Электроснабжене карьера восточный

 

Контактор и тепловое реле конструктивно  объединены в одном аппарате -магнитном  пускателе.

Функции осуществляемые схемой: при  включенном предварительно автоматическом выключателе нажатие на кнопку SB1 приведет к срабатыванию контактора KM1, который силовыми замыкающими контактами подключит статор двигателя к сети (при замкнутом контакте водяного реле ВР, которое контролирует уровень воды в заливочном баке), а вспомогающим замыкающим контактом заблокирует кнопку SB1, оставив цепь катушки КМ замкнутой после отпускания кнопки. Нажатие на кнопку SB2 разорвет цепь катушки КМ, силовые контакты КМ отключат двигатель от сети и он остановится под действием момента М_с. Отключение также может осуществляться контактом КК, если ток статора превысит допустимое значение на 30 —40%, - так осуществлена защита от небольших перегрузок и обрыва фазы. В нагнетающей линии установлено реле давления РД, которое дает импульс на отключение электродвигателя насоса при давлении ниже заданной величины (на схеме не показано). От коротких замыканий защищает автоматический выключатель QF. Защиту от самопроизвольного запуска осуществляет контактор КМ, т.к. он может повторно включится лишь при нажатии кнопки SB1.

4.3. Расчёт механического переходного  процесса

При расчёте механических переходных процессов при нелинейной механической характеристике электропривода (такую  характеристику имеют асинхронные  двигатели с короткозамкнутым ротором) и переменном моменте сопротивления (насосы) пользоваться аналитическими зависимостями нельзя, так как при интегрировании уравнения движения привода учитывается линейность зависимости М(ω) и М_с=const Если же учитывать нелинейность этих зависимостей, то интегрирование уравнения движения привода становится затруднительным. Поэтому в таких случаях пользуются приближенным графическими или графоаналитическими методами.

В данном случае применяю метод конечных интервалов, наиболее точный его вариант - метод  последовательных интервалов.

Уравнение движения привода:

            (4.2)

можно представить следующим образом (считая, что в некотором интервале  времени ∆t разность моментов М - М_с остается величиной постоянной):

     (4.3.)

где:

М- значение момента двигателя;

М_с - значение момента сопротивления.

Для графического построения зависимостей ω (t) и М(t) при пуске насоса с приводом от асинхронного короткозамкнутого двигателя делаем построение графиков механических характеристик двигателя и насоса.

 

 

Для этого определяем:

1.   Угловую скорость вращения , рад/сек., (4.4)

где n - номинальная частота вращения равная 1475 об/мин;

2.   Скорость идеального  х.х. , рад/сек., (4.5)

где f- частота питающей сети (50 Гц), р - число пар полюсов;

3.   Номинальное скольжение   , (4.6)

где - синхронная частота вращения, 1500 об/мин;

4.   Скольжение критическое , (4.7)

где =M_max/M_ном;

5.   Определим критическую  скорость  (4.8);

6.   Номинальный момент  на валу двигателя  (4.9);

7.   С учетом справочных  данных мы можем определить  М_max, М_пуск и М_min

 Результаты расчетов  сводим в табл. 4.3.

                                                                                                           Таблица 4.3

ω, рад/с	ωхх, рад/с	s	sk	ωк, рад/с	Mн, Нм	Мпуск, Нм	Мmin, Нм	Мmах, Нм
154.5	157	0.02	0.08	144.4	485.6	971.2	777	1165.4

Для построения статической характеристики применим формулы:

1.   Номинальный момент сопротивления создаваемый насосом:

  (4.10),

где: , Н,

 

Q- фактическая подача насоса;

 

 

Н- фактический напор;

- КПД насосной установки. 

2.   Момент сопротивления  при закрытой задвижке:

3.   Тогда   (4.11)

Показатель степени, характеризующий  изменение момента сопротивления  при изменении скорости для механизмов с вентиляторным моментом К = 2 (для  центробежных насосов). Подставляя в формулу (4.11) различные значения ω (от 0 до ω_н (шаг 26 рад\с)) получим механическую характеристику насоса.

Полученные данные отразим в  табл. 4.4.

Таблица 4.4

Pc, Н	Mс.н, Нм	М0, Нм	Мс1, Нм	МС2, Нм	МСЗ, Нм	МС4, Нм	МС5, Нм	МС6, Нм
58782	387	81.3	90.2	116.9	162	224.8	305.5	405

 

Для расчета динамических режимов необходимо также определить суммарный момент инерции J, который равен сумме моментов инерции вращающихся тел (двигателя, муфты, насоса): J=J_дв+J_м+J_нас  .

J_м = 0,2J_дв, J_нас = 3,5 кг-м²

Тогда J = 1,02 + 0,2-1,02 + 3.5 = 4,7 кг-м².

На рисунке 4.2 приведены  механические характеристики: асинхронного двигателя, насоса и график ω=f(t) для режима пуска.

 

 

 

 

Рис.4.2. Механические характеристики 

Разгон двигателя будет происходить до установившейся скорости ω_уст, при которой М_д=0, М=М_С. Вертикальную ось ω от 0 до ω_уст делим на k равных участков (∆ω₁=∆ω₂=  ...=∆ω_к). На каждом участке проводим вертикали через точки характеристик ω(М) и ωМ_с). Далее определяем из графика средние значения динамического момента для каждого участка.

Значения ∆ω и М_д соответственно для каждого участка подставляем в выражение (4.3), откуда:

             (4.12)

Полученные точки пересечения  соединяем плавной кривой, представляющей собой зависимость ω(t) в процессе пуска двигателя. Расчёт сводим в табл.4.5.

Таблица 4.5

Средние значения Мд, Нм	Приращение  угл. ск-ти На  участке  ∆ω  рад/с	Конечная Скорость На  уч-ке ω, рад/с	Длительность ∆t, с	Суммарное Время t, с
МД1=   837	∆ω1=15,5	ω1=15,5	∆t1=0,087	t1=0,087
МД2=   775	∆ω2=15,5	ω2=31	∆t2=0,094	t2=0,181
Мд3=   697	∆ω3=15,5	ω3=46,6	∆t3=0,105	t3=0,286
Мд4=   645	∆ω4=15,5	ω4=62	∆t4=0,113	t4=0,399
Мд5=   631	∆ω5=15,5	ω5=77,5	∆t5=0,116	t5=0,515
МД6=   652	∆ω6=15,5	ω6=93	∆t6=0,112	t6=0,627
Мд7=   680	∆ω7=15,5	ω7=108,5	∆t7=0,107	t7=0,734
МД8=   744	∆ω8=15,5	ω8=124	∆t8=0,098	t8=0,8 32
Мд9=   807	∆ω9=15,5	ω9=139,5	∆t9=0,09	t9=0,922
Мд10=   0	∆ω10=15,5	ω10=155

 

 

 

4.4. Переход на регулируемый электропривод

Применение частотно-регулируемого  электропривода горных машин позволяет  повысить их эксплуатационные качества, освободиться от резких толчков при  трогании с места, обеспечить плавность  и оптимальные законы регулирования  скорости.

Для получения  высокого качества управления электроприводом в статических и динамических (переходных) режимах в широком диапазоне регулирования скорости , в том числе в области нулевых скоростей, необходимо иметь возможность быстрого непосредственного управления моментом электродвигателя.

Момент любого электродвигателя в каждый момент времени  определяется величиной (амплитудой) и  фазой двух моментообразующих составляющих: тока и магнитного потока.

В асинхронных  двигателях с короткозамкнутым ротором  токи и потокосцепления статора  и ротора вращаются с разными угловыми скоростями, имеют разные изменяющиеся во времени параметры и не подлежат непосредственному измерению и управлению. Доступной управляемой переменной в асинхронном двигателе является лишь ток статора, который имеет составляющие, образующие магнитный поток и момент. Фазовая ориентация двух этих составляющих может быть осуществлена только внешним управляющим устройством.

Иными словами, в  асинхронном двигателе необходимо обеспечить управление как амплитудой, так и фазой тока статора, то есть оперировать с векторными величинами, чем и обусловлен термин "векторное управление".

На базе классической теории АД в установившемся режиме рассмотрим, как управление током  статора может быть осуществлено прямое управление моментом.

Электромагнитный момент АД через параметры схемы замещения определяется выражением:

                                     (4.13)

Для установления связи тока I₁ статора с моментообразующими I₂и U₂ роторной цени используют схему модифицированную замещения АД (рисунок 4.3), в которой за счёт выбора коэффициента приведения

                                     (4.14)

индуктивное сопротивление х₂ обращается в нуль и U₂ = Е₂

;                            (4.15)

                                   (4.16)

 

Рис.4.3.Схема замещения АД

Параметры схемы:

Ток статора I, в схеме разделён на две составляющие:

I₁м - образующую момент;

I₁ψ- образующую поток ротора.

                         (4.17)

                             (4.18)

                           (4.19)

 

 

Из уравнений 4.18 и 4.19 получено выражение  потокосцепления ротора:

 ;                               (4.20)

Выражение момента, полученное из уравнений 3.13, 3.17 и 3.19:

;                   (4.21)

показывает, что его величина может  управляться двумя ортогональными составляющими тока статора. Чётко  просматривается аналогия с машиной  постоянного тока: составляющая I_1ψ играет роль тока возбуждения, а I_1м - тока якоря.

Векторная диаграмма ( рисунок 4.4) показывает взаимную ориентацию векторов напряжений, токов, ЭДС и потокосцепление  АД, в том числе составляющие тока статора I_1ψ и I_1и .

 

Рис.4.4.Векторная диаграмма

Из диаграммы следует:

;                         (4.22)

Угол γ связывает две составляющие тока статора.

Ещё одно выражение тока I_1м через Е₂:

 

 

 

;                      (4.23)

Объединение 4.19 и 4.23 устанавливает  связь:

 ;                            (4.24)

и позволяет определить угол через  параметры ротора и нагрузки АД:

;                          (4.25)

где Т_р- электромагнитная постоянная времени обмотки ротора. Каждому значению s соответствует определённое соотношение составляющих тока статора:

;                            (4.26)

Это свидетельствует о том, что  ток статора и скольжение полностью определяют момент АД.

Анализ двухфазной d-q модели АД (d и q - ортогональная система координат ротора) показывает, что рассмотренная выше концепция векторного управления установившегося режима верна и в условиях переходных неустановившихся режимов.

Ориентация поля ротора АД (d-q переменных) заключается в совмещении продольной оси ё с вектором потока ротора. При этом достигается полное совпадение между i_1q и I_1м, i_1d и i_1у и ψ_2d и ψ₂, а также соответствие углов ψ_2d и ψ₂.

Синтез алгоритмов и систем векторного управления АД базируется на его d-q переменных. Все соотношения и зависимости для переменных установившегося режима распространяются и на d - q переменные.

Векторное управление может быть реализовано  в электроприводах как на основе автономных инверторов тока АИТ, так и на основе автономных инверторов напряжений с широтно - импульсным управлением АИН ШИМ. Одна из возможных