Разработка блока управления силовыми ключами для аппарата плавного запуска привода скребкового конвейера

Министерство образования  и науки, Молодежи и спорта Украины

     Донецкий национальный технический университет

 

 

                                                                                                                       Кафедра ГЭА

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Разработка блока управления силовыми ключами для аппарата плавного запуска привода скребкового конвейера.»

Пояснительная записка  к курсовому проекту по дисциплине «Технические средства автоматизации  в горной промышленности»

 

 

 

 

Выполнил

студент гр. АУП-10а   ____________________Зоненко Н.С

^{(подпись,  дата)}

Руководитель

доцент кафедры ГЭА   ____________________Неежмаков С.В.

^{(подпись,  дата)}

 

 

 

 

 

 

Донецк, 2012 г.

 

                РЕФЕРАТ

 

                    Пояснительная записка к курсовому проекту:

                         стр.,   рис.,   табл.,   прил.,   источников

 

         Объект автоматизации – скребковый конвейер.

          Цель работы – разработка блока управления силовыми ключами для аппарата плавного пуска привода скребкового конвейера.

            На основе исследования технологического объекта, просмотра литературных источников, изучения состояния элементной базы автоматизации указанного объекта разработаны структурная и функциональная схемы устройства, алгоритм функционирования, а также разработана печатная плата блока формирования опорного напряжения устройства управления плавным пуском привода скребкового конвейера.

 

 

 

КОНВЕЙЕР, МИКРОСХЕМА, НАПРЯЖЕНИЕ, ПУСК, СКОРОСТЬ, УПРАВЛЕНИЕ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение            5

1 Краткая характеристика конвейерного транспорта и описание   аппаратуры, принятой для его автоматизации     6

2 Существующие технические решения по обеспечению плавного пуска СК 14

3 Разработка структурной  и функциональной электрических схем   устройства           17

4 Разработка принципиальной  электрической схемы устройства   21

5 Конструктивная разработка устройства       29

Вывод            33

Список использованной литературы       34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

                                                             

  УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

          

           СК – скребковый конвейер

АД – асинхронный двигатель

ЭМС – электромагнитная муфта скольжения

УПП – устройство плавного пуска

ДПТ– двигатель постоянного тока

КП – курсовой проект

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     

ВВЕДЕНИЕ

 

Скребковые конвейеры (СК) являются основным средством доставки горной массы из очистных и подготовительных забоев шахт. В отдельных случаях их применяют в штреках конвейеризированных участков для подачи горной массы на другие средства транспорта. От надежности работы скребкового конвейера зависит производительность всего участка [1].

 

В связи с современными тенденциями внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, в электроприводах переменного тока, где условия технологического процесса не требуют глубокого регулирования скорости, основным направлением стало переход от приводов с контактным управлением к системам, оснащённым устройствами плавного пуска на основе тиристорных преобразователей напряжения. Потому актуальность выбранной темы очевидна.

        

Целью данной работы является разработка блока управления силовыми ключами для аппарата  плавного запуска привода скребкового конвейера и разработка решений по его улучшению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  

                         1 СЖАТАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА

                СКРЕБКОВЫЙ КОНВЕЙЕР КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

 

Скребковый конвейер представляет собой конструкцию, приведенную  на рисунке 1. Оснащается СК приводными блоками в количестве до четырех. Наиболее распространен привод СК, состоящий из двух приводных блоков с АД мощностью по 55 кВт или 110 кВт, передающих вращающий момент на один приводной вал конвейера.

                          

                                  

                                           Рисунок 1 – Скребковый конвейер 

 

1,2 - головная и концевая приводные станции;3 - головная переходная секция;4 - линейный рештак;5 - отклоняющий блок;6 - зачистной лемех;7 - трубчатая направляющая для комбайна;8 - линейный борт;9 - борт кабелеукладчика;10-кронштейн для электро-и гидрокоммуникаций:11- кронштейн для светильника [1].

 

Эксплуатация забойного  СК предусматривает следующие режимы его работы:

1) транспортирование  угля из очистного забоя;

2) доставка вспомогательных  и крепёжных материалов в очистной  забой;

3) ремонтно-наладочные  операции.

 

Транспортирование угля – это основной режим работы СК. Он требует создания больших тяговых усилий и обеспечения высокой производительности. Данный режим наиболее энергоёмкий, он осуществляется при работе всех приводных блоков и высокой скорости движения рабочего органа (0,8-1,2 м/с). Сдерживающими факторами увеличения скорости являются: интенсивный износ рабочих органов, значительные динамические нагрузки, опасность возгорания угля и др.

 

Достоинства скребковых конвейеров: высокая прочность и  способность выдерживать большие ударные нагрузки, небольшая высота става, простота удлинения и укорачивания става, возможность работы по трассе с искривлениями в вертикальной и горизонтальной плоскостях при сложной гипсометрии почвы, возможность пуска и работы со значительными перегрузками (в условиях завала).

                                                            

 Недостатки скребковых  конвейеров: интенсивный износ рештачного  става и тягового органа, высокая  энергоёмкость транспортирования,  измельчение перемещаемого груза.

Доставка вспомогательных  материалов не требует больших энергетических затрат и может осуществляться при  меньшем числе работающих приводных  блоков, в большинстве случаев  данный режим требует реверсирования привода. Для обеспечения безопасности и удобства разгрузки конвейера в ограниченном пространстве доставку вспомогательных материалов целесообразно осуществлять на пониженной скорости. Согласно требованиям института МакНИИ, доставочная скорость не должна превышать 50% от рабочей скорости.

Ремонтно-наладочные операции характеризуются частыми пусками и реверсированиями привода и требуют управления конвейером в ручном режиме на пониженной скорости.

 

Режим работы конвейера  и его привода характеризуется [2]:

-сравнительно тяжелыми  условиями пуска (пуск конвейера под нагрузкой, вследствие наличия груза на ставе после аварийной остановки конвейера);

-продолжительной работой  в течение значительного промежутка  времени; 

-неравномерностью нагрузки. Из-за передвижного характера  работы очистной машины -загрузка на забойный конвейер осуществляется не в одной точке, а с постоянным изменением положения места загрузки вдоль конвейера.

 

                                                 

Рисунок 2 – Осциллограммы  запуска АД при застопоренном  роторе

 

  При пуске на  заторможенный вал динамический крутящий момент достигает максимального значения (6,6Мном) – номинального значения для этих электродвигателей. Пульсации динамического момента электродвигателя как при пуске вхолостую, так и при застопоренном тяговом органе вызывают значительные динамические усилия в трансмиссии, тяговом органе [1].

      Таким  образом, к работе скребковых  конвейеров предъявляются жесткие  требования, одним из которых  является обеспечение пуска конвейера  под нагрузкой при ограничении  динамической составляющей растягивающего усилия на допустимом уровне.

                                                           

  

 

Система автоматического  управления электроприводом забойного  скребкового конвейера должна обеспечивать:

         - раздельное включение верхней и нижней приводных станций;

         - подачу по всей длине конвейера  автоматического предупредительного  сигнала перед пуском;

         - повышенный пусковой момент;

         - формирование следующей тахограммы  пуска конвейера: на первом  этапе плавно увеличить скорость привода до уровня «ползучей» скорости. На этом этапе выбираются зазоры в передаче, и натяжение рабочей ветви тяговой цепи. На втором этапе поддерживается уровень «ползучей» скорости привода конвейера. Величина этой скорости должна обеспечить возможность беспрепятственного схода человека со става конвейера («ползучая» скорость не должна превышать 0.3 м/с). Продолжительность работы привода конвейера на ступени «ползучей» скорости должна быть достаточной для схода человека со става конвейера (5-7 с). Далее, на третьем этапе, производится плавный разгон до номинальной скорости;

         - ограничение времени удержания  усилия при неуспешном запуске  (6 – 8 секунд) для предотвращения  перегрева электроприводов;

         - автоматическую расштыбовку конвейера;

- отключение конвейера  с пульта комбайна, с пультов,  установленных в лаве (через 10 м) и у его приводных станций;

         - автоматическое отключение конвейера при обрыве тяговой цепи;

         - автоматическую защиту приводов  и тяговой цепи конвейера от динамических перегрузок при заклинивании цепи;

         - возможность получения специальной  доставочной скорости (не более  0,7 м/с);

         - ограничение усилия конвейера  на уровне половины от номинального  усилия при работе с доставочной скоростью.

 

 

1.2 Плавный пуск электродвигателя

 

Устройство для плавного пуска электродвигателя представляет собой электронный прибор ,снижающий  напряжение и соответственно пусковой ток путём фазового управления. Электронный  прибор содержит регулировочный блок, где настраиваются различные эксплуатационные и защитные параметры, и силовой блок с встречно-параллельно включенными тиристорами. 

 

С его помощью пусковой ток ограничивают, как правило, величиной, в 2-3 раза превышающей номинальный  ток.

 

Наличие значительного момента инерции в процессе пуска может привести к увеличению теплообразования в электродвигателе и ,тем самым , к снижению его срока службы.

 

Поэтому рекомендуется  заменять схемы пуска “звезда-треугольник ”

на плавные электронные  пускатели .При плавном пуске электродвигателя ,       тиристорный силовой блок  обеспечивает подачу тока несинусоидальной формы и создаёт высшие гармоники. В связи с очень коротким временем ускорения/торможения с практической точки зрения это не имеет продолжительного отрицательного влияния на питающую сеть. Однако может вносить помех в работу контроллеров.

Для исключения влияния  помех желательна установка противопомеховых фильтров на входе устройства плавного пуска.

Устройство плавного пуска рекомендуется устанавливать вместе с обходным контактором, чтобы электродвигатель в процессе эксплуатации работал в режиме прямого присоединения к питающей сети. Тем самым обеспечивается минимальный износ и потеря мощности в устройстве для плавного пуска.

 

Что может  устройство плавного пуска (УПП)?

 

Среднее по функциональности устройство плавного пуска (УПП)

Позволяет решать следующие  задачи:

-Ограничить пусковой  ток(в большинстве случаев на  уровне 3-4,5 Iном ) и посадки сетевого напряжения питания в зависимости от мощности силового трансформатора и характеристик подводящих шин питания ;

-Оптимизировать пусковой  м тормозной моменты для безударных  разгонов и остановок приводных  механизмов ,продлить срок использования  подшипников, зубьев колёс редукторов, ремней и других деталей машин;

-Аварийно защитить питающую сеть от токовых перегрузок, заклинивания вала.

 

Подавляющее большинство  горных машин угольных шахт работают в тяжелых высоконагруженных  режимах и оснащены при этом нерегулируемыми  электроприводами на основе взрывозащищенных асинхронных электродвигателей. Это обусловливает повышенный износ их элементов из-за высоких динамических нагрузок, рывков, больших пусковых токов, возникающих в основном в начальный момент при пуске. Кроме того, быстрый разгон машин зачастую является причиной повышенного травматизма обслуживающего персонала. Особенно остро стоит эта

 

 

 

проблема при управлении конвейерами ,в которых прямой пуск является причиной порыва цепи или  дорогостоящей ленты, а соответственно – простоя и потери добычи угля.

 

Применяемые методы снижения динамических нагрузок при помощи турбомуфт, электромагнитных муфт и двухскоростных электродвигателей обладают рядом известных недостатков и не обеспечивают в полной мере надежную и эффективную защиту машин, поскольку :прямой пуск с турбомуфтой характеризуется низкой надежностью и высокой трудоемкостью обслуживания, и при этом не решается проблема динамических ударов в конвейерном ставе и больших механических нагрузок на ленту;-пуск асинхронного двигателя при переходе с одной скорости на другую по схеме «звезда-треугольник» или с переключением его независимых обмоток статора вызывает большие пики пусковых тока и момента при переключениях, из-за чего возникают механические перегрузки, которые часто приводят к повреждениям оборудования.