Электропривод и автоматика машин и установок горного производства
Покупка
Тематика:
Отраслевое машиностроение
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 370
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-907061-45-3
Артикул: 797642.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В учебнике изложены принципы построения систем регулируемого электропривода машин и установок горного производства. Рассмотрены способы оптимального автоматического управления по динамическим и точностным параметрам электроприводов постоянного и переменного тока. Приведены методики расчета параметров силовой цепи и автоматических систем управления. Рассмотрены как рабочие характеристики горных машин и установок, определяющих свойства электроприводов, так и статические и динамические характеристики систем регулируемых электроприводов. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 21.05.04 «Горное дело», бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», связанных с горным делом. Может быть полезен для специалистов, занятых разработкой, внедрением и эксплуатацией электроприводов горных машин и установок.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 622: Горное дело. Добыча нерудных ископаемых
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- ВО - Магистратура
- 13.04.02: Электроэнергетика и электротехника
- ВО - Специалитет
- 21.05.04: Горное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Москва 2020 М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ Кафедра энергетики и энергоэффективности горной промышленности В.Н. Фащиленко Л.А. Плащанский ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА МАШИН И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА Учебник Допущено Федеральным Учебно-методическим объединением в системе высшего образования по УГСН (21.00.00) «Прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия» в качестве учебника при подготовке специалистов, бакалавров и магистров № 4241
УДК 622:621.313 Ф30 Р е ц е н з е н т д-р техн. наук, проф. М.С. Ершов, Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина; д-р техн. наук С.В. Павленко, заместитель начальника управления диагностики, ООО «ТранснефтьЭлектросетьСервис» Фащиленко В.Н., Плащанский Л.А. Ф30 Электропривод и автоматика машин и установок горного производства : учебник / В.Н. Фащиленко, Л.А. Плащан- ский. – М. : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2020. – 370 с. ISBN 978-5-907061-45-3 В учебнике изложены принципы построения систем регулируемого электропривода машин и установок горного производства. Рассмотрены способы оптимального автоматического управления по динамическим и точностным параметрам электроприводов постоянного и переменного тока. Приведены методики расчета параметров силовой цепи и автоматических систем управления. Рассмотрены как рабочие характеристики горных машин и установок, определяющих свойства электроприводов, так и статические и динамические характеристики систем регулируемых электроприводов. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 21.05.04 «Горное дело», бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», связанных с горным делом. Может быть полезен для специалистов, занятых разработкой, внедрением и эксплуатацией электроприводов горных машин и установок. УДК 622:621.313 В.Н. Фащиленко, Л.А. Плащанский, 2020 ISBN 978-5-907061-45-3 НИТУ «МИСиС», 2020
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................................................................................10 1. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА МАШИН И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА .............................................................................................12 1.1. Общие сведения. Основные требования к электроприводам машин и установок горного производства ..............................................................................................................12 1.2. Системы электроприводов постоянного тока, удовлетво ряющие основным требованиям .............................................................................................................................................14 1.3. Автоматика и системы управления электроприводов постоянного тока машин и установок горного производства ...........................................................................21 1.4. Структурная схема электропривода системы УВ-Д ....................................................24 1.5. Структурная схема электропривода системы УВ-Д с подчиненным регулированием координат .................................................................................................................................28 1.6. Структурная схема электропривода системы Г-Д с ТВ ...........................................36 1.6.1. Параметры структурной схемы электропривода системы Г-Д с ТВ ............................................................................................................................................................................................36 1.6.2. Параметры внутреннего контура тока системы управления Г-Д с ТВ с подчиненным регулированием координат .............................................................40 1.6.3. Параметры внешнего контура напряжения системы управления Г-Д с ТВ с подчиненным регулированием координат .................................................44 1.7. Статические характеристики электроприводов постоянного тока с подчиненным регулированием координат ..................................................................................48 1.7.1. Электромеханические характеристики электропривода по схеме УВ-Д ........................................................................................................................................................................................48 1.7.2. Электромеханические характеристики электропривода по схеме Г-Д с ТВ .................................................................................................................................................................................51 2. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И АВТОМАТИКА МАШИН И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ..................................................................54 2.1. Системы электроприводов переменного тока, удовлетворяющие основным требованиям ............................................................................................................................................54 2.2. Системы управления электроприводов переменного тока машин и установок горного производства .............................................................................................................62 2.3. Статические характеристики электроприводов переменного тока ...................................................................................................................................................................................................65 2.3.1. Механические характеристики электропривода по схеме АВК ........65 2.3.2. Статические характеристики асинхронного частотно- регулируемого электропривода с автономным инвертором напряжения при постоянном моменте статической нагрузки ...........................68
Содержание 2.3.3. Статические характеристики асинхронного частотно- регулируемого электропривода с автономным инвертором напряжения при вентиляторном характере момента статической нагрузки ................................................................................................................................................................................71 2.3.4. Статические характеристики асинхронного частотно- регулируемого электропривода с автономным инвертором тока .................73 2.4. Система управления электропривода по схеме АВК ................................................74 2.4.1. Параметры структурной схемы электропривода системы АВК ........74 2.4.2. Внутренний контур тока системы управления АВК с подчиненным регулированием координат ............................................................................77 2.4.3. Параметры внешнего контура скорости системы управления АВК с подчиненным регулированием координат ................................................................81 2.5. Система управления частотно-регулируемым электроприводом ...........86 2.5.1. Параметры структурной схемы частотно-регулируемого электропривода ........................................................................................................................................................86 2.5.2. Определение параметров контуров тока и скорости системы управления частотно-регулируемого электропривода с подчиненным регулированием координат ..........................................................................................................................91 3. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ШАХТНЫХ И РУДНИЧНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК .........................................................................................................................................93 3.1. Режимы работы электроприводов подъемных установок ..................................93 3.1.1. Кинематические схемы .......................................................................................................................93 3.1.2. Диаграммы скорости ............................................................................................................................95 3.1.3. Предварительный выбор электродвигателя ..........................................................98 3.1.4. Расчет и построение нагрузочной диаграммы .....................................................99 3.1.5. Проверка электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности ................................................................................................................................................................102 3.2. Электропривод системы УВ-Д скиповой подъемной установки .............103 3.2.1. Силовая схема электропривода системы УВ-Д .................................................103 3.2.2. Схема управления электропривода системы УВ-Д с двенадцатипульсным тиристорным преобразователем ...................................105 3.2.3. Комплектные тиристорные электроприводы подъемных установок постоянного тока типа КТЭШ с шестипульсной схемой выпрямления ..............................................................................................................................................................107 3.3. Электропривод системы Г-Д с ТВ клетевой подъемной установки.......110 3.4. Электропривод по схеме АВК клетевой подъемной установки .................112 3.5. Частотно-регулируемый электропривод подъемной установки ..............114 3.5.1. Частотно-регулируемый электропривод с автономным инвертором тока клетевой подъемной установки ..........................................................114
Содержание 3.5.2. Частотно-регулируемый электропривод подъемной установки УКПЧ на базе преобразователя частоты с непосредственной связью ...117 4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ .....................................................................................................................................................................120 4.1. Общие сведения об одноковшовых экскаваторах и электроприводах главных механизмов ..........................................................................................120 4.1.1. Технические характеристики одноковшовых экскаваторов ...............120 4.1.2. Режимы работы электроприводов главных механизмов одноковшовых экскаваторов и требования к электроприводу .....................125 4.1.3. Основное электрооборудование одноковшовых карьерных экскаваторов ...............................................................................................................................................................130 4.2. Системы экскаваторных электроприводов главных механизмов ............132 4.3. Определение нагрузок и моментов инерции главных механизмов одноковшовых экскаваторов ..........................................................................................................................136 4.3.1. Определение нагрузок подъемного и напорного механизмов мехлопаты ......................................................................................................................................................................136 4.3.2. Определение нагрузок тягового и подъемного механизмов драглайна .......................................................................................................................................................................142 4.3.3. Определение момента инерции вращающихся частей одноковшовых экскаваторов ..................................................................................................................145 4.4. Определение средневзвешенной мощности двигателей главных механизмов одноковшовых экскаваторов ......................................................................................148 4.4.1. Средневзвешенная мощность ...............................................................................................148 4.4.2. Определение средневзвешенной мощности двигателей подъемного и напорного механизмов мехлопаты ..........................................................149 4.4.3. Определение средневзвешенной мощности двигателей тягового и подъемного механизмов драглайна .................................................................153 4.4.4. Определение средневзвешенной мощности двигателя поворотного механизма одноковшовых экскаваторов ............................................156 4.5. Выбор двигателей главных механизмов одноковшовых экскаваторов ......................................................................................................................................................................156 4.5.1. Кинематические схемы главных механизмов .......................................................156 4.5.2. Расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы электроприводов главных механизмов одноковшовых экскаваторов .......................................................159 4.6. Особенности расчетов экскаваторных электроприводов ...............................162 4.6.1. Экскаваторный электропривод по схеме Г-Д с ТрВ .....................................162 4.6.2. Выбор параметров форсировки тока в обмотке возбуждения генератора экскаваторных электроприводов по схеме Г-Д с ТВ или ТрВ ...............................................................................................................................................................................166
Содержание 4.6.3. Настройка контуров тока и напряжения в экскаваторных электроприводах по схеме Г-Д ............................................................................................................168 4.6.4. Расчет электромеханических характеристик экскаваторного электропривода по схеме Г-Д с ТВ и Г-Д с ТрВ ..................................................................172 4.7. Схемы электроприводов главных механизмов одноковшовых экскаваторов .......................................................................................................................................................................173 4.7.1. Электропривод системы Г-Д с ТВ механизма поворота и подъема экскаватора-мехлопаты ..................................................................................................173 4.7.2. Электропривод системы Г-Д с ТрВ механизма подъема экскаватора-мехлопаты .................................................................................................................................175 4.7.3. Электропривод системы УВ-Д с двенадцатипульсной схемой выпрямления механизмов тяги и подъема экскаватора- драглайна ........................................................................................................................................................................176 4.7.4. Электропривод системы УВ-Д с шестипульсной схемой выпрямления механизма поворота экскаватора-драглайна ..............................178 5. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК ..................181 5.1. Общие сведения об электроприводах конвейерных установок ................181 5.1.1. Условия работы, режимы и нагрузки конвейерных установок ...........181 5.1.2. Требования к электроприводам и системам управления конвейерных установок .................................................................................................................................185 5.1.3. Кинематические схемы приводных блоков и основные типы конвейерных установок .................................................................................................................................187 5.2. Системы электропривода конвейерных установок .................................................192 5.2.1. Нерегулируемый электропривод конвейерных установок .................192 5.2.2. Регулируемый электропривод конвейерных установок ........................198 5.3. Нагрузки и моменты инерции электроприводов конвейерных установок..............................................................................................................................................................................206 5.4. Структурные схемы электромеханической системы ленточного конвейера ...............................................................................................................................................................................212 5.4.1. Математическое описание электромеханической системы ленточного конвейера с разомкнутой системой управления ..........................212 5.4.2. Одноконтурная система частотно-регулируемого электропривода ленточного конвейера для управления грузопотоком ...............................................................................................................................................................217 5.4.3. Двухконтурная система частотно-регулируемого электропривода ленточного конвейера для управления грузопотоком ..............................................................................................................................................................221 5.4.4. Математическое описание электромеханической системы при учете упругих механических свойств конвейерной ленты .....................224
Содержание 5.5. Синтез систем управления при учете упругих механических свойств конвейерной ленты ...........................................................................................................................228 5.5.1. Метод нормированных передаточных функций для анализа и синтеза систем управления электроприводов ............................................................228 5.5.2. Синтез системы управления с суммирующим усилителем ................232 5.5.3. Синтез системы управления с подчиненным регулированием координат двухмассовых электроприводов ........................................................................235 5.6. Принципиальные схемы электропривода и автоматики ленточного конвейера ..............................................................................................................................................................................239 5.6.1. Вычислитель электромагнитного момента двигателя ............................239 5.6.2. Вычислитель упругого момента нагрузки .............................................................240 5.6.3. Принципиальная схема автоматизированного электропривода ленточного конвейера с одноконтурной системой регулирования скорости в функции грузопотока .......................................................................................................241 5.6.4. Принципиальная схема автоматизированного электропривода ленточного конвейера с двухконтурной системой регулирования скорости в функции грузопотока ......................................................................................................242 5.6.5. Принципиальная схема автоматизированного электропривода с суммирующим усилителем для ограничения динамических нагрузок в электромеханической системе ленточного конвейера ...........243 5.6.6. Принципиальная схема автоматизированного электропривода ленточного конвейера с подчиненным регулированием координат для ограничения динамических нагрузок в электромеханической системе ленточного конвейера ...........................................................................................................245 5.6.7. Станции управления, преобразователи частоты и системы автоматики конвейерных установок..............................................................................................246 6. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ТУРБОМАШИН ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ...................................................................................................................................................................253 6.1. Режимы работы турбомашин ..............................................................................................................253 6.1.1. Насосные установки ...........................................................................................................................253 6.1.2. Воздуходувные машины ...............................................................................................................257 6.2. Рабочие характеристики турбомашин и трубопроводов (воздуховодов) ................................................................................................................................................................259 6.2.1. Общие сведения....................................................................................................................................259 6.2.2. Способы управления режимами работы насосных установок .......262 6.2.3. Способы управления режимами работы вентиляторных установок .......................................................................................................................................................................266 6.3. Регулируемый электропривод турбомашин ....................................................................267 6.3.1. Общие сведения ....................................................................................................................................267
Содержание 6.3.2. Регулировочные свойства электроприводов турбомашин ...............269 6.4. Регулируемый электропривод насосных установок ..............................................277 6.4.1. Обоснование выбора регулируемого электропривода насосных установок ...........................................................................................................................................277 6.4.2. Рабочие параметры насоса при переменной угловой скорости рабочего колеса ........................................................................................................................280 6.5. Регулируемый электропривод вентиляторных установок .............................286 6.5.1. Обоснование выбора регулируемого электропривода вентиляторных установок .........................................................................................................................286 6.5.2. Рабочие параметры вентилятора при переменной угловой скорости рабочего колеса .........................................................................................................................292 6.6. Автоматизированный электропривод насосных и вентиляторных установок...............................................................................................................................................................................296 6.6.1. Общие положения...............................................................................................................................296 6.6.2. Стабилизация давления (напора) в системе подачи жидкости ........................................................................................................................................................................298 6.6.3. Структурная схема насосного агрегата со стабилизацией давления в гидросистеме ..........................................................................................................................302 6.6.4. Стабилизация уровня жидкости в резервуарах и скважинах ................................................................................................................................................................308 6.6.5. Структурная схема насосного агрегата со стабилизацией уровня жидкости в резервуарах и скважинах .....................................................................312 6.7. Структурные схемы вентиляторного агрегата с регулируемым электроприводом .........................................................................................................................................................314 6.7.1. Структурная схема вентиляторного агрегата с частотно- регулируемым электроприводом ......................................................................................................314 6.7.2. Структурная схема вентиляторного агрегата с электроприводом по схеме асинхронно-вентильного каскада ................316 6.8. Принципиальные схемы автоматизированного электропривода насосных и вентиляторных установок ................................................................................................320 6.8.1. Принципиальные схемы двухтрансформаторного и высоковольтного частотно-регулируемого электропривода в системе автоматической стабилизации давления в гидросистеме .......................................................................................................................................................320 6.8.2. Принципиальная схема частотно-регулируемого электропривода в системе автоматической стабилизации уровня жидкости в резервуарах и скважинах ....................................................................322 6.8.3. Принципиальные схемы регулируемого электропривода вентиляторных установок .........................................................................................................................324
Содержание 7. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ПОДЗЕМНЫХ ДОБЫЧНЫХ И ПРОХОДЧЕСКИХ ГОРНЫХ МАШИН .......................................................................................................328 7.1. Общие сведения .................................................................................................................................................328 7.1.1. Конструктивные особенности и характер работы подземных добычных и проходческих горных машин ...............................................................................328 7.1.2. Условия эксплуатации, нагрузки и режимы работы электроприводов добычных и проходческих машин ................................................329 7.1.3. Требования к электроприводам подземных добычных и проходческих горных машин ..............................................................................................................331 7.2. Системы управления режимами работы добычных горных машин ........333 7.2.1. Варианты управления режимами работы добычных горных машин ..................................................................................................................................................................................333 7.2.2. Адаптивная поисковая система управления для экстремальных функций максимального варианта .........................................338 7.3. Электропривод и электрооборудование очистных и проходческих комплексов ..........................................................................................................................................................................339 7.3.1. Электропривод и электрооборудование очистных комбайнов ......339 7.3.2. Электропривод и электрооборудование проходческих комбайнов .....................................................................................................................................................................346 8. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА БУРОВЫХ УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ....................................................................................................................................350 8.1. Общие сведения ................................................................................................................................................350 8.1.1. Назначение и технические характеристики буровых станков .........350 8.1.2. Требования к электроприводу буровых установок ......................................352 8.2. Рабочее электрооборудование станков вращательного бурения ........355 8.2.1. Электрооборудование и автоматика станков вращательного бурения .............................................................................................................................................................................355 8.2.2. Технические характеристики электроприводов станков вращательного бурения ...............................................................................................................................356 8.3. Структуры электроприводов буровых установок ......................................................361 8.3.1. Структура электропривода механизма вращателя бурового станка ..................................................................................................................................................................................361 8.3.2. Структура электропривода механизма подачи бурового станка .................................................................................................................................................................................364 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .........................................................................................................................................................................367 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................................................................................369
ВВЕДЕНИЕ Электропривод представляет собой электромеханическую си- стему, состоящую из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств. Основное назначение электропривода – преобразование электрической энергии посто- янного или переменного тока в механическую энергию. Вместе с этим зачастую производится обратное преобразование – механи- ческой энергии в электрическую в определенных режимах. В зависимости от рода электрического тока в электродвига- тельном устройстве различают электропривод постоянного и пе- ременного тока. Для электроприводов постоянного тока в качестве электро- двигательного устройства используют машины постоянного тока с различными системами возбуждения. Наибольшее распростра- нение в горной промышленности получили машины постоянного тока с независимым возбуждением. Они применяются в электро- приводах рудничного подъема, экскаваторных электроприводах. В меньшей степени применяются машины постоянного тока с по- следовательным возбуждением, в основном в электроприводах локомотивного транспорта на подземных и открытых горных ра- ботах. Для электроприводов переменного тока используют асин- хронные и синхронные машины. Наиболее массовое применение в горной промышленности нашли асинхронные электродвигате- ли с фазным и короткозамкнутым ротором, которые являются наиболее простыми, надежными и дешевыми. Немаловажным фактором является возможность взрывозащищенного исполне- ния асинхронной машины, так как горные предприятия могут быть опасными из-за наличия пыли, газа и возможности внезап- ных выбросов. Асинхронные электродвигатели применяются для приводов угольных комбайнов, стругов, ленточных и скреб- ковых конвейеров, насосов, вентиляторов, на машинах и уста- новках, используемых в процессах обогащения. Синхронные электродвигатели традиционно используются в экскаваторном электроприводе как сетевые двигатели в многомашинных агре-
Введение гатах, на вентиляторных и компрессорных установках. В горной промышленности в отдельных случаях в электроприводах руд- ничных подъемных установок и насосов используются синхрон- ные двигатели как с частотным управлением, так и по системе «вентильный двигатель». Эффективное выполнение электроприводом своих функций во многом зависит от системы автоматического управления. В связи с этим наряду с другими факторами важными являются создание и эксплуатация автоматизированных электроприводов горных машин и установок. Разделы 1, 2, 3, 4, 5 и 6 подготовлены проф. В.Н. Фащиленко, введение, разделы 7 и 8 – проф. Л.А. Плащанским, полная под- готовка рукописи к изданию осуществлена проф. Л.А. Плащан- ским. Пожелания и рекомендации по улучшению изложенного материала будут с благодарностью приняты и учтены при переиз- дании.
1. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА МАШИН И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА 1.1. Общие сведения. Основные требования к электроприводам машин и установок горного производства В технологии горного производства используется ряд горных машин, главные рабочие механизмы которых оснащены регулиру- емыми электроприводами. Они выполняют основные функции – разрушение и перемещение горной породы. К ним относятся: – подъемные установки – скиповые и клетевые; – одноковшовые экскаваторы – механические лопаты и дра- глайны; – конвейерные установки; – турбомашины – насосы, вентиляторы и турбокомпрессоры; – угольные комбайны; – струги; – буровые станки, в основном шарошечного типа, для бурения скважин, используемых при взрывных работах. Для транспортировки горной массы используются конвейерные и подъемные установки. Для перемещения жидкой и воздушной среды применяются насосные, вентиляторные и турбокомпрессорные установки. Оснащение угольных комбайнов и стругов регулируемым электроприводом обусловлено определенными трудностями в связи с тем, что электрооборудование при этом должно быть в большинстве случаев во взрывобезопасном исполнении. Транспортировка и перемещение горной массы осуществляются в основном конвейерными установками, рудничными вертикальными или наклонными подъемными установками при подземной добыче, а также наклонными скиповыми подъемными установками по борту карьера на открытых горных работах.
Общие сведения. Основные требования к электроприводам машин и установок горного производства Транспортировка и перемещение жидкой среды (вода, пульпа и т.п.) осуществляются с помощью насосных установок, в том числе и грунтовыми насосами. Транспортировка и перемещение воздушной среды нормаль- ного давления осуществляются с помощью вентиляторных уста- новок главного и местного проветривания, воздушной среды повышенного давления (сжатого воздуха) – с помощью компрес- сорных установок. Установки для транспортировки жидкой и воздушной сред в большинстве случаев оснащены нерегулируемым асинхронным или синхронным электроприводом. В тех случаях, когда потребле- ние воды или воздуха изменяется по каким-либо технологическим причинам, возможно применение регулируемого электропривода для непрерывного согласования характеристики машины с усло- виями водо- или воздухопотребления. Однако в каждом конкрет- ном случае требуется технико-экономическое обоснование по ис- пользованию регулируемого электропривода, так как средства регулирования, в том числе и преобразовательная техника, имеют высокую стоимость. Требования к характеристикам надежности, безопасности, экономичности, к статическим и динамическим характеристи- кам электроприводов машин и установок горного производства зависят от специфики технологического процесса, особенностей конструкции, способа управления машинами и механизмами, условий электроснабжения и эксплуатации. К ним можно отне- сти следующие требования: – электрическое оборудование машин и установок горного производства должно быть надежным, безопасным и экономич- ным в эксплуатации; – электропривод должен обладать высокой устойчивостью к перегрузкам и большим диапазоном регулирования скорости; – система управления электроприводом должна ограничи- вать момент в установившихся режимах и тяжелых переходных режимах, когда статический и динамический моменты в сумме достигают максимально допустимого значения;
Системы электроприводов постоянного тока машин и установок горного производства – ограничение ускорения в легких переходных процессах, когда статический и динамический моменты в сумме не дости- гают максимально допустимого значения (торможение и реверс при согласованном направлении момента статического сопро- тивления и электромагнитного момента двигателя); – возможность ограничения рывка (производной момента) в переходных процессах; – электропривод должен обеспечивать минимальное время переходных процессов для механизмов с интенсивным повторно- кратковременным режимом работы при соответствующих огра- ничениях на момент, ускорение и рывок; – электропривод должен иметь высокую жесткость механи- ческой характеристики; – электропривод должен обеспечивать возможность демпфи- рования упругих механических колебаний; – электропривод должен сохранять работоспособность при глубоких провалах напряжения, характерных для карьерных и шахтных электрических сетей (аварийные режимы электро- привода при этом недопустимы). Этим требованиям отвечают электроприводы как перемен- ного, так и постоянного тока, выполненные на базе современной силовой преобразовательной техники. 1.2. Системы электроприводов постоянного тока, удовлетворяющие основным требованиям Наиболее простой системой автоматизированного электро- привода является система с релейно-контакторной схемой (РКС) для двигателей как постоянного, так и переменного тока. Си- стема с РКС применяется для обеспечения автоматического управления пуском подъемных машин, конвейерных установок. Управление пуском осуществляется путем введения в цепь ро- тора асинхронного двигателя или якоря двигателя постоянного тока активного сопротивления. В процессе пуска введенные активные сопротивления шунтируются (выводятся из работы) по определенному закону в автоматическом режиме. Автома-
Системы электроприводов постоянного тока, удовлетворяющие основным требованиям тизировать процесс пуска приводного двигателя, т.е. выводить пусковые резисторы с помощью последовательных замыканий контактов контакторов, можно в зависимости от различных параметров, характеризующих режимы работы машин или установок: времени пуска, момента (тока) двигателя, скорости, ускорения движения, пути, а также сочетания этих параметров. Наибольшее распространение нашли схемы автоматизации процесса пуска в зависимости: – от времени; – тока с корректировкой по времени; – времени с корректировкой по току и ускорению. Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками. Однако в целом они обладают существенным недостатком – у них большие потери энергии в процессе пуска, связанные с рассеянием тепла при протекании тока по резисторам. Кроме того, ступенчатое изменение пускового момента, прису- щее РКС, вызывает значительные динамические нагрузки в ки- нематических цепях машин и установок, что ускоряет износ ка- натов, ленты, редукторов и других механических элементов. Ступенчатый характер изменения пускового момента может быть устранен посредством применения жидкостных резисто- ров, нашедших широкое применение в зарубежной практике. Это достигается тем, что жидкостный резистор, плавно изменяя свое сопротивление, обеспечивает плавный разгон приводных электродвигателей. При этом уменьшаются пусковые токи, тре- буются меньшие рабочие площади для устройства электроприво- дов, мощность управления является незначительной. При управлении электродвигателем с использованием жид- костного резистора в период пуска для поддержания постоянства момента двигателя и ускорения необходимо плавное перемеще- ние его электродов. Перемещение электродов при приводах не- большой мощности можно производить вручную, что и предус- мотрено, например, в пульте управления подземных подъемных лебедок и машин. В установках с более мощными приводами управление перемещением электродов жидкостного резистора осуществляется дистанционно и автоматически. В этом случае
Системы электроприводов постоянного тока машин и установок горного производства используется следящий электропривод, который должен удов- летворять следующим требованиям: достаточное быстродей- ствие, приемлемое число промежуточных положений электро- дов, удержание электродов в любом положении при отсутствии сигнала рассогласования, простота, надежность, экономичность и удобство в эксплуатации. В качестве следящего привода жид- костного реостата может быть использована одна из систем: электрогидравлическая, электропневматическая, электромеха- ническая с двигателем постоянного или переменного тока с кон- тактным или бесконтактным управлением. Системе с жидкостным резистором присущи те же недостат- ки, что и системе с РКС, из которых основной связан с большими потерями энергии при пуске. Обе системы не обеспечивают вы- полнение в полной мере требований, предъявляемых к электро- приводам машин и установок горного производства. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция широкого использо- вания в электроприводах машин и установок горного производ- ства более сложных систем с современной полупроводниковой силовой преобразовательной техникой: «генератор – двигатель с тиристорным (Г-Д с ТВ) или транзисторным (Г-Д с ТрВ) воз- буждением», «управляемый выпрямитель – двигатель» (УВ-Д), «асинхронный вентильный каскад» (АВК), «преобразователь ча- стоты – двигатель» (ПЧ-Д). В настоящее время для машин и установок горного производ- ства большой производительности применяются две разновидно- сти регулируемого электропривода постоянного тока – Г-Д и УВ-Д. Достоинства регулируемых электроприводов постоянного тока об- щеизвестны: малые значения пусковых и тормозных потерь элек- троэнергии; высокие и экономичные регулировочные свойства; поддержание скорости на заданном уровне независимо от нагрузки на валу электродвигателя; безынерционный переход от двигатель- ного к генераторному режиму и наоборот; невысокая требователь- ность аппаратуры управления к уходу. Электропривод системы Г-Д имеет ряд недостатков: низкий КПД вследствие трехкратного (в сетевом двигателе, генераторе, приводном электродвигателе) преобразования энергии; высокая
Системы электроприводов постоянного тока, удовлетворяющие основным требованиям первоначальная стоимость, обусловленная высокой стоимостью электромашинного преобразователя; большие масса и габариты преобразовательного агрегата; низкая надежность из-за наличия коллекторных машин. Система Г-Д применяется в рудничных подъемных установках со скоростями более 10 м/с, мощность которых превышает 1000 кВт, в экскаваторных электроприво- дах с частыми пусками, торможением и генераторным режимом работы. Более совершенной является система УВ-Д. К ее достоинствам по сравнению с системой Г-Д можно отнести высокое быстродей- ствие; высокие регулировочные свойства; незначительные экс- плуатационные затраты; высокий КПД; более длительный срок службы; простое и оперативное осуществление резервирования и взаимозаменяемость блоков, узлов, устройств; меньшая полез- ная площадь для преобразователя и меньшая мощность управ- ления. К недостаткам системы УВ-Д следует отнести низкий коэффициент мощности при глубоком регулировании скорости из-за коммутации вентилей; влияние на питающую сеть в виде гармоник высокого порядка; наличие зоны прерывистых токов; низкая перегрузочная способность и чувствительность к перена- пряжениям. Регулирование скорости электропривода с двигателем постоян- ного тока независимого возбуждения по схеме Г-Д ведется за счет изменения напряжения на якоре генератора. В свою очередь, регу- лирование напряжения на якоре генератора производится за счет изменения тока в обмотке возбуждения генератора. Для этой цели служит возбудитель генератора, в качестве которого используют- ся силовые магнитные усилители (СМУ) или СМУ с промежуточ- ными магнитными усилителями (СМУ с ПМУ), тиристорные (ТВ) и транзисторные (ТрВ) возбудители. Так как СМУ и СМУ с ПМУ обладают большой электромагнитной инерционностью, в настоя- щее время наибольшее распространение получили тиристорные и транзисторные возбудители из-за высокого быстродействия, боль- шей стабильности параметров, высокой надежности и практиче- ски неограниченного срока службы, поскольку в них отсутствуют вращающиеся и контактные части.
Доступ онлайн
В корзину