Поворот платформы экскаватора ЭШ-20.90

Глава 5 (5.9.).doc

5.9.10. Проводимость на входе регулятора потока возбуждения по каналу обратной связи в относительных единицах:
9.11. Коэффициент передачи тиристорного возбудителя в относительных единицах:
9.12. Передаточная функция регулятора потока возбуждения:
9.13. Коэффициент передачи П-части регулятора потока возбуждения по каналу обратной связи:
9.14. Сопротивление резистора в цепи обратной связи усилителя(РТ):
9.15. Проводимость на входе регулятора потока возбуждения по каналу задания в относительных единицах:
где R3 = (51 +51)×103 Ом;
9.16. Коэффициент передачи усилителя А1 (РТ) (принято):
9.17. Напряжение на делителе R4 при напряжении на выходе усилителя А3:
9.18. Напряжение задания минимального потока возбуждения:
9.19. Напряжение задания номинального потока возбуждения:
9.20. Конденсатор С1 (ПФ) подбирается при наладке.
9.21. Функциональный преобразователь настраивается в соответствии с кривой намагничивания на рис. 4.2.

Глава 4.doc

4.3.7. Сопротивление фазы трансформатора приведенное ко вторичной обмотке в эквивалентной звезде:
RY = 1.588 ×10-3 Ом.
3.8. Эквивалентное сопротивление преобразователя:
3.9. Индуктивность трансформатора приведенная к цепи выпрямленного тока:
3.10. Активное сопротивление дросселя:
Rдр = 5.859 ×10-4 Ом.
3.11. Эквивалентное сопротивление якорной цепи:
RЭ = RЯД +RЭП + 2Rдр+RШ;
3.12. Эквивалентная индуктивность цепи якоря:
3.13. Электромагнитная постоянная времени цепи якоря:
3.14. Электромеханическая постоянная времени:
3.15. Коэффициент усиления преобразователя:
4. Базовые величины цепи якоря:
4.1. Напряжение главной цепи:
4.2. Ток главной цепи:
4.3. Сопротивление главной цепи:
4.4. Угловая скорость:
4.6. Напряжение системы регулирования:
4.7. Ток системы регулирования:
4.8. Сопротивление системы регулирования:
4.9. Коэффициент усиления преобразователя в относительных единицах:
4.10. Сопротивление главной цепи в относительных единицах:
4.11. Механическая постоянная времени:
5. Определение параметров обмотки возбуждения
5.1. Отношение числа активных проводников якоря к числу пар параллельных ветвей якоря:
5.2. Номинальный магнитный поток:
5.3. Изменение магнитного потока:
5.4. Минимальный поток возбуждения:
Фmin = 4.58 ×10-2 Вб.
5.5. Минимальный ток возбуждения:
5.6. Номинальное значение потока рассеяния ( = 0.15 – 0.2):
5.7. Номинальное значение главного потокосцепления:
где mв = 4 – при последовательном соединении обмотки возбуждения;
wв = 444 – число витков одного полюса.
5.8. Значение потокосцепления при ослабленном магнитном потоке:
5.9. Номинальное значение потокосцепления рассеяния:
5.10. Активное сопротивление обмотки возбуждения при 75 град:
5.11. Активное сопротивление контура вихревых токов (по схеме замещения):
где: вт - для сплошного магнитопровода;
5.12. Базовые величины цепи возбуждения:
5.13. Индуктивность обусловленная главным потоком машины
Произведем пересчет кривой намагничивания из системы абсолютных единиц в систему относительных единиц:
Определим индуктивность
при lom = l – номинальный режим:
при lom = 0.41 – минимальный поток двигателя:
В абсолютных единицах:
Lom1 = lom1 Lбв = 0.25 7.405 = 1.851 Гн.
Lom2 = lom2 Lбв = 0.8 7.405 = 5.924 Гн.
Индуктивность рассеяния:
Lов = lов Lбв = 0.18 7.405 = 1.333 Гн.
Индуктивность обмотки возбуждения при номинальном потоке:
lов1 = lom1 + lов = 0.25 + 0.18 = 0.43.
Lов1 = Lom1 + Lов = 1.851 + 1.333 = 3.184 Гн.
Индуктивность обмотки возбуждения при ослабленном магнитном потоке:
lов2 = lom2 + lов = 0.8 + 0.18 = 0.98.
Lов1 = Lom1 + Lов = 5.924 + 1.333 = 7.257 Гн.
5.14. Постоянные времени цепей схемы замещения
При номинальном потоке (φ = 1):
При ослабленном потоке (φ = 0.667):
6. Расчет параметров вентильного преобразователя в цепи возбуждения
6.1. Максимальная выпрямленная ЭДС:
Еd0 = ku U2Л = 1.35 415 = 560.25 В.
6.2. Активное сопротивление реактора:
6.3. Индуктивность реактора:
6.4. Эквивалентные параметры цепи возбуждения:
Rв = 2 Rов + Rp = 9.796 + 0.005 = 19.597 Ом;
Lв = Lов + Lp = 1.333 + 0.001 = 1.334 Гн.
6.5. Расчет регулировочной характеристики:
) Коэффициент усиления возбудителя:
) Перейдем к системе базовых единиц:
6.6. Значение ЭДС преобразователя обеспечивающее φ = 1:
Еоп1 = Rв IвN = 19.597 16.5 = 323.351 В.
6.7. Значение ЭДС преобразователя обеспечивающее φ =0.667:
Еоп2= Rв Iвmin = 19.597 6.6 = 129.34 В.
6.8. В относительных единицах:
6.9. Напряжение управления обеспечивающее φ =1:
6.10. Напряжение управления обеспечивающее φ =0.667:
Результаты вычислений заносим в таблицу:

Глава 5 (5.4.).doc

5.4.8. Проводимость на входе регулятора потока возбуждения по каналу обратной связи в относительных единицах:
4.9. Передаточная функция регулятора тока:
4.10. Передаточная функция регулятора тока по каналу обратной связи:
Принимаем: R2 = 25×103 Ом;
4.11. Коэффициент усилителя А1:
4.12. Проводимость на входе РТ по каналу задания:
4.13. Максимальное напряжение на входе РТ по каналу задания соответствующий λ lдн :
4.14. Напряжение ограничения усилителя А1 соответствующее
Uогр = 2.614 ×10-3 В.
4.15. Расчет регулятора тока:
4.16. Коэффициент усилителя А3: ;
4.17. Передаточная функция РТ по каналу положительной обратной связи по ЭДС реализована на усилителе А2:
4.18. Коэффициент усилителя А2: KA2 = 8.696.
4.19. Расчет усилителя А2:

Глава 5 (5.11.).doc

5.11. Расчет контура регулирования ЭДС
11.1. Некомпенсированная постоянная времени контура:
11.2. Частота среза контура:
11.3. Коэффициент передачи датчика ЭДС в относительных единицах:
11.4. Проводимость на входе регулятора ЭДС в относительных единицах по каналу обратной связи:
11.5. Передаточная функция регулятора ЭДС:
11.6. Коэффициент передачи усилителя А1 при н:
11.7.Напряжение ограничения усилителя А4 при н:
11.8. Напряжение на входе множительного устройства УМ соответствующее н:

ЗаданиеДП.doc

Министерство образования Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Факультет электротехнический Кафедра ЭАПУ _
Специальность 18.04 – Электропривод и автоматика промышленных установок и_ технологических комплексов _
по дипломному проекту студента
Еременко Ивана Сергеевича Э5954
(фамилия имя отчество)
Тема проекта Электропривод механизма поворота платформы щагающего экскаватора ЭШ-20.90 _
утверждена распоряжением по факультету «21» января 2004г.
Руководитель доцент кандидат технических наук Метельков Владимир Павлович
Срок сдачи студентом законченного проекта 24 мая 2004г. _
Винокурский Х.А. Экскаваторы шагающие. М.- Свердловск Машгиз1958._ 331с. _
Попов Ю.И. Экскаваторы шагающие. Киев: Машгиз 1955. 156с. _
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)
Описание технологического процесса. _
Выбор электропривода. _
Расчет и выбор параметров САР. _
Технико-экономическое обоснование проекта. _
Безопасность и экологичность проекта. _
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)
Кинематическая схема. _
Электрическая принципиальная схема электропривода. _
Нагрузочная диаграмма электропривода тахограмма. _
Структурная и функциональная схемы САР. _
Алгоритм управления. _
Таблица экономических показателей. _
Консультанты по проекту с указанием относящихся к ним разделов
Технико-экономические расчеты
Доцент к.э.н. Дубровина Саида Абдуловна
Безопасность и экологичность проекта
Старший преподаватель Сидоров Виктор Викторович
Срок выполнения этапов проекта
Описание технологического процесса
Расчет и выбор электропривода
Разработка и расчет САР
Экономические расчеты
Оформление пояснительной записки и чертежей
Задание принял к исполнению
Дипломный проект закончен « » 200 г.
Пояснительная записка и все материалы просмотрены.
Оценка консультантов:1.
Считаю возможным допустить тов.
к защите дипломного проекта в Государственной экзаменационной комиссии.
в Государственной экзаменационной комиссии (протокол заседания кафедры)

Исходник диплома.doc

В пояснительной записке проекта на 76 страницах кратко изложено
техническое описание шагающего экскаватора ЭШ-20.90 по представленным параметрам кинематической схемы и технологических особенностей произведены выбор и проверка двигателей а также расчет математической модели силовой части привода.
Проект содержит подробное описание принципов работы выбранного комплектного электропривода расчет системы автоматического регулирования скорости с косвенным определением ее истинного значения.
В экономической части проекта представлено обоснование замены системы Г-Д на систему ТП-Д.
Раздел безопасности и экологичности проекта посвящен вопросам соблюдения мер безопасности для снижения риска возникновения чрезвычайных ситуаций.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ
Наименование документа
Общий вид экскаватора. Кинематическая схема.
Нагрузочная диаграмма. Тахограмма.
Функциональная схема.
Схема электрическая принципиальная силовой части.
Алгоритм управления.
Технико-экономическое обоснование.
Важнейшее значение в интенсификации производства имеет развитие отросли тяжелого машиностроения .
Современные подходы к решению задач автоматизации унификации позволяют перейти на новый уровень развития техники. Новые технологии в разработке и производстве силовой техники в частности в изготовлении силовых транзисторов и тиристоров позволяют на порядок уменьшить габаритные показатели приводов что применительно к масштабам техники является одним из основных показателей. Повсеместная замена устаревших приводов использующих систему генератор-двигатель на системы тиристорный преобразователь-двигатель позволяет одновременно решить целый круг технологических задач и повысить энергетические и экологические показатели. Так к примеру решается задача повышения быстродействия уменьшается количество электромашинных агрегатов что влечет за собой повышение надежности и уменьшение затрат на обслуживание повышается К.П.Д. улучшается коэффициент мощности создается возможность для рекуперации кинетической энергии механизма обратно в питающую сеть.
На основе богатого опыта внедрения систем ТП-Д давно установлено их несравненное преимущество при использовании для различных видов техники - от прокатных станов до высокочастотных систем с ЧПУ.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭКСКАВАТОРА ЭШ-20.90
1 Описание шагающего экскаватора.
Экскаватор шагающий ЭШ-20-90 с ковшом емкостью 20м3 и длиной стрелы 90м в дальнейшем именуемый экскаватор предназначен для выемки грунта открытым способом по бестранспортной системе работ с выгрузкой в отвал. Общий вид экскаватора представлен на рисунке 1.1.
Электрооборудование экскаватора предназначено для привода и управления механизмов экскаватора гидронасосов механизма шагания смазки вентиляции освещения обогрева и сигнализации с целью обеспечения эксплуатации экскаватора с паспортной производительностью а также создания нормальных условий работы оборудования и обслуживающего персонала.
Основное электрооборудование экскаватора разработано и изготовлено для установки в не отапливаемом кузове экскаватора и работы в условиях вибрации тряски крена и дифферента.
Электрооборудование предназначено для эксплуатации в макроклиматических районах с умеренным климатом.
Окружающая среда не должна содержать взрывоопасных и агрессивных газов и паров а также токопроводящей пыли в концентрациях нарушающих нормальную работу электрооборудования.
2 Технические данные электропитания оборудования экскаватора.
Номинальное напряжение питающей трехфазной сети 6кВ.
Частота питающей сети 50Гц. Номинальное напряжение потребителей:
Высоковольтное преобразовательного агрегата привода механизма шагания трансформаторов собственных нужд – 6кВ.
Вспомогательное приводов переменного тока – 380 В.
Главных приводов постоянного тока – 1200В.
Тиристорного преобразователя – 440В.
Электрическое освещение переменного тока рабочее – 220В; аварийное переносное – 12В.
3 Технические параметры шагающего экскаватора ЭШ – 20.90
Радиус действия м.83.0
Глубина копания м.42.5
Высота разгрузки м.38.5
Угол поворота стрелы град.32
Допустимая загрузка тонн.63
Расчетная продолжительность цикла при повороте на 120 градусов
и глубине копания 25 метров (грунт первой категории) с.60
Расчетная производительность м3час.965
Барабан лебедки диаметр зацепления м.1.8
Канаты лебедки (сдвоенные) диаметр одного мм.64.0
Тормозной барабан диаметр зацепления м.1.8
Тормозные канаты (сдвоенные) диаметр одного мм.64.0
Наружный диаметр м.14.5
Площадь опоры м2. 165
Опорное давление кгсм2.1.05
Диаметр поворотного круга м.10.8
Диаметр поворотной шестерни м.8.49
Шагающий механизм гидравлического типа.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ПОВОРОТА. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ПРИВОДА
Требования к электроприводу определяются технологическими особенностями установленными для процесса работы экскаватора конструктивными особенностями механизма поворота функциональными особенностями системы автоматического регулирования.
Основные технологические требования заключаются в обеспечении :
наименьшего времени требуемого на цикл поворота из
которого в совокупности с другими операциями складывается
производительность экскаватора;
Перегрузочная способность 15-2 ;
постоянство скорости поворота;
плавной «колоколообразной» характеристики разгона и
торможения для снижения раскачивания стрелы и ковша ;
наименьшего количества электромашинных агрегатов с целью
уменьшения массо-габаритных показателей повышения
надежности и снижения времени на обслуживание ;
модульного исполнения всех элементов электропривода.
Конструктивные особенности механизма поворота требуют разделения прилагаемых моментов для обеспечения демпфирования.
Очень важным требованием к электроприводам экскаватора особенно при значительной удаленности баз технического обслуживания является обеспечение их высокой надежности как относительное сохранение параметров так и безаварийности и ремонтопригодности. Повышению надежности работы электроприводов в значительной степени способствуют :
наличие технологических запасов по параметрам отдельных
электронных элементов и схемным решением ;
своевременное проведение профилактических мероприятий и установка необходимой системы диагностики позволяющей быстро определять и устранять неисправности.
С учетом выше перечисленных требований следует использовать электродвигатель постоянного тока с тиристорным преобразователем и системой автоматического регулирования скорости. Регулируемый привод асинхронный такой мощности труден для реализации и имеет низкий коэффициент мощности. Частотное управление очень требовательно к аппаратуре и требует либо использования полностью управляемых силовых вентилей что при таких мощностях очень затруднительно; либо построения дополнительных схем управления тиристорами что сильно усложнит схему ухудшит ее массогабаритные показатели и увеличит стоимость.
Для выполнения конструктивных требований необходима установка четырех электродвигателей расположенных по четырем сторонам поворотной шестерни и несущих на себе равную нагрузку. Также для повышения демпфирующей способности электропривода по снижению крутильных колебаний валопроводов в механизме необходимо не только последовательно соединить двигатели и расположить их диагонально на поворотной платформе но и применить раздельные возбудители с устройством выравнивания токовых нагрузок в системе регулирования.
РАСЧЕТ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ.
Данные кинематической схемы привода поворота.
Приведенный момент инерции привода с порожним ковшом 15449 кгм2.
Приведенный момент инерции привода с груженым ковшом 18148 кгм2
Приведенный момент инерции механизма поворота 158 кгм2
Передаточное число механизма поворота iмех=2017.
Число оборотов платформы в минуту при установившейся номинальной скорости вращения nпл=124 обмин.
Мощность требуемая для поворота платформы Pпов=796365 Вт.
Требуемая скорость вращения платформы:
Требуемая скорость вращения вала двигателя:
Статический момент сопротивления повороту:
Статический момент сопротивления приходящийся на каждый двигатель:
Номинальные данные двигателя постоянного тока типа МПВЭ 400-400:
Номинальная скорость обмин400
Максимальная скорость обмин600
Номинальный ток А990
Момент инерции кгм238
Активное сопротивление обмотки якоря Ом00112
Активное сопротивление обмотки добавочных полюсов Ом0003
Активное сопротивление компенсационной обмотки Ом000508
Число пар полюсов 2р=4
К.П.Д. при номинальной нагрузке 92 %
Допустимая перегрузка по току о.е. 2
Расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы.
Суммарный момент инерции привода с груженым ковшом приведенный к валу двигателя:
J1 = 4 Jд + Jмех.1 = 4 38 + 18306 = 18458 кгм2.
Суммарный момент инерции привода с порожним ковшом приведенный к валу двигателя:
J2 = 4 Jд + Jмех.2 = 4 38 + 15607 = 15759 кгм2.
Допустимое ускорение:
где Mн - номинальный момент двигателя
Mн = cФ Iнд = 39816 990 = 39417 Нм.
где н – номинальная частота вращения двигателя
Расчет участков нагрузочной диаграммы:
Этап нарастания динамического момента 0t11.
Этап установившегося значения динамического момента 0t84.
Этап уменьшения динамического момента 0t1.
Этап отсутствия динамического момента 0t67.
M = Mуст = Mст = 09 = уст
Этап нарастания динамического момента 0t1.
Динамический момент имеет установившееся значение 0t68.
Установившееся значение динамического момента 0t10.
Уменьшение динамического момента 0t1.
Динамический момент равен нулю 0t51.
Нарастание динамического момента 0t1.
Установившееся значение динамического момента 0t83.
Проверка выбранного двигателя по нагреву.
Проверку осуществим методом эквивалентного момента:
Мэ Мном - следовательно выбранный двигатель проходит по нагреву.
РАЗРАБОТКА САР ПРИВОДА ПОВОРОТА
1. Требования к САР привода поворота.
Привод поворота представляет собой однозонную многоконтурную систему автоматического регулирования замкнутую по скорости. В состав этой системы входят: регулируемый электропривод с двигателем система управления электроприводом механическая передача.
Система автоматического регулирования является системой замкнутой по выходному параметру. Одним из основных требований для привода поворота является обеспечение апериодического переходного процесса и формирования так называемой “колоколообразной” характеристики.
В линейных и линеаризованных системах данные требования можно реализовать только за счет построения соответствующей структуры привода либо за счет формирования кривой управляющего воздействия аппаратными методами реализации.
Особенности таких систем:
Объект регулирования представляется в виде цепочки расположенных последовательно интегральных и апериодических звеньев не имеющих между собой других связей кроме образующих последовательную цепочку.
Количество регуляторов в системе устанавливается равным количеству контролируемых переменных. Все регуляторы соединяются между собой так что заданием для каждого последующего регулятора является выход предыдущего. На вход каждого регулятора подается отрицательная обратная связь по той переменной которая регулируется данным регулятором таким образом в системе образуются последовательно охватывающие друг друга контуры регулирования.
Ограничение каждой переменной достигается ограничением выхода предыдущего регулятора.
Передаточные функции регуляторов выбираются по методу последовательной коррекции.
Таким образом систему автоматического регулирования электропривода поворота строят по разработанному методу синтеза унифицированных контуров регулирования применяя методику последовательной коррекции с подчиненным регулированием параметров.
2 Комплектное тиристорное устройство в контейнерном исполнении
Для привода поворота выбираем комплектный электропривод КТУ-ЭК-УХЛ1 который предназначен для регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением а также обеспечивает компенсацию реактивной мощности.
Силовая часть преобразователя состоит из двух трехфазных мостовых комплектов тиристоров работающих по принципу раздельного управления. Подключение преобразователя к питающей сети производится через согласующий трансформатор.
Управление скоростью вращения осуществляется двухконтурной системой автоматического регулирования.
Система автоматического регулирования функциональная схема которой представлена на рисунке 4.1 содержит следующие узлы необходимые для управления электроприводом:
система импульсно-фазового управления;
регуляторы скорости и тока;
логическое переключающее устройство;
переключатель характеристик;
датчик проводимости вентилей;
датчики тока и напряжения;
фазочувствительный выпрямитель;
задатчик интенсивности;
вычислитель скорости;
2.1 Силовая часть тиристорного преобразователя питания якоря.
Тиристорные преобразователи питания якорей электродвигателей всех главных электроприводов подключены непосредственно к общим шинам трёхфазного напряжения величиной 990В. К этим же общим шинам подключены шесть ступеней ФКУ причём две ступени работают постоянно а каждая из четырёх оставшихся автоматически подключается по мере необходимости в зависимости от суммарного потребления реактивной мощности главными электроприводами. Кроме того к общим шинам питания главных электроприводов подключены две системы ограничения коммутационных перенапряжений (периодических и однократных) выполненных по варианту " диодно-конденсаторной схемы".
Для подсоединения общих шин к силовому трансформатору питания главных электроприводов в КТУ-ЭК101-УХЛ1 предусмотрено четыре места подключения (по углам изделия) к каждому из которых можно подводить до 50 % общей мощности.
ТП питания якоря электропривода выполнен по трёхфазной мостовой схеме выпрямления. Все ТП реверсивные с глухим противопараллельным соединением мостов.
ТП привода вращения симметричный. В плече каждого направления выпрямленного тока установлено по два параллельных тиристора типа Т353-800 32-го класса.
Деление тока по параллельным ветвям обеспечивается специальными делителями представляющими собой овальные витые магнито-проводы установленные в каждом плече ТП.
ТП предназначен для подключения к четырём якорям электродвигателей постоянного тока соединённым последовательно либо параллельно последовательно.
Система управления раздельная . При этом управлении комплекты тиристоров работают поочередно . В первом и четвертом квадрантах используется один комплект во втором и третьем другой . Вовремя работы одного комплекта другой комплект закрыт что исключает появление уравнительного тока и делает ненужными дополнительные реакторы . На рисунке 4.2. приведена
принципиальная схема силовой части электропривода.
Для формирования импульсов управления силовыми тиристорами в ТП установлены блоки выходных устройств (БВУ) содержащие импульсные трансформаторы и цепи формирования переднего фронта импульса управления.
Блоки выходных устройств обеспечивающие работу параллельных тиристоров подбираются попарно на заводе-изготовителе по величине асимметрии импульсов управления. Допустимая величина асимметрии переднего фронта импульсов одного плеча не более 30 мкс.
В силовой части ТП электропривода установлены также следующие элементы системы :
делитель напряжения на якорях электродвигателей для формирования соответствующего сигнала в САР ;
реле защиты от превышения напряжения на якоре каждого электродвигателя;
трансформаторы тока для формирования сигнала выпрямленного тока;
индивидуальные цепи R-C для защиты ТП от периодических
коммутационных перенапряжений ;
Управляющий орган СИФУ обеспечивает ограничение минимального и максимального углов регулирования установку начального угла регулирования . СИФУ вырабатывает импульсы управления для тиристоров.
Фазовый сдвиг импульсов пропорционален напряжению поступающему на СИФУ от системы управления .
В состав системы импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя питания якоря входят : блок фильтра БФ который является общим для всех ТП КТУ-ЭК блок переключения синхронизации и ограничения БПСО для каждой стороны КТУ-ЭК и блоки управления с силовым выходом БУС для каждого ТП данной стороны КТУ-ЭК.
Комплект блоков БФ и БПСО обеспечивает напряжениями синхронизации блоки БУС являющиеся выходными частями СИФУ соответствующих ТП.
Блок БФ служит для фильтрации сети 380 В установки. Искаженные
синусоиды на входе блока БФ преобразуются в неискаженные синусоиды на его выходе. Это обеспечивается последовательным и параллельным резонансными
фильтрами из которых собственно и состоит этот блок.
С выхода блока БФ трёхфазное напряжение величиной 380 В поступает на вход блока БПСО который состоит из трёх трансформаторов и двух маломощных мостовых выпрямителей. С помощью указанных элементов на выходе блока БПСО формируется двенадцать напряжений синхронизации амплитудой около 10В с маркировкой 120220 620 и 120А 220А 620А имеющих общую точку "0" а также выпрямленное двенадцатипульсное напряжение с маркировкой 96-99 также связанное с общей точкой " О".
Двенадцать напряжений синхронизации сдвинуты относительно друг друга на 30 эл. градусов. Конструкция блока БПСО с задней стороны которого на объединяющей печатной плате расположено наборное поле позволяет путём смены перемычек методом пайки подать любое из напряжений синхронизации на любой выходной контакт блока. На заводе-изготовителе установлен вариант перемычек соответствующий проектной схеме. Для работы ТП требуется только шесть напряжений синхронизации.
С выхода блока БПСО напряжения синхронизации и напряжения с маркировкой 96-99 поступают на блоки БУС. Каждый блок БУС состоит
из шести однотипных ячеек ФИ (формирователь импульса) и ячейки УВ (усилитель входной).
oкомпаратор на операционном усилителе ;
oдифференцирующую цепь;
oпромежуточный усилитель импульса;
oсогласующий изолированный трансформатор ;
oвыходной усилитель импульса ;
oвход для съёма импульсов.
Ячейка ФИ работает следующим образом. Компаратор сравнивает напряжение синхронизации с блока БПСО и сигнал управления с выхода ячейки УВ и в момент когда напряжение синхронизации становится более положительным чем сигнал управления на выходе компаратора появляется отрицательный сигнал который запускает одновибратор и находится в этом состоянии на протяжении приблизительно 80 эл. град. что определяет длительность импульса управления. На время работы одновибратора работает промежуточный усилитель импульса который подключён к первичным обмоткам импульсных трансформаторов которые размещены в силовом шкафу вблизи тиристоров ТП и служат для гальванической развязки.
Вторичные обмотки импульсных трансформаторов подключены к управляющим электродам тиристоров через динисторную схему устройства БВУ которое обеспечивает помехозащиту и формирует передний фронт импульса управления тиристора. Таким образом осуществляется формирование импульса управления в нужный момент времени т.е. с нужным углом управления α.
Ячейка УВ служит для согласования выхода САР с входами ячеек ФИ для установки начального угла управления анач а также для ограничения величины напряжения управления на входе ячеек ФИ то есть для
ограничения углов управления ТП.
Специфика работы трехфазной мостовой схемы выпрямления в области прерывистого тока является необходимость формирования сдвоенных импульсов для управления тиристорами. Один импульс пары определяет угол открытия тиристора в положительной полуволне другой в отрицательной . Сдвиг между парами импульсов на противофазных тиристорах моста составляет 180 эл. градусов на тиристорах одной группы (анодной или катодной) 120 эл. градусов.
В области прерывистого тока преобразователь начинает и прекращает работу шесть раз за период и каждый тиристор два раза поэтому сдвоенные импульсы необходимо подавать на все тиристоры. Для режима непрерывного тока достаточно чтобы все последующие вступающие в работу тиристоры поддерживали проводящее состояние преобразователя при управлении одиночными импульсами так как в режиме непрерывного тока включенный ранее тиристор находится в проводящем состоянии до прихода импульса на последующий тиристор .
Обмотки возбуждения электродвигателей механизма поворота питаются от сети 3 х 380 В с изолированной нейтралью через тиристорные преобразователи возбуждения (возбудители). Связь с сетью - реакторная причём реактор один общий для всех возбудителей.
Обмотки возбуждения четырёх электродвигателей вращения соединены попарно последовательно и каждая пара подключена к своему возбудителю привода вращения.
Возбудитель представляет собой трёхфазную мостовую схему выпрямления выполненную на оптронных тиристорных модулях типа МТО и подключённую к общему реактору через свой автоматический
выключатель. Управление возбудителями осуществляется от СИФУ расположенных в соответствующем блоке регулирования электропривода.
Возбудитель снабжён трансформаторным датчиком тока возбуждения электромагнитным реле обрыва поля с высоким коэффициентом возврата варистором для ограничения перенапряжений.
В цепи питания управляющих импульсов тиристорного возбудителя установлены нормальнозамкнутые контакты реле превышения напряжения на соответствующем якоре которые размыкают цепь при срабатывании реле. Эта защита необходима при наличии активного момента на валу когда закрытие ТП может оказаться недостаточным.
Ширина импульсов управления тиристорами возбудителя должна быть не менее 90 эл.град.
2.1.1. Расчет параметров математической модели силовой части вентильного преобразователя электропривода поворота
Для расчета модели будем использовать исходные данные выбранного двигателя МПВЭ 400-400 УХЛЗ привода поворота .
Исходные данные преобразователя:
Номинальное выпрямленное напряжение преобразователя Uнп = 1150 В.
Номинальный выпрямленный ток преобразователя Iнп = 1500 А.
Фазовое напряжение вторичной обмотки трансформатора U2a = 770 В.
Относительное значение короткого замыкания трансформатора Uк.тр.=0075B.
Активное сопротивление якорной цепи двигателя
Rя.д. = Кt (Rя +Rк.o. + Rд.п.)
где Kt = l24 - коэффициент учитывающий изменение сопротивлений при нагреве на величину Т = 60 градусов по Цельсию
Индуктивность цепи якоря
где с = 01 — коэффициент для компенсированных двигателей
Электромагнитная постоянная цепи якоря
Максимальная Э.Д.С. вентильного преобразователя
Активное сопротивление главной цепи вентильного преобразователя
где RT - приведенное к цепи выпрямленного тока активное сопротивление одной фазы обмотки трансформатора ;
Rш - активное сопротивление ошиновки;
Индуктивность преобразователя.
где LT - индуктивность рассеяния фазы трансформатора приведенной ко вторичной цепи трансформатора
Эквивалентные параметры главной цепи
Электромагнитная постоянная времени главной цепи
Электромеханическая постоянная времени при Фд = Фном
Коэффициент усиления вентильного преобразователя
Введем систему базовых велечин.
Параметры главной цепи приведенные к системе относительных единиц
Механическая постоянная времени
Коэффициент усиления преобразователя в системе относительных единиц
выбираем U6.p = 15 В тогда
Коэффициент усиления датчика тока якоря
принимаем кдт = 1 Iб.р = 800 А тогда
2.2.Система автоматического регулирования электропривода
САР электропривода поворота представляет собой однозонную систему регулирования частоты вращения с обратной связью по э.д.с.
САР электропривода включает в себя фазочувствительный выпрямитель задатчик интенсивности регулятор скорости и регулятор тока а также системы ограничения заданных значений скорости и тока. В качестве сигнала обратной связи по частоте вращения на регулятор скорости подается сигнал с выхода датчика Э.Д.С.
Регулирование возбуждения электродвигателей механизма поворота осуществляется с помощью двух регуляторов возбуждения каждый из которых управляет отдельным возбудителем. К каждому из двух возбудителей подключено две обмотки возбуждения электродвигателей механизма поворота.
При работе электропривода поворота токи возбуждения электродвигателей поддерживаются на стационарном уровне соответствующем номинальному значению.
Структурная схема системы автоматического регулирования привода поворота представлена на рисунке 4.3
2.2.1 Расчет системы регулирования тока якоря
Представление якорного преобразователя в виде безинерционного пропорционального звена справедливо при ограниченной скорости изменения управляющего сигнала. Для выполнения этого ограничения в прямой канал контура тока вводится фильтр. Выбор быстродействия контура тока производится принятием значения некомпенсированной постоянной времени Т этого фильтра. Будем учитывать что контур тока определяет быстродействие и качество САР в целом. Целесообразно выбрать возможно более высокое быстродействие контура тока. При этом увеличивается демпфирование крутильных колебаний обусловленных наличием упругих элементов кинематики уменьшаются выбросы тока при внезапном стопорении двигателя уменьшается статизм контура тока вследствие влияния Э.Д.С. двигателя уменьшается влияние колебаний напряжения питающей сети на параметры контура тока сокращается время прохождения зоны нечувствительности в характеристике преобразователя с раздельным управлением уменьшается влияние РПТ на динамику электропривода. В то же время существует нижняя граница Т обусловленная влиянием дискретности преобразователя. По условиям устойчивости в малом
где m – тактность (пульсность преобразователя); 0 = 314 с-1 – круговая частота сети. Из соображений уменьшения чувствительности СУЭП к изменению параметров необходимо еще увеличить Т до уровня
Выбор Т выше этого уровня обеспечивает необходимые условия представимости модели преобразователя безинерционным усилительным звеном в режиме РНТ.
Исходя из этих условий выбираем Т = 001с. Особенностью принципиальной схемы РТ изображенной на рис.4.4 является установка фильтров в виде линейных пассивных четырехполюсников на входах регулятора тока по цепям задания и обратной связи по току. Произведем расчет параметров
принципиальной схемы РТ.
Расчетная проводимость на входе регулятора тока по каналу обратной связи (о.е):
Коэффициент обратной связи контура принимаем из условия полного использования динамического диапазона тракта измерения тока равным единице т. е. goст.p. кдт =1.
Расчетное выходное сопротивление по каналу обратной связи по току
Реально к установке можем принять только существующий в нормальном ряде сопротивлений номинал R3. Принимаем R3 = 910 Ом.
После выбора ближайшего к расчетному номиналу фиксируем R3 и уточняем
Частота среза контура тока
Эквивалентная постоянная контура тока
Передаточная функция регулятора тока в режиме непрерывного тока (РНТ) представляется в виде
Коэффициент передачи пропорциональной части РТ
Сопротивление в цепи обратной связи РТ
Значение RS также округляем до ближайшего стандартного номинала Rs=62 кОм.
Расчетное значение емкости в цепи обратной связи регулятора тока
Сопротивление на входе регулятора тока по каналу задания тока R1=R2=R3=
Фильтр с постоянной Т организован на входных цепях РТ расчет сводится к выбору емкости в цепях обратной связи по току и в цепях задания
рис.4.4 Принципиальная схема регулятора тока.
2.2.2. Расчет системы регулирования скорости.
Напряжение на выходе измерителя скорости при максимальной скорости max принято Uис.мах = Uб.р. = 15 В.
Коэффициент передачи измерителя скорости в о.е.:
Напряжение датчика скорости при номинальной скорости двигателя:
Расчетная проводимость на входе регулятора скорости по каналу обратной связи в о.е.:
Не компенсируемая постоянная КС по условиям ограничения производной тока и техническим условиям Tс = 004.
Частота среза контура скорости
Постоянная времени фильтра в цепи обратной связи по скорости
Передаточная функция PC в о.е. (модель PC аналогична модели РТ)
Коэффициент пропорциональной части PC в о.е.
Расчетное сопротивление в цепи обратной связи регулятора скорости (о.е.):
Принимаем R5=24 мОм..
Сопротивление на входе PC по каналу задания скорости
Емкость на входе регулятора скорости по каналу о.е. по скорости
Постоянная фильтра в цепи задания скорости
Емкость на входе регулятора скорости по каналу задания скорости
Принципиальная схема регулятора скорости представлена на рис.4.5
рис.4.5 Принципиальная схема регулятора скорости.
2.2.3. Расчет датчика Э.Д.С.
Принципиальная схема измерителя Э.Д.С. представлена на рис.4.6.
рис.4.6. Принципиальная схема измерителя Э.Д.С.
Выходное напряжение датчика напряжения соответствующее максимальному напряжению якоря
Uди.мах = Uб.р = 15В.
Запас по напряжению преобразователя якоря
Коэффициент передачи датчика Э.Д.С
Коэффициент делителя напряжения на входе ДН в о.е.
Соотношение плеч делителя напряжения
рис.4.7. Принципиальная схема делителя.
Сопротивление плеч делителя рассчитывается через входные токи гальванической развязки и требуемую точность.
Коэффициент измерителя напряжения в о.е
кин = кдн кдел = 1 092 = 092.
Коэффициент измерителя тока в о.е
Проводимость по постоянному току на входе ДЭ в канале связи с ДТ
Проводимость по постоянному току на входе ДЭ в канале связи с ДН
Операторное описание
Принимаем постоянные ДЭ
Ткэ=Тэ= 00138 с - постоянная времени форсирующего звена в канале связи с ДТ; Тфэ1= Т = 001 с - постоянная времени фильтра в том же канале;
Тфэ2= Т = 001 с - постоянная времени фильтра в канале связи с ДН;
Тф3= 0 - постоянная времени фильтра в общем выходном канале. Входные элементы в канале связи с ДТ
Входные элементы в канале связи с ДН
Принимаем R3=R4 из соображения унификации.
Сопротивление в цепи обратной связи ДЭ
2.2.4. Описание работы принципиальной схемы.
Рассмотрим прохождение сигнала по прямому каналу. На входе САР электропривода поворота установлен фазочувствительный выпрямитель воспринимающий сигнал задания от сельсинового командоаппарата установленного на пульте в кабине.
Следующим элементом по ходу прохождения сигнала задания частоты вращения * является задатчик интенсивности выполненный на усилителях ДА1 ДА2 ДАЗ ДА5 ДА6 причём последние два усилителя служат для ограничения второй производной сигнала * т.е. для формирования так называемой "колоколообразной" характеристики необходимой для плавного поворота с учетом момента инерции стрелы и ковша.
С выхода задатчика интенсивности сигнал задания частоты вращения поступает на вход регулятора скорости выполненного на усилителе ДА1 ячейки PC. Выход регулятора скорости является сигналом задания тока i* ограничение которого на определённом уровне обеспечивается через эадатчик интенсивности. Также предусмотрена система дополнительного (страхующего) ограничения сигнала i * уставка которого на 5 7% выше уставки основного токоограничения.
Далее сигнал задания тока поступает через бесконтактный ключ на вход регулятора тока якоря. Упомянутый бесконтактный ключ предназначен для отключения сигнала задания тока от входа регулятора тока на время аппаратной паузы логического переключающего устройства.
Выход регулятора тока представляет собой сигнал управления ТП который
поступает на вход СИФУ ТП электропривода поворота.
Рассмотрим формирование сигналов обратных связей в САР.
Сигнал обратной связи по току якоря формируется с помощью трансформаторного датчика тока который выполнен следующим образом. В каждой фазе ТП установлены трансформаторы тока. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены в "звезду" и нагружены через
выпрямитель на диодах на резисторы . Величина и форма напряжения на этих резисторах соответствуют величине и форме модуля тока якоря. Сигнал напряжения на якорях формируется с помощью делителя напряжения на якорях выполненного на резисторах установленных в силовой части ТП.
Сигнал обратной связи по Э.Д.С. формируется с помощью датчика Э.Д.С. Входные цепи датчика Э.Д.С. после соответствующей настройки реализуют вычисление Э.Д.С. по формуле :
Формирование сигнала Э.Д.С. необходимого для получения информации об истинном значении скорости привода .
Сигнал обратной связи по частоте вращения формируется косвенным методом путём деления сигнала Э.Д.С. на сигнал магнитного потока. Операция деления осуществляется элементами множительно-делительной ячейки . Формирование сигнала частоты вращения косвенным методом является основной отличительной особенность данной САР частоты вращения от общепринятых использующих сигнал от трансформатора.
Рассмотрим работу логического переключающего устройства обеспечивающего безаварийное переключение двух реверсивных вентильных групп ТП электропривода поворота.
ЛПУ воспринимает два входных сигнала. Первый входной сигнал - это как бы запрос на переключение групп. Этот сигнал формируется в зависимости от полярности напряжения на выходе регулятора скорости с помощью нуль-органа. Второй входной сигнал (разрешение на переключение групп) - это сигнал устройства контроля проводящего состояния вентилей -датчика нулевого тока. Порог чувствительности датчика нулевого тока - несколько ампер.
Само ЛПУ выполнено на ячейке ЛПУ. Оно содержит интегратор с самоподхватом выпрямитель компаратор и нуль-орган а также согласующие транзисторы.
Рассмотрим работу ЛПУ в процессе переключения вентильных групп (реверса тока). При смене полярности сигнала задания тока происходит переключение нуль-органа ячейки PC при этом на первом входе ЛПУ появляется запрос на переключение вентильных групп однако если фактический ток ТП при этом не равен нулю то ЛПУ сохраняет прежнее состояние. Как только мгновенное значение фактического тока станет равным нулю произойдёт переключение датчика нулевого тока и на втором входе ЛПУ появится разрешение на переключение групп. Начиная с этого момента интегратор с самоподхватом переключается из режима самоподхвата в режим интегратора и напряжение на его выходе начинается изменяться по линейному закону с девяти вольт одной полярности до девяти вольт другой полярности. В процессе изменения напряжения на выходе интегратора в ЛПУ происходит три переключения :
при пересечении уровня 8 В начальной полярности происходит переключение компаратора и начинается отсчёт так называемой "аппаратной паузы" при этом происходит съём импульсов управления ;
при пересечении уровня О В происходит переключение нуль ~ органа которое обеспечивает переключение выходных усилителей импульсов управления СИФУ с импульсов трансформаторов выходящей из работы вентильной группы на импульсные трансформаторы входящей в работу вентильной группы а также воздействует на реверсор сигнала датчика тока и переключает реверсору установленный между выходом ре-регулятора тока и входом СИФУ ТП поворота;
при пересечении уровня 8 В изменённой полярности происходит возврат компаратора и заканчивается отсчёт "аппаратной паузы" при этом происходит восстановление импульсов управления но уже на тиристорах
входящей в работу вентильной группы.
До момента времени когда происходит второе из вышеперечисленных пересечений при появлении тока ТП возможен возврат интегратора с самоподхватом в исходное состояние то есть возврат импульсов управления на выходящую из работы группу. После третьего из вышеперечисленных пересечений по входящей в работу вентильной группе начинает протекать ток на втором входе ЛПУ появляется сигнал запрета на переключение и интегратор с самоподхватом устанавливается в режим самоподхвата.
Переключение выходных усилителей импульсов управления СИФУ с одной группы импульсных трансформаторов на другую происходит в зависимости от полярности сигнала на входе нуль-органа ЛПУ.
В САР электропривода поворота предусмотрен ряд дополнительных узлов ограничивающих режимы работы электропривода исходя из условий безопасности инверторного режима ТП и устойчивости работы привода.
При понижении напряжения питающей сети ниже номинального значения для обеспечения режима безопасного инвертирование целесообразно наложить определённые ограничения на режимы работы привода поворота. Это обеспечивается компаратором и звеном последовательной коррекции которые накладывают дополнительные ограничения на максимальную скорость.
При работе ТП электропривода поворота вблизи минимального угла ограничения вступает в работу узел сравнения на усилителе который также накладывает дополнительные ограничения на максимальную скорость.
При работе ТП электропривода поворота вблизи максимального угла ограничения вступает в работу узел сравнения который оказывает
воздействие на САР электропривода поворота подавая сигнал на снижение заданной частоты вращения электродвигателей привода поворота.
В состав блоков регулирования электропривода КТУ-ЭК помимо
основных элементов САР входят вспомогательные узлы входы которых связаны с датчиками САР а выходы - с системами зашиты сигнализации и технологических блокировок электроприводов. Назначение этих узлов состоит в выявлении аномальных режимов работы электроприводов.
В электроприводе имеется схема контроля неполнофазного режима работы
схема защиты от превышения тока схема защиты от превышения напряжения на якорях двигателей.
Система защиты и сигнализации электропривода предназначена для выполнения следующих функций :
восприятие аварийных или предупредительных дискретных сигналов о наличии неисправности в электроприводе (контактных или бесконтактных размыкающихся или замыкающихся) от различных датчиков КТУ-ЭК или экскаватора а также от схем КТУ-ЭК обеспечивающих распознавание аномальных режимов работы ;
запоминание воспринятых аварийных или предупредительных сигналов в том случае если их появление носит кратковременный характер ;
воздействие при необходимости на ТП систему управления высоковольтным контактором а также на аварийную или предупредительную сигнализацию экскаватора через исполнительные элементы в случае появления соответствующих аварийных или предупредительных сигналов ;
индикация состояний отсутствия готовности и аварии внутри КТУ-ЭК и на пультах в кабинах ;
индикация конкретной причины аварии или отсутствия готовности электропривода внутри КТУ-ЭК и на пультах в кабинах;
обеспечение возможности деблокировки защит.
В системе защиты и сигнализации электропривода подъёма имеются следующие каналы защиты запоминания и индикации внутренних неисправностей КТУ-ЭК :
) превышение напряжения якоря ;
) сгорел предохранитель;
) контроль питания ;
) неполнофазный режим ;
) контроль системы динамического торможения.
2.3. Система динамического торможения электропривода поворота
Система динамического торможения является вспомогательной системой предназначенной для создания дополнительного тормозного момента в помощь колодочным тормозам для обеспечения останова электродвигателя и всего механизма поворота.
Система динамического торможения как правило работает только в аварийных режимах внезапного отключения электропривода поскольку при оперативном останове колодочные тормоза накладываются на остановленный двигатель не обладающий запасом кинетической энергии.
Наиболее тяжелым режимом обеспечения останова в электроприводе
поворота является режим внезапного исчезновения питающего напряжения в сети 6 кВ причём в случае когда на момент исчезновения имел место поворот платформы с максимальной скоростью с груженым ковшом на стреле. В этом случае колодочные тормоза сами по себе могут не обеспечить останов однако при надлежащей помощи тормозным моментом самих двигателей колодочные тормоза в состоянии остановить платформу . Следует учитывать что в данном режиме с момента исчезновения питания происходит быстрое спадание магнитного потока двигателей поворота что снижает их тормозные возможности.
Силовая часть системы динамического торможения электропривода поворота состоит из тиристорного ключа модуля динамического торможения и сборки сопротивлений с общим сопротивлением 038 Ом.
Управление тиристорным ключом осуществляется от энергонезависимого генератора импульсов управления выполненного на батарее конденсаторов и генераторе на микросхеме и транзисторах. Включение ключа происходит при отключении реле готовности.
Рассмотрим работу системы динамического торможения в наиболее тяжёлом режиме когда питающее напряжение исчезает при максимальной скорости поворота платформы экскаватора с груженым ковшом . Начало процесса сопровождается аварией на стороне постоянного тока - режимом опрокидывания инвертора неизбежным при исчезновении напряжения. Пик аварийного тока может достигнуть 8 кА однако аварийный процесс быстро отключается выключателем ВАТ-48. Аварийный ток оказывает тормозное воздействие однако он настолько скоротечен (001-0015 с ) что не вызывает существенного снижения скорости.
Через 002-003 с после исчезновения напряжения происходит замыкание нормально-замкнутых контактов реле готовности и вслед за этим включение тиристорного ключа динамического торможения . В этот момент времени суммарная Э.Д.С. якорей двух электродвигателей составляет
приблизительно 1000В . По цепи динамического торможения протекав равный частному от деления суммарной Э.Д.С. на сумму полного сопротивления динамического торможения и активного сопротивлени якорной цепи :
Ток динамического торможения создаёт тормозной момент электродвигателей который в сочетании с действием колодочных тормозов приводит к замедлению привода.
2.4. Система компенсации реактивной мощности.
Работа тиристорных электроприводов сопровождается потреблением реактивной мощности. Причём чем ниже частота вращения электродвигателя тем выше потребление реактивной мощности при том же токе якоря (более низкий коэффициент мощности). Значительное потребление мощности приводит как известно к дополнительным потерям энергии в линии к недопустимым посадкам напряжения к нарушению требований предъявляемых энергосистемой к потребителям а также к повышению установленной мощности силового трансформатора питающего ТП.
Для устранения этих недостатков комплектно с КТУ-ЭК изготавливаются три модуля фильтрокомпенсирующих устройств каждый из которых состоит из двух одинаковых секций мощностью приблизительно по 500 кВАр. В соответствии с проектной схемой две секции из шести постоянно подключены к вентильной обмотке силового трансформатора а четыре секции подключаются по мере необходимости с помощью специальных тиристорных ключей размещённых в КТУ-ЭК. Управление тиристорными ключами осуществляется от системы автоматического регулирования блока регулирования реактивной мощности БРМ.
Рассмотрим работу системы в статике в двух крайних режимах : максимального и минимального потребления реактивной мощности тиристорными преобразователями главных электроприводов.
При стоянке главных электроприводов их ТП не потребляют реактивную мощность. Две секции ФКУ суммарной мощностью 1000 кВАр постоянно подключённые к вентильной обмотке силового трансформатора создают избыток реактивной энергии то есть реактивный ток носит ёмкостной характер. На выходе датчика реактивного тока при этом возникает сигнал пропорциональный величине реактивного тока который выдает сигнал на отключение соответствующих секций ФКУ. Таким образом при стоянке главных электроприводов в работе оказываются всего две секции ФКУ из шести причём те которые не могут быть отключены.
При работе главных электроприводов с большими нагрузками на малых оборотах возникает режим когда суммарная реактивная мощность потребляемая ТП главных электроприводов превышает суммарную реактивную мощность которую генерируют все шесть секций ФКУ. В этом случае имеет место недостаток реактивной энергии то есть реактивный ток носит индуктивный характер. На выходе датчика реактивного тока при этом возникает сигнал пропорциональный величине реактивного тока который выдает сигнал на включение соответствующих секций ФКУ. Таким образом в работе оказывается максимальное число секций - шесть.
Во всех промежуточных режимах благодаря работе блока регулирования реактивной мощности система регулирования автоматически выбирает количество включённых секций ФКУ в зависимости от реального потребления реактивной энергии ТП главных электроприводов исходя из минимума реактивного тока.
Система автоматического регулирования реактивной мощности может
быть настроена на довольно высокое быстродействие при котором процесс включения - отключения какой-либо секции ФКУ может происходить несколько раз в секунду.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АВТОМАТИКА.
Одним из важнейших направлений в решении задач по ускорению научно-технического прогресса и интенсификации производства является коренная перестройка металлургии. При этом особое внимание уделяется комплексной автоматики в промышленности на основе автоматических линий роботизированных технологических комплексов гибких производственных модулей и систем что предъявляет повышенные требования по обеспечению высокой надежности промышленных механизмов. Технический уровень и степень надежности работы механизмов в значительной мере определяет электрооборудование включающее комплекс различных систем: устройств ЧПУ; управляющих мини ЭВМ и их периферийного оборудования; электроприводов; датчиков и измерительных систем и устройств электроавтоматики.
В данном дипломном проекте излагается универсальный метод синтеза промышленной электроавтоматики основанный на циклограммах работы механизмов и их описания уравнениями алгебры логики позволяющий в короткие сроки проектировать близкие к оптимальным принципиальные схемы любой сложности и что особенно важно на программируемых контроллерах.
2. Работа системы автоматики
Система состоит из аппаратуры коммутации силовых цепей электропривода шагающего экскаватора управление которыми осуществляется с пультов управления вручную или по командам из управляющей части автоматически. Управляющая часть построена на базе программируемого контроллера SIMATIC S7-200 осуществляющего управление работой технологического оборудования стана в автоматическом режиме в соответствии с заданной рабочей программой реализующей технологический алгоритм диагностику и самоконтроль состояния контроллера с локализацией и сигнализацией отказов и неисправностей.
SIMATIC S7-200 имеет следующие характеристики:
«общий пакет» с блоком питания CPU и входывыходы в одном устройстве
«Микро-SPS» с интегрированными функциями может расширяться до 7 модулей
встроенный блок питания
управление входами и выходами
прямой доступ к входам и выходам
встроенные часы реального времени
два аналоговых входа
два импульсных выхода
быстродействующие счетчики CPU-214:
Основная память4 Кбайт
Время обработки 1 кБ двоичных операций08 мс
Количество таймеров128
Количество счетчиков128
Количество меркеров256
Встроенная периферия:
аппаратное прерывание4
аналоговый потенциометр2
импульсный вход2 (4 кГц)
Внешние входывыходы:
Скорость выполнения булевой команды037 мкс на команду
3. Технологический процесс работы механизмов шагающего экскаватора
Состав механизмов экскаватора:
Механизм поворота платформы – механизм предназначен для горизонтального перемещения стрелы шагающего экскаватора с ковшом используется двигатель постоянного тока.
Механизм открывания ковша служит для опорожнения ковша и удержания породы в ковше.
4. Алгоритм работы механизмов экскаватора
Ковш набирает породу в это время привод поворота платформы не работает. Затем происходит поворот платформы не некоторый угол который зависит от конкретных условий обработки забоя. Высыпание породы из ковша начинается еще до полной остановки привода поворота поэтому отдельной паузы для опорожнения ковша нет сразу после торможения начинается разгон в обратную сторону.
Для безопасной и надежной работы экскаватора необходимо выполнить следующие блокировки:
Устройство поворота платформы должно останавливаться когда платформа достигает крайних положений.
Подъем ковша прекращается при достижении верхнего уровня.
6. Экономическая целесообразность автоматизации
При автоматизации агрегатов унификация электрооборудования дает значительный эффект за счет сокращения сроков монтажа и ввода в действие.
Пока трудно наблюдать экономическую эффективность от введения программируемого контроллера. Так как велики на его установку и проектирование капитальные затраты а так же затраты на обслуживание так как обслуживать и программировать их может только специалист.
С другой стороны при программном управлении аппаратные средства и их связи не зависят от выполняемой программы так что возможно применение стандартных устройств. Программа по которой должно работать устройство управления записывается с помощью программирующего устройства в память программ контроллера. При изменении программы изменяется не сама схема соединения а только содержимое программной памяти.
7. Разработка структурных формул
Для математического описания работы автоматики экскаватора воспользуемся известной методикой обработки циклограмм. Условия срабатывания выходного элемента возникают во включающем такте и отключающем такте и называются условиями срабатывания во включающем такте и условиями несрабатывания в отключающем такте.
Для каждого периода включения выходной переменной составляется исходное уравнение в виде произведения условия включения и инверсии условия отключения.
Полученные выражения подвергаются первой проверке по результатам которой в необходимых случаях вводится самоблокировка.
Производится вторая проверка по результатам которой вводится промежуточная переменная pi. В качестве pi желательно использовать любую из входных или выходных переменных удовлетворяющую требованиям второй проверки.
Производится третья проверка. Смысл ее состоит в следующем: необходимо убедиться что каждая конъюнкция полной дизъюнктивной формы выходной переменной обращается в ноль во всех без исключения тактах отключающих периодов. Если это условие не выполняется необходимо ввести промежуточную переменную pi которая обращает в ноль данную конъюнкцию только в обнаруженных тактах. В качестве pi желательно использовать любую из входных или выходных переменных которая удовлетворяет этим требованиям.
Выходная переменная х1 – "Поворот платформы по часовой стрелки
Выходная переменная х2 "Механизм опорожнения ковша
Выходная переменная х3 "Механизм закрытия ковша
Выходная переменная х4 – "Поворот платформы против часовой стрелки
В различных отраслях промышленности все больше распространение получают агрегативные системы автоматического управления производственными процессами базой построения которых являются программируемые контроллеры.
Главной проблемой для всех цифровых устройств промышленной автоматики является помехоустойчивость. Для программируемых контроллеров применяются стабилизаторы питающего напряжения а также отдельные блоки питания входных и выходных цепей. В входных и выходных блоках контроллера имеются потенциальные развязка (оптронные). Этим и обеспечивается помехоустойчивость контроллера.
Герконовые датчики являются весьма перспективными для широкого применения в схемах автоматического позиционирования механизмов. Для тяжелых условий окружающей среды можно рекомендовать унифицированные датчики серии ДПУ2-40 ДПУ2-100. количество срабатываний в зависимости от мощности коммутируемой цепи составляет 106-107. Контакт датчика может работать в цепях напряжением до 220 В. Максимальная коммутируемая нагрузка меняется от 003 до 1 А. рабочий зазор между датчиком и «шунтом» может быть равен 100 40 мм.
В качестве коммутационной аппаратуры для коммутации выходных сигналов целесообразно применить низковольтные реле типа РПГ на герметизированных магнитоуправляемых контактах. Режим коммутации реле РПГ:
Постоянный ток коммутациидо 3 А;
Напряжение коммутации50 В;
Число срабатываний10браз;
Напряжение питания обмотки реле24 В.
Переключатели режима работы агрегата - универсальные серии ПКУЗ предназначены для использования в цепях переменного тока частотой 50-40 Гц напряжением 24-500 В.
Коммутирующий ток до 10 А. механическая износостойкость переключателей — 10 циклов электрическая — не менее 10 циклов.
В качестве автоматических выключателей для защиты оперативной и силовой токовой цепей используем автоматы типа АК-63:
Номинальный ток25-63 А;
Номинальное напряжение:
Для управления механизмами экскаватора в ручном режиме используем кнопки управления серии КЕ:
Номинальное напряжение500 В;
Механическая износостойкость25* 106 циклов
9 Составление программы на языке STEP-7
Присвоение адресов переменным:
Поворот платформы по часовой стрелке
Механизм опорожнения ковша
Механизм закрытия ковша
Поворот платформы против часовой стрелки
Включить поворот платформы по часовой стрелки
Включить опорожнение ковша
Максимальный угол поворота платформы по часовой стрелке
Включить закрытие ковша
Включить поворот платформы против часовой стрелки
Максимальный угол поворота платформы против часовой стрелке
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА.
Проектируемый автоматизированный электропривод механизма поворота шагающего экскаватора ЭШ-20.90 с допустимой загрузкой ковша 63 тонны выполненный по системе тиристорный преобразователь-двигатель по технико-экономическим показателям сравнивается с ранее используемым электроприводом поворота выполненным по системе генератор-двигатель.
К технико-экономическим показателям электропривода механизма поворота шагающего экскаватора относятся такие показатели как скорость поворота энергетические показатели массогабаритные показатели надежность и эксплуатационные затраты и др.
1.Производительность операции поворота.
За счет применения системы тиристорный преобразователь-двигатель продолжительность цикла при повороте на 120 градусов и глубине копания 25 метров (грунт первой категории) составляет 60 секунд тогда как продолжительность аналогичного цикла при системе генератор-двигатель составляет 90 секунд.
2.Энергетические показатели.
Энергетические показатели нового электропривода улучшаются за счет существенного повышения суммарного КПД привода наличия режима рекуперации электрической энергии в сеть улучшения коэффициента мощности потребителя с дополнительным применением системы компенсации реактивной мощности.
КПД электрической части определяется по принципиальной схеме. Для проектируемого электропривода поворота платформы КПД электрической части может быть определен из выражения:
Pдв.N = 1600 103 Вт – номинальная мощность двигателей.
ΔPдв = 128 103 Вт – потери в двигателе при номинальном режиме.
ΔPтр = 161 103 Вт – потери в преобразовательном трансформаторе относящиеся к приводу поворота.
ΔPдр = 32 103 Вт – потери в тиристорном преобразователе и сглаживающем дросселе.
Pвент.ДВ = 11 103 Вт – мощность двигателя вентилятора.
Pвент.КТУ = 5 103 Вт – мощность двигателя вентилятора контейнера.
КПД электрической части привода поворота выполненного по системе генератор-двигатель низок из-за использования в качестве гонной машины асинхронного двигателя и составляет эл2 = 07.
Полезные затраты энергии на расчетную продолжительность цикла поворота можно засчитать по следующей формуле:
Wпол = Pуст tц = 1600 103 60 = 96 106 Дж.
Pуст – установленная мощность привода Вт.
tц – продолжительность цикла поворота с.
В проектируемом приводе поворота платформы экскаватора торможение платформы осуществляется приводными двигателями работающими в режиме рекуперативного торможения. При этом энергия торможения отдается в сеть.
Энергия возвращенная в сеть при торможении платформы (без учета затрат энергии во время пауз) при торможении приводными двигателями в рекуперативном торможении за один цикл поворота платформы экскаватора равна:
Wс = - Pуст эл1 tт = 1600 103 0907 16 = - 232 106.
tт – время торможения привода в одном цикле поворота с.
Затраты энергии на один цикл поворота платформы экскаватора с системой ТП-Д равны:
Затраты энергии на один цикл поворота платформы экскаватора с системой Г-Д:
Из рассчитанных затрат энергии видно что проектируемый привод поворота платформы экскаватора управляемый во всех четырех квадрантах механической характеристики и в котором приводные двигатели используются также в качестве тормоза потребляют энергии двигателем в 166 раза меньше чем привод поворота с системой генератор-двигатель таким образом по потреблению электроэнергии проектируемый привод поворота является самым экономичным.
3.Капитальные вложения.
Капитальные вложения содержат следующие составляющие:
Затраты на приобретение оборудования (Ц);
Транспортные расходы (Ктр);
Затраты на монтаж и наладку оборудования (Км).
Отсюда капитальные затраты:
где Ктр = 01 (Ц + Км);
тогда: К = 11 (Ц + Км).
Капитальные затраты на оборудование проектируемой системы ТП-Д поворота платформы приведены в табл. 6.1.
Наименование оборудования
Расходы на монтаж тыс.руб.
Электродвигатель МПВЭ 400-400 УХЛЗ.
Комплектное тиристорное устройство в контейнерном исполнении КТУ-ЭК101-УХЛ1
Соединительные кабели КГ 1х70
К1 = 11 (2580 + 258) = 31218 тыс.руб.
Привод поворота выполненный по системе Г-Д по капитальным затратам отличается стоимостью от тиристорного преобразователя наличием генератора и асинхронного двигателя. Капитальные затраты на систему Г-Д приведены в таблице 6.2.
Генератор постоянного тока ТПЭ 2500-750 ХЛЗ
Асинхронный двигатель
Управляемый возбудитель
К2 = 11 (1730 + 173) = 20933 тыс.руб.
4.Расчет эксплуатационных расходов.
4.1.Амортизационные отчисления.
Са = К На где На = 10% - норма амортизации.
Са1 = 31218 01 = 31218 тыс.руб.
Са2 = 20933 01 = 20933 тыс.руб.
4.2.Затраты на электроэнергию.
W – затраченная электроэнергия в кВтч.
Сэ1 = 081 368 107 = 2210 тыс.руб.
Сэ2 = 081 61 107 = 3665 тыс.руб.
4.3.Затраты на ремонт оборудования.
Ср = Тс Зосн Кдоп Ксоц Кр +М
Зосн = 1580 руб – часовая тарифная ставка соответствующая 5 разряду рабочего ремонтной бригады
Кдоп = 25% - дополнительная ЗП на ремонт
Ксоц = 356% - отчисления на социальные нужды
Кр = 15% - районный коэффициент
М = 5% - затраты на материалы.
Ср1 = 268 1580 125 1356 115 + 005 3121800 = 164343 тыс.руб.
Ср2 = 804 1580 125 1356 115 + 005 2093300 = 129426 тыс.руб.
Сумма годовых эксплуатационных расходов.
С1 = Ср + Сэ + Са = 164343 + 2210 +312 = 2686343 тыс.руб.
С2 = 129426 + 3665 + 209 = 4003426 тыс.руб.
Технико-экономические показатели представлены в таблице 6.3.
Технико-экономические показатели.
Капитальные вложения тыс.руб.
Годовые эксплуатационные расходы тыс.руб.
1. Стоимость электроэнергии тыс.руб.
2. Амортизационные отчисления тыс.руб.
3. Затраты на ремонт тыс.руб.
Период окупаемости г.
Как следует из таблицы 5.3 проектируемый электропривод поворота платформы экскаватора по капитальным вложениям дороже но капитальные вложения окупаются в процессе эксплуатации за счет экономии электроэнергии.
БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА.
Экскаватор шагающий ЭШ 20.90 с ковшом емкостью 20 кубометров и длиной стрелы 90 метров предназначен для выемки различных видов грунта в том числе каменного угля в открытом способом по бестранспортной системе работ с выгрузкой в отвал.
Электрооборудование экскаватора предназначено для привода и управления механизмами экскаватора в том числе гидронасосов механизма шагания смазки вентиляции освещения обогрева и сигнализации с целью обеспечения эксплуатации экскаватора с паспортной производительностью а также создания нормальных условий работы оборудования и обслуживающего персонала.
Основное электрооборудование экскаватора разработано и изготовлено для установки в не отапливаемом кузове экскаватора и работы в условиях вибрации тряски крена и дифферента и наличия мелкой абразивной пыли.
Обеспечение безопасности условий труда имеет важное значение т.к. непосредственно касается вопросов жизни и здоровья обслуживающего персонала. Каждый из них обязан соблюдать правила техники безопасности и промышленной санитарии.
В данном проекте сформулированы требования по безопасности труда при эксплуатации обслуживании ремонте электропривода механизма поворота экскаватора представляющего собой составную часть электрооборудования шагающего экскаватора; рассмотрены вопросы электробезопасности пожаробезопасности освещенности экологичности.
1.Обеспечение безопасности работающих.
1.1.Характеристика условий труда.
Эксплуатация автоматизированного электропривода механизма поворота экскаватора должна производиться с обязательным соблюдением Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.
Эксплуатация электропривода механизма поворота экскаватора ведется на открытом воздухе в различных климатических зонах (тип атмосферы 11 по ГОСТ 15150-69 категория размещения 2 по ГОСТ 15150-69) при этом скорость ветра температура и влажность воздуха могут изменяться в широких пределах содержание токопроводящей пыли не должно превышать 07 мгм.
При работе электроприводов механизма поворота экскаватора могут иметь место следующие вредные и опасные факторы:
Поражение обслуживающего персонала электрическим током;
Травмирование персонала подвижными частями;
Повышенное шумовое воздействие;
Воздействие вибрации;
Возможность пожаров и взрывов смеси угольной пыли и кислорода.
Оптимальные и допустимые нормы параметров микроклимата в рабочей зоне указаны в таблице 7.1.
1.2.Обеспечение безопасности труда.
Электробезопасность.
Электрооборудование находящееся на открытом воздухе согласно ПУЭ соответствует особо опасным помещениям.
В автоматизированном электроприводе экскаватора применяется оборудование высокого напряжения.
Номинальное напряжение питающей трехфазной сети 6кВ.Частота питающей сети 50Гц. Номинальное напряжение потребителей:
Оптимальные и допустимые нормы параметров микроклимата в рабочей зоне.
Температура воздуха º С
Относительная влажность воздуха %
Скорость движения воздуха мс
Допустимая не более*
Оптимальная не более
* На постоянных и непостоянных рабочих местах.
Следовательно нельзя полностью исключить возможность поражения обслуживающего персонала электрическим током которое может произойти в следующих случаях:
При однофазном прикосновении неизолированного от земли человека к неизолированным токоведущим частям электроустановки находящейся под напряжением;
При приближении человека неизолированного от земли на опасные расстояния к токоведущим не имеющим изоляции частям электроустановки находящимся под напряжением;
При соприкосновении человека с двумя точками земли находящимися под разными потенциалами в поле растекания тока;
При действии атмосферного электричества во время разряда молнии;
При освобождении другого человека находящегося под напряжением.
Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 05-15 мА. Это пороговый ощутимый ток. Ток силой 10-15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц которые человек не может преодолеть. Ток силой 100мА является смертельным.
Электрический ток может оказывать на организм человека термическое электролитическое механическое и биологическое воздействие.
Термическое действие проявляется в ожогах нагреве тканей и органов находящихся на пути прохождения тока что вызывает серьезные функциональные расстройства связанные со свертыванием белка.
Электролитическое действие заключается в том что в крови лимфе клетках происходит электролиз неорганических и частично органических компонентов вызывая нарушение их физического и химического состава а следовательно нарушение обмена веществ в организме.
Механическое действие проявляется в расслоениях разрывах и других повреждениях тканей в результате электродинамического эффекта и мгновенного взрывоподобного образования пара при перегреве жидких тканей.
Биологическое действие заключается в нарушении внутренних биологических процессов.
Шум является одной из форм загрязнения окружающей среды адаптация к которой практически невозможна. Шум может мешать восприятию речи вызывать раздражение или ослаблять внимание. Он способствует снижению производительности и отрицательно влияет на эффективность труда вызывает утомление может вызывать другие нарушения здоровья не относящиеся к воздействию на органы слуха. Технические условия регламентируют уровень шума работающего привода не более 90 дБ. Для данного типа работ эквивалентный уровень звука принят равным 80дБ (ГОСТ 12.1.029-80). Т.е по шуму превышение 10дБ.
Необходимо принять меры по снижению шума. Для этого применяют различные методы:
Уменьшение уровня шума в источнике его возникновения;
Звукопоглощение и звукоизоляция;
Установка глушителей шума;
Рациональное размещение оборудования;
Применение средств индивидуальной защиты.
Возможна замена подшипников либо узлов механизмов что снизит уровень шума на 10-15дБ металлические детали на пластмассовые.
К средствам индивидуальной защиты работающих для защиты от шума относятся ушные вкладыши наушники.
Вибрация подразделяется на локальную и общую.
Локальная вибрация при продолжительном воздействии приводит к серьезным изменениям деятельности всех систем организма и может вызвать тяжелое заболевание. Вредное влияние вибраций на организм человека заключается в их локальном раздражающем и повреждающем воздействии на ткани и содержащиеся в них рецепторы. Поскольку эти рецепторы связаны с центральной нервной системой их рефлекторное действие оказывает влияние на различные системы организма.
Общие вибрации приводят к повреждению внутренних органов человека. Длительное воздействие вибраций сопровождается различными типами гистологических гистохимических и биохимических изменений приводящих к дистрофическим явлениям.
Вибрации воздействуют на сенсорную систему. Общие вибрации ухудшают остроту и сужают поле зрения снижают светочувствительность глаз и нарушают вестибулярную функцию. Воздействие локальных вибраций снижает вибрационную тактильную температурную болевую проприоцептивную чувствительность.
Шагающие экскаваторы относятся к категории вибрации третьего типа «а» (технологическая вибрация воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочие места не имеющие источников вибрации). Вибрация общего вида направлена по всем трем координатным осям. Для данной категории вибрации ГОСТ 12.1.012-90 устанавливает следующие нормативные корректированные по частоте и эквивалентные корректированные значения виброускорения 01 мс2 с уровнем 100 дБ и виброскорости 02 10-2 мс с уровнем 92дБ.
По условиям эксплуатации шагающего экскаватора вибрация не должна оказывать значительного вредного влияния на организм оператора для уменьшения воздействия вибрации на кабину оператора применяются специальные виброгасящие материалы и конструкции.
Пожарная безопасность.
Сам шагающий экскаватор не представляет большой пожароопасности но так как продуктом добычи может являться каменный уголь то вероятность возникновения пожара из-за воспламенения угольной пыли не исключена. При горении машинного масла применяемого для смазки многочисленных механических узлов экскаватора кроме обычных опасностей возникающих при любом пожаре существуют и специфические например выделение при горении углеводородов различных канцерогенных веществ. Поэтому при тушении пожаров необходимо использовать изолирующие противогазы.
Причины пожара могут быть электрического и неэлектрического характера. Ниже приведены возможные причины разбитые на группы.
Причины электрического характера:
Токи коротких замыканий и перегрузок проводников вызывающие их перегрев до высоких температур что может вызвать воспламенение изоляции;
Плохие контакты в местах соединения проводников когда вследствие больших переходных сопротивлений выделяется значительное количество тепла;
Электрическая дуга возникающая между контактами коммутационных аппаратов;
Перегрузка и неисправности обмоток электродвигателей и трансформаторов;
Причины неэлектрического характера:
Самовоспламенение и самовозгорание некоторых материалов (горючие жидкости и газы);
Неосторожное курение;
Опасные факторы при пожаре:
Повышенная температура корпусов оборудования и окружающей среды;
Токсические продукты горения и термического разложения;
Пониженная концентрация кислорода в воздухе рабочей зоны.
К вторичным факторам при пожаре можно отнести: осколки движущиеся части разрушившихся аппаратов опасные факторы взрыва происходящие вследствие пожара.
Согласно ГОСТ 12.1.004-91 допустимый уровень пожарной опасности для людей должен быть не более 10-6 воздействия опасных факторов пожара превышающих допустимые значения в год в расчете на каждого человека.
Основная задача противопожарной техники является предотвращение пожаров или ограничение распространения пожаров в случае их возникновения. Возникновение пожаров на разрезах происходит п следующим основным причинам?
Нарушение правил пожарной безопасности при монтаже пожароопасного оборудования;
Работа на неисправном электрогазосварочном оборудовании;
Самовоспламенение горючих веществ при неправильном их применении;
Замазученность и захламленность территории строительными материалами;
Неосторожное обращение с огнем курение и др.
Главным средством по предупреждению пожаров от неосторожного обращения с огнем является инструктаж работающих и точное соблюдение правил и инструкций пожарной безопасности. Для курения должны отводиться специальные места.
Пожароопасное оборудование: электрические двигатели склады горючесмазочных материалов (ГСМ) электропроводка и электрооборудование.
Не разрешается хранить топливо и обтирочный материал внутри машинного отделения. В самом машинном отделении устанавливается ящик с песком огнетушители и другие горючие средства.
Для предупреждения возникновения пожаров из-за неисправности электрооборудования и электропроводки ограждают токоведущие части и удаляют их от воспламеняющихся предметов и возможного повреждения устанавливают плавкие предохранители и применяют защитное отключение предотвращающее короткое замыкание и загорание электропроводки заземляют электрооборудование.
Для тушения возникшего пожара рабочие должны обеспечиваться следующими пожарным инвентарем и подручными средствами: баграми ломами ящиками с песком ведрами брезентовыми и асбестовыми покрывалами пожарными рукавами помпами и огнетушителями. Пожарный инвентарь должен храниться на передвижном пожарном щите и окрашиваться в красный цвет использование его в других целях не разрешается.
Исправность и наличие пожарной техники должно периодически проверяться.
Освещенность шагающего экскаватора.
Пониженный уровень освещения на рабочем месте способствует быстрому утомлению глаз заставляет напрягать зрение ослаблению сосредоточенности.
Повышенный уровень освещения приводит к раздражительности и нарушениям центральной нервной системы.
Для выполнения работ в ночное время шагающие экскаваторы обеспечиваются осветительной системой которая питается от сети напряжением 220 В. В осветительную систему шагающего экскаватора входят: распределительные устройства с которых снимается осветительное напряжение пакетные выключатели электропроводка осветительная арматура и светильники.
Для электропроводки используются изолированные провода с алюминиевыми жилами марки АПРТО АПТРФ и АПН и с медными жилами марки ПРТО ПРВД ТПРФ и др.
Разрезы и экскаваторы освещают взрывозащищенными светильниками марки НОБ-300 НОБ-150 ВГЗ-200 с лампами накаливания 150 200 300 Вт.
Для наружного освещения используют светильники открытого исполнения и прожекторы заливающего света марки ПЗС-45.
Взрывозащищенные светильники снабжают защитными стеклами и сетками.
Ориентировка светильников в сторону освещаемых предметов повышает освещенность на 10-15%.
Нормы освещенности люкс.
Количество светильников.
Щит контрольно-измерительных приборов.
Помещение силовых агрегатов.
Ниже приведен пример расчета наружного освещения.
Полоса шириной b = 10м освещается установленными по ее краю на высоте h = 8м светильниками типа СКЗР-2х250 с лампами ДРЛ-250 (суммарный поток Ф = 22000 лм). Требуется получить освещенность Е = 30лк при коэффициенте запаса Кз = 13.
Расчет проведен точечным методом. Сумма относительных освещенностей в контрольной точке равна:
00 E Кз h2 r 1000 30 13 64 225
отсюда Се = Se2 = 14465 лк.
Такое значение Се имеет место при H = 032
отсюда y = H h = 032 8 = 256 м
где y – расстояние от контрольной точки до светильника.
Следовательно требуемое расстояние между светильниками:
L = 2 y = 2 256 = 512 м.
Возможно также освещение светильниками прожекторного типа ПЗС-45 с лампами ДРЛ-700. Расчет светильников прожекторного типа достаточно сложен поэтому здесь лишь определена необходимая мощность прожекторной установки:
W = m E Kз = 014 30 13 = 546 Втм
где W – удельная мощность;
m – коэффициент характеризующий лампу (для ДРЛ m = 012 – 016).
Влияние электромагнитного поля на организм человека.
Зависит от таких физических параметров как длина волны интенсивность излучения режим облучения – непрерывный и прерывистый а также от продолжительности воздействия на организм комбинированного действия с другими производственными факторами (повышенная температура воздуха наличие шума и др.) которые способны изменять сопротивляемость организма на действие ЭМП.
Комбинированное действие ЭМП с другими факторами производственной среды вызывает некоторое усиление действия ЭМП.
Ограждение движущихся частей механизмов.
Для создания безопасных условий труда движущиеся части механизмов должны иметь ограждения исключающие случайное попадание рабочих в опасную зону во время обслуживания оборудования. Ограждения могут быть сплошными сетчатыми и перильными.
Сплошные ограждения устанавливаются на расстоянии не менее 35 см от движущихся частей механизмов.
Сетчатое ограждение выполняется с целью обеспечения простоты конструкции ограждений. Размер ячеек металлических сеток должен быть не более 30х30 мм. Высота сетчатого ограждения должна быть не менее 18 м. Механизмы имеющие высоту менее 18 м огораживаются полностью.
Ограждения устанавливаемые на расстояние более 35 см от движущихся частей механизмов могут выполняться в виде перил. Высота перил определяется размерами движущихся частей и должна быть не менее 125 м. Нижний пояс ограждений – 20 см промежуток между поясами должен быть не более 40 см а расстояние между осями стоек не более 25 м.
Инструкция по эксплуатации комплектного тиристорного электропривода КТУЭК дополнительно требует чтобы обе его двери были закрыты на замки ключи от которых должны находиться в месте не доступном для посторонних.
1.3.Экологичность проекта
С экологической точки зрения шагающий экскаватор не представляет опасность для окружающей среды.
Единственным фактором загрязнения окружающей среды являются горючесмазочные материалы вследствие попадания их в почву и продукты их сгорания при пожарах.
Важную роль в обеспечении экологической безопасности играют средства технологического контроля механического оборудования.
Своевременная диагностика аварийного состояния механизма позволит существенно снизить масштабы возможного загрязнения окружающей среды.
1.4.Чрезвычайные ситуации.
Структура объекта исследуемого в данном проекте заставляет отдельно рассмотреть чрезвычайные ситуации техногенного характера. К ним можно отнести:
Аварии в электроэнергетических сетях;
Вышеперечисленные чрезвычайные ситуации могут произойти из-за ошибок в проектировании и эксплуатации в частности нарушения правил пожарной безопасности а также воздействия окружающей среды.
При возникновении наиболее вероятной чрезвычайной ситуации – пожара необходимо:
Обеспечить эвакуацию персонала в соответствии со схемой эвакуации;
Оценить масштабы пожара и оповестить пожарных;
Принять меры по ликвидации пожара собственными силами (если это возможно);
Принять меры по оказанию помощи пострадавшим;
Принять меры по выявлению причин возникновения чрезвычайной ситуации для исключения ее повторения в будущем.
При выполнении всех требований по технике безопасности эксплуатация шагающего экскаватора обслуживание и ремонт его электрооборудования не представляют опасности для здоровья рабочих и их трудовой деятельности.
Главный путь борьбы с аварийностью – это максимальная автоматизация всех производственных процессов особенно процессов устранения аварий. Необходимо разрабатывать и внедрять системы для автоматического обнаружения ситуаций угрожающих безаварийной работе всех электроустановок экскаватора. При возникновении пожара созданы все условия для его успешной ликвидации.
В настоящем дипломном проекте был разработан электропривод механизма поворота шагающего экскаватора ЭШ 20.90.
Произведен выбор и расчет силовой части электропривода поворота.
Проект содержит разработку системы автоматического регулирования привода синтез регуляторов и косвенной обратной связи по скорости.
Внедрен программируемый контроллер который решает наиболее оптимально все задачи регулирования дополнительно снизив массогабаритные показатели в целом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Винокурский Х.А. Экскаваторы шагающие. М.-Свердловск Машгиз (Урало-Сиб. отд-ние) 1958. 331с.
Волков Д.П. Динамика электромеханических систем экскаваторов. М. «Машиностроение» 1971. 383с.
Домбровский Н.Г. Экскаваторы. Общие вопросы теории проектирования исследования и применения. М. «Машиностроение» 1969. 298с.
Зафесов М.И. Повышение эффективности работы шагающих экскаваторов. М.: Ин-т «Цветметинформация» 1978. 26с.
Исследование нагрузок в узлах экскаваторов: Сб. науч. Тр.Всесоюз. Н.-и и проект.- констр. Ин-т металлургического машиностроения им. А.И.Целикова; Под ред. В.А.Оленева-М.: Б. и. 1987. 95с.
Охрана труда в электроустановках Под ред. Б.А.Князевского. М.: Энергоатомиздат 1983. 336с.
Попов Ю.И. Экскаваторы шагающие. Киев: Мангиз(Укр. отд-ние) 1955. 156с.
Расчет систем подчиненного регулирования скорости: Методические указания к проекту по курсу «Системы управления электроприводами» М.Ю.Бородин В.П.Метельков В.И.Зеленцов. Екатеринбург. УПИ 1955. 36с.
Сатовский Б.И. Царь-машина. Записки конструктора. Свердловск: Сред.-Урал. Кн. Изд-во 1987. 126с.
Справочник по автоматизированному электроприводу Под ред. В.А.Елесеева и А.В.Шинянского. М.: Машиностроение 1990. 304с.
Шагающие экскаваторы Уралмашзавода. М.-Свердловск Машгиз (Урало-Сиб. отд-ние) 1958. 331с.

Глава 3.doc

ek – ЭДС короткого замыкания трансформатора;
U2л – линейное напряжение вентильной обмотки;
I тр – ток вентильной обмотки;
Найдем индуктивность якоря двигателя:
К – для компенсированных машин постоянного тока;
p – число пар полюсов двигатели;
Lядц = 1.373×10-4 Гн;
Lдр1 = 8.11×10-4 Гн.
10.2. Cглаживание пульсаций выпрямленного напряжения
Для машин серии П2ПМ пульсации тока не должный превышать 7% от номинального значения:
где: kп= 0.24 – коэффициент пульсации основной гармоники;
I NП = 0.07 · I N = 107.1 А – ток пульсирующей составляющей;
с= 314 радс – угловая частота питающей сети;
m = 6 – число пульсаций;
Ed0 = 554 В – ЭДС холостого хода тиристорного преобразователя.
Индуктивность рассеяния питающего трансформатора приведенная к цепи выпрямленного тока:
LТР = 1.636×10-5 Гн;
Индуктивность дросселя:
Lдр2 = L - Lядц- Lтр;
Lдр2 = 5.053×10-4 Гн.
10.3. Для ограничения скорости нарастания аварийного тока в первый полупериод питающего напряжения
Iдоп = 3.825 ×10 3 А;
Iнач = 1.53 ×10 3 А;

титул.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок»
ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ПЛАТФОРМЫ ШАГАЮЩЕГО ЭКСКАВАТОРА ЭШ-20.90
Пояснительная записка
РуководительВ.П. Метельков
КонсультантВ.В. Сидоров
Консультант С.А. Дубровина
Н.контр.А.В. Кириллов
СтудентИ.С. Еременко

силовая часть.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Схема электрическая принципиальная
Принципиальная схема силовой части.

nagruzochnaya.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Нагрузочная диаграмма.

структурная.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Структура программы контроллера
Циклограмма работы механизма

kinematika i obshiy vid.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Техническая характеристика.
Общий вид шагающего экскаватора.

авт4.dwg

Циклограмма работы механизма
Структура программы контроллера

экономика.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Технико-экономическое обоснование
Технико-экономические показатели

автоматика.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Структура программы контроллера
Циклограмма работы механизма

функциональная.dwg

Article No.Reference
Кинематическая схема механизма поворота платформы шагающего экскаватора.
Общий вид экскаватора.
Кинематическая схема.
Функциональная схема.

авт4.frw

Циклограмма работы механизма
Структура программы контроллера

Библиографический список.doc

Библиографический список
Башарин А.В. Новиков В.А. Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для ВУЗов. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние 1982. – 392 с.
ГОСТ 12.1.005-88 Воздух рабочей зоны общие санитарные гигиенические требования.
ГОСТ 12.4.123-83 Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах.
ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность. Защитное заземление зануление.
ГОСТ 12.1.019-79 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.
ГОСТ 12.1.003-83 Шум. Общие требования безопасности.
Евзеров И.Х. Горобец А.С. Мошкович Б.И. и др. Комплектные теристорные электроприводы: Справочник. Под ред. к.т.н. Перельмутера В.М. М.: Энергоатомиздат 1988. – 319 с.
Обзор средств автоматизации производства производимых фирмой Сименс. НПО «Композиционные материалы» учебный центр «SIЕMENS». Екатеринбург 1999. – 25 с.
Перциков В.И. Волочильные станы. М.: Металлургия 1986. – 208 с.
Проектирование электроприводов. Справочник. Под ред. А.М.Вейнгер В.В. Караман Ю.С. Тартаковского В.П. Чудновского. Свердловск: Среднеуральское книжное издательство. 1980. - 160 с.
Разработка моделей объекта и программ управления на SIMATIC S7. Приложение 2 к учебному курсу ST-7PROG1. НПО «Композиционные материалы» учебный центр «SIЕMENS». Екатеринбург 1999. – 65 с.
Расчет систем подчиненного регулирования скорости: Методические указания к проекту по курсу «Системы управления электроприводами» М.Ю.Бородин В.П. Метельков В.И.Зеленцов. Екатеринбург: УПИ 1995.- 36 с.
Савин Г.А. Волочение труб. М.: Металлургия 1982. – 160 с.
Система управления электроприводами: Методические указания к проекту М.Ю. Бородин Е.Г.Казаков Г.М. Упчер В.Н. Поляков. Свердловск: УПИ 1991. – 36 с.
СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение.
СНиП 2.04.05-91 Отопление вентиляция и кондиционирование.
СНиП 245-71 Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.
Справочные данные по элементам электропривода: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Теория электропривода» И.Я. Брославский А.М. Зюзев В.И. Лихошерст В.П. Метельков С.И. Шилин. Екатеринбург: УГТУ 1995. – 56 с.
Челикин М.Г. Клюев В.И. Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия 1979. – 616 с.
Шрейнер Р.Т. Система подчиненного регулирования электроприводов. Часть 1. Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулированием координат: Учебное пособие для ВУЗов. Екатеринбург: Издательство Уральского государственного профессионально-педагогического университета 1997. – 279 с.

Глава 5 (5.6.).doc

5.6. Расчет регулятора скорости
Принципиальная схема контура скорости приведена на рисунке 5.2.
6.1. Некомпенсированная постоянная времени контура скорости:
6.2.Частота среза контура скорости:
6.3. Напряжение на выходе измерителя скорости при п= 1500 обмин:
6.4. Коэффициент передачи измерителя скорости в относительных единицах: ;
6.5. Проводимость на входе регулятора скорости по каналу обратной связи по скорости в относительных единицах:
6.6. Передаточная функция РТ по каналу положительной обратной связи по ЭДС реализована на усилителе А2:
6.7. Коэффициент усилителя А1:
6.8. Постоянная времени фильтра в цепи обратной связи (принято):
6.9. Безтоковая пауза:
6.10. Расчетное сопротивление в цепи обратной связи регулятора скорости:
6.11. Сопротивление на входе РС по каналу задания скорости:
Rвх = 6.667 × 104 Ом;
R1 = 3.333 × 104 Ом;
R3 = 3.333 × 104 Ом;
R5 = 3.333 × 104 Ом;
R7 = 3.333 × 104 Ом.
6.12. Емкость на входе РС по каналу обратной связи по скорости:
6.13. Емкость на входе РС по каналу обратной связи по скорости:
6.14. Напряжение на входе умножителя по каналу потока соответствующий Фн (принято): UФmax = 10 В.
6.15. Коэффициент передачи множителя:
6.16. Напряжение на входе усилителя А1 по каналу задания соответствующее nдв max принято:

Глава 5 (5.12).doc

5.12.5. Коэффициент передачи датчика ЭДС по каналу связи по току с учетом потенциометра R44:
12.6. Сопротивление резистора в обратной связи усилителя А5:
R35 = (R36 + R46) · КДЭН;
12.7. Постоянная времени фильтра по каналу связи по напряжению:
12.8. Постоянная времени фильтра по каналу связи по току:
12.9. Постоянная времени форсирующего звена по каналу тока:
12.10. Коэффициент передачи усилителя(у) (принято):
12.11. Емкость конденсатора установленного на входе усилителя А2 (У):
12.12. Сопротивление резистора в обратной связи усилителя А2 (У):
RосА2 = 2.059×10 4 Ом;
R5 = 1.029×10 4 Ом;
R18 = 1.029×10 4 Ом.
12.13. Сопротивление резистора на входе усилителя А2(У):
R’вхА2 = 2.742 ×103 Ом;
R19 = 1.371 ×103 Ом.
12.14. Cопротивление резистора на входе усилителя А2(У):
RвхА2 = 2.059×10 4 Ом;
R16 = 1.029 ×10 4 Ом;
R17 = 1.029 ×10 4 Ом.
12.15. Коэффициент усилителя А2:
12.16. Емкость конденсатора установленного по каналу связи по току:
12.17. Емкость конденсатора С3:
12.18. Коэффициент передачи усилителя А5 (РС) по каналу связи по току с учетом R44:
Принимаю значение по стандартам ГОСТ 2825-67 и ГОСТ 10318-74 по рядам Е24 Е96: