Автоматизированный электропривод механизма хода ЭКГ - 4,6 Б

 

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ Высшего профессионального образования

Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г.И. Носова

Кафедра механизации и электрификации горных производств

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

Автоматизированный электропривод механизма хода ЭКГ - 4,6 Б

Выполнил: ст. гр. ГЭМ - 04 - 1

Габбасова Е.Ю.

Проверил: доц. к.т.н.

Исмагилов К.В.

Магнитогорск 2008

Электропривод механизма хода экскаватора ЭКГ-4,6 Б.

карьерный экскаватор двигатель тахограмма

Таблица 1 Технические данные ЭКГ 4,6 Б.

№ п.п.Технические данныеЕдиницы измерения1Рабочий вес экскаватора т1962 Число гусениц 23Количество приводных двигателей14Скорость передвиженияКм/ч0,1255Ширина гусеницсм906Удельное давление на грунтКг/смІ 2,07Максимальный угол подъемаград12°8Удельное сопротивление породы смятиюКг/смі0,39Передаточное число редуктора44210КПД редуктора0,7511Диаметр ведущего колесам1,0112Время цикламин1013Относительное время включения%75

Технические условия

1.Сеть переменного тока, напряжением 6000 В.

2.Для привода механизма хода применяются двигатели постоянного тока независимого возбуждения, управляемые по системе ТП-Д.

.Система управления должна обеспечить экскаваторную характеристику привода механизма хода.

.Внутреннее сопротивление механизма гусеничного хода принять равным 5-10% от веса экскаватора.

.Момент инерции вращающихся частей привода принять равным 20% от момента инерции приводного двигателя.

Содержание

Введение

1.Расчет мощности и выбор типа двигателя

2.Расчет и построения тахограммы и нагрузочной диаграммы

.Проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность

.Расчет и выбор электрооборудования

4.1Расчет и выбор тиристорного преобразователя

4.2Расчет и выбор силового трансформатора

.3Расчет и выбор сглаживающего дросселя

5.Обоснование и выбор системы автоматического регулирования

6.Расчет контура регулирования ЭДС

.Расчет и построение статических электромеханических характеристик

.Переходные процессы при пуске двигателя

.Расход энергии и КПД

Заключение

Литература

Введение

Для механизации земляных и открытых горных работ, как известно, наиболее трудоемких отечественная промышленность выпускает большое количество высокопроизводительных землеройных машин, главным образом экскаваторов. Количество экскаваторов непрерывно увеличивается.

На современных одноковшовых экскаваторах применяются прогрессивные виды приводов и систем управления.

Одноковшовые экскаваторы с ковшом вместимостью от 2,5 мі и выше имеют автоматизированный привод исполнительных основных механизмов, выполненных по системе генератор-двигатель.

Наибольшее применение в настоящее время нашли экскаваторы с автоматизированным приводом по системе управляемый тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).

Карьерные экскаваторы-лопаты в отличие от роторных могут применяться в самых тяжелых горно-геологических и климатических условиях.

1. Расчет мощности и выбор типа двигателя

При определении мощности и выборе двигателя гусеничных ходовых механизмов следует рассматривать два режима работы:

длительный (при движении по горизонтальной поверхности) и кратковременный (с максимальной нагрузкой при движении на подъем или разворот с проседанием ходовой части механизма в ГП).

Максимальное тяговое усилие при установившемся прямолинейном движении машины. /6/

Fт.г=Wвн+Wк+Wн (2.1)

Где Wвн - сопротивление внутреннее во всех гусеницах,к- сопротивление катанию,н- сопротивление инерции при трогании с места,

Сопротивление развороту имеет значительную величину, но всегда меньше суммы сопротивлений указанных в формуле (1)

Учитывая, что разворот экскаватора при движении на подъем осуществляется задним ходом, т.е. под уклон, сопротивление развороту не вводится в сумму основных сопротивлении.

Определяем вес экскаватора.

(2.2)

где g- 9,81 м/с2

Тяговое усилие и мощность двигателя механизма гусеничного хода при движении экскаватора по горизонтальной поверхности

(2.3)

где Wвн=(0,0480,091)*Gэкк=(0,0820,175)*Gэкп=(0,0120,02)*Gэк

Н.

Рис. 1.1 Кинематическая схема механизма хода экскаватора ЭКГ- 4,6Б

Мощность двигателя механизма гусеничного хода:

(2.4)

где Vгх - скорость передвижения по горизонтальной поверхности Vгх=0,125м/с

- КПД механизма

кВт (2.5)

Максимальное тяговое усилие и мощность при движении на подъем

(кН)

(2.6)

где Wп=Gэк*sin

- угол подъема экскаватора

(2.7)

где Vгп - скорость экскаватора при движении на подъем, принимаем на 12% меньше Vгх=0,125м/с Vгх=0,11м/с

Принимаем кинематическую схему механизма гусеничного хода для карьерного экскаватора с ковшом 4,6 м3 . По данной схеме рис 1.1 экскаватор имеет две гусеницы с индивидуальным приводом на каждую гусеницу.

Частота вращения ведущего колеса гусеницы и частота вращения двигателя

(2.8)

где Двк диаметр ведущего колеса

(2.9)

(2.10)

выбираем ближайший по характеристикам двигатель в закрытом исполнении типа ДПЭ-52V1(Т1) с основными параметрами Рн=54 кВт nн=1200 об/мин.

Рис. 1.2 Расчетные схемы механизма хода

Коэффициент механической перегрузки каждого из двух выбранных двигателей при их работе в наиболее тяжелом режиме

(2.11)

При этом допустимое время перегрузки

(2.12)

Тн - постоянная времени нагрева, Тн=32=180мин

Следовательно, выбранный двигатель будет обеспечивать требуемую максимальную мощность при времени движения экскаватора на подъем не более 148 мин.

Таблица 1.1. Технические и обмоточные данные двигателя ДПЭ-52

ПоказателиМощность, кВт54Скорость вращения, об/мин 1200Номинальное напряжение, В395Номинальный ток якоря, А150Режим работы, мин45Предельная скорость вращения, об/мин2100ИсполнениеГор. 1свбИсполнение по вентиляцииЗакр.Обмотка якоря Число пазов Число коллекторных пластин Схема соединения Число витков в секции Марка и размер провода Сопротивление при t=200, Ом Число параллельных ветвей 35 139 волновая 1 ПСД 1,36x6,9 0,033 2Обмотка дополнительных полюсов Число витков в катушке на полюс Соединение катушки Размер провода Сопротивление при t=200, Ом 20 последов 3,53x14,5 0,021Обмотка главных полюсов независимого возбуждения Соединение катушек Число витков в катушке на полюсах Марка и размер провода Сопротивление, при t=200 С, Ом Напряжение возбуждения, В Ве общий, кг. Последов 475 ПБД 1,81x3,05 6,3 85 8602. Расчет и построение тахограммы и нагрузочной диаграммы

Момент статический, Нм.

(2.1)

где Fтг - тяговое усилие по горизонтальной плоскости;

тг=33,6*104 Н.

э- скорость экскаватора; Vэ=0,125 м/с.

?дв - номинальная скорость двигателя; ?дв=125-1 с.

Нм.

Момент статический приведенный к валу двигателя.

(2.2)

где iрез - передаточное число редуктора; iрез=441,96

- КПД механизма; =0,6.

Момент инерции, приведенный к валу двигателя, Нм.

Jпр=(2.3)

где mэк - масса экскаватора, т; mэк=196 т.

,8- коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся частей, составляющий 90% от Jдв; Jдв=2.

Для построения нагрузочной диаграммы и тахограммы определяем тормозные и пусковые моменты, а также время разгона и торможения.

Номинальный момент, Нм.

(2.4)

где Рн - номинальная мощность двигателя; Рн=54 кВт.

?дв - угловая скорость вращения двигателя.

Принимаем тормозной момент равный пусковому.

(2.5)

определяем время разгона и торможения

(2.6)

Рис. 2.1. Нагрузочные и скоростные диаграммы двигателя механизма хода

3. Проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность

Условия на проверку.

Момент эквивалентный определяется.

; (3.1)

где М1=Мп=0,86*103 Нм - пусковой момент

М2=Мн=0,43*103 Нм - номинальный момент

М3=МТ=0,86*103 Нм - тормозной момент.1=t3=tp=1.2 c- время пуска и торможения2=tу=600с- время цикла.

Двигатель проходит по нагреву Мэ<Мн; 0,427<0,43.

Проверка двигателя по перегрузочной способности.

?<[?]

?=- перегрузочная способность двигателя.

[?]=2,5- каталожное значение перегрузки; 2<2,5- условие выполняется, двигатель по перегрузочной способности проходит.

4. Расчет и выбор электрооборудования

.1 Выбор тиристорного преобразователя

Для питания основных механизмов карьерных экскаваторов применяются комплексные тиристорные преобразователи КТП-Э. Преобразователи устанавливаются взамен электромашинных преобразовательных агрегатов.

КТПЭ функционально состоят из трех реверсивных преобразователей приводов подъема, напора и поворота (хода), стабилизированного источника питания цепей управления и возбуждения и трансформатора ТСПЗЭ-630/6.

При выборе преобразователя необходимо пользоваться условиями выбора:

С учетом различной перегрузочной способности двигателя и ТП номинальный ток преобразователя.

(4.1.1)

преобразователь КТПЭ удовлетворяет этим условиям.

Таблица 4.1.1. Технические данные преобразователя КТП-Э

ПоказателиНоминальное напряжение, В400Номинальный ток, А150Коэффициент перегрузки по току3Диапазон регулирования U, В± 400В комплектность поставки входят:

Трансформатор ТСПЗЭ-630/6

Коммутирующая и защитная аппаратура в цепях постоянного и переменного тока

Система автоматического управления, регулирования, защиты и сигнализационные встроенные устройства.

Силовая часть преобразователя выполнена по 3-х фазной мостовой двухкомплектной схеме.

Управление вентильными комплектами раздельное с запиранием неработающего комплекта.

Основой силовой секции является блок тиристор, в состав которого входят тиристоры Т630, быстродействующий предохранитель ПП-57, реактор, входные цепи защиты тиристора от коммутационного перенапряжения.

Секция включает в себя 12 блок - тиристоров.

Защита от к. з. и прорыва инвертора осуществляется автоматическими выключателями серии А 3700 со стороны переменного и постоянного токов.

.2 Расчет и выбор силового трансформатора

Для согласования напряжения двигателя и сети выбирается трансформатор.

Требуемое фазное напряжение трансформатора.

(4.2.1.)

где Ud0 - напряжение холостого хода при ?=00

Кв - коэффициент схемы выпрямления 2,34.

(4.2.2.)

где ав- расчетный коэффициент для трехфазной мостовой схемы 2.

в-""- 0,0025

сТ-""- 0,0052""-0,0043

?min- минимальное значение угла регулирования=300

ек%- ЭДС к. з трансформатора (5-10)%

кс - коэффициент, учитывающий индуктивность сети ~ тока (1,31-1,2)

- потери в меди (1-3)%

- допустимые колебания напряжения сети 5%

падение напряжения в тиристорея- активное сопротивление двигателя 6,69*10-2 Ом.

2ф=

Расчетная мощность трансформатора.

(4.2.3.)

где кп - коэффициент, зависящий от схемы кп=1,045

S=1,045*535*400=224 кВА

Выбираем трансформатор ТСПЗЭ-630/6

Таблица 4.2.1. Технические данные трансформатора ТСПЗЭ - 630/6

Показатели Мощность, кВА Напряжение сетевой обмотки, кВ Выпрямленное напряжение вторичной обмотки: Подъем, В Напор, В Поворот - ход, В Возбуждение, В Мощность вторичной обмотки: Подъем, кВА Напор, кВА Поворот - ход, кВА Возбуждение, кВА Напряжение короткого замыкания, % Мощность короткого замыкания, Вт Ток холостого хода, % Масса, кг Охлаждение 630 6 420 400 600 220 300 100 190 40 5,5 7600 2 34 естественное воздушное.

.3 Расчет индуктивности и выбор сглаживающего дросселя

Сглаживающий дроссель включается последовательно с якорем и выполняет две функции.

1. Сглаживание пульсаций выпрямленного тока до уровня обеспечивающего удовлетворительную коммутацию двигателя.
2. Обеспечивает непрерывность выпрямленного тока при малой нагрузке на валу.

Критическая индуктивность силовой цепи ТП-Д, обеспечивающая уменьшение пульсаций выпрямленного тока.

(4.3.1.)

где Uгр - действующее значение основной гармоники переменной составляющей в выпрямленном напряжении.

гр=U*гр*Ud0 (4.3.2.)

Где U*гр=0,26гр=0,26*600=156 В.

?с=2?*50=0,2850=314с-1а=(10,02ч0,05)*Iн=22,5 А

n- число пульсаций, n=6.

(4.3.4)

где Imin- минимальное значение тока нагрузки

?- угол, обеспечивающий работу привода с минимальной нагрузкой

(4.3.5)

где с - постоянная двигателя с=3,03

где Rя=0,033 Ом - сопротивление обмотки якоря, Rдп=0,021 Ом - сопротивление обмотки дополнительных полюсов, ав=2

?Uв=1В - падение напряжения на вентиле, Ud0=600В, ?н=125с-1э- эквивалентное сопротивление

(4.3.6)

где rя- сопротивление якорной цеписп- сопротивление проводовсд-0Т- активное сопротивление трансформатораТ- индуктивное сопротивление трансформаторачисло фаз.

Rсп=0,1rл (4.3.7)сп=0,1*6,69*10-2=6,69*10-3 Ом

(4.3.8)

где ?Ркз - мощность к. з ?Ркз=7600Вт

т- число фаз

Ктр - коэффициент трансформации1н- тое первичной обмотки трансформатора

(4.3.10)

(4.3.11)

где Кс=1,15

(4.3.12)

где Uн- номинальное напряжение двигателян=395 В.я.дв- ток якоря, Iя, дв=150 Ая- сопротивление якоря, Rя=3,3*10-2Ом

?н - номинальная скорость двигателя, ?н=125с-1

Lкр2>Lкр1

Индуктивность якоря двигателя, мГн.

(4.3.13)

где ?=0,25- имперический коэффициент=0,6 для некомпенсированных машинн- номинальное напряжение двигателя.н- номинальный ток двигателя

- номинальная скорость двигателя

р=2

Индуктивность трансформатора, Гн.

(4.3.14)

где xТ - индуктивное сопротивление трансформатора переменного тока

(4.3.15)

Индуктивность сглаживающего дросселя, Гн

(4.3.16)

Гн

По полученным данным выбираем сглаживающий дроссель типа ФРОС-500/0,5УЗ

Номинальный постоянный ток 500А

Номинальная индуктивность 3,25 мГн.

5. Обоснование и выбор системы автоматического регулирования электропривода механизма хода экскаватора ЭКГ - 4,6

Для электропривода механизма хода для которого главным требованием является обеспечение максимальной производительности при минимальных нагрузках механического и электрического оборудования характерны следующие особенности.

1. Существующий коэффициент электромеханической связи.
2. Разно переменные нагрузки на валу возможность частых механических перегрузок.
3. Относительно невысокие требования в отношении регулирования скорости.

Расчет параметров системы электропривода механизма хода.

Определим электромагнитную постоянную времени якоря.

где Lэ - эквивалентная ин-сть якорной цепи, Гнэ - экв. сопротивление якорной цепи, Ом

где Lт - индуктивность трансформатора = 0,208*10-3д - индуктивность экв. дв. =3,22*10-3,Гн.др - индуктивность сглаживающего дросселя ( в системе на используется)

сопротивление вычислим по формуле.

где Rн - сопротивление ном. тиристорного преобразователя, Омт - активное сопротивление трансформаторад - сопротивление эквивалентного двигателя

где Rк - коммутационное сопротивление тиристорного преобразователя, Ом.- число пульсаций выпрямленного напряженияdн - номинальный выпрямленный ток преобразователя.

электромеханическая постоянная определяется по формуле:

где J - момент инерции привода, С=кФ

мех - момент инерции механизма, кгм2дв - момент инерции двигателя, кгм2

где СДмех2 - маховый момент механизма,- передаточное число механизма,

Момент инерции привода.

Величина С определяется по формуле:

Постоянная n по формуле

для расчета коэффициента усиления тиристорного преобразователя строим сквозную характеристику, т.к. U у преобразователя пилообразно, то угол регулирования ? определяется соотношением

где Uон.max - амплитудное значение опорного напряжения =10В для системы УБСР-А4у - напряжение управления

Расчет сквозной характеристики производим по формуле:

При расчете сквозной характеристики задаемся значением Uу в пределах - Uон.max?Uу?Uон.max

UуВ-10-8-6-4-20246810ЕdВ-818-778-662-481-2530453481662778818

По таблице строим сквозную характеристику преобразователя. Поскольку характеристика нелинейная, то расчет будем производить после линеаризации.

Коэффициент усиления тиристорного преобразователя на верхнем пределе регулирования скорости определяется по формуле

где ?U - изменение напряжения управления на верхнем пределе регулирования скорости

Аналогично определяем коэффициент усиления на нижнем пределе регулирования скорости.

Определение постоянной времени тиристорного преобразователя

где Т?ф - малая постоянная времени системы фазного управления f - частоты питающей сети, Гц

принимаем Т?тп=0,01с

Расчет контура регулирования тока. Оптимизацию контура регулирования тока производим с оценки критерия.

Следовательно, оптимизацию следует производить по модульному оптимуму. передаточная функция регулятора тока оптимизированного по модульнуму оптимуму будет иметь вид:

где ?р - время изодрома, сек

Крт - передаточный коэффициент регулятора тока,

Коэффициент Крт определяется по формуле:

где Кот - коэффициент обратной связи по току,

Т? - некомпенсированная постоянная времени контура тока Т?=Т?тп

где Uот.max=10В - максимальное допустимое значение обратной связи по току

Эквивалентная схема регулятора тока представляет собой ПИ- регулятор. Задаваясь величиной Сорт=1мкф получим

Величины сопротивлений входа регулятора тока Rзт и Rот принимаем равными и рассчитываем

Для упрощения дальнейших расчетов определяют передаточную характеристику, функцию токового замкнутого контура.

где Ттп= Т?

Пренебрегая в уравнении членом высшего порядка, получим:

6. Расчет конура регулирования ЭДС

Составными частями контура регулирования ЭДС двигателя является объект управления, в который входят оптимизированный контур тока и механическая часть электропривода, датчик напряжения и регулирования ЭДС.

Рис. 6.1 Структурная схема контура регулирования тока.

Передаточная функция регулятора ЭДС имеет вид [6]

где Та - постоянная времени участка цепи якоря,

Ке - коэффициент обратной связи по ЭДС.

где Uзе.max - напряжение задания соответственно

Едв.max - max ЭДС двигателя

Входное сопротивление регулятора ЭДС принимаем

Параметры фильтров на входе системы и цепи обратной связи определяется из уравнения.

Сопротивление на входе регулятора ЭДС по цепи обратной связи по току Rтк определяем.

Для ограничения тока якорной цепи на максимально допустимом уровне необходимо ограничивать Uвых регулятора ЭДС на уровне

Это осуществляется блоком ограничения тока якорной цепи на уровне Iстор производят для формирования необходимой экскаваторной характеристики.

7. Расчет и построение статических электромеханических характеристик

карьерный экскаватор двигатель тахограмма

Нижний предел регулирования, град ?min=490

Верхний предел регулирования, град.

где n- число пульсаций=6 для мостовой схемы выпрямления

Граничный ток, А.

, (7.1)

где Lэ - индуктивность цепи выпрямленного тока,

Lэ=Lя+Lср+2LТ (7.2)э=2,6*10-3+2,18*10-3+1,14*10-5=5,2*10-3 мГн

Угловая min скорость холостого хода, с-1

(7.3)

Угловая скорость холостого хода, с-1

(7.4)

Статическая просадка, с-1

(7.5)

(7.6)

Таблица 7.1. Статические электромеханические характеристики при минимальном угле регулирования.

Id,A24306090120160190126.38126.19125.24124.28123.33122121

Таблица 7.2. Статические электромеханические характеристики при максимальном угле регулирования.

Id, А2730609012016019095,8995,794,8493,8992,9391,6690,7

8. Переходные процессы при пуске двигателя

Движение электропривода описывается уравнением,

(8.1)

Эквивалентная постоянная времени.

(8.2)

где Lэ - эквивалентная индуктивность.

э=Lя+LСД+авLТ (8.3)э=2,6*10-3+3,18*10-3+2*5,7*10-5=5,9*10-3 Гн

э- эквивалентное сопротивлениеэ=0,098 Ом

Механическая постоянная времени, с.

(8.4)

где Jпр - приведенный момент инерции Jпр=9,35

Начальное ускорение электропривода.

(8.5)

где (8.6)

нач - начальный ток двигателяс - статический ток двигателя

в зависимости от величины отношения постоянных времени корня характеристического уравнения

а, следовательно, и характер протекания переходного процесса будет различным

Так как а<4, т.е. Тм<4Тэ корни характеристического уравнения будут комплексными,

P1=-?+jq, p2=-?-jq

Где ?= (8.7)

(8.8)

Переходной процесс будет колебательным. Решение уравнения для этого случая имеет вид.

(8.9)

Постоянные интегрирования

(8.10)

(8.11)

(8.12)

А=

Закон изменения тока определяется

(8.13)

где (8.14)

Таблица 8.1 Переходные процессы при пуске двигателя

t, c 00.10.20.30.40,50,60,70,8?, c090115122124124,7124,8124,98125iя, A 163193,6172159,3153151150150150

9. Расход энергии и КПД

Коэффициент полезного действия

(9.1)

где Р2 - мощность, которую тратит двигатель на совершение работы, кВт

кВт (9.2)

Р1 - мощность, потребляемая преобразователем из сети, кВт

(9.3)

Udн - номинальное напряжение преобразователя, Udн=600 В- ток потребляемый двигателем за цикл, А

(9.4)

где Uн - номинальное напряжение двигателя, Uн=395 В

- КПД двигателя,

Н

cos?тп- коэффициент мощности преобразователя,

cos?тп- cos?ср

(9.5)

кВт

КПД=40%

Расход энергии за цикл, кВт ч

(9.6)

где Рср - средняя за цикл мощность, кВт

(9.7)

где Р1 - мощность при пуске

Р1= (9.8)

где Мп - пусковой момент

Р2 - мощность при номинальной нагрузке

(9.9)

Р3 - мощность при торможении

(9.10)

где Мт - тормозной момент

кВт ч

Заключение

Рассчитанный электропривод по системе ТП-Д содержит тиристорный преобразователь и двигатель ТП предварительно преобразует переменный ток в постоянный. ТП не имеет вращающихся деталей, что приводит к уменьшению шума, вредного для оператора. Он занимает мало места. Потери его по сравнению с другими схемами электропривод незначительны, соответственно высокий к.п.д. В этой схеме можно использовать дистанционное управление, так как система самонастраивается.

Литература

1. Современные карьерные экскаваторы. Сатовский Б.Н. и др-Н, Недра 1977г.

2. Расчет приводов карьерных машин. Чулков Н.Н. - М, Недра 1971 г.

. Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник Энергоиздат 1988 г.

. Системы подчиненного регулирования эл. приводов переменного тока с вентильным преобразователем. Слежановский О. М. М, Энергоиздат 1983 г.

. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. Под редакцией Федорова - Сербинского - М Энергия 1980 г.

Министерство образования Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУ Высшего профессионального образования Магнитогорский Государстве

Больше работ по теме: