ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Поліпшення техніко-економічних показників роботи гірської промисловості може бути досягнуто за рахунок застосування прогресивних способів видобутку корисних копалин, прискорення темпів впровадження досягнень науково-технічного прогресу, підвищення рівня організації виробництва, вдосконалення системи управління технологічними процесами і галуззю в цілому.

Концентрація гірничих робіт і широке застосування на вугільних шахтах високопродуктивних механізованих очисних і прохідницьких комплексів веде до значного підвищення навантажень на транспортні ланки.

Значні вантажопотоки, погіршення умов розробки вугільних родовищ та складність розвитку галузі призводять до безперервного підвищення трудомісткості гірничих робіт, в тому числі і на підземному транспорті [1].

Інженерами і вченими досягнуто серйозних успіхів у справі створення сучасних транспортних і виїмкових машин і широкого їх впровадження на гірничих підприємствах [2]. Тим часом окремі елементи застосовуваних машин потребують поліпшення.

Необхідність забезпечення на гірничих підприємствах потужних вантажопотоків, пов'язаних з концентрацією гірничих робіт, обумовлює розвиток найбільш прогресивних потокових видів транспорту, в основному конвеєрного, що відкриває великі можливості підвищення пропускної спроможності та надійності його роботи, продуктивності праці та зниження собівартості продукції, а також створює сприятливі умови для повної автоматизації транспортних процесів, підвищення безпеки та поліпшення умов праці.

Конвеєризація транспорту в шахтах здійснюється в основному трьома типами конвеєрів: скребковими, стрічковими і пластинчастими, а також деякими їх різновидами і похідними типами. На вибір типів конвеєрів, їх конструкцій і параметрів, а також на встановлення перспектив їх застосування вирішальний вплив надають умови і вимоги, які пред'являються до конвеєрного транспорту при експлуатації їх в підземних умовах вугільних і рудних шахт залежно від гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів.

Стрічкові конвеєри є в даний час основним засобом безперервного дільничного та магістрального транспорту на шахтах і рудниках. Їх широке впровадження служить одним з найважливіших факторів підвищення технічного рівня та ефективності гірничого виробництва [3].

Рівень конвейєризації гірничих підприємств безперервно зростає, а освоєння нових великих родовищ безсумнівно зажадає широкого впровадження більш потужних стрічкових конвейєри і конвеєрних ліній великої протяжності [4].

В електроприводі машин і механізмів використовують в основному електричні машини змінного струму, зокрема, асинхронні двигуни. Домінуюче положення за кількістю та загальної встановленої потужності займають асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, що відрізняються простотою конструкції і вживані найчастіше в нерегульованому приводі. Для плавного регулювання частоти обертання використовують асинхронні з короткозамкненим ротором, харчування яких здійснюється від тиристорних перетворювачів частоти або двигунів з фазним ротором [5].

1. Актуальність теми

З двигунів змінного струму найбільшого поширення набули асинхронні двигуни внаслідок простоти їх влаштування, причому застосовуються головним чином трифазні електродвигуни. Трифазні асинхронні двигуни є найбільш масовою продукцією електромашинобудування, проте надійність їх недостатня.

Основними причинами відмов є: неправильне обслуговування, низька якість матеріалів, значний нагрів ізоляції, низька якість виготовлення, підвищена швидкість наростання температури обмоток в аварійних режимах [6].

Раптовий вихід з ладу двигуна може призвести до аварій і тривалих простоїв виробництва, що призведе до фінансових втрат, які будуть викликані порушенням технологічного процесу і витратами на відновлення і ремонт електродвигуна.

У зв'язку з цим питання про удосконалення приводних електродвигунів є актуальним.

2. Мета і задачі роботи

Метою роботи є розробити рекомендації з удосконалення приводних електродвигунів конвеєрних установок.

Для досягнення вищевказаної мети поставлені такі основні задачі:

  1. Виконати огляд конструкцій приводних електродвигунів.
  2. Проаналізувати причини їх несправностей і відмов.
  3. Розглянути основні режими пуску електродвигунів.
  4. Дослідити пристрій багатошвидкісних двигунів і запропонувати їх удосконалення.

3. Огляд існуючих конструкцій приводних електродвигунів

Конвеєр відноситься до механізму безперервної дії з постійною розподіленої грузкой.

Режим роботи електродвигуна в такому механізмі – тривалий. При розрахунку його потужності, як правило, не враховують навантаження при пуску і гальмуванні.

Багато хто з конвеєрів мають недостатньо жорсткий кінематичний ланцюг, містять пружні механічні ланки, що впливає на вибір типу електроприводу та системи управління через необхідність демпфірування механічних коливань при пуску і гальмуванні.

Вимоги, що пред'являються до електроприводу конвеєрів:

  1. Регулювання швидкості не потрібно або потрібно в невеликому діапазоні.
  2. Потрібен підвищений пусковий момент за більшого за величиною моменту тертя спокою щодо моменту тертя руху.
  3. Необхідно забезпечення плавності перехідних процесів – обмеження прискорення і ривка з метою виключення розкачування або пробуксовки механізму і зниження динамічних зусиль при наявності пружних зв'язків. Бажано, щоб при пуску привод конвеєра мав характеристику з поступовим збільшенням пускового моменту до початку рушання конвеєрної стрічки і обмеженою величиною моменту в процесі розгону до номінальної швидкості.
  4. При роботі з декількома приводними барабанами привід повинен забезпечувати синхронізацію роботи приводних барабанів, тобто встановлення розрахункового розподілу тягового зусилля між приводними барабанами.
  5. Приводи потужних конвеєрів з високою швидкістю руху стрічки повинні забезпечувати знижену швидкість 1 м/с для проведення її огляду.
  6. Привід потужних конвеєрів повинен забезпечувати реверс у режимі місцевого управління.

Конвеєри можуть мати однодвигуновий або багатодвигунний електропривод.

Багатодвигунні електроприводи застосовуються для конвеєрних ліній значної протяжності, коли навіть оптимальне розташування приводної станції на трасі не забезпечує зниження максимального натягу до допустимого рівня або коли техніко-економічні показники при многодвигательном приводі краще, ніж при однодвигуновий.

Залежно від вимог до плавності пуску і регулювання швидкості в механізмах з розосередженою навантаженні застосовуються:
- електроприводи з короткозамкненими асинхронними двигунами з підвищеним пусковим моментом;
- асинхронні електродвигуни з фазним ротором для конвеєрних ліній великої протяжності для забезпечення плавного пуску.

Конструкція двигуна з короткозамкненим ротором

Рисунок 1 – Конструкція двигуна з короткозамкненим ротором

Конструкція двигуна з фазним ротором

Рисунок 2 – Конструкція двигуна з фазним ротором

Для приводів, де потрібне регулювання швидкості, найбільш перспективний електропривод за схемою ПЧ-АД, можливо також застосування системи АВК і електроприводів постійного струму за схемою ТП-Д. Для багатодвигунових приводів з метою отримання сприятливого розподілу навантаження між двигунами застосовують асинхронні короткозамкнені двигуни з підвищеним ковзанням або асинхронні двигуни з фазним ротором.

У першому випадку поліпшується розподіл навантаження між електродвигунами завдяки більш м'яким механічним характеристикам.

У другому випадку механічні характеристики вирівнюються за допомогою включення в ланцюг ротора одного з двигунів додаткового опору.

Крім того застосування асинхронних двигунів з фазним ротором допомогли вирішити проблему плавності пуску і обмеження пускових струмів за допомогою реостатного багатоступінчастого пуску або за допомогою тиристорного регулятора струму в ланцюзі ротора.

Управління електроприводами одиночних конвеєрів, не пов'язаних з іншими механізмами, проводиться за допомогою магнітних пускачів. Захист здійснюється автоматичними вимикачами забезпечують захист від перевантаження і короткого замикання [7].

4. Аналіз причин несправностей і відмов двигунів

У електродвигунів розглядаються два типи несправностей: несправність, викликані відмовою самого електродвигуна, і несправності, викликані зовнішніми причинами.

- Несправності двигуна:

- Несправності, викликані зовнішніми причинами.

Їх джерело розташовується зовні електродвигуна, але його вплив може пошкодити двигун.

Відмова може бути викликана:

- Джерелом живлення

- Робочими умови двигуна

- Неправильним механічним монтажем

Несправності в двигуні

Несправність обмотки статора або ротора

Обмотка статора в електродвигуні складається з мідного дроту, ізольованою лаком.

Порушення цієї ізоляції може викликати постійне коротке замикання між фазою і землею, між двома або трьома фазами або між витками в одній фазі (Рис. 3). Першопричина може бути електрична (коронні розряди, перенапруги), теплова (перегрів) або механічна (вібрація, електродинамічні впливу на провідники).

Обмотки

Рисунок 3 – Обмотки – це частини двигуна, найбільш чутливі до пошкоджень електричного ланцюга і відмовам роботи

Порушення ізоляції може також відбутися в обмотці ротора з таким же результатом – поломкою двигуна.

Найбільш частою причиною несправності обмоток двигуна є перегрів. Перевантаження призводить до підвищення виділеної потужності в обмотках і зростанню їх температури.

Крива (Рис. 4), яку надає більшість виробників електродвигунів, показує, залежність опору ізоляції від температури: із зростанням температури, опір ізоляції зменшується. У цьому випадку термін служби обмоток і, отже, двигуна істотно скорочується.

Залежність опору ізоляції від температури

Рисунок 4 – Залежність опору ізоляції від температури

Крива (Рис. 5), показує, що підвищення струму на 5%, еквівалентну підвищенню температури на 10°, зменшує вдвічі термін служби обмоток.

Залежність терміну служби від перевантаження і перегріву

Рисунок 5 – Залежність терміну служби від перевантаження і перегріву

Тому, для запобігання перегріву і зниження ризику відмови двигуна через порушення ізоляції обмотки необхідний захист від перевантаження.

Несправності, викликані зовнішніми причинами

Перенапруження

Будь-яка напруга на вході електрообладнання з піковою величиною, яка перевершує обмеження, визначені стандартом або специфікацією, є перенапруженням.

У тимчасових або постійних перенапруг (Рис. 6) можуть бути різні джерела походження:

Приклад перенапруг

Рисунок 6 – Приклад перенапруг

Перешкоди, що надходять з мережі живлення, можуть бути двох видів:

У більшості випадків перенапруження призводить до пробою ізоляції обмоток двигуна, який виводить електричну машину з ладу.

Несиметрія фаз

3-фазна система є несиметричною, коли три напруги мають нерівну амплітуду і/або не мають фазового зсуву 120° відносно один одного.

Несиметрія (Рис. 7) може бути викликана обривом фази, однофазними навантаженнями в безпосередній близькості або самим джерелом живлення.

Несиметрія 3-фазної напруги

Рисунок 7 – Несиметрія 3-фазної напруги

Результатом несиметрії напруги живлення є підвищення струму, необхідного створення необхідного крутного моменту, тим самим двигун перегрівається.

Падіння і провал напруги

Падіння напруги (Рис. 8) – це раптове зменшення напруги в джерелі живлення.

Приклад падіння напруги і короткочасного провалу напруги

Рисунок 8 – Приклад падіння напруги і короткочасного провалу напруги

Падіння напруги розглядається в діапазоні від 1 до 90% від номінальної напруги для половини циклу 50 Гц тривалістю від 10 мс до 1 хв.

Відповідно до визначення короткочасним провалом напруги вважається зменшення напруги нижче 90% від номінального рівня тривалістю менше 3 хвилин. Якщо напруга відсутня більше 3 хвилин, це вважається тривалим провалом напруги.

Під мікропаденіем або мікропровалом напруги мається на увазі відсутність напруги приблизно протягом однієї мілісекунди.

Причиною зміни напруги можуть бути як випадкові зовнішні фактори (неполадки в мережі живлення або коротке замикання), так і явища, що мають безпосереднє відношення до виробництва (підключення великих навантажень, наприклад потужних двигунів або трансформаторів). Наслідки, викликані даними факторами, можуть серйозно вплинути на сам двигун.

Гармоніки

Гармоніки можуть бути шкідливими для двигунів змінного струму.

Нелінійні навантаження, підключені до мережі, викликають несинусоїдальний струм і спотворення напруги.

Гармоніки збільшують втрати в двигунах від вихрових струмів і викликають подальше нагрівання.

Вони також можуть викликати підвищені пульсації крутного моменту (вібрації, механічна втома), зашумленість і обмежити використання двигунів на повному навантаженні.

Несправності роботи двигуна, пов'язані із зовнішніми причинами

Пуск двигуна: занадто довгий і/або занадто частий

Фаза пуску двигуна – це час, необхідний для досягнення номінальної швидкості обертання.

З урахуванням внутрішніх характеристик двигуна, він може витримати обмежена кількість пусків, зазвичай вказуються виробником (кількість пусків на годину).

Також двигун має часом пуску, залежних від пускового струму (Рис. 9).

Час пуску на підставі відносини пускового струму до номінального струму

Рисунок 9 – Час пуску на підставі відносини пускового струму до номінального струму

Заклинювання ротора

Заклинювання двигуна по механічній причини призводить до кидка струму, приблизно рівному пусковому струму. Результатом є нагрів, який набагато більше, ніж в інших випадках, тому що втрати в роторі залишаються максимальними протягом усього часу заклинювання, за відсутності охолодження двигуна, оскільки воно зазвичай пов'язане з обертанням двигуна.

Температура ротора може піднятися до 350°C.

Перевантаження (невелике перевантаження двигуна)

Невелика перевантаження двигуна викликається підвищенням моменту опору або падінням напруги в мережі (>10% номінальної напруги). Підвищення споживання струму викликає нагрівання, яке скорочує термін служби двигуна і може бути шкідливим для нього при короткому або тривалому періоді роботи [8].

5. Основні режими пуску електродвигунів

У більшості реальних ситуацій, коли ми модернізуємо вже наявний механізм з наявним двигуном (асинхронним з короткозамкненим ротором і обмотками, з'єднаними в зірку), умовно є тільки 2 практичних способу "пом'якшення" пуску:
1) пристрій плавного пуску (ППП);
2) частотний привід (перетворювач).

Пуск/зупинка з пристроєм плавного пуску

Це ефективна система пуску для забезпечення плавного пуску і зупинки двигуна.

Вона може використовуватися для забезпечення:
- обмеження струму двигуна;
- регулювання крутного моменту.

Регулювання зміною крутного моменту оптимізує крутний момент в процесі пуску і знижує кидки струму мережі. Це підходить для механізмів з постійним моментом опору навантаження.

Пристрій плавного пуску двигуна змінного струму і його робочий струм

Рисунок 10 – Пристрій плавного пуску двигуна змінного струму і його робочий струм

Переваги плавного пуску

Застосування пристроїв плавного пуску дозволяє зменшити пускові струми, знизити ймовірність перегріву двигуна, підвищити термін служби двигуна, усунути ривки в механічної частини приводу в момент пуску і зупину двигунів.

Поряд з ефектом від плавного пуску, пристрої плавного пуску дозволяють знизити активну споживану потужність, суттєво знизити реактивну потужність, захистити двигун, знизити шум, нагрів і вібрацію електродвигуна.

У свою чергу, пристрій плавного пуску (ППП) не може виконати наступні функції:
- регулювати частоту обертання двигуна в сталому режимі;
- реверсувати напрямок обертання;
- збільшити пусковий момент щодо номінального;
- знизити пусковий струм до значень менших, ніж потрібно для обертання ротора в момент старту.

Пуск з використанням перетворювача частоти

Це ефективна система пуску використовується для контролю і регулювання швидкості.

Може використовуватися для наступних застосувань:
- пуск при навантаженнях з великою інерцією;
- пуск при великих навантаженнях з джерелами живлення обмеженої потужності;
- оптимізація споживання електроенергії в залежності від швидкості.

Розглянута система пуску може використовуватися для всіх типів механізмів.

Це рішення в основному використовується для регулювання швидкості двигуна, запуск є побічної метою.

Тобто перетворювачі частоти використовуються разом зі стандартними електродвигунами трифазного струму, для того, щоб змінювати частоту їх обертання. Електрична потужність перетвориться при цьому наступним чином [8]:

Схема живлення двигуна змінного струму від перетворювача частоти

Рисунок 11 – Схема живлення двигуна змінного струму від перетворювача частоти

При пуску конвеєра вимагають стартового крутного моменту рівного або кілька перевищує номінальний крутний момент двигуна. Тому від пуску двигуна залежатиме пуск конвеєра і всі, пов'язані з ним, наслідки.

Висновки

Асинхронні двигуни знайшли широке застосування у всіх галузях техніки. Особливо це стосується простих по конструкції і міцних трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненими роторами, які надійніше і дешевше всіх електричних двигунів і практично не вимагають ніякого догляду.

Завдяки простоті конструкції, високої надійності і невисокої вартості асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором є найбільш поширеним електродвигуном. Понад 85% всіх електричних машин – це трифазні асинхронні електродвигуни.

Робота присвячена удосконаленню приводних електродвигунів, що, аналізуючи все вищесказане, є актуальним. На даному етапі виконано:

  1. Огляд існуючих конструкцій приводних електродвигунів.
  2. Проаналізовано причини несправностей і відмов двигунів.
  3. Розглянуто основні режими пуску електродвигунів.

Надалі буде розглянуто пристрій багатошвидкісних двигунів і розроблені рекомендації щодо їх удосконалення.


При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора, його керівника або консультанта після зазначеної дати.

Перелік посилань

  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.