Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки

Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки

2

3

• 1.РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 3
• 1.1. Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ 3
• 1.2.Выбор скипа 3
• 1.3.Выбор подъемных канатов 5
• 1.4.Выбор многоканатной подъемной машины 6
• 1.5.Условие нескольжения шкива по ведущему валу 7
• 1.6.Продолжительность подъемной операции 8
• 1.7.Кинематика подъемной установки 9
• 1.8. Динамика подъемной установки 11
• 2. СИЛОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 16
• 2.1. Исходные данные для расчета динамики электропривода 16
• 2.2. Выбор тиристорного преобразователя 17
• 2.3. Выбор силового трансформатора 18
• 2.4. Расчет сглаживающего реактора 18
• 2.5. Расчет автоматического выключателя в якорной цепи 21
• 2.6.Выбор тиристорного возбудителя 21
• 2.7. Выбор тахогенератора в цепи ОС по скорости 23
• 3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 24
• 3.1. Расчет системы подчиненного регулирования координат электропривода 25
• 3.2.Расчет контура регулирования тока возбуждения 25
• 3.3. Расчет контура регулирования тока якорной цепи 27
• 3.4. Расчет контура регулирования скорости 30
• 4. Список используемой литературы 35

1.1. Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ

1.2.Выбор скипа

Нр=Нст+hзагр+hразгр+2=1000+30+35+20,35=1066 м, (1.1)

где Нст - глубина вертикального ствола;

hзагр - расстояние по вертикали от отметки откаточного горизонта до нижней кромки загрузочного бункера;

hразгр - расстояние по вертикали от «нулевой» отметки до верхней кромки приемного бункера.

1.2.2. Часовая производительность ШПУ:

(1.2)

где Ач - часовая производительность ШПУ, т/ч;

Аг - годовая производительность ШПУ, т/год;

с - коэффициент резерва производительности (с=1,5);

nд - число рабочих дней в году;

t - время работы подъемной установки в сутки, ч.

1.2.3. Оптимальная грузоподъемность Qопт, кг, при которой суммарные годовые эксплуатационные затраты на подъемной установке будут минимальными, определяем по формуле для многоканатных двухскиповых подъемов:

(1.3)

где Ач - часовая производительность, кг;

Нп - высота подъема, м;

tп - продолжительность паузы, с.

Выбираем стандартный скип 2СН11-2 грузоподъемностью Qп=25т, массой Qс=24,4 т, путем разгрузки h=2,4 м [1].

1.2.4. Высота подъема с учетом высоты скипа hс=13 м:

Н=Нр+hс=1066+13=1079 м. (1.4)

1.2.5. Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения:

Нк=Н+lк=1066+13+18=1097 м, (1.5)

где Н - высота подъема, м;

lк=hск+18 - длина отвесов подъемных канатов в копре, м (рис.1.1.).

1.3.Выбор подъемных канатов

1.3.1. Линейную массу каната Pк, кг/м, определим по формуле:

(1.6)

где Qп и Qс - масса полезного за один раз поднимаемого груза и собственная масса скипа, кг;

в - временное сопротивление разрыву проволок каната Н/м2;

g=9,81м/с2;

zmin=4,5 - коэффициент запаса прочности;

о - условная плотность каната, кг/м3;

Нк - расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения, м.

1.3.2. Число подъемных канатов nк многоканатного подъема определили по формуле:

(1.7)

где Рк - линейная масса канатов, кг/м;

Dшт - диаметр шкива трения, м;

к - коэффициент, зависящий от конструкции каната;

- отношение Dшт к диаметру каната dк, по ПБ для системы с отклоняющими канатами 95.

Предварительно применим четыре каната nк=4, диаметром dк=46,5 мм, линейной массой каната Рк=8,4кг/м, разрывным усилием Qр=1330103 Н [1].

1.3.3. Линейную массу gк уравновешивающих канатов определили по формуле:

(1.8)

где nк - количество подъемных канатов;

Рк - линейная масса подъемного каната, кг/м;

nук - количество уравновешивающих канатов, которых по ПБ должно быть не менее двух.

Применили три стандартных плоских каната с размерами 17027,5 мм расчетной массой gк=11,5 кг/м [1].

nкРк=nукgк 48,4-311,2=0,9 кг/м; (1.9)

Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.

1.4.Выбор многоканатной подъемной машины

Наметим к применению многоканатную подъемную машину ЦШ-54 со следующими техническими характеристиками:

Диаметром канатоведущего шкива D=5 м;

Количеством подъемных канатов n=4;

Статическим натяжением канатов 1450 кН;

Разностью статических натяжений канатов 350 кН;

Маховым моментом машины 6250 кНм2;

Маховым моментом отклоняющих шкивов 500 кНм2.

1.4.1. Фактические значения статических натяжений канатов и разности статических натяжений канатов рассчитаем по формулам:

Тст max=(Qп+Qс+РкНк)g=(25103+24,4103+48,41097)9,81=846103 Н;

Тст=846103 Н(факт)1450103Н(норма); (1.10)

Fст=Qп+(Рк-q)Нg=25103+(48,4-311,5)10799,81=236103Н;

Fст=236103Н(факт)350103Н(норма). (1.11)

1.4.2. Коэффициенты запаса прочности Zо и Zmin, рассчитаем по формулам:

(1.12) =

=

=6,3(факт)4,5(нор), (1.13)

где Zо, Zmin - фактические значения коэффициентов запаса прочности;

Qп, Qс - масса полезного груза и масса сосуда, кг;

nк, nук - количество подъемных и уравновешивающих канатов;

Qр - суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н;

Рк, qк - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м;

Нк - расстояние от нижней приемной площадки до оси канатов ведущего шкива, м;

lз - отвес уравновешивающих канатов в зумпфе, м.

Окончательно применим многоканатную машину типоразмера ЦШ-54, четыре подъемных каната типа ЛК-РО маркировочной группы 1568 диаметром 46,5 мм и три уравновешивающих каната размером 17027,5 мм [1].

Техническая характеристика машины ЦШ-54:

Диаметр канатоведущего шкива Dш=5 м;

Количество подъемных канатов nк=4;

Маховый момент машины GD2м=6250 кНм2;

Маховый момент отклоняющих шкивов GD2ош=500 кНм2;

1.5.Условие нескольжения шкива по ведущему валу

1.5.1. Статический коэффициент безопасности Ксб рассчитываем по

формуле :

(1.14)

3,3(факт)2(норма),

где Fст max=(Qп+Qс+pH+c)g - наибольшее возможное натяжение одной ветви каната, охватывающего ведущий шкив, Н;

Fст min=(Qс+qH-c)g - наименьшее натяжение другой ветви каната;

е - основание натурального логарифма;

f - коэффициент трения между канатами и футеровкой ведущего шкива;

- угол охвата ведущего шкива, рад;

с= - сопротивление движению одной ветви каната;

к=1,1 - для скипового подъема [1].

1.5.2. Максимально допустимые ускорение и замедление

(а1 max, а3 max) определяем по формулам :

(1.15)

2,28(факт)2(норма)

(1.16)

где m1=Qc+qH=24,4103+311,51079=61,6103 кг;

m2=Qп+Qс+PH=25103+244103+48,41079=85,7103 кг;

А=РLвш=48,444=1478,4 кгм;

- приведенная масса всех отклоняющих шкивов, кг;

Lвш - длина подъемного каната от уровня верхней приемной площадки до соприкосновения его с ведущим шкивом трения, м.

Примем семипериодную диаграмму скорости со значениями ускорения и замедления а1=а3=0,6м/с2, а=а=0,3м/с2, что составляет менее 80% от максимально допустимых значений по правилам безопасности, и значениями скоростей V=V=0,8м/с2.

1.6.Продолжительность подъемной операции

1.6.1. Число подъемных операций в час nпч определили по формуле:

nпч=Ач/Qп=651103/24,4103=26. (1.17)

1.6.2. Расчетная продолжительность подъемной операции Трп определим по формуле:

Трп=3600/nпч=3600/26=139 с. (1.18)

1.6.3. Продолжительность движения подъемных сосудов Тр рассчитаем по формуле:

Тр=Трп-tп=139-11=128с, (1.19)

где tп - продолжительность паузы, с.

1.6.4. Среднюю скорость подъема Vср определяем по формуле :

Vср=Н/Тр=1079/128=8,4 м/с, (1.20)

где Н - высота подъема, м.

1.6.5. Ориентировочную максимальную скорость подъема Vmax рассчитаем по формуле:

Vmax=acVср=1,358,4=11,4м/с, (1.21)

где ас - множитель скорости , принимаемый 1,151,35 [1].

1.6.6. Требуемую частоту вращения nктш рассчитаем по формуле:

nктш=60Vmax/Dктш=6011,4/(3,145)=44 об/мин. (1.22)

1.6.7. Ориентировочная мощность приводного двигателя:

(1.23)

где к - коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха при движении подъемных сосудов, трение в подшипниках направляющих шкивов, жесткость канатов (к=1,1) [1];

Qп - масса полезного груза, кг;

Н - высота подъема, м;

g=9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести;

Тр - продолжительность движения подъемных сосудов, с;

п=0,93 - КПД подъемной установки;

=1,3 - коэффициент динамического режима установки, учитывающий динамическую нагрузку, для скиповых многоканатных установок.

Наметим к применению двигатель типа П2-800-255-КУ4, мощностью 4000 кВт, с частотой вращения 50 об/мин [1].

1.7.Кинематика подъемной установки

1.7.1. Основание трапецеидальной диаграммы скорости То , соответствующий путь Но и модуль ускорения ам определим по формулам:

То=Тр-t-t1-t1-t+=128-3-2-2-3+=121 c, (1.24)

где Тр - продолжительность движения, с;

t, t1, t, t1 -продолжительность движения скипа при ходе по разгрузочным кривым, с;

V и V - скорость выхода из разгрузочных кривых и входа в них, м/с;

а1 и а3 - ускорение и замедление, м/с2.

(1.25)

где Н - высота подъема, м;

hр - путь движения скипа в разгрузочных кривых, м.

ам=а1а3/(а1+а3)=0,60,6/(0,6+0,6)=0,3 м/с.

Причем продолжительность t, t1 движения порожнего скипа при ходе ролика его по разгрузочным кривым, продолжительность t, t1 движения груженого скипа при ходе ролика по разгрузочным кривым определим по формулам:

t=t=V/а=V/a=0,8/0,3=3 с; (1.26)

(1.27)

1.7.2. Продолжительность t1,t3 и путь h1,h3 движения скипа с ускорением а1 и замедлением а3 найдем по формулам:

(1.28)

(1.29)

1.7.3. Путь h2 и продолжительность t2 равномерного движения определим по формулам:

h2=Н-2hp-h1-h3=1079-22,4-122-122=830 м; (1.30)

t2=h2/Vmax=830/11,4=69 с. (1.31)

1.7.4. Расчетную максимальную скорость подъема Vmax определим по Формуле:

(1.32)

1.7.5. Требуемая частота вращения:

(1.33)

1.7.6. Продолжительность движения Т подъемных сосудов определили по формуле:

Т=t+t1+t1+t2+t3+t1+t=3+2+19+69+19+2+3=117 с. (1.34)

7.7. Фактический коэффициент резерва производительности Сф нашли по формуле:

(1.35)

где С=1,5 - коэффициент резерва производительности [1].

Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и ускорений:

V=V=0,8м/с; t=t=3с; hp=2,6м; Vmax=12м/с;

t1=t3=19с; h1=h3=122м; h2=830м; t2=69с;

a=a=0,3м/с2; a1=a3=0,6м/с2; Т=117с; Н=1079м;

t1=t1=2c .

1.8. Динамика подъемной установки

1.8.1. Масса машины типа ЦШ-54 mм , отклоняющих шкивов mош и двигателя типа П2-800-255-8КУ4 mд , рассчитаем по формулам:

mм=GD2м/gD2шт=6250103/(9,8152)=25,5103кг; (1.36)

mош=GD2ош/gD2шт=500103/(9,8152)=2039кг; (1.37)

mд=GD2д/gD2шт=2400103/(9,8152)=9786кг, (1.38)

где GD2м, GD2ош, GD2д - маховые моменты машины, отклоняющих шкивов и якоря двигателя, Нм2.

1.8.2. Длину подъемных канатов Lпк определяем по формуле:

Lпк=Н+2hвк+Dшт/2=1079+235+3,145/2=1157м, (1.39)

где Н - высота подъема, м;

hвк - расстояние от верхней приемной площадки до оси шкива трения, м;

Dшт - диаметр шкива трения, м.

1.8.3. Длину уравновешивающих канатов Lук определяем по формуле:

Lук=Н+30=1079+30=1109 м, (1.40)

где 30 - ориентировочная длина каната на образование петли в зумпфе ствола и закрепление каната к подъемным сосудам, м.

1.8.4. Массу mп всех движущихся частей подъемной установки приведенную к окружности шкива трения, определим по формуле:

mп=Qп+2Qc+LпкР+Lукq+mош+mм+mд=

=25103+224,4103+115748,4+1109311,5+25,5103+2039+9786=

=188103кг, (1.41)

где Qп и Qc - масса полезного груза и масса скипа, кг;

P и q - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг;

Lпк и Lук - длина подъемных и уравновешивающих канатов, кг;

mош, mм, mд - масса отклоняющего шкива, машины и якоря двигателя, кг.

1.8.5. Движущие усилия F получаем из основного динамического уравнения академика М.М. Федорова (таблица1.1):

F=1,1Qп+(Н-2hx)(q-P)g mпа=

=1,125103+(1079-2hx)(311,5-48,4)9,81 188103а=

=283103-23,5hx 188103a. (1.42)

1.8.6. Эквивалентное усилие Fэк рассчитываем по формуле:

Fэк=, (1.43)

где Тп=куд(t+t1+t1+t3+t+t1)+t2+kпtп=0,5(32+22+192)+69+0,2511=96 с;

куд=0,5, кп=0,25 - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения во время соответственно ускоренного и замедленного движения;

F и t - усилие и продолжительность элементарного участка на диаграмме усилий.

=(3394002+3393812)+(2829812+282981282943+2829432)+

+(3957442+3928742)+(2800742+280074260552+2605522)+

+(1477522+1448832)+(2576832+257683257254+2572542)+

+(2012542+2012212)=9,158103Н; (1.44)

=308862Н.

Таблица 1.1

1.8.7. Коэффициент перегрузки при подъеме:

(1.45)

где Fmax-максимальное движущее усилие при подъеме груза, Н.

1.8.8. Номинальную мощность двигателя Рд выбираем из условия:

(1.46)

Диаграммы движущих усилий приведены на рис.1.1.

Окончательно примем двигатель П2-800-255-8КУ4 номинальной мощностью Рном=5000 кВт, частотой вращения nном=63 об/мин, так как разность между эквивалентной мощностью и номинальной превышает 5%, т.е. [1]:

дв= , (1.47)

где дв - перегрузочная способность выбранного двигателя.

2. СИЛОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

2.1. Исходные данные для расчета динамики электропривода

Двигатель

Тип П2-800-255-8КУ4

Номинальная мощность Рном=5000кВт

Номинальная частота вращения nном=63об/мин

Номинальное напряжение Uном=930В

Номинальный ток Iном=5740А

Номинальный момент Мном=774кНм

Номинальный поток возбуждения Фном=0,375Вб

Коэффициент полезного действия ном=90,5%

Ток возбуждения Iв=145А

Напряжение обмотки возбуждения Uв=200В

Число полюсов 2р=16

Число параллельных ветвей якоря 2а=16

Сопротивление обмотки якоря Rя20=0,00348Ом

Сопротивление дополнительных полюсов Rд20=0,000631Ом

Сопротивление компенсационной обмотки Rк20=0,00235Ом

Сопротивление обмотки возбуждения Rв20=0,87Ом

Перегрузочная способность (рабочая) р=1,6

Перегрузочная способность (выключающая) в=1,8

Число витков якоря Wяд=1080/16

Число витков главного полюса Wпд=84

Число витков добавочного полюса Wдд=2

Число витков компенсационной обмотки на полюс Wкд=3

Питающая сеть

Номинальное напряжение Uс=6000В

Частота fс=50Гц

Мощность короткого замыкания Sк=15000МВА

Подъемная машина

Тип ЦШ54

Эффективная мощность подъема Рэф=4317кВт

Максимальная скорость подъема Vmax=16м/с

Средняя скорость Vср=8,4м/с

Множитель скорости =1,35

Радиус шкива трения Dшт=5м

Максимальное усилие Fmax=395743Н

2.2. Выбор тиристорного преобразователя

Наметим к применению силовую 12-пульсную схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи возбуждения двигателя и последовательным соединением выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.

2.2.1. Активное сопротивление якорной цепи Rяц определяем по формуле:

Rяц=к1к2(Rя20+Rд20+Rк20+Rщ)=

1,151,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566 Ом, (2.1)

где к1=1,15 - коэффициент приведения к рабочей температуре 60С [2];

к2=1,1 - коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных

проводов [2];

Rя20, Rд20, Rк20, Rщ - сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом

2.2.2. Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:

(2.2)

где Uном и Iном - номинальные напряжение и ток двигателя;

Rяц - сопротивление якорной цепи, Ом;

Vmax - максимальная скорость подъема, м/с.

2.2.3. Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:

Uк ср=0,5eккvVmax=0,50,065516=26,4 В, (2.3)

где ек - напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед..

2.2.4. Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:

Iэф=Рэф/(Vmaxкv)=4317103/(1655)=4906 А,

где Рэф - эффективная мощность подъема, Вт.

Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам - выпрямленному току Id ном и выпрямленному напряжению Ud ном при соблюдении условий:

Id ном Iэф и Ud ном Uном . (2.4)

Применим комплектный тиристорный электропривод КТЭУ-6300/ 1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов [2].

, (2.5)

где Udo - максимальное выпрямленное напряжение (угол управления =0), В;

Uк ср - коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;

Uт=0,96 В - среднестатистическое падение напряжения на тиристоре [2].

2.2.6. Передаточный коэффициент ктп тиристорного преобразователя определим по формуле:

ктп=Ud ном/Uвх тп=1050/8=131,25 В, (2.6)

Страницы: 1, 2