90116

Шагающий экскаватор

Курсовая

Логистика и транспорт

Шагающий экскаватор — экскаватор на шагающем ходу, обычно с оборудованием драглайна. Применение гидравлического шагающего (в отличие от гусеничного) движителя позволяет снизить нагрузку на грунт (масса машин может достигать сотен и даже тысяч тонн) и повысить надёжность. В неподвижном состоянии экскаватор опирается на грунт опорной плитой в основании; при необходимости сделать «шаг» вес переносится на опорные башмаки («лыжи»)

Русский

2015-05-30

922 KB

9 чел.

Содержание

1 Назначение, устройство и описание работы технологического оборудования                 3

2 Расчет статических нагрузок механизма и параметров одномассовой и двухмассовой схемы замещения                                                                                                                        6

3 .Расчет параметров структурной схемы силовой части электропривода постоянного

тока                                                                                                                                              8

4  Расчет передаточных функций регуляторов тока и скорости                                           11

5 Расчет статических и динамических характеристик электропривода аналитическими методами и проверка методом моделирования                                                                      21

6 Расчет нагрузочной диаграммы                                                                                             24

7 Выбор и проверочный расчет электродвигателя переменного тока для заданного механизма                                                                                                                                   27

Список литературы                                                                                                                    29


1 Назначение, устройство и описание работы технологического оборудования

Шага́ющий экскава́тор — экскаватор на шагающем ходу, обычно с оборудованием драглайна. Применение гидравлического шагающего (в отличие от гусеничного) движителя позволяет снизить нагрузку на грунт (масса машин может достигать сотен и даже тысяч тонн) и повысить надёжность.

В неподвижном состоянии экскаватор опирается на грунт опорной плитой в основании; при необходимости сделать «шаг» вес переносится на опорные башмаки («лыжи»); каждый башмак управляется двумя парами гидроцилиндров. Экскаватор приподнимается над грунтом, смещается на некоторое расстояние и снова садится на грунт опорной плитой. Опорные башмаки, в свою очередь, приподнимаются над грунтом и переносятся вперёд; затем цикл повторяется.

Рис.1 Драглайн ЭШ-100/100

Основные преимущества шагающих экскаваторов:

- большая надежность;

- долговечность конструкций и узлов при большой нагрузке;

- большая производительность при переэкскавации и приемкой грунта в отвалах;

- возможность черпания как выше, так и ниже уровня стояния;

- большая длина стрел (на 90-180% превышает длину стрел механических лопат той же массы);

- небольшое давление на грунт;

- конструкция машин позволяет производить ремонт основных узлов и агрегатов без привлечения вспомогательных грузоподъемных механизмов.

Шагающие экскаваторы эксплуатируют:

- на породах легких, средней крепости или взорванных крепких, когда целесообразно разрабатывать забои как нижним, так и верхним черпанием при бестранспортной системе разработки с непосредственной разгрузкой горной массы в отвал;

- на погрузке в транспорт с производительностью более низкой, чем у карьерной лопаты;

- при строительстве карьеров или проходке траншей и каналов, когда проектное сечение выработки мало и не допускает размещения в нем экскаватора.

Параметры экскаваторов-драглайнов ЭШ 100/100 [2]

Параметры

ЭШ-100/100

Номинальная вместимость усредненного вскрышного ковша для разработки и перевалки грунта с удельной массой 1650 кг/куб, м3

100

Длина стрелы, м

100

Угол наклона стрелы, град.

35

Продолжительность рабочего цикла, с

60

Радиус выгрузки, м

97

Напряжение питающей сети, кВ

10

Экскаватор-драглайн (рис. 1.1) имеет ковш, свободно подвешенный на канатах между головой и пятой стрелы, способный перемещаться под ней.

Рисунок 1.1 – Схема работы главных электроприводов экскаватора - драглайна

Наполнение ковша производится подтягиванием его к машине. Ковш внедряется в грунт под собственным весом и даже удерживается от чрезмерного заглубления с помощью подъемных канатов. С помощью же подъемных канатов производится подъем ковша к голове стрелы, при этом тяговые канаты удерживают груженый ковш от опрокидывания.

Особенности электроприводов копающиго механизма подъема и требования к нему

  1.  Циклический характер работы в напряженном повторно-кратковременном режиме с частыми пусками, реверсами и торможениями.
  2.  Наличие режимов опускания порожнего ковша, которые целесообразно выполнять на повышенной скорости.
  3.  Механизмы являются многомассовыми, обладают упругими кинематическими связями. Демпфирование ослаблено.
  4.  Широкий диапазон изменения статических нагрузок и их несимметрия, обусловленные активным моментом нагрузки от веса ковша и случайным  характером нагружения при копании.
  5.  Наличие в цикле экскавации сравнительно продолжительных участков удержания ковша, в течение которых привод должен работать с заданием на нулевую скорость, развивая на валу значительный момент.
  6.  Частые стопорения механизмов подъема, напора и тяги, которые в процессе копания могут носить случайный характер.
  7.  Оператор, управляя механизмами, анализирует ситуацию и изменяет задания на   их скорость. Это обстоятельство позволяет снижать требования к точности поддержания скорости и диапазону ее регулирования.

Условия эксплуатации электрооборудования экскаваторо:.

  1.  Температурный диапазон окружающего воздуха от-45 до +450С для климатического исполнения «У», от-50 до +450С для исполнения «ХЛ» и от-50 до +500С для исполнения «Т»
  2.  Высокая запыленность окружающего воздуха – содержание не агрессивных и не взрывоопасных частиц до 3 мг/м3.
  3.  Влажность воздуха до 85% при +200С.
  4.  Жесткие механические воздействия (тряска, вибрация, удары, наклоны).
  5.  Ограниченная мощность карьерных сетей. Существенные колебания напряжения, выходящие за нормы ГОСТ для промышленных сетей (до +20% …-40%).
  6.  Стесненные условия размещения, ограниченные зоны обслуживания.
  7.  Эксплуатация в полевых условиях, затрудняющих обслуживание и ремонт техники на объекте.
  8.  Нехватка обслуживающего персонала.

Из перечисленных технологических особенностей и условий эксплуатации вытекают следующие основные требования к главным электроприводам экскаваторов.

  1.  Бесступенчатое регулирование скорости в диапазоне (6-10):1, обеспечение реверса и рекуперативное торможение.
  2.  Жесткость механической характеристики должна обеспечивать удержание ковша и позиционирование механизмов в нуле задания скорости, осуществлять демпфирование упругих электромеханических колебаний, обеспечивать оператору визуальный контроль над нагрузкой электропривода, защищать  механическое и электрическое оборудование от чрезмерных перегрузок.
  3.  Ограничение момента в установившихся режимах, стопорениях и «тяжелых» переходных процессах, сумма статического и динамического моментов превышает допустимое значение.
  4.  Ограничение ускорения в «легких» переходных процессах, когда сумма статического и динамического моментов не достигает допустимой величины.
  5.  Ограничение рывка (производной момента) в переходных процессах.
  6.  Минимальное время переходных процессов для механизмов при соответствующих ограничениях на момент, ускорение и рывок.

Электропривод должен сохранять работоспособность при глубоких просадках напряжения сети. При авариях и отключениях сети «самоходы» механизмов должны быть исключены. [15]


2 Расчет статических нагрузок механизма и параметров одномассовой и двухмассовой схемы замещения

Для определения усилий, возникающих при работе экскаватора, необходимо вычислить значения масс и размеров экскаватора по эмпирическим формулам, приведенным в [3].:

      

Е – вместимость ковша, .

Определим массу ковша,  [3,c.7]  

     (2.4)

где  - коэффициенты для определения массы ковша экскаватора для тяжелых условий работы [3,прил. 3]

Определим вес ковша [3,c.9]

,     (2.5)

где  – ускорение свободного падения,  

Определим массу породы в ковше,  [3,c.7]

,       (2.6)

где – плотность горной породы в целине, т и  - коэффициент разрыхления породы [3,c.180]

Определим массу груженого ковша,

     (2.7)

Определим вес ковша с породой, [3,c.9]

    (2.8)

Усилие в подъемном канате в момент отрыва ковша от забоя  [3,ф.1.58]:


Мощность двигателя механизма подъема в момент отрыва  [3,ф.63]:

,    (2.9)

где - скорость подъема [3, прил. 7]

Усилие в канате при подъеме груженого ковша [3,ф.1.59]:

      (2.10)

Мощность двигателя при подъема груженого ковша [3,ф.1.64]:

,   (2.11)

Усилие в канате при спуске порожнего ковша [3,ф.1.60]:

       (2.12)

Мощность двигателя при спуске порожнего ковша [3,ф.1.65]:

,  (2.13)


3 .Расчет параметров структурной схемы силовой части электропривода постоянного тока

Определим средневзвешенную мощность двигателя подъемного механизма  [3,ф.1.67]:

(3.1)

где   -время отрыва ковша из забоя, принимается равным 3 с [3, стр23]

     = 0,3tцикла – время подъема, с

     =0,35tцикла – время спуска  ковша, с

Рис 3.1 – Кинематическая схема привода подъема [8]

При восьми двигателях мощность каждого из них:

      (3.2)

Исходя из средневзвешенной мощности, выбираем двигатель: МПЭ-2500-260 [9].

Номинальная мощность: РН = 2550 кВт

Номинальная скорость вращения: nН =260 об/мин

Номинальное напряжение: UН = 930 В

Номинальный ток якоря: Iя =2920 А,

Сопротивление обмотки якоря Rя = 0,00423 Ом

Сопротивление дополнительных полюсов Rдп = 0,0013 Ом

Сопротивление компенсационной обмотки Rко = 0,00278 Ом

 

КПД ηН = 94,2 %,

Момент инерции якоря двигателя: Jя =3250 кг·м2,

Продолжительность включения: ПВ=100%.

Напряжение возбуждения: Uв=129 В

Ток возбуждения:  Iв=48А

Число пар полюсов 10

Частота вращения выходного вала редуктора или барабанов [3,c.37]:

     (3.4)

Полное передаточное число редуктора механизма подъема [3,c.36]:

       (3.5)

Принимаем ближайший двухступенчатый редуктор с   260/65=4 [3,прил.8]

Выбор тиристорного преобразователя

Для осуществления автоматического регулирования предусматривают управляемые преобразователи, позволяющие автоматически под воздействием обратных связей изменять управляющий сигнал. В данном случае используем систему ТП-Д с импульсно-фазовым управлением. Для обеспечения равномерной загрузки двигателей применяем параллельную схему включения якорных обмоток двигателя.

Выбор тиристорного преобразователя производится по следующим условиям [4]:

Id.ТП > IН.ДВ

UdТП > UН.ДВ          (3.51)

где: Id.ТП – выпрямленный ток преобразователя, А;

IН.ДВ =IН 2= 29202=5840А  – номинальный ток двигателя;

UdТП – номинальное выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя;

UН..ДВ =UН=930В – номинальное напряжение эквивалентного двигателя;

В соответствии с требованиями выбираем преобразователь марки [4]:

КТЭУ-6300/930-23222-УХЛ4

КТЭ серия комплектного тиристорного электропривода  

6300 – номинальный ток, А;

930 – номинальное напряжение двигателя, В

2- двухдвигательный с параллельным соединением якорей;

3 – реверсивный с изменением напряжения на якоре;

2- способ соединения с сетью – трансформатор;

2 – основная регулируемая координата – скорость с двухзонным регулированием;

2 – с линейным контактором и динамическим торможением.

УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения.

В состав комплектного тиристорного электропривода входят:

  •  электродвигатель постоянного тока с датчиком скорости;
  •  ТП для питания якоря электродвигателя, состоящий из силовых тиристоров с системой охлаждения, защитных предохранителей, разрядных и защитных LС-цепей, СИФУ, устройств выделения аварийного режима, контроля предохранителей и защиты от перенапряжений;
  •  ТП для питания обмотки возбуждения; '
  •  силовой трансформатор;
  •  коммутационная и защитная аппаратура в цепях переменного и постоянного тока (автоматические выключатели, линейные контакторы, рубильники);
  •  сглаживающий реактор в цепи постоянного тока  ;
  •  устройство динамического торможения (при необходимости);
  •  шкаф высоковольтного ввода, используемый при подключении нескольких электроприводов к одному масляному выключателю;
  •  система управления электроприводом (якорем н обмоткой возбуждения электродвигателя);
  •  комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода;
  •  узлы питания обмотки возбуждения тахогенератора и электромеханического тормоза;
  •  контрольно-испытательные стенды;
  •  датчики, устанавливаемые на механизме;
  •  командные, сигнальные и управляющие устройства, монтируемые на пульте управления.

3.5 Выбор понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор нужен для согласования напряжения питания тиристорного преобразователя с напряжением питающей сети.

Для выбора питающего трансформатора для тиристорного преобразователя необходимо учесть следующие условия [4]:

- напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора должно совпадать с напряжением питающей сети:

U =UС;

где напряжение питающей сети UС = 10 кВ;

- вторичное номинальное фазное напряжение трансформатора:

U2НФ > U2Ф.расч;

где: U2Ф.расч – вторичное фазное расчетное напряжение трансформатора;

- номинальный вторичный фазный ток трансформатора:

I2ФН > I2Ф.расч.;

где: I2Ф.расч – расчетный вторичный фазный ток трансформатора;

Вторичное фазное расчетное напряжение трансформатора:

U2Ф.расч=0,98 Е;

где: Е – вторичная фазная ЭДС трансформатора;

Е2Ф.расчu Еd0;

где: Кu =1/2,34  - коэффициент зависящий от схемы выпрямления, в данном случае для трехфазной мостовой схемы;

 Еd0 – ЭДС на выходе преобразователя;

Э.Д.С. на выходе преобразователя:

где: КС =1,051,1- коэффициент, учитывающий возможное скачки напряжения питающей сети на 5÷10%;

Кd = 11,15 – коэффициент, учитывающий неполное открывание тиристоров при максимальном управляющем сигнале;

КП = 1,05 – коэффициент, учитывающий падение напряжения в преобразователе;

Ud – требуемое выпрямленное напряжение, соответствующее номинальному напряжению питания эквивалентного двигателя;

В;

В;

U2Ф.расч=0,98 504,95=494,86 В;

I2Ф.расчI2Id;

где: KI2 = 0,815 -  коэффициент зависящий от схемы выпрямления, в данном случае для трехфазной мостовой схемы;

Id – номинальный выпрямленный ток, соответствующий номинальному току якоря эквивалентного двигателя;

I2Ф.расч=0,8155840=4759,6 А;

Требуемая мощность трансформатора:

STР = KSPd;

где: KS = 1,045 - коэффициент зависящий от схемы выпрямления, в данном случае для трехфазной мостовой схемы;

Pd – требуемая выпрямленная мощность;

Pd = UН.ДВIH.ДВ = 9305840 =5431,2кВт;

 STР =1,0455431,2=5675,6 кВА;

Исходя из полученных данных выбираем трансформатор трехфазный масляный [5]: ТМП-6300/10

:Схема соединения обмоток трансформатора:

/-11;

Мощность: ST =

6360 кВА;

Напряжение сетевой обмотки: U=

10 кВ;

Напряжение вентильной обмотки: U =

900В;

Ток вентильной обмотки: I =  

4080 А;

Потери в режиме короткого замыкания: РКЗ =

44800 Вт;

Напряжение короткого замыкания: uКЗ% =

8,4 %;

3.6 Расчет и выбор сглаживающего дросселя

Сглаживающий дроссель предназначен для снижения пульсаций ЭДС и выпрямленного тока.

Для проверки необходимости в установке и оценки индуктивности сглаживающего дросселя необходимо выполнить два условия:

1.

2.

где: L - суммарная индуктивность якорной цепи;

ЕПУЛЬС – пульсирующее ЭДС;

т = 6 – пульсность для трехфазной мостовой схемы;

IПУЛЬС – пульсирующий ток;

С – угловая частота тока сети;

Id.ГР – граничное значение выпрямленного тока;

L =LЯ.ДВ+LТР;

где: LЯ.ДВ – индуктивность обмотки якоря эквивалентного двигателя;

LТР – индуктивность трансформатора;

где: К = 0,25 – коэффициент учитывающий размагничивающее действие якоря, в данном случае для компенсированных машин постоянного тока;

р = 10– число пар полюсов;

Гн;

где: ХТР – индуктивное сопротивление фазы трансформатора;

а =2 – коэффициент учитывающий мостовую схему выпрямления;

где: ZТР – полное сопротивление фазы трансформатора;

RTP –активное сопротивление фазы трансформатора;

где: I1ФН – номинальный фазный ток первичной обмотки трансформатора;

КTP – коэффициент трансформации трансформатора;

т2 = 3 – число фаз во вторичной обмотке;

где: I – номинальный линейный ток первичной обмотки трансформатора;

А;

В;

;

Ом;

Ом;

Ом;

С = 2fC;

где: fC = 50 Гц – частота тока питающей сети;

С =23,1450 = 314,159 с-1;

Гн;

L =2·0,00015+2·0,0002=0,0007 Гн;

ЕПУЛЬС=0,2 UН.ДВ=0,2930=186 В;

IПУЛЬС=(0,20,3) IН.ДВ=0,35840=1752А;

Id.ГР = 0,1IН.ДВ = 0,15840 = 584 А;

Произведем проверку необходимости применения сглаживающего дросселя:

1.

2. .

Условия удовлетворены, следовательно дополнительный сглаживающий дроссель не нужен.


4  Расчет передаточных функций регуляторов тока и скорости
 

Расчет структурной схемы ЭП подразумевает определение передаточных функций звеньев системы автоматизированного электропривода: регуляторов, объекта регулирования, обратных связей. [12]

Для согласованной работы многодвигательного привода на механизм подъема предусматриваем контур регулирования тока с датчиком контроля суммарного тока цепи. Задание на внутренний контур регулирования тока вырабатывается регулятором скорости с обратной связью по скорости от одного из двигателей.

Сущность построения систем с подчиненным регулированием координат заключается в следующем (см. рис. 4.1) [12]:

Объект управления представляется в виде цепочки последовательно соединенных звеньев с передаточными функциями W01(p), W02(p), …, W0i-1(p), W0i(p), выходными параметрами которых являются контролируемые координаты объекта: напряжение, ток, скорость и т.д.

Количество регуляторов с передаточными функциями 1(p), 2(p), …, i(р) в СПР устанавливается равным количеству регулируемых величин. Все регуляторы соединяются последовательно, так что выход одного является входом другого. Кроме того на вход каждого регулятора подается отрицательная обратная связь по той переменной, которая регулируется данным регулятором. В результате этого в системе образуются как бы вложенные друг в друга контуры регулирования. Таким образом, число контуров регулирования равно количеству регулируемых координат объекта.

Каждый внутренний контур управления подчинен следующему по порядку внешнему контуру, т.е. выходной сигнал регулятора любого внешнего контура является задающим для последующего, заключенного в него, контура. В итоге все внутренние контуры работают как подчиненные задаче регулирования выходной координаты системы.

Ограничение любой координаты достигается ограничением ее задания, т.е. выходного сигнала регулятора, внешнего по отношению к рассматриваемому контуру.

На выходе регулирующей части системы управления устанавливается фильтр. Постоянная времени Тμ этого фильтра является основным параметром системы авторегулирования и определяет важнейшие свойства системы.

Синтез регуляторов СПР осуществляется методом последовательной коррекции (начиная с внутреннего контура и кончая внешним). Практически при выборе передаточной функции регулятора Wpi(p) i-го контура стремятся решить две основные задачи:

  •  обеспечить за счет действия регулятора компенсацию наиболее существенных инерционностей объекта, входящих в данных контур, и тем самым улучшить быстродействие системы;
  •  обеспечить определенный порядок астатизма данного контура за счет введения в регулятор интегрирующего звена.

Передаточная функция регулятора i-го контура будет иметь вид:

. (4.1)

где [W0(p)]-1 – компенсирующая часть, устраняющая инерционность первого звена объекта регулирования;

       - составляющая, обеспечивающая астатизм системы по управляющему воздействию, Тi – это параметр системы, который выбирается по модульному     или симметричному оптимуму.

Настройка системы производится путем последовательной оптимизации контуров регулирования. Каждый контур оптимизируется по модульному или симметричному оптимумам, в основе которых лежит обеспечение вполне определенных показателей по выполнению, колебательности и точности системы автоматического управления, т.е. получение технически оптимального переходного процесса.

4.1 Моделирование и расчет параметров объектов управления

Главная цепь электромеханического преобразования энергии включает силовой полупроводниковый преобразовательный агрегат (СПА), электродвигатель       и промежуточную передачу механического движения рабочему органу механизма.

Силовой   полупроводниковый    преобразовательный   агрегат    ( СПА )   в    цепи якоря    рассматривается   как  управляемый   эквивалентный   генератор   ЭДС   с внутренним   активным   сопротивлением   и   внутренней   индуктивностью,   не зависящими   от   нагрузки   преобразователя.   Ток    нагрузки  считается непрерывным;    пульсирующие      составляющие   ЭДС   и   тока    нагрузки преобразователя     не       учитываются.

Питающая  сеть   считается   бесконечно   мощной,   т.е.   связанные   с изменением   нагрузки    колебания   напряжения   питания   преобразователя отсутствуют.   Полезная   составляющая   ЭДС   преобразователя     пропорциональна управляющему   воздействию   на   входе   его   системы   управления.   Данное воздействие предварительно фильтруется и ограничивается с целью

обеспечения помехозащищенности и работоспособности преобразователя при произвольном изменении    внешнего      управляющего        сигнала.

Двигатель   представляется   в   виде   генератора   противо-   ЭДС   с   внутренним активным сопротивлением и индуктивностью, не зависящими   от нагрузки.       Влияние     реакции       якоря    на      возбуждение     двигателя          не учитывается.

Механическая часть рассматривается как абсолютно жесткая приведенная одномассовая         система   с постоянной   величиной  момента инерции. Предполагается,   что    момент   статического   сопротивления    механизма   содержит     в    общем    случае    реактивную    и    активную     составляющие.  [12]

Уравнение преобразователя

Eп = Кп·Uу                                                                                                         (4.2)

где kп – коэффициент усиления преобразователя

      Uу – напряжение управления, В  

      Еп – ЭДС на выходе преобразователя, В

Это уравнение      описывает         характеристику  СПА    как    безинерционного       управляемого    источника       питания    в   цепи    якоря     двигателя

 Уравнение обмоток двигателя

Еп= Eд +IэRэ + Lэ                                                   (4.3)

где Iэ – мгновенное значение тока якоря, А

         Rэ –  эквивалентное   активное сопротивление цепи, Ом

         Lэ –  эквивалентное   индуктивное сопротивление цепи, Гн

         Eд – противо -ЭДС обмоток двигателя, В

Уравнение вращающего момента двигателя

М = k·Ф·Iя                                                         (4.4)

где k – конструктивная постоянная двигателя

Ф – магнитный поток, Вб

 Уравнение противо - ЭДС

Ед = k·Ф·Ω                                                    (4.5)

    где Ω – угловая частота вращения двигателя, с-1

 Уравнение механической части двигателя

  М-Мст=J , Нм                                                 (4.6)

    где Мст – статический момент нагрузки, Нм

          J – момент инерции, кг·м 2     

Эквивалентное сопротивление цепи   

            (4.7)

где - эквивалентное активное сопротивление, учитывающее снижение выпрямленного напряжения из-за коммутационного процесса в преобразователе

2 – учитывает мостовую схему ТП.

Так как два тиристорных преобразователя соединены параллельно их суммарное сопротивление

                                            (4.8)

Эквивалентное  сопротивление якорной цепи всех двигателей, Ом

Активное сопротивление цепи выпрямленного тока:

   (4.9)

Номинальная ЭДС последовательно соединенных двигателей

EД.НОМ= UД.Э- IД.НОМ∙2 RЯ = 930– 2920∙2·0,0083 =881,5 В.     (4.10)

ЭДС холостого хода преобразователя:  

Еd0 = KвнU2  = 1,35 ∙ 881,5= 1190  В.      (4.11)

 Передаточная функция тиристорного преобразователя:

 ,                                        (4.12)  

Передаточная функция якорной цепи:

                              (4.13)

Передаточная функция механической части

,                   (4.14)

               Рис.4.3 - Структурная схема объекта управления.

Индуктивности параллельно подключенных преобразователей

Lп =

Эквивалентная индуктивность выпрямленной цепи

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя:

      (4.15)

Механическая постоянная времени привода:

     (4.16)

Коэффициент передачи преобразователя по напряжению:

       (4.17)


Расчет параметров объекта регулирования  в относительных единицах

Для анализа удобнее выразить все переменные (кроме времени t) в относительных единицах. За базовые величины принимаем номинальные значения параметров [12]:

    (4.18)

Суммарное напряжение якорной цепи: Uб =U д.ном =930 В

Ток якорной цепи: Iб = Iд.ном = 2920А.

Сопротивление якорной цепи:

.       (4.19)

4.Угловая скорость: ωбВ = ωДНОМ = 27,3 рад/с.

5.Момент: Мб = МД.НОМ =  94000 Н∙м.

6.Напряжение системы регулирования: Uбр = 10 В.

7.Сопротивление системы регулирования: Rбр = Zбр = 10 кОм.

Относительный коэффициент передачи преобразователя по напряжению:

     (4.20)

Относительное значение магнитного потока:

         (4.21)

Относительное значение эквивалентного сопротивления цепи:

        (4.22)


4.2 Синтез системы автоматического регулирования

Система управления скоростью электропривода подъема экскаватора  включает в себя: - две системы регулирования скорости приводных двигателей, которые выполняются двухзонными, по принципу подчиненного регулирования параметров с последовательной коррекцией;

- систему задания скорости, вырабатывающую сигналы задания для системы регулирования тока;

-  систему автоматизированного стопорения при перегрузке.

Система регулирования скорости выполняется цифровой. Всё  функции управления реализуются на микропроцессорным устройством.

4.2.1. Расчет контура тока

 Анализ проводится при допущениях: индуктивность цепи якоря не изменяется при изменении тока нагрузки, размагничивающие действие реакции якоря не учитывается.  

Рис. 4.5– Структурная схема первого контура САР.

Передаточная функция регулятора

                                        ,                                   (4.23)

где [W0(p)]-1 – компенсирующая часть, устраняющая инерционность первого звена объекта регулирования;

       - составляющая, обеспечивающая астатизм системы по управляющему воздействию;

      Тi – это параметр системы, который выбирается по модульному                 или симметричному оптимуму.

Проектируемая САР применяется для стабилизации скорости привода, поэтому при настройке применяют модульный оптимум.

Согласно модульному оптимуму

                                                    Тi= Тμ·2i,                                          (4.24)

где i – номер контура;

Т1=2 Тμ 

По формуле 4.34 получаем передаточную функцию регулятора тока

,

,

 ,                                   

Таким  образом,  в  результате  синтеза  получается  пропорционально-интегральный  регулятор  тока.

Передаточный коэффициент датчика тока

        (4.25)

где: IСТОП – стопорный ток двигателя;

UЗ.max = 10 В – максимальное задание по току;

IСТОП=2,5IН.ДВ=2,52920=7300 А;

Передаточный коэффициент датчика тока в относительных единицах

Параметры регулятора тока в абсолютных единицах

,                          (4.26)

ТРТДТКТПRэ-12 Тμ =0,001· 119·0,04-1 0,02=0,06 с                           

Параметры регулятора тока в относительных единицах

,                                      (4.27)

Для  компенсации  внутренней  обратной  связи  по  ЭДС  двигателя  дополняем  схему положительной обратной связью по противо-ЭДС двигателя на вход регулятора скорости, с   звеном компенсации ЭДС (ЗКЭ) передаточная функция звена [12]

  (4.28)

Регулятор тока снабжаем нелинейным элементом НЭ 1 , обеспечивающий ограничение выхода регулятора, а следовательно защиту от чрезмерно больших управляющих воздействий [12].

4.2.2  Расчет контура скорости

Дифференциальные уравнения объекта управления.

  Если рассматривать замкнутый контур тока как колебательное звено с передаточной функцией,

то структурную схему контура скорости можно изобразить:

Рис 4.6 Структурная схема контура регулирования скорости.

Объект управления имеет передаточную функцию:

        (4.29)

Передаточная функция  регулятора скорости в соответствии с принципом подчинённого регулирования координат по формуле  4.1 [12]:

      (4.30)

где: ТW – постоянная времени контура скорости.

Исходя из настройки системы на модульный оптимум принимаем ТW =4Тμ

Задаемся максимальным напряжение на выходе датчика скорости равного напряжению управления 10 В.

Коэффициент передачи датчика скорости в абсолютных единицах

      (4.31)

Коэффициент передачи датчика скорости в относительных единицах

     (4.32)

где 1,5 –коэффициент учитывающий увеличение скорости при ослаблении возбуждения.

Коэффициент пропорциональности регулятора скорости в абсолютных единицах

   (4.33)

Коэффициент пропорциональности регулятора скорости в относительных единицах

    (4.34)

Система с П- регулятором скорости является статической по возмущающему воздействию, при моменте нагрузки равному номинальному, скорость уменьшается на величину статической ошибки [5]:

.

Δωст = 1/683 = 0,0015.


5 Расчет статических и динамических характеристик электропривода аналитическими методами и проверка методом моделирования

В результате исследования данного электропривода в приложении Simulink из пакета программы MatLab [13] (см. рис 5.2) были получены графики переходных процессов (см. рис. 5.1). В ходе исследования данных графиков переходных процессов, можно зафиксировать, что при скачке задающего воздействия привод разгоняется за принятое время  3,18 с  под действием   максимального пускового  момента 2,5 Мном при перерегулировании 2% (по графику) до заданной скорости при отсутствии статической ошибки..  

Динамическую ошибку Δω Д , с-1 определяем по формуле:

где:  – ускорение привода, рад/с2.

где tп – расчетное время пуска двигателя при отрыве ковша от забоя по формуле 3.30

Динамическая ошибка в процентах:

Показатели качества переходного процесса соответствуют расчетным значениям.

  Строим искусственные основные характеристики, соответствующие замкнутой системе электропривода. Так как согласно полученному графику переходного процесса статическая ошибка по скорости отсутствует, то механическая характеристика замкнутой системы имеет линейный вид (рис 5.3).

Построение механических характеристик замкнутой системы производится по номинальной скорости двигателя соответствующей заданной до момента отсечки и стопорения рассчитанного в 3.23.


Рис. 5.1 – Переходный процесс в системе электропривода подъема при пуске и торможении под нагрузкой

Рис. 5.2.- Математическая модель электропривода  в относительных единицах


6 Расчет нагрузочной диаграммы

Построение нагрузочных и скоростных диаграмм выбранного двигателя за один цикл.

Определяем моменты номинальные и в соответствии с рекомендациями стопорные и отсечки выбираемых двигателей [3,c.47]:

    (6.1)

   (6.2)

   (6.3)

Момент инерции поступательно перемещающихся ковша, породы и редуктора с барабаном [3,c.60]:

   (6.4)

    (6.5)

     (6.6)

Момент сопротивления при отрыве ковша от забоя [3,c.63]:

   (6.7)

Динамический момент при разгоне двигателя [3,c.63]:

  (6.8)

Время разгона  двигателя подъема [3,c.63]:

,   (6.9)

где угловая скорость подъемного двигателя [3,c.63]:

     (6.10)

Средний момент двигателя при разгоне [3,c.61]:

Момент при подъеме груженого ковша над забоем [3,c.61]:

   (6.11)

Время подъема ковша над забоем определяется технологией ведения работ. Условно это время можно определить из  заданной продолжительности цикла, времени копания и отрыва ковша, что составляет 0,12 tцикла. Принимаем время подъема ковша 7 с. [3,стр. 65]. После этого времени начинается поворот с груженым ковшом на разгрузку.  При  повороте привод подъема может работать как в режиме подъема ковша,  так и в режиме спуска. Наиболее тяжелым является режим подъема, поэтому принимаем его в расчете.

Подъем  продолжается время поворота платформы с установившейся скоростью. Точное  значение времени поворота платформы может быть получено только при расчете привода поворота, так как тема данного курсового не предполагает расчет привода поворота экскаватора принимаем время поворота платформы ориентировочно по соотношению [3, стр 65]: 0,35 tцикла. Принимаем данное время равным 0,35·60= 21с.

Момент торможения при разгрузке ковша:

(6.12)

Время торможения [3,c.65]:

  (6.13)

Момент двигателя при торможении

   (6.14)

Время разгрузки  ковша принимаем по [3, стр. 65] t5=0,12 tцикла=7с

Момент сопротивления при спуске порожнего ковша в забой

   (6.15)

Динамический момент при разгоне двигателя на спуск порожнего ковша:

   (6.16)

Время разгона двигателя при спуске порожнего ковша

 (6.17)

Момент при спуске пустого ковша в забой [3,c.66]

Момент торможения при спуске порожнего ковша в забой.

   (6.18)

Время торможения

 (6.19)

Время маневрирования пустого ковша с установившейся скоростью принимаем t7=16,6 с [3, стр. 66]

Нагрузочная диаграмма приведена на рис 6.1

Рис 6.1  - Нагрузочная диаграмма привода подъема


7 Выбор и проверочный расчет электродвигателя переменного тока для заданного механизма

Определим средневзвешенную мощность двигателя подъемного механизма  [3,ф.1.67]:

(3.1)

где   -время отрыва ковша из забоя, принимается равным 3 с [3, стр23]

     = 0,3tцикла – время подъема, с

     =0,35tцикла – время спуска  ковша, с

При восьми двигателях мощность каждого из них:

 

Параметры выбранного двигателя приведены в табл. 7.1

Таблица 7.1– Параметры двигателя

Наименование

Обозначение

Размерность

Значение

1 Тип двигателя

AMA 500L4A

2 Код заказа

VSD10096

3 Номинальная мощность

PN

кВт

2240

4 Номинальное напряжение

UN

В

690

5 Номинальный ток статора

IN

А

2145

6 Номинальная частота вращения

nN

об/мин

1490

7 Момент инерции ротора двигателя

Jд

кг·м2

68,6

8 Коэффициент полезного действия

η

%

96,5

9 Коэффициент мощности

cosφ

0,91

10 Ток холостого хода

I0

A

449

11 Момент номинальный

Mн

Нм

14359

12 Кратность максимального момента

Mк*

2,1

  

Эквивалентный момент двигателя [3,c.63]:

 (7.2)

где   суммарное время работы двигателя, без учета времени  отключения.  

Эквивалентный момент нагрузки меньше номинального момента двигателя, следовательно, выбранный двигатель может быть применен.


Список использованной литературы

  1.  specserver.com›Каталог заводов› Зaвoды ОМЗ- Грyппa Урaлмaш Ижoрa - ЭШ-65.100
  2.  Остриров В.Н., Микитченко А.Я. Современное состояние и тенденции развития электроприводов горных машин открытых разработок // Электропривод экскаваторов: Доклады научно-практического семинара, 2004г., Москва. – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 112 с.
  3.  Н.Н. Чулков. Расчет привода карьерных машин – М.: Недра, 1987. - 196с.
  4.  www.energomash.ru ЭНЕРГОМАШ. Каталог продукции. Трансформаторно-реакторное оборудование.
  5.  www.intechnics.ru/article. ИНТЕХНИКС / Статьи / Электропривода переменного или постоянного тока.
  6.  aqad.ru›index.php.  Работа по 12-ти пульсной схеме питания - Указания по проектированию.
  7.  Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник. Под. ред. Перельмутера В.М. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319с
  8.  Ю.А. Лагунова Экскаваторы драглайны. – Екатеринбург, УГГГА, 1984г.
  9.  Электродвигатели постоянного тока экскаваторные серии МПЭ, МПВЭ. Руководство по эксплуатации. http://www.tesli.com/file/catalogue/abb/abb-motors-for-industry.pdf
  10.  niikhemz.com.ua › 7.htm ": Электроприводы постоянного тока серии ЭКТЦ. НИИ "ХЭМЗ
  11.  Каталог продукции ПРОТОН-ЭЛЕКТРОТЕКС. 2007-2008г.Силовые полупроводниковые диоды.
  12.  Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования координат.Электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат. Часть 1  Екатеринбург: УГППУ, 1997.
  13.  Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование электрических машин в MATLAB 6.0:– СПб.: КОРОНА принт : Учитель и ученик, 2001.
  14.  Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. Для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с.: ил
  15.  Масандилов Л.Б Энциклопедия по электрооборудованию горных экскаваторов. МЭИ, Москва, 1999 г
  16.  belgorai.narod.ru Модернизация шагающего экскаватора ЭШ  №54
  17.  www.intechnics.ru/article. ИНТЕХНИКС / Статьи /.. переменного или постоянного тока


Uосс

RW (Р)   

 Фi (Р)    

eq \f(1jp)

φ

mc

ω

Uзс

kдс

ΔUс


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43073. Народное хозяйство и природно-климатические условия проектирования 88 KB
  Климат: почти вся территория Томской области находится в пределах таежной зоны. Климатические условия южных и северных районов Томской области заметно отличаются ввиду того что расстояние между северной и южной границами области по меридиану достигает 600 километров. Климатические характеристики северных районов области отличаются большей суровостью и продолжительностью зимнего сезона. На долю речных долин приходится 1 5 территории Томской области.
43074. БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 12.44 MB
  Разработка проекта пассивной противопожарной защиты здания 15 2.2 Характеристика здания по заданию и предварительная планировка здания 16 2.3 Определение категории здания по взрывопожарной и пожарной опасности 19 2.1 Деление здания на пожарные отсеки 20 2.
43075. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПАНЕЛИ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ 2.92 MB
  Характеристики арматуры и бетона. Подбор продольно напрягаемой рабочей арматуры из условия прочности сечения нормального к продольной оси панели. Определение необходимости постановки поперечной арматуры проектирование постановки косвенной арматуры исходя из конструктивных требований строительных норм. Учет влияния длины зоны передачи напряжений продольной напрягаемой арматуры.
43077. Расчет электромагнитных переходных процессов при нарушении симметрии трехфазной цепи 9.86 MB
  Составим схему замещения для прямой последовательности: Определим параметры схемы замещения для прямой последовательности: С: Л1: Л2: Т2: Н1: Н2: АД: Р: Расчет параметров для реактора не требуется т. Т1: Т3: Г12: Найдем и свернув схему используя законы последовательного и параллельного соединения: Составим схему замещения обратной последовательности: Определим параметры схемы замещения...
43078. Расчет усилителя мощности низкой частоты 1.37 MB
  Усилитель мощности. В зависимости от типа усиливаемого параметра усилительные устройства делятся на усилители тока напряжения и мощности. Одним из ответственных узлов звукозаписывающей аппаратуры является усилитель мощности.
43079. Электрический привод системы “генератор-двигатель” 1017 KB
  Номер варианта Закон изменения момента сопротивления рабочей машины Мсм Нм Момент инерции рабочей машины Jм в долях от момента инерции двигателя кгм2 Тип двигателя и способ его питания 2 2000 70 Постоянного тока от генератора постоянного тока Примечание: Характер момента сопротивления реактивный. Требуемую перегрузочную способность двигателя. Средняя температура нагрева изоляции двигателя не должна превышать допустимую.4 Предварительная мощность двигателя рассчитывается по нагрузочной диаграмме и тахограмме рабочей машины.
43080. Возможности и преимущества Microsoft Powerpoint 2010 8.77 MB
  Когда-то слово “презентация” ассоциировалось с кипой бумаг и множеством маркеров. Сейчас программа Microsoft PowerPoint позволяет создавать презентации на компьютере и демонстрировать их в виде слайд-шоу. Приложение PowerPoint входит в состав пакета Microsoft Office, представляющего собой набор программных продуктов для создания документов, электронных таблиц и презентаций, а также для работы с электронной почтой.