Разработка электропривода ленточного конвеера 2ЛТ-80

Содержание

ЗАДАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Климатические условия эксплуатации и выбор степени защиты электрооборудования

Расчет и выбор элементов кинематики механических передач

2.1 Расчет и выбор конвейерной ленты

2.2 Расчет и выбор диаметра роликов и расстояния между

роликоопорами

2.3. Расчет и выбор диаметра барабанов

2.4. Расчет и выбор редуктора

Расчет сил сопротивления движению ленты о участкам конвейера

4. Расчет электропривода

4.1. Выбор электродвигателя по каталогу

4.2. Расчет требуемой жесткости механической характеристики второго двигателя

4.3. Расчет динамических нагрузок привода конвейера в режиме аварийного пуска полностью загруженным

4.4. Проверка выбранных двигателей по нагреву и перегрузочной способности

5. Анализ возможны вариантов силового канала электропривода конвейера

6. Структурная схема электропривода

6.1. Преобразователи частоты серии “УНИВЕРСАЛ”

6.2. Преимущества применения электроприводов на базе ПЧ “УНИВЕРСАЛ”

7. Моделирование переходных процессов

8. Расчет характеристик асинхронного короткозамкнутого двигателя

8.1. При управлении от преобразователя частоты с инвертором напряжения

8.2. При управлении от преобразователя частоты с инвертором тока

9. Описание работы электрической схемы

9.1. Функции, выполняемые схемой

10. Электроснабжение

10.1. Выбор системы электроснабжения

10.2. Расчет электроснабжения очистного участка

шахты “Подмосковная”

10.2.1. Выбор участкового силового трансформатора

10.2.2. Выбор сечений кабельной сети по нагреву

10.2.3. Расчет участковой сети по потере напряжения при нормальном режиме работы

10.2.4. Проверка участковой сети на колебания напряжения при пусковом режиме

10.3. Защита кабелей и электрооборудования устанавливаемого в подземных выработках

11. Вспомогательное устройство автоматизированного конвейера

11.1. Контроль схода ленты

11.2. Контроль пробуксовки и обрыва ленты

11.3. Учет перемещаемых грузов

12. Охрана труда и окружающей среды

12.1. Анализ опасных и вредных факторов

12.2. Разработка устройств по очистке вентиляционных и промышленных выбросов от газов и пыли

12.3. Расчет и проектировка заземляющего устройства

12.4. Пожарная безопасность

12.5. Охрана окружающей среды

13. Технико–экономические показатели

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение

Введение

Стремление повысить производительность и качество продукции, создать условия для комплексной автоматизации приводит к непрерывному расширению многочисленного класса агрегатов непрерывного действия, обеспечивающих непрерывность технологического процесса за счет совмещения отдельных операций в одной линии. К этому классу агрегатов относятся и технологические линии по обработке изделий из полимеров: экструзионные машины и линии непрерывной вулканизации для нанесения покрытий на жилу кабеля или провода, кордные линии протекторные и автокамерные агрегаты, линии для производства пленок и нанесения на них покрытий, агрегаты для производства листа и труб из пластмасс и целый ряд других механизмов.

Оптимизация технологического процесса изготовления изделии на рассматриваемых агрегатах ведется в двух направлениях. Первое связано с совершенствованием оборудования линий и его эксплуатации. Второе направление предполагает использование систем автоматического управления электроприводами со стабилизацией основных координат, определяющих качество продукции К таким координатам прежде всего относятся скорость движения и натяжение обрабатываемого изделия, его выходные размеры.

По мере интенсификации технологических процессов все большее влияние на динамику электроприводов и качество продукции оказывает наличие упругих звеньев в механической части электропривода.

Климатическоие условия эксплуатации и выбор степени защиты электрооборудования

Шахта «Подмосковная» ОАО «Тулауголь» расположена в Веневском районе Тульской области в 25 км южнее районного центра г. Венева в 7км севернее г. Новомосковска.

Сдана в эксплуатацию 28 декабря 1974 года. Поле шахты расположено на ВосточноГрызловском месторождении.

Угольный пласт имеет сложное строение, гипсометрия пласта слабоволнистая.

Зольность добываемой горной массы с учетом объемного веса угля и породных прослоек колеблется в пределах 3744%.

Поле шахты обводнено, коэффициент водообильности составляет 10м3/т.

Шахта не опасна по газу и пыли, относительная газообильность составляет 1,72 м3/т.

Доставка угля по выемочным штрекам осуществляется ленточными конвейерами 1Л100К и 2ЛТ80.

Условное обозначение конвейера следующее:

2 – типоразмер конвейера;

Л – ленточный;

Т – телескопический;

80 – ширина ленты в см.

Конвейер предназначен для транспортирования угля (горной массы) в выработках угольных и сланцевых шахт.

Конвейер 2ЛТ80, 2ЛТ80У устанавливается в выработках с углами наклона от минус 10 до плюс 10 градусов.

Длина поставки конвейера – 100м.

Атмосфера типа 1 по ГОСТ 15150 при запыленности воздуха не более 200мг/м3.

Относительная влажность при температуре 250С, не более 98%.

Макроклиматический район с умеренным климатом (исполнение Y)

Категория размещения 5 по ГОСТ 1515069 высота над уровнем моря не более – 1000м.

Колебание напряжения питающей сети от –15 до +10%.

Номинальное напряжение питающей сети 380 или 660В.

Выбираем электрооборудование по климатическим условиям УХЛ.

Электрооборудование может постоянно работать при температуре окружающей среды превышающей эффективную.

Запыленность воздуха 10мг/м3 следовательно используем электрооборудование по степенью защиты IP44.

Расчет и выбор элементов кинематики механических передач

В элементы кинематики механических передач конвейера входят: лента, барабан, ролики, редуктор.

2.3. Расчет и выбор диаметра барабанов

Выбираем диаметр барабанов по ГОСТу 1062463 по ширине ленты 700800мм, диаметр барабана 500мм.

Диаметры барабанов определяются, главным образом, назначением барабана (приводной, натяжной, отклоняющий, оборотный) и конвейер

Анализ возможных вариантов силового канала электропривода конвейера

Данный силовой канал электропривода рассчитан на переменный ток, напряжение 380В, частота тока 50 Гц. Возможны как регулируемые, так и нерегулируемые варианты электропривода.

Нерегулируемый электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, на такие двигатели не будут обеспечивать требуемые механические характеристики, так как они будут одинаковы, а нам нужно, чтобы одна механическая характеристика была бы мягче, следовательно, данный вариант силового канала электропривода нам не подходит.

Возможен вариант нерегулируемого электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором. Данный вариант электропривода не подходит. Так как у одного двигателя последняя ступень будет замыкаться накоротко, а у другого оставаться часть сопротивления, обеспечивая необходимую мягкость механической характеристики. Такой вариант удобен при постоянной неизменной нагрузке, но это не реально, т.к. за определенные промежутки времени транспортируется уголь разного веса.

В случае снижения веса транспортируемого конвейером сильно падает КПД и очень сильно возрастает энергоемкость. Следовательно, этот вариант не экономичен.

Структурная схема электропривода

Исходные данные к выбору ПЧ:

1)Мощность, кВт 55

2)Напряжение сети, В 380,50Гц

3)Диапазон регулирования частоты, Гц 40-60

4)Наличие встроенного ПИД-регулятора

5)Высокое качество синусоидального выходного напряжения с широтно импульсной модуляцией частотой не менее 4.5кГц

6)Силовые модули ПЧ на базе IGBT

7)Метод управления вольт-частотный квадратичный (U/f2)

8)Удаленная (до 5км) диспетчерская

9)Температура окружающей среды, 0С –0 +40

10)Стандарт защиты IP-44

При выборе ПЧ для нашей системы в качестве альтернативных вариантов более подробно были рассмотрены ПЧ трех фирм

SIMENS-ФРГ

YASKAWA-ЯПОНИЯ

“УНИВЕРСАЛ”-РОССИЯ разработчик МЭИ, кафедра автоматизированного электропривода.

Эти преобразователи последнего поколения построены на базе новых силовых модулей IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistorбиполярный транзистор с изолированным затвором), рассчитанных на токи до нескольких килоампер, напряжение до нескольких киловольт и имеющих частоту коммутации 30кГц и выше. Структурную силовую схему этих ПЧ составляют выпрямитель, фильтр и инвертор. Благодаря наличию промежуточного контура постоянного напряжения ПЧ этого типа позволяют менять частоту подвижного напряжения сети, как в сторону снижения, так и в сторону увеличения от его номинального (50Гц) значения. Инвертор, как выходной каскад которого выполняется на основе модулей IGBTмодулей, осуществляет обратное преобразование из постоянного тока в переменный с необходимым изменением напряжения и частоты с применением высокочастотной широтноимпульсной модуляции (ШИМ).В этом случае выходной сигнал ПЧ представляет собой последовательность импульсов напряжения постоянной амплитуды и изменяющейся длительности, которая на индуктивной нагрузке, каковой является обмотка статора электродвигателя, формирует токи синусоидальной формы.

Требования к частотно-регулируемому электроприводу определяются диапазоном требуемых скоростей вращения и типом нагрузки. В зависимости от характера нагрузки рассматриваемые преобразователи могут обеспечивать различные режимы управления электродвигателем, реализую ту или иную зависимость между скоростью вращения электродвигателя и выходным напряжением, например, режим с линейной зависимостью между напряжением и частотой (U/f=const), режим квадратичной зависимости (U/f2=const). Последний режим наиболее характерен для регулирования электроприводов лопастных насосов и вентиляторов.

Режим с линейной зависимостью между напряжением и частотой реализуется простейшими преобразователями частоты для обеспечения постоянного момента нагрузки и используется для управления синхронными двигателями или асинхронными двигателями, подключенными параллельно. Вместе с тем при уменьшении частоты, начиная с некоторого значения, максимальный момент двигателя начинает падать. Для повышения момента на низких частотах в ПЧ предусматривается функция повышения начального значения выходного напряжения, которая используется для компенсации падения момента для нагрузок с постоянным моментом (конвейера) или увеличения начального момента для нагрузок с высоким пусковым моментом, таких, например, как эструдер, промышленный миксер.

Перечисленные режимы управления достаточны для большинства применений. Вместе с тем для повышения качества привода требуется использование других, более современных методов управления. К ним относится метод управления потокосцеплением (Flux Current ControlFCC) и метод бессенсорного векторного управления (Sensorles Vector ControlSVC).Оба метода базируются на использовании адаптивной модели электродвигателя, которая строится с помощью специализированного вычислительного устройства, входящего в состав управления современных ПЧ.

Рассмотрим регулируемый электропривод. Возьмем диапазон регулирования скорости D=10. Регулирование скорости можно осуществлять при помощи двух преобразователей частоты, по одному преобразователю на двигатель, но при этом не будет осуществляться необходимая мягкость характеристик.

В нашем случае наиболее удобен электропривод с одним преобразователем частоты и двумя асинхронными двигателями с фазным ротором подключенные параллельно. Данный электропривод обеспечивает все технико-экономические показатели.

6.1. Преобразователи частоты серии “УНИВЕРСАЛ”.

ПЧ “УНИВЕРСАЛ” предназначены для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, буровых, судовых и других механизмов, использующих в качестве приводных асинхронные электродвигатели с коротко замкнутым ротором.

Преобразователи выпускаются в диапазоне мощностей от 0.55 <<А>> (0.55;0.75;1.1;1.5;2.2;3.0кВт)непрограммируемая, <<Б>>(1.5;2.2;3.7;5.5;7.5;11;15 кВт)-перепрограммируемая производителем, <<В>>(15;18.5;22;30;37;45;55;75;110;160;220;320кВт)интеллектуальная, перепрограммируемая пользователем. Преобразователи этого поддиапазона мощностей, рассматриваемые в настоящем информационном материале имеют единые принципы построения силовой и управляющей части.

Описание работы электрической схемы

9.1. Функции, выполняемые схемой

Электрическая схема управления обеспечивает работу конвейера в автоматизированном режиме с выполнением следующих функций, а именно:

автоматический пуск конвейера с пульта управления;

подачу предупредительного сигнала по линии конвейера перед его пуском;

остановку конвейера, как с пульта управления, так и с блока управления;

отключение конвейера при срабатывании различного рода защит;

остановку конвейера при отсутствии напряжения питания на устройстве сигнализации, при превышении скорости ленты относительно приводного барабана на конвейере, т.е. отключение контакта реле устройство, при размыкании контакта установки пожаротушения, отсутствии давления в противопожарном трубопроводе;

контроль времени пуска конвейера;

контроль снижения скорости ленты от номинальной и наложение тормозов при скорости ленты меньше или равной 0,5 м/с;

аварийное отключение пускателя лебедки натяжения и привода конвейера, если натяжение ленты превышает допустимые пределы, установленные на манометре или если натяжная каретка находится в крайнем положении и воздействует на выключатель; световую и звуковую сигнализации при отключении конвейера вследствие срабатывания защит.

Электроснабжение

10.1. Выбор системы электроснабжения

В соответствии с указаниями Инструкции по проектированию электроустановок угольных шахт рекомендуется проектировать без постоянного дежурного персонала с применением устройств автоматики и сигнализации об аварийных отключениях.

Выбор числа и конструктивного исполнения питающих линий электропередачи 6·220кВ для новых и реконструируемых шахт производится в зависимости от метанообильности, водообильности и климатических условий в районе размещения шахты.

Проектирование электроснабжения следует выполнять исходя из перспектив развития предприятия.

К сетям внутреннего электроснабжения угольных предприятий относятся распределительные сети напряжение 110, 35,6, 10,04/0,23кВ в границах: сборные шины 110,35, 6, 10,04/0,23кВ главной понизительной подстанции (ГПП) – зажимы электроприемников. Эти сети служат продолжением энергосистемы и обеспечивают электроснабжение цехов предприятия, технологических агрегатов и отдельных электроприемников. Конфигурация сетей внутреннего электроснабжения предприятия зависит от:

числа, мощности, напряжения, режима работы основных машин и механизмов;

бесперебойности и степени резервирования приемников и предприятия в целом;

генерального плана предприятия;

характеристики источников питания (напряжение, мощность).

Указанные факторы зависят от: производственной мощности предприятия, количества и расположения стволов, размеров шахтного поля, глубины и водообильности шахты, размеров и формы площади открытых разработок, мощности и т.д.

Сети внутреннего электроснабжения предприятий представляют собой совокупность главных понижающих или распределительных подстанций и распределительных сетей.

В практике эксплуатации угольных предприятий широкое распространение получили две основные схемы распределения электроэнергии: радиальная и магистральная. Предприятие в целом использует комбинированную схему внутреннего электроснабжения, представляющую собой сочетание радиальной и магистральной схем.

При радиальной схеме распределения питающие линии от источника питания (ГПП, РП), к каждому потребителю, распределительному пункту или трансформаторной подстанции выполняются без ответвлений на пути для питания других потребителей.

При магистральной схеме распределения электроэнергии питание нескольких потребителей осуществляется по одной или нескольким линиям, заводимым в распределительные пункты этих потребителей.

Электроснабжение электроприемников напряжением до 1000В в подземных выработках угольных шахт осуществляется от подземных участковых передвижных подстанций. В последнее время получили некоторое распространение в подземных выработках электроприемники на номинальное напряжение 1140В. Эти потребители также питаются от ПУПП.

В проект заложены два типа участковых подстанций:

стационарные – для питания электроприемников стационарных механизмов,

передвижные – для питания электроприемников передвижных машин и механизмов.

Стационарные подстанции устанавливаю в камерах с решетчатой дверью, без притовопожарны дверей. В такой подстанции в установке принимают как сухие трансформаторы во взрывобезопасном исполнении, ток и передвижные трансформаторные подстанции (ПУПП) в количестве от одного до трех.

Для шахт Подмосковного угольного бассейна, где применяется обычная система подготовки шахтного поля – панельная с отработкой длинными столбами, системы электроснабжения заметно отличаются от обычных. Особенности систем электроснабжения в Подмосковном угольном бассейне определяются следующими основными условиями:

Шахты не являются опасными по газу или пыли, хотя и находятся на газовом режиме.

Глубина залегания пласта 5070м.

Питание потребителей электроэнергии на участке осуществляется напряжением 380В или 660В через скважины от трансформаторных киосков, установленных на поверхности.

Транспорт по сборному панельному штреку – электровозный.

При неглубоком залегании пластов (до 400м) в ряде случаев питание подземных электроприемников целесообразно и экономично производить с поверхности через энергетические скважины.

При этом способе питания электроприемников передача электроэнергии осуществляется от ГПП шахты до энергетически скважин по воздушной и кабельной ЛЭП 610кВ, а также по воздушным ЛЭП 35110кВ, от устья энергетических скважин до РПП напряжением 0,666кВ по кабельным линиям электропередачи соответствующего напряжения.

Электроснабжение участков через скважину позволяет:

а) снизить стоимость сетей напряжением 6кВ за счет замены дорогостоящих подземных кабельных линий более дешевой воздушной ЛЭП;

б) снизить стоимость электрооборудования на напряжение 6кВ за счет применения общепромышленного электрооборудования вместо взрывобезапасного исполнения;

в) сократить строительство подземных сооружений для РПП6 и ПУПП;

г) повысить безопасность обслуживания системы электроснабжения и применения электроэнергии в подземных выработках за счет уменьшения протяженности сетей, что обеспечит защиту от однофазных замыканий на землю.

Применяют способ питания участка через скважину низким напряжением 660В. Участок получает электроэнергию от общешахтной подстанции по ЛЭП –10кВ. На энергоскважине установлен трансформатор ТМ630кВ·А. От трансформатора по двум кабелям СБ 3х70 электроэнергия поступает в камеру энергоскважины. Рассчитываемый участок представляет собой одну лаву, оборудованную комплексом. Участок работает в 3 смены по добыче угля и одна смена ремонтная.

К недостаткам схемы питания через скважины относятся:

необходимость частого перемещения скважин по условиям потери напряжения,

необходимость бурения скважин и их закрепления обсадными трубами диаметром 125, 150мм, которые обычно не извлекаются и повторно не используются.

10.3. Защита кабелей и электрооборудования устанавливаемого в подземных выработках

В соответствии с ПБ в подземных сетях напряжением выше 1140В должно осуществляться защита линий, трансформаторов и электродвигателей от токов к.з.

Для электродвигателей следует предусматривать также защиту от токов перегрузки и нулевую защиту. Во всех случаях отключения сети защитами допускается применение автоматического повторного включения (АВП) однократного действия и устройств автоматического включения аппаратуры с блокировками против подачи напряжения на линии и электроустановки при повреждении их изоляции относительно земли и коротком замыкании.

Применение распределительных коробок без установки на ответвлениях к электродвигателям аппаратов защиты допускается только для многодвигательных приводов при условии, что кабель каждого ответвления защищен от токов к.з. групповым защитным аппаратом.

Кабели, прокладываемые в лаве, должны быть защищены от механических повреждений устройствами, входящими в комплекс, или другими средствами механической защиты кабелей.

Ближайшая к машине часть гибкого кабеля, питающего передвижные машины, может быть приложена по почве на протяжении не более 30м. При работе комбайнов и врубовых машин на пластах мощностью до 1,5м допускается прокладка гибкого кабеля по почве очистной выработки.

Гибкие кабели, находящиеся под напряжением, во избежании их перегрева должны быть растянуты и подвешены. Токовые нагрузки на кабели, которые по условиям эксплуатации должны находиться в бухтах или на барабанах, должны быть снижены на 30% от номинальной.

Выбор устройств релейной защиты, а также расчет и проверка параметров срабатывания этих устройств следует выполнять согласно Инструкции по выбору и проверке электрических аппаратов напряжение 346кВ.

Вспомогательное устройство автоматизированного конвейера

При автоматизации конвейерной установки кроме аппаратуры пуска и управления применяются автоматически действующие приборы контроля состояния отдельных узлов конвейера. К ним относятся приборы контроля наличия материала на ленте, мест перегрузки, схода и пробуксовки ленты, натяжение тягового органа и его обрыв.

11.1. Контроль схода ленты

Неправильная загрузка ленточного конвейера и неравномерная вытяжка ленты, плохой монтаж конвейерного става, налипание материала на барабаны и ролики – все приводит к отклонению ленты в сторону и сходу ее с роликоопор. Для устранения схода ленты применяются разнообразные центрирующие роликоопоры. Однако практика их использования показала, что существующие конструкции таких роликоопор не обеспечивают надежного центрирования ленты.

Для контроля схода ленты и отключения конвейера при отклонении ленты применяется аппарат АКЛ1. Он состоит из двух конечных выключателей, оборудованных рычагом. На рычаге расположен контролирующий ролик, который в нормальном состоянии перекатывается по нерабочей стороне ленты. При отсутствии ленты под роликом рычаг под действием груза поворачивается и переключает контакты выключателя. При этом обесточивается катушка реле РКЛ, которое отключает пускатель конвейера. Аппарат контролирует сход ленты в обе стороны

11.2. Контроль пробуксовки и обрыва ленты

Для предотвращения длительной пробуксовки ленты применяется аппарат контроля пробуксовки .

Этот аппарат реагирует также на разрыв ленты, нарушение целостности роликоопор и работы двигателей.

При нормальном движении ленты период полного оборота рычага, закрепленного на оси ведомого барабана конвейера, по времени будет постоянным. Реле времени пробуксовки РВП настраивается таким образом, чтобы время отпускания его замыкающего контакта было несколько больше периода полного оборота рычага. При увеличении времени оборота рычага, что может быть вызвано только пробуксовкой ленты, реле РВП размыкает свой контакт, так как замыкающий контакт конечного выключателя пробуксовки ВКП будет разомкнут дольше, чем время принятой установки реле РВП. В результате размыкание контакта РВП теряет питание катушки пускателя конвейера.

Устройство для контроля пробуксовки ленты отключает конвейер и при обрыве ленты. Однако на наклонном конвейере обрыв ленты ведет к ее сползанию вниз и тяжелой аварии. Поэтому на современных наклонных конвейерах обязательно устанавливают ловители лент – устройства удерживающие ленту при ее обрыве.

11.3. Учет перемещаемых грузов

Учет перемещаемых грузов является составной частью общей системы управления работой транспортной линии и всегда тесно связан с планированием и оперативным управлением. При полной автоматизации учета все операции по сбору, обработке и выдаче учетной информации выполняются автоматически. Для автоматизации учета в данном случае используем весовой метод учета.

Данный метод предполагает взвешивание без вывода груза из зоны транспортирования. Весоизмерительное устройство в этом случае является составной частью конвейера, что не ведет к снижению производительности конвейерной установки. В качестве высокоизмерительных устройств, встроенных в конвейерные линии, широко используются выпускаемые промышленностью ленточные весовые дозаторы непрерывного действия. Используем конструктивно унифицированные весы непрерывного действия предназначенные для автоматического взвешивания. Весы выполнены в виде самостоятельно транспортного механизма.

Усилие от веса материала находящегося на ленте конвейера, подвешенного на четырех подвесках весового механизма к раме передается через систему рычагов на уравновешивающий механизм, состоящий из метрологической пружины, демпфера и двух электрических дифференциально-трансформаторных преобразователей измерения, типа ПД5.

Каждой массе материала соответствует определенное положение метрологической пружины, и соответственно, плунжеров-преобразователей. Схема измерения построена на приборах частотноферрдинамической модели. Сигнал одного преобразователя измерения подается на вход измерительного прибора типа ВФС24СРР, осуществляющего показания и запись мгновенной производительности. Прибор имеет два выходных преобразователя ферродинамический и частотный сигнал последнего подается на вход частотного сумматора типа С4, показывающего суммарную массу материала, прошедшего через весы.