Лабораторная работа №8. Государственное учреждение высшего профессионального образования
 Скачать 148.5 Kb.
|
|
М  инистерство образования Республики БеларусьМинистерство образования и науки Российской Федерации ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ Университет» Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок»  Дисциплина «Автоматизированный электропривод типовых производственных и транспортных механизмов» Методические указания к лабораторной работе №8 Изучение типовых схем автоматизированного электропривода шахтных подъёмных установок Могилёв 2011 УДК 681.3 Составитель ст. преподаватель Жесткова Л. В. Изучение типовых схем автоматизированного электропривода шахтных подъёмных установок. Методические указания к лабораторной работе №8 по дисциплине «Автоматизированный электропривод типовых производственных и транспортных механизмов». Для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 1-53 01 05 – «Автоматизированные электроприводы». Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Электропривод и АПУ» от 12.10.2010 протокол №2. © Л. В. Жесткова 2011 ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет» 1 Цель работы Ознакомиться с электрооборудованием и типовыми схемами автоматизированного электропривода шахтных подъёмных установок. 2 Порядок выполнения работы 1 Изучить типовые схемы АЭП шахтных подъёмных установок. 2 Составить отчёт по работе. 3 Краткие теоретические сведения Без подробного рассмотрения сложного механического оборудования шахтной подъёмной установки для выяснения принципа её работы рассмотрим кинематическую схему, приведенную на рисунке 3.1.  Рисунок 3.1 – Кинематическая схема шахтного подъёмника Канатоведущий шкив 1 приводится во вращение двигателем, установленным в машинном зале шахтной подъёмной установки. Головной канат 4 проходит через направляющие шкивы 2 и закрепляется на подъёмных сосудах — скипах 3, которые движутся вдоль направляющих 9. Для выравнивания графика нагрузки электропривода подъёмная установка выполнена с хвостовым уравновешивающим канатом 5, крепящимся к нижней части несущих рам 6. Установка выполнена таким образом, что при загрузке первого скипа, находящегося в нижней части ствола шахты, второй скип разгружается в верхней части. По окончании загрузки и выгрузки пустой скип опускается, а гружёный поднимается. Перед выгрузкой скип входит направляющим роликом 7 в разгрузочные кривые 8, вследствие чего осуществляются его поворот относительно несущей рамы 6, опрокидывание и разгрузка. После разгрузки верхнего скипа и загрузки нижнего рабочие операции установки повторяются с соответствующим изменением направления движения скипов, которое обеспечивается электроприводом. Кроме изменения направления движения, электропривод шахтной подъёмной установки в соответствии с выполняемыми рабочими операциями должен обеспечить движение подъёмных сосудов с заданной скоростью и ускорением в зависимости от положения. В горнорудной промышленности применяются, как правило, три типа электроприводов для шахтных подъёмных машин: асинхронный двигатель с фазным ротором, система генератор-двигатель, а также система вентильный преобразователь-двигатель. В установках мощностью 1000…1200 кВт находит преимущественное распространение асинхронный привод; для более мощных установок применяется система Г-Д. Одной из важнейших задач при проектировании электропривода скиповых и клетьевых подъёмных машин является выполнение заданного графика скорости и ускорений по времени во все периоды движения подъёмного сосуда. Диаграмма движения по существу является критерием производительности и экономичности подъёмной установки. Наиболее распространенной для шахтных подъёмных машин является так называемая шестипериодная диаграмма скорости, в соответствии с которой осуществляется движение скиповых подъёмных установок, а также ряда клетьевых. Построение диаграммы зависит от допустимых значений скорости и ускорений на отдельных участках движения подъёмного сосуда и, кроме того, от допустимых ускорений и замедлений, определяемых условиями движения подъёмных сосудов и допустимыми перегрузками механического оборудования подъёмной машины. Примерный вид оптимальной диаграммы скорости скипового подъёмника приведен на рисунке 3.2.  Рисунок 3.2 – Диаграмма скорости подъёмной установки В течение первого периода происходит выход опускающегося скипа из разгрузочных кривых. Скорость в конце участка t1 не должна превышать 1,5 м/с. На участках t2 при разгоне и t4 при торможении скипов ускорение для вертикальных подъёмных установок не должно превосходить 1 м/с2. На участке t3 скип движется с постоянной рабочей скоростью. После процесса торможения, когда скорость входа в разгрузочные кривые составляет 1,5 м/с, начинается небольшой участок t5 движения с постоянной пониженной скоростью. На участке t6 осуществляются процесс остановки скипов и посадка на механизмы загрузочного устройства. Шестипериодная диаграмма для клетьевого подъёмника с опрокидывающимися клетями характеризуется несколько большими скоростями входа и выхода клети из разгрузочных кривых, которые достигают 2,5 м/с. Отметим, что близкие по характеру диаграммы скорости скиповых и клетьевых подъёмных установок приводят к тому, что для них применяются аналогичные системы электропривода. В неавтоматизированных подъёмных установках оператор непрерывно контролирует рабочий процесс и управляет системой электропривода, воздействуя на рукоятку командоконтроллера и рычаг управления тормозом. При этом выполнение заданной диаграммы скорости движения подъёмных сосудов в значительной степени зависит от его опыта и внимательности. Автоматизация шахтных подъёмных установок в связи с этим является весьма ответственной задачей. Она диктуется соображениями увеличения производительности подъёмной установки, а также необходимостью освобождения машинистов от очень напряжённого труда. Отметим, что вследствие высокой скорости движения скипов и клетей и жёстких требований в отношении пуска и торможения двигателя при самой внимательной работе ошибки оператора не могут быть исключены. В лучшем случае они приводят к снижению производительности по сравнению с проектной. При автоматизации выполнение заданной диаграммы скорости полностью возлагается на систему электропривода. Особенно высокие требования предъявляются к процессу регулирования во время замедления. Это объясняется тем, что масса подъёмной установки средней мощности, приведенная к окружности барабана, составляет 50…80 тонн, а скорость подъёма достигает 20 м/с. Для остановки скипа, движущегося с такой скоростью, при допустимых значениях замедления требуется путь 20…30 м. При остановке скипа отклонение от уровня разгрузочной площадки не должно превышать 0,25…0,3 м; относительная точность остановки равна 0,8…1%. Для клетьевых подъёмников эта величина составляет 0,2…0,5%. Указанной относительной точности остановки шахтных подъёмников можно достигнуть только путём создания режима дотягивания на пониженной скорости. Неточность работы системы автоматического регулирования в режиме торможения, предшествующем дотягиванию, может привести к тому, что скип входит в разгрузочные кривые с повышенной скоростью, вследствие чего точность остановки снижается. Из всех существующих систем электропривода шахтных подъёмных машин с автоматизированным управлением рассмотрим лишь те, которые наилучшим образом удовлетворяют техническим и экономическим требованиям, предъявляемым к шахтным подъёмным установкам. В схемах рассматриваются только главные узлы. Отметим также, что принцип построения системы управления с любым преобразователем постоянного тока мало отличается от рассматриваемой системы генератор - двигатель. Многие блокировочные цепи, несмотря на их ответственность, в схемах не приведены, для того чтобы сосредоточить внимание на основных цепях. 4 Скиповая подъёмная установка с автоматизированным асинхронным электроприводом Скиповая подъёмная установка состоит из двух скипов, один из которых поднимается в загруженном состоянии, другой в это время опускается пустой (см. рисунок 3.1). Приводной двигатель работает в следующих режимах: пуск, движение с постоянной скоростью, торможение, дотягивание. При этом статическая нагрузка двигателя по циклам меняется незначительно. Дотягивание скипа осуществляется в период, когда он входит в разгрузочные кривые, перед конечной остановкой и выгрузкой. Кроме основного рабочего режима, электропривод должен обеспечить подъём с пониженной скоростью, который используется для опробования установки, наладки аппаратов и проверки канатов. В шахтных установках с асинхронными двигателями пуск производится обычно посредством реостата в роторной цепи. Торможение применяется чаще всего динамическое. В период дотягивания после снижения скорости двигатель включается в сеть с полностью введённым пусковым реостатом. По окончании дотягивания на тормозной шкив накладываются колодки рабочего тормоза, предназначенного для стопорения машины в период рабочих пауз. На подъёмной машине обязательно имеется предохранительный тормоз, который служит для остановки машины в аварийных режимах и стопорения при больших перерывах в работе. На рисунке 4.1 а приведена основная часть схемы автоматизированной скиповой шахтной подъёмной установки с асинхронным двигателем М1, цикл работы которого складывается из следующих режимов: при подъёме грузов машина работает в двигательном режиме, затем перед входом в разгрузочные кривые осуществляется динамическое торможение до заданной пониженной скорости; перед остановкой, когда скип находится в разгрузочных кривых, производится дотягивание в двигательном режиме на пониженной скорости.  Рисунок 4.1а – Схема электропривода ШПМ с АД  Рисунок 4.1б – Схема электропривода ШПМ с АД  Рисунок 4.1в – Схема электропривода ШПМ с АД В процессе загрузки скипа катушки реле КТ1...КТ6 (рисунок 4.1, б) обтекаются током, а катушки контакторов КМ1, КМ2, КМ3, КМ4...КМ9 обесточены (рисунок 4.1, в). Следовательно, в цепь ротора введено всё сопротивление. Двигатель заторможен с помощью предохранительного и рабочего тормозов. По окончании загрузки, если все блокировочные цепи замкнуты, соответствующий конечный выключатель включает цепь катушки промежуточного контактора КМ12. При этом, если рукоятка командоконтроллера занимает одно из рабочих положений, включаются контакторы КМ2 либо КМ3, второй промежуточный контактор КМ11 и линейный КМ1. Параллельно узлу схемы с ручным командоконтроллером могут быть введены для полной автоматизации пуска контакты конечных выключателей, осуществляющих выбор направления движения. После включения контактора направления КМ2 или КМ3 и линейного контактора КМ1 будут подняты тормозные колодки и начнётся пуск двигателя. С выдержкой времени, определяемой реле КТ1, срабатывает контактор КМ4, выводя первую ступень сопротивления из цепи ротора. Ток ротора при этом резко возрастает, вызывая срабатывание реле КА1. Замкнувшийся контакт КА1 осуществляет питание КТ2. После того, как ток ротора снизится, и реле КА1 разомкнёт свои контакты, отключится от сети и катушка КТ2. Реле КТ2 с выдержкой времени включит контактор КМ5, который выведет вторую ступень сопротивления из цепи ротора двигателя. Вследствие этого вновь возрастёт ток ротора, и сработает реле КА1. Размыкающие контакты КМ5...КМ9, включённые в цепи катушек реле КТ2...КТ6, не допускают включения отработавшего реле КТ при повторном срабатывании реле КА1. В то же время контактные пары (КМ5 замыкающий и КМ5 размыкающий - КМ8 замыкающий и КМ8 размыкающий) совместно с реле КА1 избирательно осуществляют последовательное включение катушек реле КТ2...КТ6. Таким образом, пуск двигателя производится по принципу тока с дополнительной корректировкой по времени. С полностью выведенным сопротивлением двигатель работает в процессе подъёма гружёного скипа до тех пор, пока не будет подан импульс на снижение скорости перед входом в разгрузочные кривые. Процесс замедления привода перед входом в разгрузочные кривые является наиболее ответственным участком рассмотренной выше тахограммы. В большинстве существующих шахтных подъёмников используется принцип программированного управления процессом торможения, когда скорость подъёмника определяется в функции положения скипов. Контроль за скоростью в процессе торможения возлагается в схеме на узел сравнения, показанный на рисунке 4.1, а и состоящий из следующего оборудования: тахогенератор BR1, связанный жёстко с валом главного двигателя; путевые датчики сопротивления SQ1 и SQ2, включающиеся соответственно при работе двигателя на подъём и спуск, ползунки их реостатов приводятся в движение от профилированных дисков, связанных с главным приводом; реле напряжения KV1 иKV2, осуществляющие соответственно включение путевых датчиков сопротивлений; реле скорости SR1, посредством которого осуществляются переключение двигателя на режим динамического торможения, а также его переключение на дотягивание; реле ограничения скорости SR2, действующее на отключение двигателя при скорости, превышающей величину, заданную по диаграмме.  Рисунок 4.2 - Упрощённая схема узла сравнения и характеристики при торможении двигателя шахтной подъёмной установки Для уяснения принципа построения регулятора скорости следует обратить внимание на то обстоятельство, что в соответствии с заданной диаграммой скорости (см. рисунок 3.2) на участке торможения t4необходимо поддерживать постоянное замедление, т. е. в процессе торможения двигатель должен развивать постоянный момент (рисунок 4.2, б). Для реализации такого закона Мт(ω) = const при постоянном сопротивлении в цепи ротора необходимо, чтобы с уменьшением скорости увеличивался ток в обмотке статора. С этой целью в схеме регулятора осуществляется контроль скорости движения в функции положения скипа. Упрощённая схема узла сравнения представлена на рисунке 4.2, а. Сопротивление командоаппарата КА определяется перемещением S его траверзы. Положение же траверзы определяется поворотом профилированного диска Д, связанного с валом двигателя подъёмника, и, следовательно, соответствует определённому положению скипа в шахте. Ток iув обмотке управления ОУ (ЭМУ) определяется э. д. с. тахогенератора, а значит, и скоростью движения и сопротивлением КА. Очевидно, что разбивка ступеней сопротивлений КА должна быть выполнена таким образом, чтобы его сопротивление уменьшалось несколько быстрее, чем снижается э. д. с. тахогенератора,так как именно при этом условии обеспечивается рост тока статора при снижении скорости. Такое устройство узла сравнения позволяет осуществлять контроль за выполнением диаграммы торможения как по скорости (э. д. с. тахогенератора), так и по тормозному пути (угол поворота Д) с точностью, определяемой статизмом системы. Если торможение идёт с меньшим замедлением, чем заданное, то путь торможения и перемещение S будут больше заданных. Тогда для некоторого момента времени э. д. с. тахогенератора будет больше, а сопротивление КА меньше заданных значений, вследствие чего ток iy увеличится, повысится тормозной момент и возрастёт замедление. Если же путь соответствует диаграмме, а скорость меньше заданной, то ток iyуменьшится; при этом снизится тормозной момент двигателя, а следовательно, и замедление. Сигнал на торможение двигателя при движении скипа даётся конечным выключателем, находящимся в стволе шахты. Этот выключатель воздействует на цепь контактора КМ11. Последний отключается, что влечёт за собой обесточивание катушек контакторов КМ1, КМ2 (или КМ3), КМ4...КМ9 с последующим отключением двигателя от сети и введением в роторную цепь полного сопротивления. Все реле КТ1...КТ6 оказываются под током. Катушка реле SR1 находится под напряжением, вследствие чего замкнут его контакт в цепи катушки контактора КМ10. Последний срабатывает, и двигатель при этом переходит в режим динамического торможения с полностью введённым в цепь ротора сопротивлением. Так как механическая характеристика двигателя в режиме динамического торможения криволинейна, то без системы автоматического регулирования с программным управлением не могла бы быть выполнена заданная диаграмма скорости с постоянным замедлением. При наличии системы автоматического регулирования (рисунок 4.1, а), состоящей из узла сравнения, электромашинного усилителя М4, генератора динамического торможения М2 и главного двигателя М1, отклонение действительного изменения скорости от заданного приводит к соответствующему изменению постоянного тока в цепи статора М1, а значит, и момента двигателя, что способствует ликвидации указанного отклонения. Следует, однако, отметить, что рассмотренный выше способ программированного управления процессом торможения при неизменном сопротивлении цепи ротора М1 возможно реализовать лишь при определённых пределах скорости, так как при низких скоростях для обеспечения заданного значения Мт необходим весьма большой ток в обмотке статора (рисунок 4.2, б). В связи с этим при снижении скорости до определённого значения ω1 на рисунке 4.2, б, когда ток в обмотке статора достигает предельно допустимого значения, осуществляется другой принцип управления торможением - выведение ступеней сопротивления в цепи ротора в функции времени и тока в обмотке статора. Когда ток статора достигает уставки реле КА2 (рисунок 4.1, а), последнее срабатывает, разрывая цепь катушки реле КТ1. С выдержкой времени, определяемой КТ1, включается контактор КМ4, выводя первую ступень сопротивления в роторной цепи. Выведение ступени сопротивления приводит к росту тормозного момента М1 - см. переход от характеристики 5 к характеристике 1’ на рисунке 4.2, б, а значит, и к снижению скорости двигателя. Вследствие этого снижаются э. д. с. тахогенератора и ЭМУ. Ток в статоре при этом уменьшается, и якорь реле КА2 отпадает. Далее, по мере роста тормозного пути и соответствующего снижения сопротивления КА, ток в статорной цепи вновь начинает возрастать, срабатывает КА2, разрывая цепь катушки КТ2. С выдержкой времени, соответствующей уставке реле КТ2, включается контактор КМ5, выводя вторую ступень сопротивления и т. д. Когда скорость двигателя и тахогенератора достигнет значения, соответствующего уставке отпускания реле SR1, контактор динамического торможения КМ10 и контакторы КМ4...КМ9 отключатся. В цепь ротора вводится полное сопротивление, включаются контакторы КМ2 (или КМ3) и КМ1. Двигатель подключается к сети, начинается процесс дотягивания - движение в разгрузочных кривых с пониженной скоростью. После того, как путь дотягивания будет пройдён, двигатель с помощью конечного выключателя, воздействующего на цепи контактора КМ12, будет отключён от сети и заторможен рабочим тормозом. Таким образом, автоматическое управление двигателем при торможении ведётся по принципу контроля пройденного скипом пути и скорости движения с корректировкой тока статора главного двигателя. При торможении двигателя используются в основном те же аппараты, которые были необходимы для пуска. 5 Контрольные вопросы 1 Описать кинематическую схему ШПМ. 2 Обзор систем электропривода ШПМ. 3 Пояснить диаграмму скорости подъёмной установки. 4 В чём особенности электрических схем управления электроприводом ШПМ? 5 Как определяется мощность двигателя ШПМ? 6 Как производится пуск АЭП ШПМ? 7 Пояснить режим торможения АЭП ШПМ. 8 Пояснить принцип построения регулятора скорости. 9 Пояснить работу узла сравнения. 10 Каково назначение SQ1, SQ2? 11 Каково назначение SR1, SR2? 12 Составить циклограмму работы схемы, представленной на рисунке 4.1 (пуск). 13 Составить циклограмму работы схемы, представленной на рисунке 4.1 (торможение). 14 Какие защиты и блокировки предусмотрены в схеме на рисунке 4.1? 15 В какой функции обеспечивается пуск двигателя М1 на рисунке 4.1? 16 В какой функции обеспечивается торможение двигателя М1 на рисунке 4.1? 17 Пояснить назначение КМ11, КМ12 на рисунке 4.1. 18 Нарисовать механические характеристики электропривода и пояснить режим торможения. |