Проектирование электропривода подъема экскаватора карьера

 

 

 

формулы для электромеханической и механической характеристик системы ТП-ДПТ:

где E_do- среднее значение ЭДС ТП при а = 0;Rn - эквивалентное внутреннее сопротивление ТП.

Требования, предъявляемые к электроприводам  и электрооборудованию.

Работа электроприводов  основных рабочих механизмов экскаватора характеризуется большой частотой включений, резкими изменениями нагрузки, частыми изменениями направления вращения (реверсированием). Поэтому к электроприводу экскаватора предъявляются особые требования. Например, наиболее характерной особенностью работы механизма напора, как иногда и механизма подъема, является возможность его вынужденной остановки во время работы в случае встречи ковша с непреодолимым препятствием. Такой режим называется работой на упор или стопорением. Следовательно, для обеспечения надежной и безаварийной работы главного рабочего механизма требуются снижение момента (нагрузки) до допускаемых пределов при стопорении и «мягкость» характеристики его приводного двигателя, с тем чтобы частота вращения двигателя могла быть автоматически замедлена при достаточно большом увеличении нагрузки. Это требование является основным и предъявляется к электроприводам главных механизмов экскаватора.

С другой стороны, для сохранения нормальной производительности экскаватора частота вращения двигателя с увеличением момента должна мало меняться.

 

Автоматическое  изменение частоты вращения двигателя  в зависимости от момента осуществляется по так называемой экскаваторной характеристике.

В экскаваторных  характеристиках с увеличением нагрузки угловая скорость двигателя в начале изменяется мало, а затем резко падает. При достижении  максимально  допустимого  для  данного  механизма момента двигатель останавливается. Такой режим работы предохраняет двигатели главных приводов от перегрузок, толчков и ударов.

Форма экскаваторной  характеристики электропривода должна быть такой, чтобы при рабочих нагрузках обеспечивалась высокая производительность механизма с ограничением момента допустимыми значениями при возможных перегрузках.

Рис. 2.2. Экскаваторная характеристика.

Привод, обладающий характеристикой 1, обеспечит наибольшую производительность машины. Однако характеристика 2 обеспечивает возможность своевременно снизить нагрузку механизма при перегрузке двигателя и избежать полной остановки.

Качество  экскаваторной характеристики определяется коэффициентом заполнения, который представляет собой отношение площади, образованной кривой w = f(M) и осями момента М и частоты

 

 

вращения w, к площади прямоугольника Ow₀aM_cm. Чем ближе это коэффициент к единице, тем большую производительность экскаватора может обеспечить привод.

Следует также  отметить особые условия, в которых  протекает работа приводов экскаватора. Экскаваторы работают на открытом воздухе, поэтому в кузов и корпуса отдельных машин и аппаратов проникают пыль, грязь, влага и снег. Экскаватор, а следовательно, и все смонтированное на нем оборудование подвергаются механическим воздействиям, возникающим вследствие различных препятствий при копании грунта, колебаний и вибраций отдельных частей экскаватора.

Вследствие  тяжелых условий работы экскаватора  должны быть предъявлены особые требования к механической и электрической прочности и конструктивной надежности всего электрического оборудования.

В заключении следует отметить, что двигатели, устанавливаемые на экскаваторах предназначены для повторно - кратковременного режима работы, т. е. для работы с частным чередованием периодов включения и выключения. Однако обычные крановые двигатели, рассчитанные на работу в повторно - кратковременных режимах, имеют слишком малую нормированную продолжительность включения (15, 25 и 40%). В условиях работы одноковшового экскаватора продолжительность включения двигателей бывает значительно выше (50-80%), поэтому для экскаваторов изготовляют двигатели специального экскаваторного типа, отличающиеся особенно высокой электрической и механической прочностью.

2.6. Расчет электрических нагрузок

Необходимость    определения    ожидаемых    (расчетных)    нагрузок промышленных предприятий  по рекомендуемым  ниже  методам вызвана неполной загрузкой некоторых ЭП, неодновременностью их работы, случайным   вероятностным   характером   включения   и   отключения   ЭП, зависящим от особенностей технологического процесса и организационно-

 

 

технических   мероприятий   по   обеспечению   надлежащих  условий  труда рабочих и служащих данного производства.

Превышение  нагрузки вызывают излишние затраты  и недоиспользование дефицитного электрооборудования и проводникового материала. Заниженные нагрузки могут привести к недопустимому перегреву и износу отдельных элементов схемы электроснабжения, к значительным непредусмотренным потерям электроэнергии в сетях и в конечном итоге к нарушению нормального режима работы электроприемников.

Ток нагрузки равный 1_НОМ А, определяется для большинства трехфазных электроприемников по общей формуле:

2.7. Выбор числа и мощности трансформаторов

В цеховых  сетях 10 и 6 кВ рекомендуется преимущественное применение одно-трансформаторных подстанций. Их следует применять при нагрузках III и II категории, в частности при двухсменной работе, когда недовыработка продукции за время перерыва питания может быть восполнена работой в третью смену или другими способами. При этом необходимо предусматривать складской резерв трансформаторов и связи во вторичном напряжении для резервирования питания наиболее ответственных нагрузок, в том числе нагрузок I категории при величине их до 15 - 20%.

Двух трансформаторные цеховые подстанции следует применять  при значительной  мощности  нагрузок I  категории,  при трёхсменной работе электроприёмников II  категории (электроприёмники, перерыв

 

 

электроснабжения  которых приводит к массовым недоотпускам продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта) и при сосредоточенных нагрузках на данном участке цехов.

Цеховые подстанции с числом трансформаторов более двух, как правило, экономически нецелесообразны.

На главных  понизительных подстанциях ГПП  и подстанциях глубоких вводов ПГВ число трансформаторов в большинстве случаев принимается не более двух.

Необходимость       обеспечения       регламентированного       качества напряжения у потребителей при изменяющейся нагрузке (ГОСТ 13109-67) требует применения на подстанциях 35 кВ и выше трансформаторов со встроенными устройствами для автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Количественно на подстанциях 35 - 750 кВ всех категорий предусматривается установка двух трансформаторов, мощность каждого из них выбирается не более 70 % максимальной нагрузки подстанции.

Мощность  трансформаторов определяется с  учётом аварийных и систематических  перегрузок. В аварийных условиях (при отказе одного из трансформаторов) для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц допускается в течение пяти суток перегрузка на 40 %, но не более шести часов в сутки, если коэффициент начальной нагрузки не превышает 0,93.

Выбор мощности трансформаторов для ТП начинаю  с определения

среднесуточной  нагрузки по формуле:

S_cp=0.75*S_max=0.75* 2800=2100кВА                  где S_max - полная максимальная нагрузка.

для ТП S_max=2800 кВА

После чего вычисляю коэффициент заполнения графика  К_зг для ТП:

 

 

К_зг для ТП равен 0,75

По величине К_зг=0,75 и 1=6ч. находим коэффициент допустимой нагрузки К_н= 1,12

Номинальная расчетная мощность трансформатора по формуле

Выбираю трансформатор  ТМЭ 2500/400 Технические данные трансформатора ТМЭ 2500/400

2.8. Выбор кабельной сети участка  по потере напряжения

Проводники  электрических сетей от проходящего  по ним тока согласно закону Джоуля — Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии Q пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания тока. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током, и отдачей в окружающую среду.

Длительно протекающий  по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву. Значения максимальных длительно допустимых токов определены из условия

допустимого теплового износа материала изоляции проводников различных марок  и сечений, температуры окружающей среды и способа прокладки, безопасности обслуживания электрической сети, обеспечения надежности

(срока службы) и экономичности.

При расчете  сети по нагреву сначала выбирают марку проводника в зависимости от характеристики среды помещения, его конфигурации и

 

 

способа прокладки  сети. Затем переходят к выбору сечения проводников по условию допустимых длительных токов по нагреву.

Для выбора сечения проводника по условиям нагрева токами нагрузка сравниваются расчетный максимальный 1_Р и допустимый 1_д токи для проводника принятой марки и условий его прокладки. При этом должно

соблюдаться соотношение

Значения  допустимых длительных токовых нагрузок составлены для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +25 °С, земли 15°С и при условии, что в траншее уложен только один кабель. Если условия прокладки проводников отличаются от нормальных, то допустимый ток нагрузки, А определяется с поправкой на температуру (К_п]) и количество прокладываемых кабелей в одной траншее (К_П2)

где     К_П ] - поправочный температурный коэффициент (табл. 1.3.3 ПУЭ);

К_П2 — поправочный коэффициент, зависящий от количества параллельно прокладываемых кабелей и от расстояний между ними (табл. 1.3.26 ПУЭ).

Исходя из длительно допустимой температуры  нагрева для всех применяемых на практике марок проводов и кабелей и способа их прокладки Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) регламентированы длительно допустимые токовые нагрузки. Поэтому проводники по нагреву выбирают путем сравнения расчетного тока нагрузки с длительно

допустимым  током:

Расчетным током  для кабельных и воздушных  линий, питающих одиночные нагрузки, является номинальный ток этих электроприемников, (А):

 

 

 

С учетом поправочных  коэффициентов при температуре  окружающей среды плюс двадцать градусов по Цельсию - K_п1=0,94 и по условиям прокладки - к_п2=1 (прокладка одиночного кабеля) длительно допустимый ток по (3.3)

Выбираем  трехжильный кабель с медными жилами, марки КГЭ для присоединения экскаваторов и других передвижных электроприемников, сечением токопроводящих жил S=150 мм² с длительно допустимым током

I_д.д. =335А

2.9. проверка кабелей по допустимой  потере напряжени

Потерей напряжения в линии электропередачи AU называется алгебраическая разность модулей напряжений в начале линии (у источника) U_ИCT и в конце линии (у электроприемника) U_np

 

 

 

Для трехфазных линий электропередач при симметричной нагрузке,

 

учитывая  что 

(при  соединении  в  звезду)  или 

(при

 

соединении  в треугольник), получаем

 

 

 

В справочной литературе для кабелей и проводов воздушных линий приводятся обычно значения активного г₀ и индуктивного х₀ сопротивлений

 

(Ом/км) линии  длиной 1км. Подставив в выше указанную формулу

 

 

(L - длина линии, км),получим

 

 

 

и учитывая что A U в процентном соотношении не должно превышать 5% от U_ном получаю формулу

Пользуясь полученной формулой нахожу потери напряжения в кабелях. Для однотипных кабелей падения напряжения подсчитываю на более длинных участках, т.к. падение напряжения зависит от длины линии, мощности ЭП и внутреннего сопротивления кабелей. А т. к. я выбрал радиальную схему электроснабжения то к электропотребителям с одинаковой мощностью выбрал однотипные кабели с одинаковым сечением, а г₀ и х₀ зависят от сечения кабеля.

Для электродвигателя ДЭ-812У2 выберу самый длинный участок длиной Юм до генератора. Марка кабеля КГЭ-Зх156 где г₀=0,12ом/км и х₀=0,074ом/км, по табл.4-79 стр.679 [15].

Мощность  электродвигателя механизма подъема     Р =190 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Специальный  раздел

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1. Анализ САУ с приводом моделирования,  результаты расчетов, колебательность, перерегулирование, точность.

Данная работа основана на использовании программы IDS v.Ol «Имитационный комплекс» позволяющей методами математического моделирования создавать структурные и функциональные модели современного электропривода.