют вид:

Если скорость вращения координат совпадает со скоростью вектора потока ротора , то вектор будет на оси 1 представлен своим модулем , а его проекция на ось 2 равна нулю и уравнения примут следующий вид:

где m – число фаз, p – число пар полюсов, kr – коэффициент связи ротора, w — скорость вращения ротора.

Из уравнений связи следует:

С учетом формул (1) и (2) уравнения АД примут вид:

Система управления должна стабилизировать поток ротора и следовательно ток Is1 .

Уравнения (8.3, 8.4, 8.5, 8.6) при этом упрощаются:

Из уравнения (8.9) следует закон формирования тока Is1 :

Из уравнения (8.6) следует закон формирования тока Is2 :

Из уравнения (8.10) определяется величина абсолютного скольжения:

На основании определения скольжения необходима скорость вращения поля ротора:

Скорость вектора напряжения статора определяется из следующего соотношения:

где Q = аrctg, или , где

Исследование системы управления на модели показало малое влияние второго слагаемого на переходные процессы, поэтому закономерно принять:

Уравнения (8.11, 8.12, 8.13, 8.14) служат основой для построения микропроцессорной системы управления приводом с ориентированием потока ротора. Управление с регулированием напряжения требует формирования ортогональных составляющих вектора напряжения по обратной модели двигателя, которые вычисляются с использованием формул (8.7, 8.8).

Модель электропривода показана на рис.1.

8.1. Описание структурной схемы и назначение ее элементов

Входными для системы управления являются сигналы:

1. Задание по моменту;

2. Скорость вращения.

Выходными для системы управления являются сигналы:

1. Момент двигателя;

Структурная схема привода состоит из:

1.Инвертора, который преобразует полярные координаты в трехфазное синусоидальное напряжение.

2.Блока векторного управления.

8.2. Алгоритм управления

Уравнения статорной и роторной цепей АД, во вращающейся со скоростьк, системе координат имеют вид:

Уравнение для момента: , где

m-число фаз, p-число пар полюсов, Kr-коэффициент связи ротора, — скорость вращения ротора.

Если скорость вращения координат совпадает со скоростью вектора потока ротора , то вектор будет на оси 1 представлен своим модулем а его проекция на ось 2 равна нулю и уравнения примут следующий вид:

Используя уравнения связи:

Из которых следует: ; (8.17)

С учётом формул (1),(2) уравнения АД примут вид:

Система управления должна стабилизировать поток ротора и следовательно ток . Уравнения (8.19, 8.20, 8.21, 8.22) при этом упрощаются:

Из уравнения (8.25) следует закон формирования тока :

Из уравнения (8.22) следует закон формирования тока :

Из уравнения (8.26) определяется величина абсолютного скольжения

На основании определения необходимая скорость вращения поля ротора

Скорость вектора напряжения статора определяется из соотношения:

Исследование системы управления на модели показало малое влияние второго слагаемого на переходные процессы, поэтому закономерно принять:

Уравнения (8.27, 8.28, 8.29, 8.30) служат основой для построения системы управления приводом с ориентированием потока ротора.

Управление с регулированием напряжения требует формирования ортогональных составляющих вектора напряжения, которые вычисляются с использованием формул 8.23, 8.24.

По вычисленным составляющим вектора напряжения находится амплитуда напряжения:

На основании информации о фазных токах вычисляется модуль вектора тока статора по формуле:

Ток, определяющий момент двигателя может быть найден исходя из неизменности тока определяющего потокосцепление ротора.

8.3. Управление потоком

Модуль вектора потокосцепления ротора в системе управления задается наравне номинального значения. В процессе работы для обеспечения нормальной и экономичной работы привода потоком необходимо управлять. Так при работе на скоростях выше номинальных его необходимо уменьшать по аналогии с машинами постоянного тока, при малых нагрузках для уменьшения потребляемого тока поток также надо уменьшать.

Работа с ослаблением поля требует формирования задания по потоку в соответствии с формулой:

Работа в режиме минимума тока статора, когда ток Is1 становится больше тока Is2, минимум тока статора обеспечивается при управлении потоком исходя из соотношения:

Приравнивая (8.28) и (8.29) получим закон управления потоком:

8.4. Расчет параметров настроек регуляторов системы регулирования

Расчет регуляторов выполним на симметричный оптимум.

8.4.1. Расчет канала регулирования потокосцепления ротора двигателя

Как видно из рисунка, данный канал содержит два контура регулирования с ПИ-регулятором тока и ПИ-регулятором потокосцепления.

Передаточная функция разомкнутого контура тока имеет вид:

Отсюда следует, что регулятор тока должен компенсировать постоянную времени контура Ts +Tr.

Передаточная функция ПИ-регулятора тока:

Крт Тит = Тs + Tr = 1,6 с

Передаточная функция замкнутого контура тока:

Передаточная функция разомкнутого контура регулирования, потокосцепления ротора двигателя имеет вид:

ПИ-регулятор потокосцепления ротора двигателя будет компенсировать постоянную времени Тr, отсюда его передаточная функция имеет вид:

Передаточная функция замкнутого контура:

При наличии компенсирующих связей контур тока имеет вид:

Настройка на технический оптимум:;

8.4.2. Расчет канала регулирования скорости

Канал содержит внутренний токовый контур с ПИ- регулятором тока и внешний контур регулирования скорости с П – регулятором скорости.

Внутренний контур тока будет иметь те же настройки, что и в канале регулирования потокосцепления ротора.

Стабилизация потокосцепления и тока формирующего момент двигателя позволяют свести контур скорости к двум звеньям

Передаточная функция разомкнутого контура скорости будет иметь вид:

Замкнутый контур скорости:

Рассчитав каналы регулирования системы векторного управления можно исследовать работу привода на разных режимах его работы.

Осуществим пуск привода при номинальной нагрузке на скорость, равную половинной от номинальной. На вход регулятора скорости поставим задатчик интенсивности.

После разгона произведем наброс нагрузки на 20%, и осуществим торможение. На графики выведем электромагнитный момент двигателя, потокосцепление ротора, скорость.

На рис.3 представлены динамические процессы в приводе при данных режимах работы.

9. Алгоритм работы привода конвейера

В связи с тем, что регулирование ЭП по мгновенному значению тока не представляется возможным, по этому регулирование привода осуществляется по среднеквадратичному значению измеренного тока:

На рис.2, этот процесс осуществляется блоком 1.

Среднеквадратичный ток сравнивается с заданным эквивалентным значением тока, который определяется по закону:

Полученное значение преобразуется в изменение скорости подачи в блоке 2 (рис.2) по закону:

Т.к. в блоке 2 стоит звено нечувствительности, поэтому система работает только на уменьшение скорости подачи.

10. Синтез логического алгоритма работы системы управления и его программная реализация

Воспользуемся методом циклограмм. Определим входные Х и выходные У переменные.

Х1 – подача питающего напряжения в систему управления, т.е. включение Х1 = 1 когда пуск;

Х2, Х3, Х4, Х5 – опрос датчиков защиты конвейера.

Х2, Х3, Х4, Х5 = 1 если защита не сработала;

У1 – готовность привода к работе, предупредительная сирена

У2 – пуск привода конвейера

Циклограмма будет иметь вид, представленный на рис.9.1

Рис. 9.1 Циклограмма работы системы после включения

Запишем условие включения для У:

и условие отключения: __ __ __ __ __

и условие отключения:

_____ _____ _____ _____ _____

У = S`(У) ×S«(У) = Х1×Х2×Х3×Х4×Х5× (X1+Х2+Х3+Х4+Х5)

В качестве элементной базы для системы управления применим 16-разрядный программируемый микроконтроллер (ПМК) С161 фирмы «SIEMENS». Этот ПМК имеет наилучший показатель цена-производительность для данного типа привода.

Основные параметры микроконтроллера:

— 16-разрядный микропроцессор с тактовой частотой 16 МГц

— производительность 8 MIPS

— объем адресуемой памяти 4 Мб

— 2 Кб ПЗУ и 4 Кб ОЗУ непосредственно на контроллере

— 8 – или 16-разрядная шина данных

— 16-уровневая система прерываний

— высокоскоростной синхронный / асинхронный последовательный порт

— до 63 линий ввода/вывода

— 7 портов ввода/вывода с 16-разрядными АЦП/ЦАП

— диапазон рабочих температур от 0 до +70 °С

Принципиальная схема системы векторного управления тяговым электроприводом переменного тока рудничного электровоза на основе ПМК С161 представлена на рис. 9.2

Рис. 9.2 Структура ПМК С161

Для функциональной реализации алгоритма управления на микроконтроллере ПМК С161 разработана программа управления в прикладной программе MicroWIN SP1 V3.1 STEP7, которая представлена ниже.

Система моделировалась в вычислительной среде Matlab c использованием пакета прикладных программ Simulink. В результате моделирования были получены графики.

Рис.1. Векторная система управления АД конвейера

Рис.2. Структурная схема привода конвейера

Список использованной литературы:

  1. Башарин А.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода. Л.1990г.
  2. Дартау В.А., Алексеев В.В. Средства автоматики электроприводов с блочным векторным управлением. ЛГИ 1986 г.
  3. Мамедов В.М. Электродинамическое моделирование электроприводов. Энергия 1964 г.
  4. Рудаков В.В. Специальные вопросы автоматизированного электропривода. ЛГИ 1986 г.
  5. Рудаков В.В. Расчет и моделирование автоматизированных электроприводов. Наука 1965 г.

Разработка электропривода ленточного конвейера с двумя приводными станциями

Основное назначение электрического привода ленточного конвейера. Суммарная мощность двигателей приводных станций. Выбор электродвигателя. Кинематическая схема приводной станции конвейера. Проверка двигателя на нагрев. Расчет параметров системы управления.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 21.10.2012

К современным автоматизированным электроприводам, особенно работающим в сложных системах автоматического управления прецизионными технологическими установками, предъявляются все более жесткие требования по качеству управления движением. Электроприводы, применяемые в точных технологических установках, роботах и манипуляторах должны обеспечивать заданное быстродействие, точность слежения и позиционирования, высокую стабильность и широкий диапазон регулирования скорости, ограничения ускорения и т.п. Одновременно ставится задача существенно увеличить надежность работы электропривода, упростить наладку и обслуживание оборудования.

В рамках данного курсового проекта был разработан электропривод ленточного конвейера с двумя приводными станциями. В ходе выполнения проекта были решены следующие задачи:

— выбор системы электропривода, основанный на анализе исходных данных на проект, изучении литературы по данному механизму, а также исходя из наилучших показателей той или иной системы;

— выбор типа электродвигателя и его параметров;

— выполнена проверка выбранного двигателя на нагрев (так как двигатель является самовентилируемым, а регулирование скорости происходит вниз от номинальной частотным способом, что ухудшает тепловой режим);

— выполнен расчет параметров системы управления, которые обеспечивают заданные показатели качества управления;

— были рассчитаны и построены статические механические характеристики системы;

— разработана схема электропривода для моделирования динамических процессов, а также рассчитан закон управления частотой и напряжением двигателя, и выполнено моделирование, которое показало, что система удовлетворяет заданным показателям качества управления;

— разработана электрическая схема электропривода и выбраны её элементы;

— разработана конструкция электропривода, компоновка и размещение всех его элементов.

1. Выбор системы электропривода

Основным типом привода ленточных конвейеров, получившим широкое распространение, является электрический привод.

Основным назначением привода ленточного конвейера является обеспечение передачи необходимого тягового усилия и нормального движения конвейерной ленты при всех режимах работы конвейера.

В связи с этим привод конвейера должен отвечать следующим основным требованиям:

— обеспечение плавного пуска и замедления, отсутствие рывков при движении ленты, повышенный пусковой момент;

— во всех режимах работы конвейера с несколькими приводными барабанами привод должен обеспечивать синхронизацию скорости этих барабанов;

— в конвейерах с регулируемой скоростью движения ленты привод должен обеспечивать плавный переход от одной скорости к другой;

— обеспечение высокой надежности.

В соответствии с исходными данными на курсовой проект необходимо спроектировать электропривод ленточного конвейера, у которого скорость движения рабочего органа изменяется в пределах 0,2…1 м/с, т.е. электропривод регулируемый.

Наиболее разработанными и применяемыми схемами приводов, обеспечивающих регулирование скорости, являются следующие схемы:

— электропривод переменного тока с частотным преобразователем и короткозамкнутым асинхронным электродвигателем;

— электропривод переменного тока с асинхронно-вентильным каскадом и асинхронным электродвигателем с фазным ротором;

— электропривод постоянного тока с тиристорным выпрямителем переменного тока (очень редко).

Выполним анализ возможности применения этих схем для привода ленточного конвейера, который необходимо спроектировать в соответствии с исходными данными на курсовой проект.

По заданию привод будет эксплуатироваться в условиях У2 по ГОСТ 15150-69 (условия практически ничем не отличаются от уличных). Следовательно, применение электропривода постоянного тока невозможно, из-за того, что коллектор двигателя будет подвержен воздействиям влаги (конденсата) и двигатель будет выходить из строя.

Остается два варианта, которые могут быть применены при проектировании ленточного конвейера. Чтобы окончательно выбрать систему электропривода, выполним расчет суммарной мощности двигателей конвейера.

Суммарная мощность двигателей приводных станций (двух)

где — КПД редуктора приводной станции; — коэффициент запаса, учитывающий силы сопротивления.

Исходя из расчета суммарной мощности двигателей конвейера видно, что их мощность не велика. На практике для конвейеров мощностью до 200 кВт применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, а для более мощных уже используют асинхронные двигатели с фазным ротором.

Для ленточных конвейеров используются две принципиальные схемы регулируемого электропривода переменного тока с частотным преобразователем: схема с непосредственным подключением короткозамкнутого асинхронного двигателя к преобразователю, подключенному к питающей сети (НПЧ), и схема с преобразователем частоты инверторного типа (ПЧИ).

Наилучшие показатели регулирования дает применение преобразователей частоты на основе инверторов (ПЧИ). Такие преобразователи обеспечивают широкий диапазон регулирования скорости как вниз, так и вверх относительно номинального значения. При этом соответствующий выбор закона частотного регулирования позволяет осуществлять его как при постоянстве допустимого момента, так и при постоянстве допустимой мощности в режиме продолжительной нагрузки. Различные модификации ПЧИ позволяют реализовать данную систему электропривода независимо от рода тока в источнике электроэнергии. Недостатком системы ПЧИ-АД является ее функциональная сложность и более высокая стоимость, чем у системы НПЧ-АД.

Существенно более простыми и дешевыми являются непосредственные преобразователи частоты (НПЧ), однако их применение ограничено небольшой зоной частотного регулирования и низкими энергетическими характеристиками.

При применении системы НПЧ-АД расчетную мощность двигателей необходимо будет увеличить в 2 раза, так как максимальная частота при регулировании будет только 25 Гц, а не 50 Гц. Это обстоятельство увеличит стоимость данной системы, и она практически сравняется со стоимостью системы ПЧИ-АД.

Обобщая все сказанное выше, для проектируемого конвейера выбираем систему — электропривод переменного тока с частотным преобразователем инверторного типа (ПЧИ-АД), как наиболее отвечающую заданным показателям и условиям эксплуатации.

2. Выбор электродвигателя

Выбираем диаметр приводного барабана равным 0,3 м. Выбираем редуктор с передаточным числом .

Скорость двигателей (двух) конвейера при скорости ленты м/с

где D — диаметр приводного элемента.

Суммарный момент двигателей конвейера

По справочнику [2] выбираем два одинаковых двигателя типа 4А112М4РНУ2 (рудничное исполнение) с параметрами:

— номинальная мощность — кВт;

— синхронная частота вращения — об/мин;

— момент инерции ротора — кг•м 2 .

Параметры схемы замещения (в относительных единицах):

Пересчитаем параметры обмоток из относительных единиц в абсолютные.

Определим номинальную скорость АД и номинальный вращающий момент:

Суммарный момент инерции равен:

Массу груза определим по следующему выражению

3. Проверка выбранного двигателя на нагрев

Так как выбранный двигатель самовентилируемый и скорость движения конвейерной ленты регулируется вниз от номинального значения, то выбранный двигатель необходимо проверить на нагрев. Режим работы конвейера является продолжительным, поэтому проверку выбранного двигателя по нагреву выполним исходя из самого неблагоприятного режима (статическая нагрузка максимальна, а скорость вращения вала двигателя наименьшая, т.е. условия охлаждения ухудшены).

Каждый электрик должен знать:  Индикаторная отвертка загорается и тухнет на нуле в розетке

Двигатель выбран правильно, если в процессе его эксплуатации соблюдается условие

где — допустимое превышение температуры для изоляции двигателя, которое определяется классом нагревостойкости изоляции.

В случае постоянной нагрузки при её длительности

Коэффициент теплоотдачи (при номинальном режиме работы):

Т.к. двигатель работает не только на номинальных скоростях, то коэффициент теплоотдачи на разных скоростях различен. Поэтому

i — коэффициент, учитывающий охлаждение двигателя на разных скоростях вращения.

Зависимость () имеет линейный характер (рис. 1).

Рис 1. Зависимость ().

Коэффициент теплоотдачи при работе двигателя на низшей скорости (0,2·щном)

Мощность тепловых потерь двигателя

Найдем критический момент двигателя

Скорости ротора с -1 соответствует скорость холостого хода с -1 .

Тогда при Н·м напряжение

Ток статора можно приближено найти по формуле

Мощность тепловых потерь двигателя

Выбранные двигатели имеют обмотку, выполненную по классу изоляции В, для которой предельно допускаемая температура доп = 130 С .

Тогда допустимое превышение температуры для изоляции двигателя

Как видно из расчетов, предельное превышение температуры двигателя за время работы находится на границе допустимого превышения температуры по классу изоляции. Следовательно, двигатель используется практически на 100%.

4. Расчет параметров системы управления

Система управления представляет собой одноконтурную систему, замкнутою по скорости. Она должна формировать статические механические характеристики, которые обеспечат необходимую перегрузочную способность на всем диапазоне частот и нагрузок.

Сделаем допущение, что двигатель работает на линейном участке механической характеристики, тогда:

С учетом этого, структурная схема системы примет следующий вид:

Рассчитаем жесткость при работе на линейной части механической характеристики:

Определим постоянные времени:

Так как m>>4, то рассматриваемый электропривод может быть представлен в виде двух последовательно соединенных апериодических звеньев.

Тогда, передаточная функция двигателя с учетом внутренней обратной связи представляется звеном второго порядка:

Определим корни характеристического уравнения:

С учетом этого, передаточная функция объекта регулирования:

Желаемая передаточная функция системы, настроенной на технический оптимум:

Принимаем T =0,01756 c, то есть компенсируем большую постоянную времени.

Передаточная функций регулятора скорости:

Получили пропорционально — интегральный регулятор скорости (ПИ — РС) со следующими параметрами:

5. Расчет статических механических характеристик в замкнутой системе

Рассчитаем статические механические характеристики контура регулирования скорости.

Для этого получим уравнение механической характеристики.

После преобразования получим:

Уравнение статической механической характеристики (р=0) выглядит следующим образом:

Ошибка регулирования по управляющему воздействию:

Таким образом, видно, что при =const в статическом режиме ошибка по управляющему воздействию отсутствует. Система по управляющему воздействию обладает астатизмом первого порядка.

Ошибка регулирования по возмущению, обусловленная статической нагрузкой электропривода:

В статике при Мс=const система обладает астатизмом по возмущению.

Статические механические характеристики.

6. Моделирование динамических процессов

Моделирование динамических процессов произведем с использованием ЭВМ в программно — методическом комплексе MatLab 6.1.

Для более реалистичного представления процессов в асинхронном двигателе в статических и динамических режимах используем описание его математической модели в осях , :

Структурная схема управления двигателями конвейера представлена на рис.5.

Схема модели электропривода в MatLab 6.1 представлена на рис. 6,7.

Результаты моделирования представлены на стр. 22-34.

Закон управления двигателем будет заключаться в том, чтобы поддерживать критический момент двигателя постоянным (). Рассчитаем вольт-частотную характеристику, по которой будет работать электропривод.

Рассчитаем величину напряжения, которое необходимо подать на двигатель для получения различных характеристик.

Для скорости ротора двигателя равной рад/с:

Тогда при Н·м напряжение

Для скорости ротора двигателя равной рад/с:

Тогда при Н·м напряжение

Для скорости ротора двигателя равной рад/с:

Тогда при Н·м напряжение

Для скорости ротора двигателя равной рад/с:

Тогда при Н·м напряжение

Для скорости ротора двигателя равной рад/с:

Тогда при Н·м напряжение

Для скорости ротора двигателя равной рад/с:

Тогда при Н·м напряжение

По полученным значениям построим вольт-частотную зависимость (рис. 4).

Рис. 6. Схема модели электропривода в MatLab 6.1.

Рис. 7. Модель АД в осях б,в.

Пуск двигателей на скорость под нагрузкой, больше номинальной.

Рис. 8. Зависимость и от времени.

Рис. 9. Зависимость и от времени.

Рис. 10. Зависимость от времени.

Рис. 11. Зависимость и первого двигателя от времени.

Рис. 12. Зависимость и второго двигателя от времени.

Рис. 13. График изменения задания на частоту двух двигателей.

Пуск на скорость в холостую с последующей нагрузкой на первый двигатель Нм и нагрузкой на второй двигатель Нм.

Рис. 14. Зависимость и от времени.

Рис. 15. Зависимость и от времени.

Рис. 16. Зависимость от времени.

Рис. 17. Зависимость и первого двигателя от времени.

Рис. 18. Зависимость и второго двигателя от времени.

Рис. 19. График изменения задания на частоту двух двигателей.

Пуск двигателей на скорость под нагрузкой, больше номинальной.

Рис. 20. Зависимость и от времени.

Рис. 21. Зависимость и от времени.

Рис. 22. Зависимость от времени.

Рис. 23. Зависимость и первого двигателя от времени.

Рис. 24. Зависимость и второго двигателя от времени.

Рис. 24. График изменения задания на частоту двух двигателей.

Пуск на скорость в холостую с последующей нагрузкой на первый двигатель Нм и нагрузкой на второй двигатель Нм.

Рис. 25. Зависимость и от времени.

Рис. 26. Зависимость и от времени.

электрический привод ленточный конвейер

Рис. 27. Зависимость от времени.

Рис. 28. Зависимость и первого двигателя от времени.

Рис. 29. Зависимость и второго двигателя от времени.

Рис. 30. График изменения задания на частоту двух двигателей.

Как видно из графиков рис. 8-30:

— статическая ошибка по скорости во всех экспериментах равна нулю ();

— токи двигателей не превышают максимально допустимого значения (1,5IН).

7. Разработка электрической схемы электропривода

В качестве преобразователей для управления работой двигателей выбираем преобразователи частоты серии SJ300 модель 075HF фирмы Hitachi, имеющие следующие основные технические характеристики:

— степень защиты IP20 (NEMA1);

— максимальная мощность применяемого двигателя 7,5 кВт;

— номинальное входное напряжение-3 фазы

— номинальный выходной ток — 16А;

— метод управления — высокочастотный ШИМ;

— диапазон выходной частоты — 0,1- 400 Гц;

— перегрузка по току — 150% в течение 60 сек., 200% в течение 0,5 сек;

— пусковой момент — 200%/0,5Гц (в режиме бессенсорного контроля);

— температура окружающей среды — от -10 до 50 єС.

В комплект каждого преобразователя (по желанию заказчика) входит дистанционный пульт оператора, предназначенный для управления ПЧ на расстоянии. Данный пульт подключается к клеммам преобразователя по каналу RS485. Он имеет точно такой же вид и кол-во кнопок, что и цифровой пульт оператора, который расположен на ПЧ.

Для обеспечения совместной работы двигателей задание частоты на втором преобразователе будет формироваться с помощью микроконтроллера на базе МК51. Этот контроллер, сравнивая токи в фазах каждого двигателя, будет производить расчет частоты, которую необходимо прибавить или отнять от основного задания на второй двигатель, чтобы двигатели находились в равных условиях. В качестве микроконтроллера выбираем однокристальный микроконтроллер фирмы Atmel АТ89С51 с тактовой частотой 24 МГц. Значения токов в фазах двигателей должны подаваться на контроллер в цифровом коде, а так как значение токов с ПЧ выходят в аналоговой форме, то для согласования необходимо применить аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). В качестве АЦП выбираем преобразователь фирмы MAXIM MAX165BEWN, с параметрами:

— время преобразования — 5мкс;

— напряжение питания — +5В;

— ток потребления — ?5мА;

— опорное напряжение — +1,23В;

— входное напряжение — +2,46В;

— температура окружающей среды — -40єС…+85єС.

Дополнительный сигнал задания частоты для второго двигателя должен подаваться на аналоговый вход. А микроконтроллер выдает его в цифровом коде, поэтому необходимо применить цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). В качестве ЦАП выбираем преобразователь фирмы MAXIM MX7224, с параметрами:

— напряжение питания — +15В;

— ток потребления — 2мА;

— опорное напряжение — +10В;

— температура окружающей среды — -40єС…+85єС.

Для защиты преобразователя со стороны переменного напряжения устанавливаем автоматический выключатель АЕ2043М-100 с номинальным током 40А.

Условия эксплуатации разрабатываемого привода соответствуют категории У2 по ГОСТ 15150-69, по которой нижняя температура равна -45єС, а выбранные ПЧ имеют нижнюю рабочую температуру -10єС. Поэтому необходимо создать искусственный климат для функционирования преобразователей. Для этого поместим их в шкаф со степенью защиты IP54 и необходимый диапазон температуры будем поддерживать с помощью промышленного нагревателя, который будет включаться и отключатся по сигналу от микроконтроллера. Информация о температуре на микроконтроллер будет поступать от датчика температуры. В качестве датчика температуры выбираем цифровой датчик температуры фирмы ANALOG DEVICES TMP03. Данный датчик позволяет измерять температуру окружающей его среды в диапазоне от -40єС до +100єС с погрешностью в ±1,5єС на всем диапазоне.

При достижении температуры внутри шкафа 0єС микроконтроллер выдает сигнал на замыкание управляемого ключа в качестве которого используем твердотельное реле, которое включено в цепь нагревателя. Твердотельные реле используются для подключения моторов, трансформаторов, нагревательных элементов таким же образом, как и обычные электромагнитные реле. Главным преимуществом перед электромагнитными реле являются: гальваническая развязка входа и выхода, высокая чувствительность, малые размеры, отсутствие дребезга контактов, большое время жизни, нечувствительность к внешним полям, ударам и вибрациям. Диапазон рабочих температур: -40…+80єС. Выбираем твердотельное 3-х фазное реле фирмы CRYDOM D53TP25D, имеющее следующие параметры:

— управление — пост. напряжение;

— управляющее напряжение min — 3 В;

— управляющее напряжение mах — 32 В;

— выходной каскад — тиристорный;

— коммутируемое переменное напряжение — 48-530 В;

— максимальный ток нагрузки — 25 А;

— время включения mах — 10мс;

— время отключения mах — 10мс;

— напряжение изоляции — 4 кВ.

При срабатывании реле включается нагреватель и происходит нагрев воздуха внутри шкафа. При достижении значения температуры в 10єС происходит обратный процесс (нагреватель отключается).

Рассчитаем мощность нагревателя, которая необходима для обогрева оборудования в шкафу. Мощность можно рассчитать по формуле:

где — разница температур между внутренними стенками шкафа и внешними;

коэффициент теплоотдачи; S — площадь поверхности.

Выбираем нагревательный элемент типа ТЭН (трубчатый электронагреватель) фирмы МЭК (МиассЭлектроКонверсия) мощностью 0,7 кВт, трехфазный, на номинальное напряжение 380 В, имеющий габаритные размеры: длина — 480 мм; высота — 200 мм; ширина — 110 мм.

В случае поломки нагревателя предусмотрена защита компонентов электропривода от холода. Эту защиту обеспечивает магнитный пускатель ПМ12-040.1.1, который отключает питание от преобразователей по сигналу от микроконтроллера. Сигнал с МК поступает на электромагнитное реле (если температура окружающего воздуха опустится ниже -10єС), которое своим силовым контактом размыкает цепь пускателя.

Для формирования сигнала обратной связи по скорости используется синхронный тахогенератор СГ — 025 со следующими параметрами:

— число полюсов — 2;

— номинальная частота вращения — об/мин;

— амплитуда выходного напряжения — 60 В;

— выходная частота — 50 Гц;

— рабочая температура — -40…+50єС.

Для преобразования гармонического сигнала с выхода тахогенератора в постоянное напряжение применим шестипульсный мостовой выпрямитель. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения программируем на данном аналоговом входе фильтр. Прежде чем подать преобразованное напряжение на аналоговый вход ПЧ, который запрограммирован как обратная связь по скорости, необходимо его понизить таким образом, чтобы при максимальной скорости двигателя выходное преобразованное напряжение соответствовало уровню в +10В. Для этого ставим делитель напряжения.

Для питания микросхем необходимо иметь постоянное напряжение +5В и +15В. Данные уровни напряжения получим применив микросхему КР145ЕН5А и АС-DC конвертер фирмы MEAN WELL DR-4515, имеющий следующие параметры:

— выходное постоянное напряжение — 15В;

— выходной ток — 2,8А;

— выходная мощность — 42Вт;

— входное переменное напряжение — 85-264В;

— рабочая температура — -10…+50єС.

Для сигнализации оператору о произошедших авариях (перегрузка двигателя и исчезновение питающего напряжения) используем светодиоды АЛ307НМ, которые подключены к дискретным выходам 15 и 14 преобразователя. Данные дискретные выходы перед запуском привода должны быть запрограммированы на выдачу сигнала о соответствующей аварии.

Интегральные микросхемы необходимо шунтировать по цепи питания. Это достигается за счет подключения к выводам питания блокирующих конденсаторов, которые устанавливаются в близи корпуса микросхемы.

В качестве таких конденсаторов выбираем конденсаторы типа К73-17-250В-0,1 мкФ20%.

8. Разработка конструкции электропривода

Требования по конструированию.

Требования по конструированию согласно ГОСТ 14254 — 80.

Для обеспечения теплоотвода с помощью соответственного охлаждения конструкция должна отвечать следующим требованиям:

1. Обеспечивать хорошее обтекание холодным воздухом всех элементов, особенно теплонагруженных.

2. Теплочувствительные элементы должны располагаться ближе к стенкам.

3. Теплочувствительные элементы должны быть защищены от обтекания нагретым воздухом.

4. Теплочувствительные блоки, аппаратура, приборы должны отставать от основания и стенок оболочки, и друг друга не менее чем на 20 мм для свободного протекания воздуха.

5. Теплонагруженные элементы должны иметь хорошие тепловые контакты с несущими узлами системы.

Все элементы расположены в напольном шкафу со степенью защиты IP54 по ГОСТ 14254 — 80. Выбираем шкаф ШДО-54-1206045 со следующими параметрами:

— высота — 1200 мм;

— глубина — 450 мм.

Конструктивно силовой канал и система управления размещены в одном встраиваемом блоке со степенью защиты IP20 по ГОСТ 14254 — 80.

Блок предназначен для защиты человека от случайного прикосновения к токоведущим частям электропривода и для предохранения находящегося там оборудования от внешних воздействий.

Для обеспечения теплоотвода необходимо хорошее обтекание холодным воздухом всех элементов, особенно теплонагруженных. Это достигается за счет применения комбинированного охлаждения. Забор воздуха производится снизу с боковой стороны, выбрасывается воздух через верхние жалюзи.

Все теплонагруженные блоки, приборы оснащены соответствующими охладителями для обеспечения хорошего теплового контакта с несущими узлами системы. Причем охладители должны отставать от оболочки не менее чем на 20 мм для свободного протекания воздуха.

Блок электропривода заземлен в соответствии с требованиями ПУЭ при помощи элементов, предусмотренных в его составе.

Элементы, предназначенные для управления преобразователями частоты, и элементы для контроля температуры расположены на отдельной печатной плате, которая расположена в центре шкафа.

Ширина и толщина печатного проводника определяется плотностью тока, которая должна быть не более 20А/мм 2 для внутренних слоев многослойных печатных плат.

Рекомендуются следующие толщины плат, мм: 0,8 0,15; 1,0 0,15; 1,5 0,2; 2,0 0,2; 2,5 0,3; 3,0 0,3. Толщину платы определяют на основании требований к прочности конструкции сборочной единицы и с учетом метода изготовления.

В состав платы входят: печатная плата и разъемы. Размеры печатной платы выбираем из стандартного ряда. Плата имеет следующие габаритные размеры: высота — 150 мм; ширина — 100мм.

Для более компактного расположения элементов схемы используем стеклотекстолит СОНФ-2-35-1,5 2 класс ТУ-503.204-88, предназначенный для двухслойных печатных плат.

Шаг координатной сетки принимаем равным 2,5 мм. Толщина наклеенной медной фольги 50 мкм.

Автоматический выключатель и магнитный пускатель располагаем в верхнем правом углу шкафа.

Для обогрева оборудования в холодный период времени применяем промышленный обогреватель. Электронагревательный прибор типа ТЭН располагаем внизу шкафа. Нагреваемый им холодный воздух будет подниматься, и обогревать все элементы.

Подобные документы

Определение мощности электродвигателя приводной станции конвейера; кинематических, силовых и энергетических параметров механизмов привода. Расчет клиноременной передачи. Выбор основных узлов привода ленточного конвейера: редуктора и зубчатой муфты.

курсовая работа [272,5 K], добавлен 30.03.2010

Расчет параметров ленточного конвейера для транспортировки насыпного груза. Описание конструкции конвейера. Проверка возможности транспортирования груза. Определение ширины и выбор ленты. Тяговый расчет конвейера, его приводной и натяжной станций.

курсовая работа [736,5 K], добавлен 23.07.2013

Схема замещения ленточного конвейера и расчет его параметров. Расчет параметров его электромеханической части. Синтез САУ ленточного конвейера. Математическое описание объекта управления. Структурный синтез оптимальной САУ электроприводом методом АКР.

курсовая работа [605,3 K], добавлен 22.01.2015

Кинематическая схема привода ленточного конвейера. Кинематический расчет электродвигателя. Определение требуемуй мощности электродвигателя, результатов кинематических расчетов на валах, угловой скорости вала двигателя. Расчет зубчатых колес редуктора.

курсовая работа [100,3 K], добавлен 26.01.2010

Особенности расчета и проектирования ленточного конвейера длиной 140 м и углом наклона 14°, транспортирующего сортированный мелкокусковый щебень с производительностью 190 т/ч при среднем режиме работы. Определение параметров приводной станции конвейера.

курсовая работа [115,2 K], добавлен 22.01.2014

Анализ годовой производительности и временного ресурса ленточного конвейера, выбор его трассы и кинематическая схема. Расчет ширины ленты, параметров роликовых опор, приводного барабана. Подбор двигателя привода, стандартного редуктора, муфт и тормоза.

курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.12.2012

Условия работы и требования, предъявляемые к электроприводу ленточного конвейера. Расчет мощности и выбор двигателя, управляемого преобразователя. Определение структурной схемы электропривода. Синтез регуляторов системы управления электроприводом.

курсовая работа [823,2 K], добавлен 09.05.2013

Принцип действия ленточного конвейера, общая схема устройства. Основные параметры рабочего органа. Особенности расчета тягового усилия, необходимой мощности привода конвейера. Выбор двигателя, алгоритм его кинематического расчета. Выбор элемента передач.

курсовая работа [186,3 K], добавлен 02.05.2020

Разработка конструкторской документации ленточного конвейера. Расчет кинематических и энергетических характеристик привода. Подбор электродвигателя, подшипников качения, шпонок и муфты. Компоновка редуктора, схема сил, действующих в передачах привода.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 30.12.2014

Разработка привода ленточного конвейера: выбор электродвигателя; расчет зубчатых передач, подбор и проверка на пригодность шпоночных соединений, подшипников; проект общего вида червячного редуктора; выбор материалов; выполнение рабочих чертежей деталей.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.12.2010

Электрооборудование конвейерных систем

Продолжительная и надежная работа ленточных конвейеров и другого конвейерного оборудования выпускаемое машиностроительным предприятием «СтройМеханика», а также безопасное его обслуживание в значительной мере зависит от уровня автоматизации и наличия необходимых устройств безопасности. Основными причинами выхода из строя конвейеров и связанного с ним оборудования является попадание в них металлических предметов, которые вызывают порывы и порезы ленты, сход ленты, а следовательно, увеличения просыпи подаваемого материала, забивку загрузочных и разгрузочных устройств и др.

Шкаф управления ленточного конвейера серии «ЛК» (ШУ-ЛК)

Машиностроительное предприятие «СтройМеханика» по заказу комплектует изделия, производимые предприятием, как шкафами управления, так и системами автоматизированного управления, изготовленными с применением высококачественных и надежных комплектующих.

Шкаф управления ШУ-ЛК предназначен для управления в ручном режиме работой ленточного конвейера серии «ЛК». Шкаф управления в стандартной комплектации оснащается устройством защитного отключения.

Шкаф управления состоит из металлического корпуса настенного исполнения и передней панели (двери) с установленными элементами управления. На задней стенке корпуса установлена монтажная панель с расположенными на ней электрическими приборами. В нижней части монтажной панели установлены блоки зажимов для внешних подключений. Кабели вводятся в корпус шкафа снизу.

На передней панели шкафа управления размещены следующие элементы управления:

  • световой индикатор «СЕТЬ» (включается при подаче электропитания на ввод шкафа и при включении автоматического выключателя);
  • кнопки управления электроприводом конвейера ПУСК/СТОП (включение и выключение привода конвейера);
  • аварийный стоп.

Конкурентные преимущества шкафа управления:

  • Простота и удобство обслуживания.
  • Широкий температурный диапазон (от -30 до +40°С).
  • Защита от внешних факторов за счет покрытия порошковой эмалью.
  • Гарантийный срок эксплуатации 1 год.
  • Применение комплектующих известных мировых производителей:
    • контакторы фирмы (MOELLER, Германия);
    • автоматы защиты двигателя фирм (LG, Юж.Корея), (ABB Германия);
    • кнопки управления (MOELLER, Германия);
    • световые индикаторы (MOELLER, Германия), (ABB, Германия), (LEGRAND, Франция);
    • контакторы (MOELLER, Германия);
    • автоматы защиты двигателя (LG, Юж.Корея);
    • корпус шкафа управления (RITTAL, ГЕРМАНИЯ);
    • качественная кабельная продукция завода (ПОДОЛЬСККАБЕЛЬ, Россия)

Технические характеристики

Напряжение питания, В 380
Установленная мощность, кВт от 2,2 до 5,5
Частота электрического тока, Гц 50
Габаритные размеры (L×B×H), мм 395×310×220
Длина кабелей не должна превышать, м 50
Коммутация кабелей допускается при выключенном питании

Частотный преобразователь

Применение частотного преобразователя в составе шкафа управления ленточным конвейером позволяет обеспечить плавный набор и сброс скорости привода, защиту от перегрузки по моменту, тем самым, предотвращая его выход из строя и продлевая срок службы. Кроме того, частотный преобразователь позволяет плавно регулировать скорость в рабочем диапазоне, а также запоминать произвольный набор скоростей для быстрого переключения между ними.

Устройства выключающие рычажные (для аварийного схода ленты)

Выключающие рычажные устройства устанавливаются на металлоконструкцию средней части конвейера для отключения привода при аварийном сходе ленты. При длине конвейера 50-150 м устанавливают по одному устройству с обеих сторон кромок верхней ветви ленты вблизи головной и хвостовой частей конвейера, т.е. всего четыре устройства. При длине конвейера более 150 м устанавливают еще два устройства в средней части — по одному с каждой стороны ленты. При длине конвейера до 50 м устанавливают два устройства в головной части. При длине конвейера до 10-15 м устройства не устанавливают.

Устройства выключающие канатные (для ручной остановки конвейера)

Выключающие канатные устройства, применяющиеся для ручной остановки конвейера по всей его длине со стороны прохода для обслуживания. В тех случаях, когда вдоль конвейера имеются проходы с двух сторон эти устройства устанавливают с обеих сторон. Длина каната одного устройства 70 м. Устройство следует устанавливать при длине конвейера более 10 м. Выключающее канатное устройство может быть использовано для блокировки привода с укрытиями и ограждениями барабанов и натяжных устройств, что сокращает число устанавливаемых выключателей.

Устройства от продольного пореза ленты

С целью предотвращения продольного пореза ленты посторонними предметами, попадающими на нее при загрузке конвейера, устанавливается выключающее устройство от продольного пореза ленты.

Аварийные кнопки

Аварийные кнопки для остановки конвейера. аварийное (быстрое) отключение электродвигателя и включение тормоза при нажатии кнопки «АВАРИЙНЫЙ СТОП».

Импульсный датчик скорости ленты ИДС-2

ИДС-2 предназначен для использования в составе конвейерных дозаторов. Позволяет работать на малых скоростях — до 2 мм/сек.

На валу в корпусе установлен оптический датчик вращения. Оптический датчик имеет разрешение 1000 импульсов на один оборот измерительного колеса. Плата электрического преобразователя расположена в корпусе за оптическим датчиком. Плата содержит клеммные соединители для подключения информационных и питающих цепей датчика, схему дешифратора сигналов с датчика, схему питания и клеммный соединитель для подключения кабеля связи.

Электронная схема платы преобразователя собрана таким образом, чтобы исключить ложное срабатывание при обратном вращении измерительного колеса. Если по какой-либо причине (дрожание ленты) измерительное колесо повернулось в обратную сторону, то счетные импульсы не будут подаваться на выход датчика скорости до возвращения колеса в исходное положение. Регистрируемый угол отклонения измерительного колеса

менеджер проекта

Смесители сухих смесей, оборудование для производства ССС,
Станции растаривания, Пневмокамерные и пневмошлюзовые насосы, Телескопические загрузчики, Весовые бункера-дозаторы
Тел.: +7 909 261-13-29
info@stroymehanika.ru
Skype: A.Moskalev_SM

Вопросы дилерского сотрудничества, Фасовочные станции, Станции затаривания, Дозаторы малых добавок
Тел.: +7 962 272-62-77
info@stroymehanika.ru
Skype: stroymehanika71

Ленточные конвейеры и элеваторы, Винтовые конвейеры АРМАТА, Силосы цемента, Дробильно-сортировочное и помольное оборудование, Виброгрохоты и вибросита
Тел.: +7 960 616-30-22
info@stroymehanika.ru

Станции растаривания, Пневмокамерные и пневмошлюзовые насосы, Телескопические загрузчики, Весовые бункера-дозаторы
Тел.: +7 960 610-18-21
info@stroymehanika.ru
Skype: t.zavarzina_1

Технологическое оборудование, технологические линии, аспирационное оборудование
Александров Александр
Тел.: +7 906 621-22-55

Схемы электропривода конвейеров

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД КРУТОНАКЛОННОГО КОНВЕЙЕРА ПО СХЕМЕ АВК

Для конвейеров в зависимости от их конструкции, производительности и длины используются различные системы электропривода на базе асинхронных электродвигателей: от простых релейно-контакторных систем с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором (прямой пуск) и асинхронными электродвига-телями с фазным ротором (плавный запуск с последовательным выведением резисторов, включаемых в ротор-ные цепи) до систем ПЧ-Д. К электроприводу конвейеров большой производительности и большой длины предъявляются требования не только обеспечения запуска с заданным моментом и ускорением, исключающим возникновение недопустимых статических и динамических нагрузок на ленту (упругое звено) и металлоконст-рукции, но и обеспечения заданного (требуемого) распределения нагрузок между приводными барабанами (электродвигателями). Электропривод конвейеров большой производительности и длины выполняется много-двигательным с несколькими приводными барабанами, передающими тяговое усилие ленте. Оптимальным яв-ляется обеспечение поддержания между приводными барабанами заданного распределения передаваемого лен-те тягового усилия (заданное распределение мощности между электроприводами конвейера) в процессе работы конвейера, которое изменяется в зависимости от загрузки, физического состояния и натяжения ленты и других факторов.

Электропривод по схеме асинхронного вентильного каскада (АВК) позволяет бесконтактно осуществлять плавный пуск и регулирование скорости асинхронного электродвигателя с фазным ротором, регулируя величи-ну скольжения ротора электродвигателя путем введения регулируемой противо-ЭДС в цепь ротора. Регулиро-вание ЭДС ротора электродвигателя в схеме АВК обеспечивается изменением по заданному закону угла откры-вания тиристоров тиристорного преобразователя постоянного тока, включенного в цепь ротора в качестве регу-лируемой противо-ЭДС и работающего в инверторном режиме.

В процессе работы АВК происходит возвращение энергии скольжения ротора асинхронного электродвига-теля в питающую сеть, благодаря чему эта схема электропривода имеет высокий коэффициент полезного дейст-вия.

При разработке электроприводов по схеме АВК следует учитывать, что механические характеристики АВК получаются достаточно «мягкими» из-за увеличения сопротивления цепи ротора.

Применение АВК оказывается экономически целесообразным для достаточно мощных электроприводов, для которых требуются плавный пуск и регулирование скорости, но требования к динамическим показателям системы регулирования (точность отработки, быстродействие) относительно невысоки, поэтому применение дорогостоящих преобразователей частоты в этих случаях нельзя считать оправданным.

Исходя из выше приведенных соображений, схема АВК была применена при разработке многодвигательно-го электропривода крутонаклонного конвейера КНК-30, изготовленного ОАО «АЗОВМАШ», г. Мариуполь, для карьера «Мурунтау», Узбекистан. Разработка системы автоматизированного управления электроприводами конвейера выполнена АОЗТ « Тяжпромавтоматика», г. Харьков.

Крутонаклонный конвейер (КНК) предназначен для перегрузки горнорудной массы из карьера в транс—портную систему , состоящую из нескольких транспортеров. Перепад высот для перегружателя – 30 м, угол нак-лона конвейера – 370.

Особенностью конструкции КНК является наличие грузонесущей и прижимной лент. Прижимная лента ро-ликами прижимается к нагруженной грузонесущей для удержания рудной массы в процессе транспортировки и при остановках нагруженного конвейера. Длина ветви грузонесущей ленты – 88м, прижимной ленты — 74м. Усилие натяжения, создаваемое грузовыми натяжными устройствами в ветви грузонесущей ленты, – до 30кН, в ветви прижимной ленты – до 25кН.

Для привода грузонесущей и прижимной лент использованы асинхронные электродвигатели с фазным ро-тором во взрывозащищенном исполнении типа ВАОК-355М8У1, 160кВт, 750 об/мин, 380В, 50Гц в количестве 4 штуки.

Электродвигатели устанавливаются на приводах опорной S-образной станции грузонесущей ленты: на нижнем барабане – два электродвигателя, на верхнем барабане – один и на приводном барабане прижимной ленты – один электродвигатель.

Основные требования к системе управления электроприводами КНК следующие:

— выравнивание скоростей грузонесущей и прижимной лент;

— выравнивание нагрузок между приводами грузонесущей ленты;

— поддержание заданного распределения нагрузок между приводами;

— плавный пуск КНК с заданным ускорением и ограничением тока электродвигателей.

Для питания и управления статорными и роторными цепями приводных асинхронных электродвигателей КНК, выполненных по схеме АВК, применены комплектные устройства типа ККПУФ-400/380-30Р32У3, 400А, 380В, разработанные и изготовленные ООО « Электроимпульсные системы » , г. Чебоксары, Россия.

В соответствии с нашими заданиями комплектные устройства ККПУФ, первоначально разработанные только как устройства плавного пуска электроприводов по схеме АВК и поэтому рассчитанные на работу в повторно-кратковременном режиме, были модернизированы для возможности обеспечения регулирования скорости электропривода по схеме АВК в длительном режиме.

После модернизации комплектные устройства ККПУФ обеспечивают:

— ограничение максимального тока двигателя в переходных режимах на уровне до 2-х Iном;

— плавное уменьшение напряжения на зажимах ротора за заданное время при пуске двигателя;

— поддержание скорости двигателя на заданном уровне.

Управляющий микроконтроллер, входящий в состав ККПУФ-Р, обеспечивает импульсно-фазовое управле-ние тиристорами инвертора АВК, управляет режимами переключения силовой коммутационной аппаратуры, формирует сигнал задания напряжения на входе аналогового регулятора напряжения ротора.

Система автоматического регулирования параметров АВК – аналоговая, построенная по принципу подчи-ненного регулирования, двухконтурная: с внешним контуром регулирования напряжения ротора и внутренним контуром регулирования тока.

Система управления электроприводами КНК, выполненная на базе устройств ККПУФ-Р, управляется про-граммируемым контроллером (ПК) типа SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS с центральным процессором CPU313C-2DP.

В качестве датчиков скорости приводных и холостых барабанов КНК используются импульсные индук-тивные датчики, на которые воздействуют две стальные пластины, установленные на каждом барабане через 180º. Импульсы датчиков поступают в ПК, который измеряет не частоту импульсов, а время паузы между ними. Примененный способ вычисления скорости барабанов позволил отказаться от применения импульсных датчи-ков частоты вращения, установка которых усложняла конструкцию барабанов.

Система управления электроприводами КНК решает следующие основные задачи:

1. Осуществление разгона и торможения всех электроприводов КНК с заданным ускорением при помощи общего задатчика интенсивности, реализованного в ПК и выдающего задания скорости на входы АВК всех электроприводов КНК.

2. Реализация выравнивания скоростей грузонесущей и прижимной лент. При возникновении разности скоростей холостых барабанов этих лент формируется сигнал коррекции соответствующего знака, который суммируется с сигналом задания скорости от общего задатчика интенсивности и выдается на вход АВК при-жимной ленты.

3. Реализация деления нагрузок между электродвигателями нижнего барабана S-образной тянущей станции грузонесущей ленты и электродвигателем верхнего барабана в сооношении 2:1. Скорость движения ленты оп-ределяется скоростью электродвигателей нижнего барабана, которые работают в соответствии с заданием. Вы-равнивание нагрузок между электродвигателями нижнего барабана обеспечивается предварительной на-стройкой жесткости механических характеристик АВК каждого двигателя. В ПК производится сравнение тока статора электродвигателя верхнего барабана с полусуммой токов электродвигателей нижнего барабана. При возникновении разницы токов более 5-10% формируется сигнал коррекции скорости электродвигателя верх-него барабана с соответствующим знаком (плюс при уменьшении нагрузки электродвигателя верхнего бара-бана). Сигнал коррекции скорости суммируется с сигналом задания скорости от общего задатчика интенсив-ности и поступает на вход АВК электродвигателя верхнего барабана. Скорость верхнего барабана устанавлива-ется при отработке заданной нагрузки барабана, обеспечивая распределение нагрузок между барабанами. Мак-симальная величина сигнала коррекции скорости верхнего барабана ограничена на уровне ±5% от рабочей ско-рости ленты перегружателя.

4. Контроль проскальзывания лент на барабанах путем сравнения скоростей приводных и холостых барабанов посредством использования сигналов вышеописанных индуктивных датчиков.

В системе управления электроприводами КНК в состав объекта регулирования входит упругое звено – кон-вейерная лента, имеющая достаточно большую длину. В связи с этим, с целью исключения колебательности (рывков ленты) регулятор выравнивания скоростей лент и регулятор деления нагрузок между электродвигате-лями барабанов тянущей станции грузоподъемной ленты выполнены интегральными с достаточно большими величинами постоянных времени интегрирования по результатам моделирования динамики электроприводов, которое проводилось в процессе проектирования.

Таким образом, опыт проектирования и предварительной наладки вышеописанных электроприводов меха-низмов крутонаклонного конвейера по схеме АВК показал, что, несмотря на наличие широкой гаммы преоб-разователей частоты для построения электроприводов по схеме ПЧ-АД, электропривод по схеме АВК может быть использован для подобных механизмов, где он обеспечивает выполнение необходимых технических тре-бований и является более экономичным.

Электропривод литейного конвейера

Егоров М.Е. Основы проектирования машиностроительных заводов. Изд. 6-е переработанное. — М.: Высшая школа, 1969. — 480 с. Мамаев В.С., Осипов Е.Г.

Электропривод литейного конвейера

Другие дипломы по предмету

Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности

Институт «Электротехники и энергосбережения»

Кафедра «Электрические системы электропотребления»

по учебной дисциплине «Потребители электроэнергии»

Тема: «Электропривод литейного конвейера»

Выполнил: студент группы ЭСЭ 24 В

Иванов Сергей Владимирович

1 Назначение литейного конвейера

.1 Особенности устройства и принцип действия

1.2 Кинематическая схема цепного тележечного конвейера и его электропривода

1.3 Выбор основных характеристик литейного конвейера

2 Режим работы литейного конвейера

.1 Продолжительность включения ЭД

.2 Требования, предъявляемые к конвейеру и его электроприводу

.3 Расчет мощности и выбор электродвигателя конвейера

.3.1 Выбор электродвигателя

2.3.2 Расчет пускового и максимального моментов и потери энергии во время пуска

.3.3 Расчет времени пуска, торможения и установившегося движения

.3.4 Расчет потерь за цикл при номинальной нагрузке

.3.5 Расчет допустимого числа включений двигателя в час

1 Назначение литейного конвейера

1.1 Особенности устройства и принцип действия

Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Конвейер — одно из средств механизации литейного цеха. Он позволяет организовать одновременное выполнение трех основных операций: формовку, заливку и выбивку опок. В конвейерных литейных цехах формовочно-заливочная площадь (фактически её заменяют тележки конвейера) занимает намного меньше места, чем в литейных цехах без конвейеров. Конвейер позволяет в несколько раз повысить съем отливок с одного квадратного метра производственной площади. Возрастает производительность труда формовщиков, работающих на формовочных машинах, обслуживаемых конвейером. Литейные конвейеры имеют высокую эксплуатационную надёжность.

В работе представлен напольный стационарный тележечный конвейер с перемещением груза (металла, расплавленного до высокой температуры) в горизонтальной плоскости. Тележечный конвейер состоит из замкнутого контура тяговой цепи с постоянно прикрепленными к ней тележками, движущимся по направляющим путям[2]. На рисунке 2.1 показано расположение литейного конвейера относительно различных участков формовочного отделения

Рис.2.1- Напольный литейный тележечный конвейер

Тележки 1 непрерывно перемещаются по рельсам 2 при помощи тяговой горизонтально-замкнутой цепи, приводимой в движение электроприводом станции 11. Собранные формы 6 устанавливаются на тележки конвейера и транспортируются к заливочному участку. Расплав подается посредством литейного крана в ковше 4. Заливка форм производится с платформы 3. После заливки, формы конвейером транспортируются через вентиляционный кожух 10, из которого выделяемые формами газы отсасываются вентилятором.

Одновременно на этом же участке формы охлаждаются, после чего их выбивают на выбивной решетке 9. Выбитые отливки направляют в обрубно-очистное отделение; оборотная смесь проходит через выбивную решетку и транспортируется в смесеприготовительное отделение, а пустые опоки подаются к формовочным машинам по рольгангам 7 и 8. Скорость движения литейных конвейеров в зависимости от размеров форм и принятой организации производства колеблется от 1 до 7,5 м/мин

1.2 Кинематическая схема цепного тележечного конвейера и его электропривода

Кинематическая схема литейного конвейера представлена на рисунке 2.2.

1 — Зона заливки 2 — Укладка грузов 3 — Зона формовки и сборки 4 — Зона выбивки 5 — Зона охлаждения 6 — Съем грузов 7 — ПриводРис.2.2- Кинематическая схема литейного конвейера

Кинематическая схема электропривода литейного конвейера представлена на рисунке 2.3.

1 — Электродвигатель 2, 7 — Муфта упругая 3 — Вал быстроходный 4 — Червячный редуктор 5 — Подшипниковый узел 6 — Вал тихоходный 8 — ЗвездочкаРис. 2.3- Кинематическая схема привода

Согласно [20] привод литейного конвейера состоит из электродвигателя 1, упругих муфт 2 и 8 , редуктора 3 (редуктор служит для передачи вращения и изменяющегося крутящего момента от электродвигателя к исполнительному механизму) и звездочки 5. Звездочка входит в зацепление с шарнирной цепью, кулачки которой, упираясь в направляющий ролик тележки, приводят конвейер в действие.

.3 Выбор основных характеристик литейного конвейера

Рассмотрим конвейер (рис.2.4), основные характеристики работы которого представлены в таблице 2.1.

Рис.2.4. Схема заданного конвейера

Таблица 2.1-Выбор основных характеристик конвейера

Характеристики конвейераОбознач едСИПроизводительностьZ180форм/ч Время цикла работыtц20сек Время работыtр10сек Время паузыtо10сек Вес отливкиGотл16кг Вес залитой формыG70кг Вес груза, накладываемого при заливкеGгр50кг Шаг тележкиа1260мм1,26 мВес одной секции ходовой части длиной аGо322кг Диаметр приводной звездочки конвейераDзв800мм0,8мНачальное натяжение в точке 0Sо100кг Общий вес поступат. движущ. частей конвейераGпост46000кг Маховый момент муфтыGD²муф0,027кг∙м² Расстояние от точки 0 до точки 1l11500мм1,5мРасстояние от точки 4 до точки 1l270000мм70мРасстояние от точки 4 до точки 5l367500мм67,5мК сопротивления для прямолинейного участкаω 0,02 Радиус поворота конвейераR1,6м К сопротивления для криволинейного участкак1,05 К сопротивления для криволинейного участкаω ‘0,145 Коэффициент полезного действия червякаηч0,8КПД редуктораηр0,97КПД колес после редуктораηк0,95КПД приводной звездочкиηзв0,95

2. Режим работы литейного конвейера

.1 Продолжительность включения ЭД

Электропривод литейного конвейера работает в повторно-кратковременном режиме, при котором периоды номинальной нагрузки чередуются периодами отключения электродвигателя. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения электродвигателя — ПВ. Определяют ПВ из нагрузочной диаграммы, как отношение времени работы электродвигателя ко времени цикла (работы и паузы).

По известным времени работы и цикла рассчитаем продолжительность включения:

ПВ % = ( tр / tц) ∙ 100% (2.1)

ПВ % =(10 / 20) ∙ 100% = 50% или ε =0,5.

ГОСТ предусматривает номинальный повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с ПВст=15, 25, 40, 60% , поэтому ПВ=50% приводится к каталожному ПВ=60% и расчетная мощность двигателя будет скорректирована на величину=

Необходимое число включений в час: h = 3600/ tц = 3600 / 20 =180

.2 Требования, предъявляемые к конвейеру и его электроприводу

Тележки конвейера должны двигаться в одном направлении с постоянной скоростью. Диапазон регулирования скорости не более 2 : 1.

Главная особенность в работе электропривода конвейера — это повышенный момент Мс при страгивании с места, особенно при страгивании груженого конвейера. Наличие механической связи между ЭД и грузонесущим органом требует от ЭД плавного пуска и торможения, что достигается установкой нескольких ЭД вдоль трассы или применением схем управления на тиристорах.

В конвейерах значительной протяженности ускорение ограничено до 0,2 — 0,3 м/сек2, а время пуска может достигать нескольких минут. При ограниченной величине ускорения необходимо сохранять движущий момент М в период пуска постоянным. Наиболее применимы АД с к.з. ротором. При этом регулирование скорости осуществляют изменением i редуктора или применением многоскоростных АД. Кроме того, для ограничения ускорения в цепь статора АД с к.з. ротором включают сопротивление (как правило, индуктивность).

Непрерывность работы в течении смены, с одной стороны является фактором, обеспечивающим высокую производительность механизма, а с другой требует простоты и высокой надежности как механической, так и электрической части транспортера.

2.3 Расчет мощности и выбор электродвигателя конвейера

.3.1 Выбор электродвигателя

Привод литейного конвейера состоит из электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи, на ведомом валу которой установлена звездочка. Звездочка входит в зацепление с шарнирной цепью, кулачки которой, упираясь в направляющий ролик тележки, приводят конвейер в действие.

При движении конвейера приводной двигатель должен преодолевать статическую нагрузку, обусловленную силами трения во всех движущихся элементах. Силы трения возникают в подшипниках вращающих элементов, в местах контакта роликов и катков с опорой, в тяговом элементе при его изгибах и вследствие значительной протяженности конвейера и большого количества движущихся элементов для горизонтальных конвейеров определяют всю статическую нагрузку привода. Именно силы трения определяют необходимую мощность и количество приводных приводов. Силы сопротивления движению конвейера можно разделить на две категории: силы, не зависящие от натяжения тягового элемента, возникающие на прямолинейных горизонтальных участках и силы, распределенные по участку равномерно и возникающие на участках изгиба тягового элемента и сосредоточенные в рамках дуги этого уча

«Исследование процессов в регулируемом асинхронном приводе шахтного ленточного конвейера и разработка устройства автоматического управления параметром скорости»

I. Общие сведения по теме.

Конвейерный транспорт является неотъемлемым технологическим процессом горного предприятия. Его эффективность оказывает значительное влияние на угледобычу всего предприятия в целом. Автоматизация конвейерного транспорта предусматривает повышение эффективности процесса доставки путём снижения затрат на обслуживание и ремонты, а также за счёт уменьшения времени простоя и увеличения производительности. Среди актуальных вопросов, касающихся режимов работы конвейера и эффективной его эксплуатации, лежит вопрос проблематики пуска. Процесс пуска характеризуется наличием переходных процессов как в механической части конструкции, так и в электроприводе. Переходные процессы сопровождаются резкими изменениями различных параметров состояния во времени: механических параметров (усилие в ленте, ее скорость, натяжение), электромагнитных параметров в приводном двигателе (статорный, роторный токи, ЭДС, МДС). При этом значения данных переменных могут меняться в значительной степени, выходя за пределы допустимых или даже критических, что может привести к неэффективной работе или повреждениям и разрушениям всей конструкции в целом. Перегрузка ленты при пуске конвейера может привести к опасному снижению запаса прочности ленты, если прочность ее выбрана без учета характеристик применяемого привода конвейера или его тормозного устройства. Другой задачей анализа переходных процессов является определение такого натяжения контура ленты, которое обеспечило бы пуск и торможение конвейера без пробуксовки ленты на приводных барабанах и потери устойчивости ленты (если привод обеспечивает плавный пуск конвейера, то расчетное усилие натяжного устройства может быть соответственно уменьшено и на конвейере может быть применена лента меньшей продольной прочности).

Целью работы является повышение эффективности эксплуатации электропривода на основе научного обоснования рациональных параметров управления в режиме пуска и установившегося движения и разработки технических средств автоматизации.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

— разработать и исследовать математическую модель управления электроприводом ленточного конвейера при варьировании законов формирования диаграммы скорости с учетом допустимого диапазона колебаний нагрузки;

— разработка технического решения косвенного контроля нагрузки ленточного конвейера;

— разработка технических решений автоматического управления частотным асинхронным приводом ленточного конвейера в функции стабилизации нагрузки.

Рассмотрим подробнее пуск конвейера с описанием динамических процессов и выявим слабые стороны, которые снижают эффективность и безопасность его работы в этом режиме. В конвейере с жестким натяжным устройством после приложения к барабану избыточного момента двигателя вдоль верхней ветви распространяется волна, увеличивающая натяжение, а вдоль нижней ветви — волна, ослабляющая начальное натяжение ленты. В случае, когда диаграмма начальных натяжений отличается от диаграммы в установившемся режиме (ξ ≠ ξ) — прямые волны движутся по ветвям со скоростями с1, c 2 и от движущихся точек фронтов волн со скоростями с’ 1 , с’ 2 к приводу распространяются отраженные волны, обусловленные переориентацией сил трения,причем знаки этих отраженных волн совпадают со знаками прямых.

Достигнув границы груженого и порожнего участков ленты, каждая прямая волна частично отражается. При переходе волны с груженого участка на порожний отраженная волна имеет обратный знак по отношению к прямой волне, и коэффициент отражения определяется выражением

При переходе волны с порожнего участка на груженый знаки прямой и отраженной волн совпадают, и коэффициент отражения равен

Пройдя границу участков с разной плотностью, прямая волна изменяет свою амплитуду в (l + k от ) раз, т. е. при переходе с груженого участка на порожний, ее амплитуда уменьшается, а при переходе с порожнего участка на груженый — увеличивается.

После встречи прямых волн в момент времени τ 1 вся лента вовлечена в движение; дальнейшее возникновение отраженных волн, обусловленных переориентацией сил трения, прекратится, но последние элементы этих волн продолжают распространяться к приводу, и их влияние на натяжение ленты у привода прекратится только тогда, когда фронты прямых волн, двигающихся после их встречи со скоростями с 1 , с 2 , обойдут весь контур ленты. Затем прямые волны отражаются от привода, причем знаки отраженных волн соответствуют знакам прямых волн. Дальнейшее распространение волн вызовет колебательный процесс в каждом сечении ленты, и, если интенсивность возмущающего усилия привода не увеличивается, то амплитуды будут затухать вследствие внутреннего трения в системе. В конвейере с прямолинейным профилем трассы экстремальные значения динамических натяжений имеют место у привода.

Рисунок 1.1 — Схема действующих на ленту сил.

В соответствии с расчетной схемой (рис. 1.1) на вовлеченных в движение прямыми волнами участках ленты верхней ветви получим:

и участках нижней ветви:

Начальные натяжения ленты зависят от заключительной фазы режима предшествующего торможения и угла наклона конвейера.

При постоянных угле наклона конвейера и значении ξ начальное натяжение на верхней ветви конвейера:

на нижней ветви конвейера:

После подстановки производных от начальных натяжений в (1.3), (1.4) получим:

На движущихся участках ленты вблизи привода для t

Учитывая которое, получим — для точек набегания и сбегания с приводного барабана

После интегрирования получим решения данных уравнений:

Скорость приведенной массы привода определяется из уравнения движения привода:

После решения данного уравнения получим величину максимального натяжения:

На рис. 1.2 показаны графики распределения динамических усилий по длине ленты в различные моменты времени.

Рисунок 1.2 — Распределение динамических натяжений по контуру ленты при пуске конвейера с жестким натяжным устройством в моменты времени:

Для реализации такого режима эффективного пуска необходимо применение технических устройств, обеспечивающих плавное нарастание момента двигателя в течение времени τ3 до значения, соответствующего троганию ленты, после чего производится перевод двигателя в номинальный режим работы. Моделирование процессов в ленте конвейера при пуске позволит определить рациональное значения времени разгона привода, обеспечивая максимально быстрый пуск при минимальных динамических усилиях в ленте. Данное устройство будет построено на основе преобразователя частоты, т. е. регулирование скорости вращения будет производиться частотным методом.

II. Обзорная информация.

Для изменения частоты вращения входного вала приводного двигателя конвейера, а тем самым и скорости движения его ленты, имеются следующие две принципиальные возможности:

1. При постоянной частоте вращения вала двигателя можно изменять передаточное число i механической части, представляющее собой отношение частот вращения валов двигателя и барабана конвейера: i = n/n б . Этот способ регулирования, часто называемый механическим, может быть реализован с помощью таких механических устройств, как вариаторы, коробки скоростей и пр.

2. При неизменном передаточном числе i механической части привода можно изменять частоту вращения вала двигателя. Этот способ получил название электрического способа регулирования.

Технико-экономическое сопоставление обоих способов обнаруживает большие преимущества второго способа, поскольку он более экономичен, обеспечивает большой диапазон и плавность регулирования, позволяет просто автоматизировать производственные процессы.
Электрическое регулирование частоты вращения — это принудительное, сознательное изменение частоты вращения электродвигателя в соответствии с требованиями производственного процесса, путем получения нужных искусственных механических характеристик.

1. Реостатное регулирование.

Одним из наиболее простых способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей является реостатное регулирование, т.е. регулирование введением дополнительных активных сопротивлений в цепи обмоток двигателей. Принципиально реостатное регулирование может быть осуществлено путем введения активного сопротивления в статорные или роторные цепи.
При введении в роторную цепь асинхронного двигателя дополнительного активного сопротивления величина критического скольжения sкр увеличивается, а механические характеристики деформируются, изменяются:

Плавность регулирования при реостатном регулировании обычно небольшая. Чаще всего для регулирования используются ящики сопротивлений ЯСВ, с помощью которых осуществляется ступенчатое регулирование. Иногда для реостатного регулирования применяются жидкостные реостаты ВЖР, которые принципиально позволяют получить плавное регулирование, но имеющие низкую надежность.
При эксплуатации системы с реостатным управлением велики энергетические затраты, поскольку при реостатном регулировании потери энергии значительны. Электрические потери в роторной цепи, называемые «потерями скольжения», равны:

Чем больше величина скольжения s, тем больше потери в роторной цепи, Реостатное регулирование частоты вращения асинхронных двигателей при большом диапазоне регулирования связано с большими потерями. При реостатном регулировании возможно осуществлять изменение частоты вращения двигателя только вниз от основной частоты вращения, что также является недостатком данного способа регулирования.

2. Регулирование величины напряжения, питающего статорные обмотки.

Данный способ регулирования осуществляется с помощью тиристорного регулятора переменного напряжения ТРН, включенного в цепь статора (рис. 2.1):

Рисунок 2.1 – Схема управления асинхронным двигателем с тиристорным регулятором напряжения

Критическое скольжение не зависит от напряжения, поэтому оно при изменении U ф остается неизменным. Критический момент пропорционален квадрату напряжения и при уменьшении также уменьшается.

Рисунок 2.2 – Механические характеристики АД при регулировании изменением напряжения питающего статор.

Из графиков рис. 2.2 следует, что при постоянном моменте нагрузки М с , частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах между точками 1 и 3. Принцип действия регуляторов напряжения состоит в периодической коммутации с частотой f к силового ключа, находящихся между источником переменного напряжения частоты fс и нагрузкой.
Трехфазные схемы регуляторов напряжения с фазовым регулированием и естественной коммутацией на основной частоте нашли широкое применение в асинхронном электроприводе, где они используются для управления пуском двигателей с к. з. ротором. Длительная работа двигателя, при питании от данного ИРПН, сопряжена со снижением энергетических показателей привода, увеличением потерь, вследствие невысокого качества выходного напряжения. В настоящее время регулирование частоты вращения двигателя путем изменения величины питающего статор напряжения широко используется на практике для пуска ленточных конвейеров. В качестве примера приведем принцип работы и устройство аппарата АПМ – осуществляющего управление пуском электропривода горных машин.
Аппарат АПМ предназначен для плавного программного пуска серийных и разрабатываемых однодвигательных ленточных конвейеров и канатно-кресельных дорог, а также плавного динамического торможения электропривода ленточного конвейера после его отключения.
Основой аппарата является трехфазный тиристорный регулятор (рис. 2.3), состоящий из шести однооперационных тиристоров. Седьмой тиристор обеспечивает работу приводного АД в режиме динамического торможения. Тиристоры размещены на внутренней поверхности крышки взрывонепроницаемой оболочки, обеспечивающей отвод тепла во внешнюю среду.

Рисунок 2.3 – Функциональная схема аппарата управления АПМ.

На принципе регулирования величины напряжения статора построены системы плавного пуска «Soft start», выпускаемые различными производителями, в частности концерном ABB. При использовании системы плавного пуска, стартовый крутящий момент может быть уменьшен до минимального значения, способного запустить ленту конвейера. Параметры настройки системы плавного пуска позволяют настроить крутящий момент так, чтобы он точно соответствовал значению, необходимому для пуска конвейера. В результате минимизируется нагрузка на редукторы и соединения и предотвращается проскальзывание ленты в процессе пуска, что минимизирует эксплуатационные расходы.
Остановимся кратко на основных показателях регулирования данных систем электропривода. Диапазон регулирования частоты вращения при использовании обратных связей, например обратной связи по частоте вращения, относительно высок и достигает значения 10:1. При использовании обратных связей могут быть получены жесткие характеристики. Экономичность регулирования зависит от конкретных условий работы электропривода. В частности, если время работы на пониженной частоте вращения невелико по сравнению со временем цикла, то экономичность может быть высокой. Регулирование частоты вращения может производиться только вниз от естественной (основной) характеристики.
Существенным недостатком данного способа регулирования является повышенный нагрев двигателя, вследствие увеличенного тока ротора I 2 и электрических потерь в нем ΔP эл2 (двигатель находится на одной из регулировочных характеристик):

Это накладывает ограничение на количество пусков в заданный интервал времени.

3. Частотное регулирование.

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту f питающего двигатель напряжения, можно изменять его частоту вращения холостого хода ω , получая тем самым различные искусственные характеристики:

где p – число пар полюсов двигателя

Упрощенная блок-схема частотного регулируемого электропривода показана на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 – Блок-схема частотного асинхронного электропривода

Необходимым элементом привода является преобразователь частоты (и напряжения), на вход которого подается стандартное напряжение сети U c стандартной промышленной частоты f c , а с его выхода снимается переменное напряжение U рег регулируемой частоты f рег , величины которых находятся между собой в определенном соотношении, определяемом видом нагрузки М с . Регулирование выходной частоты и напряжения преобразователя осуществляется с помощью управляющего сигнала, изменение которого определяет в конечном итоге изменение частоты вращения асинхронного двигателя.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании частоты вращения асинхронного двигателя не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения оказываются небольшими, в связи с чем частотный способ оказывается весьма экономичным. Как правило, для лучшего использования электродвигателя и получения высоких энергетических, показателей его работы (коэффициентов мощности и полезного действия, перегрузочной способности) одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо изменять и значение этого напряжения. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки.
Остановимся на общих показателях частотного способа регулирования асинхронных электродвигателей и возможных областях его применения. Частотное регулирование является весьма экономичным, так как регулирование частоты вращения двигателя в этой системе не сопровождается выделением больших потерь скольжения в роторной цепи, ухудшающих к. п. д. электропривода и приводящих к необходимости завышения мощности двигателя. Регулирование частоты вращения в этой системе может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т. е. двигатель может иметь частоту вращения, большую номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют необходимую жесткость, а двигатель сохраняет высокую перегрузочную способность. Развитие полупроводниковой силовой электроники позволяет реализовать необходимый ПЧ с минимальными материальными затратами.

III. Заключительная информация.

Для автоматизированного управления приводом ленточного конвейера необходимо разработать систему автоматизации, позволяющую реализовать заданный алгоритм пуска как отдельного ленточного конвейера, так и системы конвейеров, связанных в единую транспортную линию.
Необходимо также предусмотреть возможность регулирования производительности конвейерной линии с целью обеспечения эффективного режима ее работы, как по техническим, так и экономическим показателям.

Таким образом, разрабатываемая система должна выполнять следующие функции:

— запуск конвейерной линии в заданной последовательности против движения грузопотока;

— плавный запуск каждого конвейера, входящего в систему;

— пуск части конвейерной линии;

— пуск отдельного конвейера для ремонтно-наладочных работ;

— возможность дозапуска части конвейерной линии при остальных работающих конвейерах;

— автоматический контроль скорости движения ленты конвейера;

— включение на пуск каждого последующего конвейера только после достижения предыдущим конвейером заданной скорости;

— отключение конвейера при сходе ленты;

— отключение конвейера при превышении скорости уставки верхнего уровня, либо при снижении ниже установленного уровня;

— отключение конвейера при отсутствии на нем груза;

— отключение конвейера при перегрузке;

— одновременное автоматическое отключение всех конвейеров, транспортирующих груз на остановившийся конвейер;

— автоматическое регулирование производительности линии – снижение скорости при недогрузке и увеличение (вплоть до номинальной скорости приводного двигателя) при превышении уставки нагрузки;

— блокировку включения перегруженного или заштыбованного конвейера;

— блокировка включения конвейера с сошедшей лентой;

— диагностика состояния линии связи;

— диагностика работоспособности блоков управления;

— мониторинг количества работающих и не работающих конвейеров в линии;

— сигнализация об аварийном режиме;

— мониторинг номера остановленного конвейера и причины останова;

— учет производительности линии;

— передача информации о состоянии конвейерной линии на поверхность диспетчеру.

Структурная схема системы автоматизации, которую планируется разработать, представлена на рис. 3.1

Рисунок 3.1 – Структурная схема системы автоматизации

(количество кадров — 27, количество повторов — 5, задержка между кадрами 0,5 с)

На рис. 3.1 показана транспортная сеть, состоящая из трех конвейеров (для упрощения рисунка)1,2,3. Максимальное число конвейеров ограничено нагрузочной способностью драйверов RS485, обозначенных на схеме как ретрансляторы Р1 и Р2.Система состоит из преобразователей частоты ПЧ, подключенных к приводному асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором – Д; блоков управления преобразователем частоты БУ; пульта управления ПУ, который осуществляет функции сбора, обработки информации и выдачи управляющих команд на БУ, а также передачи информации на поверхность.
Информация с датчика скорости ДС и конвейерных весов КВ поступает в блок управления БУ, где происходит ее обработка (сравнение с уставкой, задаваемой ПУ) и выдача управляющего (аналогового) сигнала на ПЧ. Блок БУ также обеспечивает плавный пуск двигателя конвейера.
Пульт управления ПУ осуществляет управление пуском конвейерной линии, производит управление скоростью всей линии в зависимости от нагрузки, осуществляет останов линии или ее части в аварийных режимах и по причине незагруженности, передает информацию о состоянии линии диспетчеру на поверхность.
Обмен данными между ПУ и БУ производится по интерфейсу RS485, позволяющему создавать сети большой протяженности и большим количеством приемо-передатчиков в одной линии без ретрансляторов (до 256). БУ передает данные о состоянии параметров отдельного конвейера, на основании которых ПУ осуществляет согласованное управление всей конвейерной линией.
Структурная схема автоматизации отдельного конвейера представлена на рис. 2.2. Заданный алгоритм пуска обеспечивается системой управления блока БУ, управляющий выходной сигнал которого осуществляет задание параметров ШИМ-модулятора преобразователя частоты ПЧ.

Рисунок 3.2 – Схема автоматизации отдельного конвейера.

Объектом регулирования в САР является конвейер А, представленный двумя звеньями: приводом конвейера ПК, вход которого— частота вращения вала двигателя w д , а выход — скорость ленты на приводных барабанах v n , и тяговым органом ТО, вход которого — скорость v n , а выход — скорость ленты у места загрузки v 3 .

Сигналы с датчиков скорости и веса Uс и Uв поступают в блок управления БУ, где в соответствии с заданием осуществляется выработка управляющего напряжения U, которое вводится в систему ПЧ и происходит изменение скорости приводного двигателя и ленты.
В ходе дальнейшей работы планируется получить адекватную модель ленточного конвейера и его привода с целью определения рациональной диаграммы старта конвейера — осуществление пуска с минимальной продолжительностью во времени и минимальными динамическими усилиями как в ленте, так и в приводе.

В ходе работы получены следующие результаты. Установлено, что наиболее критичным режимом, влияющим на эффективность его работы, является процесс пуска. Результаты математического анализа процесса жесткого пуска привели к выводу о необходимости снижения динамических усилий в ленте путем управляющего воздействия на привод.
Произведен обзор технический решений в области управления приводом конвейера и параметром скорости в частности. Сопоставление различных способов регулирования и их показателей качества позволило сделать вывод о возможности варьирования параметром скорости методами частотного управления.
Осуществлена техническая реализация системы автоматизации конвейерных линий, позволяющая повысить эффективность работы конвейерного транспорта и снизить затраты (эксплуатационные и энергетические) на процесс подземного транспорта угля.

1. Спиваковский А. О. Теория ленточных конвейеров, — М, 1982 г.

2. Шахмейстер Л. Г. Теория и расчет ленточных конвейеров, — М, 1987 г.

3. Запенин И.В. Моделирование переходных процессов ленточных конвейеров. М.:Недра, 1969 г.

4. Толпежников Л.И. Автоматическое управление процессами шахт и рудников,-М: Недра, 1985 г.

5. Маренич К. Н. Асинхронный электропривод горной машины: корректировка пусковых параметров. – Сборник трудов горно-электромеханического факультета, Д, 1996 г

6. Массандилов Л. Б. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей, М.: «Энергия», 1978 г.

7. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода, -М, 1981 г.

8. Технические средства автоматизации в горной промышленности/ В.И. Груба, Э. К. Никулин, А. С. Оголобченко.- К.:ИСМО, 1998.

9. Малиновский А. К. , Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников. – М., Недра, 1987.

10. Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок электропривода, М., «Энергия», 1971 г.

11. Ключев В. И., Теория электропривода. – М. – Л.: Энергоиздат, 1985. – 286с.

12. Автоматизация подземных горных работ/ Под ред. проф. А. А. Иванова.- К.:Вища школа, 1987. – 328 с.

13. Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта /Н.И.Стадник, В.Г. Ильюшенко, С.И. Егоров и др.-К.: Техніка, 1992.

14. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992.

15. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983.

16. Автоматизированные электроприводы с широтно-импульсными преобразователями. / М.Е. Гольц и др. — М.: Энергоатомиздат, 1972 — 112с

17. Бедфорт Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов, перевод с англ. / под ред. И. В. Антика. М., «Энергия» 1969 г.

18. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974.

19. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999 г.

20. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. — Екатеринбург УРО РАН, 2000 г.

21. Справочник по электрическим машинам/ под ред. И. П. Копылова, М.: «Энергоатомиздат», 1988 г.

22. Хализев Г.П. Электропривод и основы управления. – М.: Высшая школа, 1977.

23. Колпаков А. И. В лабиринтах силовой электроники, СПб.: «Издательство Буковского», 2000. — 96 с.

24. Семенов Б. Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. — М.: СОЛОН-Пресс, 2005. — 416 с.

25. Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 296 с.

26. Keith H. Sueker Power Electronics Design: A practitioner’s Guide, © 2005, SciTech Publishing Inc.

27. Rashid M. Power Electronics Handbook, © 2001, AcademicPress.

28. Brown M, Motorolla Semiconductor, Practical Switching Power Supply Design, © 1990, AcademicPress.

29. Abraham I. Pressman, Switching Power Supply Design, McGraw-Hill, 1995.

30. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника, М. — 2002.

31. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах: Пер с англ.- М.: «Мир», 1993

32. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: Учеб. пособие/В.В. Солодовников, В. Г. Коньков, В. А. Суханов, О. В. Шевяков; Под ред. В. В. Солодовникова. — М.: Высш. шк., 1991. — 255 с.

33. Фрунзе А. В. Микроконтроллеры? Это же просто!: в 3-х томах. — М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2002.

34. Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. М.: Высшая школа, 1979.

Каждый электрик должен знать:  Что надо заземлять в электроустановках
Добавить комментарий