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

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.).

1.3.1. 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].

1.3.4. Разность линейных масс:

nкРк=nукgк 48,4-311,2=0,9 кг/м; (1.9)

Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.

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;

1.5.1. 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.

1.6.1. 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].

1.7.1. 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 .

1.8.1. 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

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

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].

2.2.5. КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:

, (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)

где Ud ном - номинальное выпрямленное напряжение, В;

Uвх тп=8 В - входное напряжение управления.

2.3.1. Полную мощность силового трансформатора Sт определим по формуле:

(2.7)

где км ср вз=0,575 - средневзвешенный коэффициент

мощности[2].

Рном - номинальная мощность двигателя, кВт.

2.3.2. Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:

U2=(кз/ксх)(Vmaxкv+Uкср+IэфRяц)=

=(1,1/1,35)(1655+26,4+49060,00881)=773 В, (2.8)

где кз=1,1 - коэффициент запаса 2;

ксх=1,35 - коэффициент схемы выпрямления 2;

кu - коэффициент пропорциональности, В/(м/с);

Uк ср - коммутационное снижение напряжения, В;

Iэф - эффективный ток, А;

Rяц - сопротивление якорной цепи, Ом;

Vmax - максимальная скорость, м/с.

Выбор трансформатора производится по двум параметрам - полной мощности Sт ном и напряжению на вторичной обмотке U2ном при соблюдении условий:

Sт нои Sт и U2ном U2. (2.9)

Для комплектной поставки в составе преобразовательного агрегата типа ТП3-6300/1050-10/ОУ4 применим масляный двухобмоточный с двумя активными частями в одном баке трансформатор типа

ТДНПД-12000/10У2 2.

Сглаживающую индуктивность определяем из условия непрерывности выпрямленного тока. При этом принимается, что при угле отпирания тиристоров =80 и токе нагрузки 10% от номинального (0,1Id ном) режим прерывистого тока должен быть исключен.

2.4.1. Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока Rs рассчитываем по формуле:

(2.10)

2.4.2. Базовый ток определим по формуле:

(2.11)

где U2 - максимальное значение напряжения на вентильной обмотке силового трансформатора.

2.4.3. Номинальный ток в относительных единицах:

; (2.12)

Базовый параметр нагрузки определяется по графику рис.2.1.[2] для значений 150, mб=6 и iдв=0,076 и составляет tgQб=7.

2.4.4. Требуемый параметр нагрузки, обеспечивающий допустимый коэффициент пульсации тока в выпрямленной цепи:

(2.13)

2.4.5. Суммарная индуктивность цепи выпрямленного тока.

(2.14)

где 2f - угловая частота питающей сети;

2.4.6. Индуктивность активной части трансформатора.

(2.15)

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

U2 ном - фазное напряжение вентильной обмотки, В;

I2 ном - ток вентильной обмотки, А;

f - частота питающей сети,Гц.

2.4.7. Индуктивность якоря двигателя Lд определяем по формуле Лиумвиля-Уманского:

(2.16)

где с1=0,1 - коэффициент для компенсированных электродвигателей;

2р=16 - число пар полюсов;

nном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

Uном - номинальное напряжение двигателя, В;

Iном - номинальный ток двигателя, А.

2.4.8. Индуктивность сглаживающего реактора определяем по формуле [4]:

(2.17)

где Uном - номинальное напряжение двигателя, В;

Iном - номинальный ток двигателя, А.

Применим реактор типа СРОС3-3200МУХЛ4 на номинальный ток

3200А и с индуктивностью 0,5 мГн 2.

2.5.1. Коэффициент пропорциональности между движущим усилием и током якоря двигателя кf определим по формуле:

(2.18)

где Мном - номинальный момент двигателя, Нм;

Rшт - радиус шкива трения, м;

Iном - номинальный ток двигателя, А.

2.5.2. Максимальный ток двигателя Imax рассчитаем по формуле:

(2.19)

2.5.3. Ток уставки Iуст срабатывания реле максимальной защиты определим по формуле:

Iуст=кнImax=1,17329=8062 А, (2.20)

где кн=1,1 - коэффициент надежности 2.

Применим автоматический выключатель ВАТ-42-1000/10-Л-У4 с реле защиты РДШ-6000 и диапазоном тока уставки

600012000 А 1.

(2.21)

где L - индуктивность, обусловленная полезным потоком, Гн;

Lр - индуктивность от полей рассеивания, Гн;

2р - число пар полюсов;

Wв=84 - число витков на полюс;

ном=1,1 - коэффициент рассеивания при номинальном потоке [2];

Ф - изменение потока, вызванное соответствующим изменением ампер-витков (IвWв), Вб (рис.2.2.).

2.6.2. Постоянную времени цепи возбуждения Тв определим по формуле:

(2.22)

где Lов - индуктивность обмотки возбуждения, Гн;

Rов - сопротивление обмотки возбуждения, Ом.

2.6.3. Время рывка tр при высоте подъема Н=1079 м согласно графику 2:

tр=2с. (2.23)

2.6.4. Требуемое значение коэффициента форсировки кф определим по формуле:

(2.24)

(2.25)

где Тв - постоянная времени возбуждения, с.

2.6.5. Максимальное значение выпрямленного напряжения Umax определим по формуле:

Ud max=КфUв ном=3,06145=443,7 В, (2.26)

где Uв ном - номинальное напряжение возбуждения при параллельном соединении полуобмоток возбуждения, В.

Применим тиристорный возбудитель ТПР9-320/460Р-31У4 с номинальным током 320 А и номинальным напряжением 460 В 2.

2.6.6. Передаточный коэффициент ктв тиристорного возбудителя определим по формуле:

Ктв=Ud ном/Uвх тв=460/8=57,5, (2.27)

где Ud ном - номинальное выпрямленное напряжение, В;

Uвх тв=8 В - выходное напряжение управления.

Применяем тахогенератор типа ПТ-42 с номинальной частотой вращения nтг ном=100 об/мин и номинальным напряжением Uтг ном=230В 2.

2.7.1. Максимальное напряжение на выходе тахогенератора Uтг max определим по формуле:

Uтг=Uтг ном(nдв ном/nтг ном)=230(63/100)=145, (2.28)

где Uтг ном - номинальное напряжение тахогенератора, В;

nдв ном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

nтг ном - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин.

2.7.2. Передаточный коэффициент ктг рассчитаем по формуле:

ктг=Uтг max/nдв ном=145/63=2,3 В/(об/мин). (2.29)

Таблица 3.1.

Система построена по принципу подчиненного регулирования с зависимым регулированием тока возбуждения от тока якорной цепи при значениях тока якорной цепи менее 0,5Iдв ном .

Расчет конкретных параметров САУ произведем, используя структурную схему, построенную по математическому описанию электромеханических процессов в абсолютных единицах.[3]

При расчете принимаем следующие допущения:

- механическая система представляется в виде одномассовой системы;

- демпфирующее действие вихревых токов в шихтованной станине электродвигателя не учитывается.

3.2.l. Постоянная времени фильтра Тфв рассчитывается по формуле:

(3.1)

где к=56 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций [3];

m=6 - пульсация сигнала за период для мостовой схемы;

f=50 Гц - частота питающей сети.

3.2.2. Постоянная времени контура тока возбуждения Т в:

Тв=Тв+Тфв=0,02+0,0025=0,0225 с, (3.2)

где Т в - постоянная времени тиристорного возбудителя, с;

Тфв - постоянная времени фильтра, с.

3.2.3. Параметры фильтра (Rф ,Сф ):

Сф=Тфв/Rф=0,0025/100=2510-6 Ф, (3.3)

где Rф=10100 Ом - сопротивление фильтра;

Сф - емкость фильтра.

3.2.4. Передаточный коэффициент цепи обратной связи Кв:

(3.4)

где Rзтв и Rтв - входные сопротивления регулятора (Rзтв=Rтв);

Uдтв=10В - напряжение выхода датчика тока при номинальном токе Iв ном .

3.2.5. Статическую ошибку Iв для пропорционального регулятора определим по формуле:

(3.5)

где Iв ном - номинальный ток возбуждения, А;

Тв - постоянная времени обмотки возбуждения, с;

атв=2 - коэффициент настройки контура, принимаемый по условию модульного оптимума [3];

Тв - постоянная времени контура тока возбуждения, с.

Решение: Реализовать условие Uдв=Uдтв и выбрать значение входных сопротивление регулятора тока возбуждения:

Rзтв=Rтв=10 кОм

3.2.6. Требуемый коэффициент датчика тока Кдтв определим по формуле:

(3.6)

где Iш ном - номинальный ток шунта, А;

Iв ном - номинальный ток возбуждения, А;

Кв - передаточный коэффициент цепи обратной связи;

Кшв=Uш ном /Iш ном - коэффициент шунта.

Предварительно применим ячейку датчика тока типа ДТ-3АИ(УБСР-АИ), коэффициент передачи которого регулируется в пределах 53,3133,3. Для уменьшения требуемого коэффициента датчика тока применить два шунта типа 75ШСМ 200А, соединенных параллельно друг другу 3.

3.2.7. Сопротивление обратной связи регулятора тока возбуждения Rотв вычислим по формуле:

(3.7)

где Rзтв - входное сопротивление регулятора тока возбуждения, Ом;

Тв - постоянная времени обмотки возбуждения, с;

rв - сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

атв - коэффициент настройки контура на модульный оптимум;

Тв - постоянная времени контура тока возбуждения, с;

Ктв - передаточный коэффициент тиристорного возбудителя;

Кв - передаточный коэффициент обратной связи.

3.2.8. Установившиеся уровни выходного напряжения регулятора тока возбуждения для номинального и форсированного режимов Uртв ном Uртв ф рассчитаем по формулам:

(3.8)

где Uв ном - номинальное напряжение обмотки возбуждения, В;

Ктв - передаточный коэффициент обмотки возбуждения;

Кф - коэффициент форсировки.

Окончательно выберем ячейку датчика тока ДТ-3АИ (УБСР-АИ).

3.3.1. Постоянную времени фильтра Тфт на входе датчика тока рассчитываем по формуле:

(3.9)

где к=56 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций [3]

m=12 - пульсация сигнала за период для двойной трехфазной мостовой схемы;

f=50Гц - частота питающей сети.

3.3.2. Емкость Т-образного фильтра рассчитаем по формуле:

Сф=Тфт/Rф=0,00125/100=12,5 мкФ, (3.10)

где Rф - сопротивление, принимаемое в пределах 10100 Ом.

3.3.3. Эквивалентную не компенсируемую постоянную времени контура тока вычислим по формуле:

Тт=Тт+Тфт=0,02+0,00125=0,02125 с, (3.11)

где Тт=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя.

Решение: примем согласованное управление током якоря Iя и током возбуждения Iв в функции напряжения на выходе регулятора скорости Uрс.

Применим условие начала реверсирования Iв/Iя=0,5I, т.е. уровень тока якоря, с которого начинается изменение тока возбуждения, составляет

iя рев=0,5.

3.3.4. Допустимое значение скорости изменения тока якоря рассчитывается по формуле:

(3.12)

где Кп=2 - коэффициент, учитывающий перегрузку по току якоря [3];

Тв - постоянная времени обмотки возбуждения двигателя, с;

Кф - коэффициент форсировки;

iя рев - относительное значение тока якоря, при котором начинается изменение тока возбуждения (реверс).

3.3.5. Максимальное значение параметра настройки регулятора тока ат определяется из условия:

(3.13)

Решение: Параметр настройки регулятора тока принять по условию модульного оптимума, т.е. ат=2.

3.3.6. Передаточный коэффициент обратной связи контура тока определяются по формуле:

(3.14)

где Rзт и Rт - входные сопротивления регулятора тока, отношение которых принимается равным единице;

Uдт max - не должно превышать 15 В (напряжение питания УБСР-АИ)

3.3.7. Коэффициент шунта определяется по паспортным данным:

Кш=Uш ном /Iш ном=0,075/10000=7510-6 В/А, (3.15)

где Uш ном=75 мВ для шунта 75 ШСМ 3;

Iш ном - номинальный ток шунта.

3.3.8. Коэффициент датчика тока определяется по формуле:

(3.16)

3.3.9. Параметры регулятора тока вычисляем по формуле:

(3.17)

Rот=Тя/Сот=0,0810-3/(210-60,01438)=2,78 кОм,

где Тит - постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора, с;

Сот=23мкФ - емкость обратной связи регулятора токам [3];

Тя=Lя/Rя - постоянная времени якорной цепи, с;

Ктп, Rя, Lz - заданные величины.

3.3.10. Постоянная времени интегратора:

(3.18)

где iя max=Iя max /Iя ном=7610/5740=1,33.

3.3.11. Коэффициент усиления нелинейного элемента в линейной зоне:

(3.19)

3.3.12. Сопротивление обратной связи R3 при R1=10 кОм:

R3=R1Кнэ=10Кнэ=1035,3=353 Ом. (3.20)

3.3.13. Входное сопротивление R4 для усилителя У2 при С1=3 мкФ:

R4=Тип/С1=3/(310-6)=100 кОм. (3.21)

3.3.14. Напряжение ограничения усилителя У1:

(3.22)

3.3.15. Входное сопротивление R2 для усилителя У1:

R2=R1=10 кОм. (3.23)

3.4.1. Максимальное значение приращения движущего усилия Fст max определяют из условия:

Fст max 0,1F1=0,1339400=33,94 кН, (3.24)

где F1 - движущее усилие, равное статическому в начальный момент времени, Н.

Решение: Примем максимальное значение движущего усилия, при котором в замкнутой системе регулирования скорость не должна изменится более, чем на 1%:

Vmax=0,0116=0,16 м/с. (3.25)

3.4.2. Абсолютное значение статической ошибки в замкнутой системе управления Vа определим по формуле:

(3.26)

где ас=2 - параметр настройки регулятора скорости [3];

Тс=а2т(Т+Тфт)+Тфс=4(0,02+0,0125)+0,02=0,15 с - эквивалентная не компенсируемая постоянная времени контура скорости, с;

ат=2 - параметр настройки регулятора тока [3];

Т=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя [3];

Тфт - постоянная времени фильтра на входе датчика тока, с;

- постоянная времени фильтра на входе датчика скорости, с;

К=3 - кратность уменьшения пульсации напряжения тахогенератора [3];

- частота полюсных пульсаций тахогенератора, Гц;

КК, КV - заданные величины;

Тм - электромеханическая постоянная времени электропривода, с; m, R - ранее рассчитанные величины.

3.4.3. Относительное значение статической ошибки при установившемся режиме в замкнутой системе определим по формуле:

V%=(Va/Vmax)100%=(0,054/16)100=0,34 1%. (3.27)

3.4.4. Время регулирования определили по формуле:

(3.28)

где =0,03 - допустимая динамическая ошибка по скорости 3;

Vmax - максимальная скорость движения подъемных сосудов, м/с;

аmax - максимальное ускорение в период разгона и замедления, м/с2.

3.4.4. Масштаб времени Z определили по формуле:

Z=tрег/tнор=3/6=0,5 с, (3.29)

где tнор=6 с - нормированное время переходного процесса [3].

Принимаем график переходного процесса для параметров Z=0,5, т=0,15 5.

3.4.5. Параметры настройки двухкратноинтегрирующего контура скорости определяем из условия равенства выражений:

всас2ат22=2,5Z2; всасат=2,5Z. (3.30)

Отсюда вс=2,5; ас=Z/(ат)=0,5/(20,15)=1,7. (3.31)

Решение: Приняли структурную и функциональную схемы контура регулирования скорости (рис.3.3)

3.4.6. Коэффициент обратной связи по скорости рассчитали по формуле:

(3.32)

где Rзс=Rс;

Uдс - напряжение, В, снимаемое с датчика скорости при скорости подъема Vmax , м/с.

Используем ячейку датчика напряжения ДН-2АИ (УБСР-АИ), и присоединим его вход к выходу тахогенератора с помощью делителя напряжения Rд и Rд. Принять Uдс=Vmax 3.

3.4.7. Напряжение, снимаемое с тахогенератора, определили по формуле:

(3.33)

где Uтг ном - номинальное напряжение тахогенератора, В;

nтг ном - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин;

nдв ном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

3.4.8. Полное сопротивление делителя напряжения определим по формуле:

Rд=Uтг/Iтг ном=149,5/0,1=1,5 кОм, (3.34)

где Iтг ном - номинальный ток тахогенератора, А.

3.4.9. Мощность резисторов:

Pд=UтгIтг ном=149,50,1=14,95 Вт. (3.35)

(3.36)

Условие согласования: Rд=2400/10=240 Ом, (3.37)

где Rвх д=2,4кОм - входное сопротивление датчика ДН-2АИ(УБСР-АИ)

Передаточная функция ПИ-регулятора скорости имеет вид:

(3.38)

3.4.10. Параметры ПИ-регулятора скорости:

(3.39)

Условие жесткости подъемных канатов:

так как Кпс10 необходимо принять демпфирующий коэффициент

(3.40)

где Кпс=10 [3].

3.4.11. Постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора скорости:

(3.41)

Применим ячейку регулятора скорости РС-1АИ (УБСР-АИ).

3.4.12. Входные сопротивления регулятора скорости (Сос=2мкФ):

Rзс=Rс=Тис/Сос=0,03/(210-6)=15 кОм. (3.42)

3.4.13. Сопротивление обратной связи регулятора скорости:

Rос=RзсКпс=1500021,4=321 кОм. (3.43)

3.4.14. Параметры фильтра на входе регулятора скорости:

Тф=всасТс=2,51,70,15=0,64 с; (3.44)

Сфс=Тф/(0,5Rзс)=0,64/(0,515000)=0,85 мкФ. (3.45)

1. Родченко А.Я., Евсеев Ю.В. Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки. Ч.1. Механическая часть электропривода: Учеб.пособие /Норильский индустр. ин-т.- Норильск, 1996.-44с.

2. Писарев А.И., Родченко А.Я. Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки. Ч.2. Система «управляемый выпрямитель - двигатель» с реверсом возбуждения двигателя. Силовые элементы электропривода: Учеб.пособие /Норильский индустр. ин-т.- Норильск, 1996.-48с.

3. Писарев А.И., Родченко А.Я. Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки. Ч.3. Система «управляемый выпрямитель - двигатель» с реверсом возбуждения двигателя. Автоматическое управление электроприводом: Учеб.пособие /Норильский индустр. ин-т.- Норильск, 1996.-26с.

4. Комплектные тиристорные электроприводы:Справочник / И.Х.Евзеров, А.С.Горобец, Б.И.Мошкович и др.; Под ред. канд. техн.наук В.М.Перельмутера.- М.:Энергоатомиздат, 1988.-319с.:ил.

5. Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Тиристорный электропривод с реверсом возбуждения двигателя рудничного подъема.- М.:Недра, 1990.-382с.:ил.

6. Тиристорный электропривод рудничного подъема / А.Д.Динкель, В.Е.Католиков, В.И.Петренко, Л.М.Ковалев.-М.:Недра, 1977.-312с.:ил.

7. Александров К.К., Кузьмина Е.Г., Электротехнические чертежи и схемы.- М.:Энергоатомиздат, 1990.- 288с.:ил.

8. Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Автоматизированный электропривод подъемных установок глубоких шахт.- М.:Недра, 1983.-270с.:ил.

9. Малиновский А.К., Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов.- М.:Недра,1987.- 277с.:ил.

10. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А., Горная механика:Учебник для техникумов.- 6-е изд., перераб. и доп.- М.:Недра, 1982.-407с.