ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Улучшение технико-экономических показателей работы горной промышленности может быть достигнуто за счет применения прогрессивных способов добычи полезных ископаемых, ускорения темпов внедрения достижений научно-технического прогресса, повышения уровня организации производства, совершенствования системы управления технологическими процессами и отраслью в целом.

Концентрация горных работ и широкое применение на угольных шахтах высокопроизводительных механизированных очистных и проходческих комплексов ведет к значительному повышению нагрузок на транспортные звенья.

Значительные грузопотоки, ухудшение условий разработки угольных месторождений и сложность развития отрасли приводят к непрерывному повышению трудоемкости горных работ, в том числе и на подземном транспорте [1].

Инженерами и учеными достигнуты серьезные успехи в деле создания современных транспортных и выемочных машин и широкого их внедрения на горных предприятиях [2]. Между тем отдельные элементы применяемых машин нуждаются в улучшении.

Необходимость обеспечения на горных предприятиях мощных грузопотоков, связанных с концентрацией горных работ, обусловливает развитие наиболее прогрессивных поточных видов транспорта, в основном конвейерного, открывающего большие возможности повышения пропускной способности и надежности его работы, производительности труда и снижения себестоимости продукции, а также создающего благоприятные условия для полной автоматизации транспортных процессов, повышения безопасности и улучшения условий труда.

Конвейеризация транспорта в шахтах осуществляется в основном тремя типами конвейеров: скребковыми, ленточными и пластинчатыми, а также некоторыми их разновидностями и производными типами. На выбор типов конвейеров, их конструкций и параметров, а также на установление перспектив их применения решающее влияние оказывают условия и требования, которые предъявляются к конвейерному транспорту при эксплуатации их в подземных условиях угольных и рудных шахт в зависимости от горно-геологических и горнотехнических факторов.

Ленточные конвейеры являются в настоящее время основным средством непрерывного участкового и магистрального транспорта на шахтах и рудниках. Их широкое внедрение служит одним из важнейших факторов повышения технического уровня и эффективности горного производства [3].

Уровень конвейеризации горных предприятий непрерывно растет, а освоение новых крупных месторождений несомненно потребует широкого внедрения более мощных ленточных конвейеров и конвейерных линий большой протяженности [4].

В электроприводе машин и механизмов используют в основном электрические машины переменного тока, в частности, асинхронные двигатели. Доминирующее положение по количеству и общей установленной мощности занимают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, отличающиеся простотой конструкции и применяемые чаще всего в нерегулируемом приводе. Для плавного регулирования частоты вращения используют асинхронные с короткозамкнутым ротором, питание которых осуществляется от тиристорных преобразователей частоты или двигателей с фазным ротором [5].

1. Актуальность темы

Из двигателей переменного тока наибольшее распространение получили асинхронные двигатели вследствие простоты их устройства, причем применяются главным образом трехфазные электродвигатели. Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее массовой продукцией электромашиностроения, однако надежность их недостаточна.

Основными причинами отказов являются: неправильное обслуживание, низкое качество материалов, значительный нагрев изоляции, низкое качество изготовления, повышенная скорость нарастания температуры обмоток в аварийных режимах [6].

Внезапный выход из строя двигателя может привести к авариям и длительным простоям производства, что приведет к финансовым потерям, которые будут вызваны нарушением технологического процесса и затратами на восстановление и ремонт электродвигателя.

В связи с этим вопрос об усовершенствовании приводных электродвигателей является актуальным.

2. Цель и задачи работы

Целью работы является разработать рекомендации по усовершенствованию приводных электродвигателей конвейерных установок.

Для достижения вышеуказанной цели поставлены следующие основные задачи:

  1. Выполнить обзор конструкций приводных электродвигателей.
  2. Проанализировать причины их неисправностей и отказов.
  3. Рассмотреть основные режимы пуска электродвигателей.
  4. Исследовать устройство многоскоростных двигателей и предложить их усовершенствование.

3. Обзор существующих конструкций приводных электродвигателей

Конвейер относится к механизму непрерывного действия с постоянной распределенной грузкой.

Режим работы электродвигателя в таком механизме – продолжительный. При расчете его мощности, как правило, не учитывают нагрузки при пуске и торможении.

Многие из конвейеров имеют недостаточно жесткую кинематическую цепь, содержат упругие механические звенья, что влияет на выбор типа электропривода и системы управления из-за необходимости демпфирования механических колебаний при пуске и торможении.

Требования, предъявляемые к электроприводу конвейеров:

  1. Регулирование скорости не требуется или требуется в небольшом диапазоне.
  2. Требуется повышенный пусковой момент из-за большего по величине момента трения покоя относительно момента трения движения.
  3. Необходимо обеспечение плавности переходных процессов – ограничение ускорения и рывка с целью исключения раскачивания или пробуксовки механизма и снижения динамических усилий при наличии упругих связей. Желательно, чтобы при пуске привод конвейера имел характеристику с постепенным увеличением пускового момента до начала трогания конвейерной ленты и ограниченной величиной момента в процессе разгона до номинальной скорости.
  4. При работе с несколькими приводными барабанами привод должен обеспечивать синхронизацию работы приводных барабанов, т.е. установления расчетного распределения тягового усилия между приводными барабанами.
  5. Приводы мощных конвейеров с высокой скоростью движения ленты должны обеспечивать пониженную скорость 1 м/с для проведения ее осмотра.
  6. Привод мощных конвейеров должен обеспечивать реверс в режиме местного управления.

Конвейеры могут иметь однодвигательный или многодвигательный электропривод.

Многодвигательные электроприводы применяются для конвейерных линий значительной протяженности, когда даже оптимальное расположение приводной станции на трассе не обеспечивает снижения максимального натяжения до допустимого уровня или когда технико-экономические показатели при многодвигательном приводе лучше, чем при однодвигательном.

В зависимости от требований к плавности пуска и регулированию скорости в механизмах с рассредоточенной нагрузке применяются:
- электроприводы с короткозамкнутыми асинхронными двигателями с повышенным пусковым моментом;
- асинхронные электродвигатели с фазным ротором для конвейерных линий большой протяженности для обеспечения плавного пуска.

Конструкция двигателя с короткозамкнутым ротором

Рисунок 1 – Конструкция двигателя с короткозамкнутым ротором

Конструкция двигателя с фазным ротором

Рисунок 2 – Конструкция двигателя с фазным ротором

Для приводов, где требуется регулирование скорости, наиболее перспективен электропривод по схеме ПЧ-АД, возможно также применение системы АВК и электроприводов постоянного тока по схеме ТП-Д. Для многодвигательных приводов с целью получения благоприятного распределения нагрузки между двигателями применяют асинхронные короткозамкнутые двигатели с повышенным скольжением или асинхронные двигатели с фазным ротором.

В первом случае улучшается распределение нагрузки между электродвигателями благодаря более мягким механическим характеристикам.

Во втором случае механические характеристики выравниваются с помощью включения в цепь ротора одного из двигателей добавочного сопротивления.

Кроме того применение асинхронных двигателей с фазным ротором помогли решить проблему плавности пуска и ограничения пусковых токов с помощью реостатного многоступенчатого пуска или с помощью тиристорного регулятора тока в цепи ротора.

Управление электроприводами одиночных конвейеров, не связанных с другими механизмами, производится посредством магнитных пускателей. Защита осуществляется автоматическими выключателями обеспечивающими защиту от перегрузки и короткого замыкания [7].

4. Анализ причин неисправностей и отказов двигателей

У электродвигателей рассматриваются два типа неисправностей: неисправности, вызванные отказом самого электродвигателя, и неисправности, вызванные внешними причинами.

- Неисправности двигателя:

- Неисправности, вызванные внешними причинами.

Их источник располагается снаружи электродвигателя, но его воздействие может повредить двигатель.

Отказ может быть вызван:

- Источником питания

- Рабочими условия двигателя

- Неправильным механическим монтажом

Неисправности в двигателе

Неисправность обмотки статора или ротора

Обмотка статора в электродвигателе состоит из медной проволоки, изолированной лаком.

Нарушение этой изоляции может вызвать постоянное короткое замыкание между фазой и землей, между двумя или тремя фазами или между витками в одной фазе (Рис. 3). Первопричина может быть электрическая (коронные разряды, перенапряжения), тепловая (перегрев) или механическая (вибрация, электродинамические воздействия на проводники).

Обмотки

Рисунок 3 – Обмотки – это части двигателя, наиболее чувствительные к повреждениям электрической цепи и отказам работы

Нарушение изоляции может также произойти в обмотке ротора с таким же результатом – поломкой двигателя.

Наиболее частой причиной неисправности обмоток двигателя является перегрев. Перегрузка приводит к повышению выделяемой мощности в обмотках и росту их температуры.

Кривая (Рис. 4), которую предоставляет большинство изготовителей электродвигателей, показывает, зависимость сопротивления изоляции от температуры: с ростом температуры, сопротивление изоляции уменьшается. В этом случае срок службы обмоток и, следовательно, двигателя существенно сокращается.

Зависимость сопротивления изоляции от температуры

Рисунок 4 – Зависимость сопротивления изоляции от температуры

Кривая (Рис. 5), показывает, что повышение тока на 5%, эквивалентное повышению температуры на 10°, уменьшает вдвое срок службы обмоток.

Зависимость срока службы от перегрузки и перегрева

Рисунок 5 – Зависимость срока службы от перегрузки и перегрева

Поэтому, для предотвращения перегрева и снижения риска отказа двигателя из-за нарушения изоляции обмотки необходима защита от перегрузки.

Неисправности, вызванные внешними причинами

Перенапряжение

Любое напряжение на входе электрооборудования с пиковой величиной, превосходящей ограничения, определённые стандартом или спецификацией, является перенапряжением.

У временных или постоянных перенапряжений (Рис. 6) могут быть разные источники происхождения:

Пример перенапряжений

Рисунок 6 – Пример перенапряжений

Помехи, поступающие из питающей сети, могут быть двух видов:

В большинстве случаев перенапряжение приводит к пробою изоляции обмоток двигателя, который выводит электрическую машину из строя.

Несимметрия фаз

3-фазная система является несимметричной, когда три напряжения имеют неравную амплитуду и/или не имеют фазового сдвига 120° относительно друг друга.

Несимметрия (Рис. 7) может быть вызвана обрывом фазы, однофазными нагрузками в непосредственной близости или самим источником питания.

Несимметрия 3-фазного напряжения

Рисунок 7 – Несимметрия 3-фазного напряжения

Результатом несимметрии напряжения питания является повышение тока, необходимого создания требуемого крутящего момента, тем самым двигатель перегревается.

Падение и провал напряжения

Падение напряжения (Рис. 8) – это внезапное уменьшение напряжения в источнике питания.

Пример падения напряжения и кратковременного провала напряжения

Рисунок 8 – Пример падения напряжения и кратковременного провала напряжения

Падение напряжения рассматривается в диапазоне от 1 до 90% от номинального напряжения для половины цикла 50 Гц длительностью от 10 мс до 1 мин.

В соответствии с определением кратковременным провалом напряжения считается уменьшение напряжения ниже 90% от номинального уровня продолжительностью менее 3 минут. Если напряжение отсутствует более 3 минут, это считается продолжительным провалом напряжения.

Под микропадением или микропровалом напряжения подразумевается отсутствие напряжения примерно в течение одной миллисекунды.

Причиной изменения напряжения могут быть как случайные внешние факторы (неполадки в сети питания или короткое замыкание), так и явления, имеющие непосредственное отношение к производству (подключение больших нагрузок, например мощных двигателей или трансформаторов). Последствия, вызванные данными факторами, могут серьезно повлиять на сам двигатель.

Гармоники

Гармоники могут быть вредными для двигателей переменного тока.

Нелинейные нагрузки, подключенные к сети, вызывают несинусоидальный ток и искажение напряжения.

Гармоники увеличивают потери в двигателях от вихревых токов и вызывают дальнейшее нагревание.

Они также могут вызвать повышенные пульсации крутящего момента (вибрации, механическая усталость), зашумленность и ограничить использование двигателей на полной нагрузке.

Неисправности работы двигателя, связанные с внешними причинами

Пуск двигателя: слишком долгий и/или слишком частый

Фаза пуска двигателя – это время, требуемое для достижения номинальной скорости вращения.

С учетом внутренних характеристик двигателя, он может выдержать ограниченное количество пусков, обычно указываемых изготовителем (количество пусков в час).

Также двигатель обладает временем пуска, зависящим от пускового тока (Рис. 9).

Время пуска на основании отношения пускового тока к номинальному току

Рисунок 9 – Время пуска на основании отношения пускового тока к номинальному току

Заклинивание ротора

Заклинивание двигателя по механической причине приводит к броску тока, примерно равному пусковому току. Результатом является нагрев, который намного больше, чем в других случаях, потому что потери в роторе остаются максимальными в течение всего времени заклинивания, при отсутствии охлаждения двигателя, поскольку оно обычно связано с вращением двигателя.

Температура ротора может подняться до 350°C.

Перегрузка (небольшая перегрузка двигателя)

Небольшая перегрузка двигателя вызывается повышением момента сопротивления или падением напряжения в сети (>10% номинального напряжения). Повышение потребления тока вызывает нагревание, которое сокращает срок службы двигателя и может быть вредным для него при коротком или длительном периоде работы [8].

5. Основные режимы пуска электродвигателей

В большинстве реальных ситуаций, когда мы модернизируем уже имеющийся механизм с имеющимся двигателем (асинхронным с короткозамкнутым ротором и обмотками, соединенными в звезду), условно есть только 2 практических способа «умягчения» пуска:
1) устройство плавного пуска (УПП);
2) частотный привод (преобразователь).

Пуск/останов с устройством плавного пуска

Это эффективная система пуска для обеспечения плавного пуска и остановки двигателя.

Она может использоваться для обеспечения:
- ограничения тока двигателя;
- регулирования крутящего момента.

Регулирование изменением крутящего момента оптимизирует крутящий момент в процессе пуска и снижает броски тока сети. Это подходит для механизмов с постоянным моментом сопротивления нагрузки.

Устройство плавного пуска двигателя переменного тока и его рабочий ток

Рисунок 10 – Устройство плавного пуска двигателя переменного тока и его рабочий ток

Преимущества плавного пуска

Применение устройств плавного пуска позволяет уменьшить пусковые токи, снизить вероятность перегрева двигателя, повысить срок службы двигателя, устранить рывки в механической части привода в момент пуска и останова двигателей.

Наряду с эффектом от плавного пуска, устройства плавного пуска позволяют снизить активную потребляемую мощность, существенно снизить реактивную мощность, защитить двигатель, снизить шум, нагрев и вибрацию электродвигателя.

В свою очередь, устройство плавного пуска (УПП) не может выполнить следующие функции:
- регулировать частоту вращения двигателя в установившемся режиме;
- реверсировать направление вращения;
- увеличить пусковой момент относительно номинального;
- снизить пусковой ток до значений меньших, чем требуется для вращения ротора в момент старта.

Пуск с использованием преобразователя частоты

Это эффективная система пуска используется для контроля и регулирования скорости.

Может использоваться для следующих применений:
- пуск при нагрузках с большой инерцией;
- пуск при больших нагрузках с источниками питания ограниченной мощности;
- оптимизация потребления электроэнергии в зависимости от скорости.

Рассматриваемая система пуска может использоваться для всех типов механизмов.

Это решение в основном используется для регулирования скорости двигателя, запуск является побочной целью.

Т.е. преобразователи частоты используются вместе со стандартными электродвигателями трёхфазного тока, для того, чтобы изменять частоту их вращения. Электрическая мощность преобразуется при этом следующим образом [8]:

Схема питания двигателя переменного тока от преобразователя частоты

Рисунок 11 – Схема питания двигателя переменного тока от преобразователя частоты

При пуске конвейера требуют стартового крутящего момента равного или несколько превышающего номинальный крутящий момент двигателя. Поэтому от пуска двигателя будет зависеть пуск конвейера и все, связанные с ним, последствия.

Выводы

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода.

Благодаря простоте конструкции, высокой надежности и невысокой стоимости асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенным электродвигателем. Свыше 85% всех электрических машин – это трехфазные асинхронные электродвигатели.

Работа посвящена усовершенствованию приводных электродвигателей, что, анализируя все вышесказанное, является актуальным. На данном этапе выполнено:

  1. Обзор существующих конструкций приводных электродвигателей.
  2. Проанализированы причины неисправностей и отказов двигателей.
  3. Рассмотрены основные режимы пуска электродвигателей.

В дальнейшем будет рассмотрено устройство многоскоростных двигателей и разработаны рекомендации по их усовершенствованию.


При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора, его руководителя или консультанта после указанной даты.

Список источников

  1. Рудничный транспорт и подъем. Под общей редакцией профессора Н. Д. Мухопада. – Учебное пособие для студентов горных специальностей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://donntu.ru/russian/strukt/kafedrs/wgzt_l/strMUHOPAD/book3.htm
  2. И. Г. Штокман, Л. И. Эппель. Прочность и долговечность тяговых органов. М., «Недра», 1967. 231 с.
  3. Шахмейстер Л. Г., Солод Г. И. Подземные конвейерные установки. Под ред. чл.-кор. АН СССР А. О. Спиваковского. М., «Недра», 1976. 432 с.
  4. Ленточные конвейеры в горной промышленности/В. А. Дьяков, Л. Г. Шахмейстер, В. Г. Дмитриев и др. Под ред. чл.-кор. АН СССР А. О. Спиваковского. М., «Недра», 1982. 349 с.
  5. Пархоменко А.И., Ширнин И.Г., Маслий А.К. Взрывозащищенные асинхронные электродвигатели: Справочник. – М: Недра, 1992. – 192 с.: ил.
  6. Асинхронные двигатели общего назначения/Бойко Е.П., Гаинцев Ю.В., Ковалев Ю.М. и др.; Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. – М.: Энергия, 1980. – 488 с., ил.
  7. EnergoVesta. Статьи. Электропривод конвейера [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://energo-vesta.com.ua/statiya/102-electroprivod-konveera.html
  8. Руководство по решениям автоматизации. Практические аспекты систем управления технологическими процессами/Schneider Electric S.A., Париж. – Редакторы перевода: Фролов Ю.А., Хохловский В.Н., ЗАО «Шнейдер Электрик», Москва.