Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

Наш регіон завжди славився видобутком корисних копалин, а саме вугільною промисловістю. Важливу роль в даній галузі займає транспортні системи, що забезпечують доставку з місця видобутку вугілля, безпосередньо, до місця переробки та зберігання для подальшого застосування за призначенням. Одним з основних безперервних транспортних засобів у вугільних шахтах є стрічковий конвеєр, який переправляє видобуте вугілля з лави, тому, до нього, як і до всіх шахтним системам, пред'являються високі технічні вимоги. Широке застосування конвеєрного транспорту пояснюється його перевагами перед транспортом інших видів при переміщенні значних обсягів вантажів на невеликі відстані. До таких переваг належать: простота конструкції, надійність в роботі, висока продуктивність і невеликі експлуатаційні витрати. В даний час, гірничі роботи в шахтах проводяться на значній глибині, виникає потреба в збільшенні довжини конвеєрних стрічок, через це виникає потреба розгляду можливих оптимальних варіантів плавного пуску двигуна конвеєра для збільшення їх продуктивності. Дана робота буде присвячена дослідженню технічних і енергетичних характеристик плавного пуску стрічкового конвеєра.

1. Актуальність теми

Забезпечення надійної роботи стрічкового конвеєра, без пробуксовок і різких поштовхів дозволяє збільшити термін служби деталей конвеєра за рахунок зменшення можливої ??деформації стрічки, в слідстві, підвищує довгостроковість обладнання та оптимізує виробництво з видобутку шахтних ресурсів.

2. Мета і завдання дослідження, заплановані результати

Метою магістерської роботи є дослідження енергетичних показників плавного пуску електроприводу стрічкового конвеєра і визначення ефективних методів їх поліпшення.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

  1. Вивчити літературу по шахтним конвеєрним установкам і різних способів пуску електроприводу шахтного стрічкового конвеєра, вибрати оптимальний;
  2. Розробити математичну модель пристрою плавного пуску шахтного стрічкового конвеєра під навантаженням, максимально наближену за основними характеристиками до реального об'єкту;
  3. Проаналізувати на підставі досліджень на математичній моделі різні методи поліпшення енергетичних характеристик пристрою плавного пуску стрічкового конвеєра.

Об'єкт дослідження: Пристрій плавного пуску шахтного стрічкового конвеєра

Вчені, що займаються розглядом питань застосування пристрою плавного пуску: проф. Б.А. Кузнєцов, к.т.н. В.М. Назаренко, проф. І.Г. Штокман, проф. Л.Г. Шайхмейстер, проф. В.Г. Дмитрієв і багато ін.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:

  • На підставі проведеного аналізу визначити переваги і недоліки різних способів виконання пристрою плавного пуску і визначити найбільш ефективні методи пуску електродвигуна шахтного стрічкового ковейера.

    3. Огляд літературних джерел

    У даній роботі використовується асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, за рахунок своєї простої конструкції і дешевизни є поширеним і має великий ряд преймуществ.Состоіт з наступних основних частин: статор з трифазною обмоткою, ротор з короткозамкненою обмоткою. Обмотка ротора виконана безконтактної (вона не з'єднана з жодною зовнішньої ланцюгом), що визначає високу надійність такого двігателя.Работа будь-якого асинхронного двигуна починається з його пуску.

    3.1Cпособи пуску двигуна

    Прямий пуск електродвигуна

    Даний вид пуску за рахунок своєї дешевизни і простоти є найпоширенішим і компактним. Виконання включає в себе досить просту схему виконання, яка складається з лінійного контактора і теплового або електронного реле перевантаження. Недоліком даного способу є зростання пускового струму. У разі прямого пуску електродвигунів конвеєра, відбувається механічний удар, що в свою чергу призводить до прискореного зносу обладнання (електродвигун, редуктор, стрічка тощо.), А також відбувається кидок струму, в результаті чого, в мережі може виникнути просадка напруги. Номінальне значення пускового струму перевищує значення струму двигуна в 6-8 разів, хоча і діє короткочасно. Проте, існують ситуації, коли цей метод підходить.[1]

    Прямий пуск електродвигуна

    Зображення 1 – Прямий пуск електродвигуна

    Пуск за схемою Зірка – трикутник

    Цей метод пуску використовується для двигунів, яких в номінальному режимі роботи з'єднаний трикутником. У початковий момент розгону двигуна, його обмотки з'єднані зіркою, що забезпечує знижений струм. Після закінчення певного часу підключення змінюється на «трикутник», що забезпечить повний струм і крутний момент. При підключенні за схемою «трикутник» напруга на кожній обмотці двигуна відповідає напрузі в мережі. Струм двигуна розділяється між двома паралельними обмотками з коефіцієнтом 1 / v3 від загального струму. Якщо опір кожної обмотки двигуна одно Z, то сума опорів для паралельних обмоток - Z / v3. Якщо двигун підключений зіркою (Y), його обмотки з'єднані послідовно. Отримане повне опір одно v3 * Z, в результаті чого воно буде в (v3 * Z) / (Z / v3) = 3, т. Е. В 3 рази вище опору при підключенні по схемі «трикутник». Оскільки рівень напруги один і той же, ток при підключенні по схемі «зірка» становитиме 1/3 струму при підключенні трикутником. Тому при пуску за допомогою схеми зірка / трикутник ток при підключенні зіркою дорівнюватиме 33% від струму двигуна, підключеного трикутником. Так як напруга мережі незмінно, при з'єднанні зіркою напруга знижується, т. К. Напругу на кожній обмотці двигуна становитиме 1 / v3 лінійної напруги. Дане знижена напруга також призведе до зниження крутного моменту. На практиці це значення становить 25%, т. К. Присутні додаткові втрати, а також інші особливості, пов'язані з ефективністю підключення за схемою «зірка». Даний спосіб пуску найбільш ефективний при пуску без навантаження або при дуже слабо завантаженому пуску, однак при пуску двигуна під великим навантаженням його застосування неможливо для досягнення номінальної швидкості необхідно перемикання на трикутник, який часто призводить до високих перехідним значенням і великого по амплітуді пікового струму. У деяких випадках піковий струм може перевищувати значення струму при прямому пуску. Крім того, як і при прямому пуску, єдиним способом зупинки двигуна при використанні схеми зірка-трикутник є прямою останов[1]

    Пуск за схемою <q>Зірка – трикутник</q>

    Зображення 2 – Пуск за схемою Зірка – трикутник

    Перетворювач частоти

    Перетворювач частоти також іноді називають VSD (приводом з регульованою швидкістю обертання), VFD (приводом з регульованою частотою обертання) або просто приводом. Він складається з двох основних блоків, один з яких перетворює змінний струм (50 або 60 Гц) в постійний, а другий - перетворює постійний назад в змінний, але з частотою 0-250 Гц. Керуючи частотою струму, привід може регулювати швидкість двигуна. Під час пуску привід збільшує частоту від 0 Гц до частоти мережі (50 або 60 Гц). Завдяки поступовому збільшенню частоти можна вважати, що двигун працює на своїй номінальній швидкості для даної частоти. Крім того, оскільки можна вважати, що двигун працює на своїй номінальній швидкості, номінальний крутний момент доступний відразу, а струм буде приблизно дорівнює номінальному. Як правило, привід відключається, якщо струм перевищує номінальний в 1,5 рази. При використанні приводу для управління двигуном також можна виконати плавний останов. Це особливо корисно при зупинці насосів, т. К. Дозволяє уникнути гідравлічного удару, а також пошкодження конвеєрних стрічок. У багатьох установках необхідно безперервно регулювати швидкість обертання двигуна, для цього дуже добре підходить частотне регулювання. Тим не менш, у багатьох випадках привід використовується тільки для запуску і зупинки двигуна, хоча необхідність в безперервному регулюванні швидкості відсутня. Таке рішення є надмірно дорогим порівняно з, наприклад, пристроєм плавного пуску. При порівнянні пристрої плавного пуску і приводу останній має набагато більші фізичні розміри і займає більше простору. Привід також набагато важче, ніж пристрій плавного пуску, що робить його менш бажаним рішенням, наприклад, на рухомому транспорті, де вага має велике значення. Нарешті, так як привід змінює частоту і фактично створює синусоидальную хвилю, при його використанні в мережі будуть з'являтися гармоніки. Для зменшення впливу даних проблем використовуються додаткові фільтри та кабелі, але гармоніки, як правило, неможливо усунути повністю.

    Перетворювач частоти

    Зображення 3 – Перетворювач частоти

    Застосування пристрою плавного пуску

    Застосування устНеобходімость в порівняно дешевих пристроях для запуску двигунів з обмеженням струму в процесі розгону привела до широкого поширення пристроїв плавного пуску (УПП). Функціональна схема ППП представляє по суті силову схему і принцип управління преобразовательного пристрою, відомого під назвою тиристорного регулятора напруги (ТРН). За рахунок можливості регулювання напруги на затискачах двигуна обспечівает формування струму і моменту двигуна в пусковому режимі. ППП, по суті ТРН, в який введено замкнута система автоматичного регулювання струму і пристрій параметричного (функції часу) завдання амплітуди струму. В результаті ППП реалізує формування заданого обмеженого струму і моменту двигуна в процесі пуску. Традиційна система плавного пуску ізборажена на малюнку забезпечує зниження пускового струму на заданому рівні (не більше 2 ... 3 Iн). При цьому різко зменшуються електродинамічні зусилля в обмотках і пов'язане з ними механічне пошкодження ізоляції обмоток. Зниження пускових моментів сприятливо і для механічної частини приводу. Пристрій плавного пуску не змінюють частоту або швидкість як це робить привід. Замість цього воно плавно нарощує напругу, яка подається на двигун, від початкового значення до повного. Спочатку напруга на двигуні під час пуску настільки мало, що можна регулювати тільки зазор між зубчастими колесами або розтяжними приводними пасами і т. Д., Що дозволяє уникнути різких ривків при пуску. Поступово напруга і крутний момент збільшуються, а обладнання починає прискорюватися. Одним з переваг цього методу пуску є можливість точного регулювання крутного моменту в залежності від потреб, і наявності або відсутності завантаження. Використання пристрою плавного пуску дозволяє зменшити пусковий струм і тим самим уникнути падіння напруги в мережі. Також при цьому зменшується пусковий крутний момент і механічні дії на устаткування, що знижує необхідність в обслуговуванні та ремонті. Як і привід, пристрій плавного пуску може виконувати плавний останов, усуваючи гідроудар і скачки тиску в насосних системах і дозволяючи уникнути пошкодження тендітного матеріалу на стрічкових конвейерах.ройства плавного пуску[2]

    До основних параметрів системи, які задаються і управляються за допомогою ППП можна віднести:

  • Час розгону - це час, за яке система плавного пуску збільшить напругу на виході від початкового до повного.
  • Час гальмування - це час, за який напруга на виході системи знизиться від повного до напруги зупинки (початкового напруги). Якщо за встановлений час двигун не встигає загальмуватися повністю, по подальша зупинка двигуна відбувається на вибігу.
  • Обмеження струму може використовуватися в тих випадках, коли потрібно обмеження пускового струму або при пуску під великим навантаженням, коли важко забезпечити хороший старт завданням тільки початкової напруги і часу включення. При досягненні межі обмеження струму система плавного пуску тимчасово припинить збільшення напруги, поки струм не знизиться нижче заданої межі, після чого процес збільшення напруги відновиться до досягнення повної напруги. Ця функція є не у всіх ППП.
  • Управління моментом застосовується в тих випадках, коли потрібно забезпечити двигуну момент протягом усього часу пуску. При цьому необхідний для пуску двигуна струм не повинен перевищувати струм обмеження. Динамічний момент може бути Квазіпостійні у всьому діапазоні зміни швидкостей. Ругулірованіе моменту дозволяє використовувати один темп розгону електродвигуна для забезпечення пуску без механічних перенапруг.
  • Функція BOOST підтримки напруги дозволяє отримати пусковий момент для подолання механічного тертя. Застосовується, коли крутний момент при зниженому стартовому напрузі недостатній для зрушення вала з місця, але основний розгін вже стартував двигуна можна виконати і від зниженої напруги[3]

    • Пристрій плавного пуску

    Зображення 4 – Пристрій плавного пуску

    Реакторний пуск

    Даний спосіб пуску двигуна полягає в використанні трифазного індуктивного опору, що дозволяє сповільнити процес наростання струму. Здійснюється реакторний пуск двигуна таким чином. Спочатку двигун живиться через трифазний, його опір обмежує величину пускового струму, таким чином з мережі надходить в обмотку статора через реактори, на обмотках відбувається падіння напруги за рахунок індуктивного опір реактора. В результаті на обмотку статора подається знижена напруга. Після досягнення нормальної частоти обертання включається вимикач, який шунтує реактор, в результаті чого на двигун подається нормальна напруга мережі. Більш універсальним є спосіб зі зниженням підводиться до двигуна напруги за допомогою реакторів (реактивних котушок - дроселів).[1]

    Реакторний пуск двигуна

    Зображення 5 – Реакторний пуск двигуна

    Основні характеристики реакторного пуску двигуна

    Зображення 6 – Основні характеристики реакторного пуску двигуна
    (анімація: 7 кадрів, нескінченний цикл повторення, 78,5 кілобайт)

    Характеристики

  • Пусковий струм: 4,5 In.
  • Пусковий момент: 0,5 - 0,75 Мn.
  • Пуск зі зростаючим моментом навантаження;
  • Збільшений кидок струму;
  • Громіздка пускова апаратура, яка потребує обслуговування;
  • Механічні удари при пуску.

    Автотрансформаторний пуск

    Автотрансформаторним пуск, як і попередній спосіб, вимагає спеціального пускового апарату - автотрансформатора, який здорожує установку. Коефіцієнт трансформації автотрансформатора, під час пуску цим способом пусковий струм в мережі і пусковий момент двигуна зменшуються. У цьому випадку величина пускового моменту при інших рівних умовах буде більше, ніж при реакторному пуску, що, безумовно, є перевагою способу пуску короткозамкнених асинхронних двигунів за допомогою автотрансформатора.Автотрансформаторний пуск здійснюється в наступному порядку. Спочатку через автотрансформатор на статор двигуна подається знижена напруга. При цьому пусковий струм асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, який вимірюється на виході автотрансформатора, зменшується в До раз, де К - коефіцієнт трансформації автотрансформатора. Що ж стосується струму на вході автотрансформатора, то він зменшується в К2 разів у порівнянні з пусковим струмом при прямому включенні двигуна в мережу. Справа в тому, що в зменшуючому автотрансформаторі первинний струм менше вторинного в До раз і тому зменшення пускового струму при АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ пуску становить К2 раз[4]

    Автотрансформаторний пуск

    Зображення 7 – Автотрансформаторний пуск двигуна

    Характеристики

  • Пусковий струм: 1,7 - 4 In
  • Пусковий момент: 0,4 - 0,85 Мn.
  • Дорожнеча і низька надійність;
  • Збільшені кидок струму і провал напруги при включенні на повне напруга;
  • Громіздка пускова апаратура, яка потребує обслуговування;
  • Механічні удари при пуску.

    • 3.2 Серійні апарати плавного пуску і системи soft start стрічкових конвеєрів

    Серія Altistart 48

    ППП Altistart 48 являє собою тиристорне перемикаючий пристрій, що забезпечує плавний пуск і зупинку трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором потужністю від 4 до 1200 кВт. Воно об'єднує функції плавного пуску і гальмування, захисту механізмів і двигунів, а також зв'язку з системами автоматизації. Характеристики алгоритму управління пристроями плавного пуску Altistart 48 забезпечують високу надійність, безпеку і простоту введення в експлуатацію.[6]

    Основні функції Altistart 48:

  • спеціальний алгоритм керування моментом, реалізований в пристроях плавного пуску Altistart 48 (патент Schneider Electric);
  • підтримання моменту, що розвивається двигуном під час прискорення і уповільнення (значне зменшення ударних навантажень);
  • можливість закоротки пристрою за допомогою обхідного контактора після закінчення пуску з підтриманням електронних захистів;
  • великий допустимий діапазон зміни частоти при харчуванні від електроагрегатів;

    • Функції захисту двигуна і механізму:

  • вбудована непряма тепловий захист двигуна;
  • обробка інформації з терморезисторов (позисторов);
  • контроль часу пуску;
  • захист від недовантаження і перевантаження в сталому режимі.

    • У типовому варіанті, для управління одним або групою однакових за параметрами електродвигунів за допомогою УПП Altistart 48 необхідно, поєднати дискретні виходи контролера з клемами УПП Stop (активний сигнал 0 В) і Run (активний сигнал + 24В). При цьому «0» харчування виходів контролера необхідно об'єднати з клемою COM УПП. Ще два дискретних виходу контролера використовуються для управління вхідним і байпасним контакторами. Можливо, управління УПП і за допомогою проміжних реле при цьому контакти реле служать для подачі на клеми Stop і Run сигналів з клем + 24V і COM пристрою плавного пуску. При проектуванні необхідно пам'ятати, що входи УПП RUN і STOP запрограмовані для команд пуску і зупинки. Сигнали управління можуть бути постійними або імпульсними. Два інших входу LI3 і LI4 можуть бути налаштовані для виконання певних функцій. Список програмованих функцій представлено в каталозі на Altistart 48 в розділі «Прикладні функції дискретних входів» .Altistart 48 має два дискретних і три релейних виходу. Дискретні виходи LO1 і LO2 підключаються до відповідних входів контролера безпосередньо. Список програмованих функцій представлено в каталозі на Altistart 48 в розділі «Прикладні функції дискретних виходів». Сигнали з реле R1, R2 і R3 подаються на відповідні входи контролера, при цьому +24 харчування входів контролера подається на клеммами R1С, R2C і R3С, а клеми R1А, R2A і R3A з'єднуються з входами контролера. При проектуванні слід враховувати, що реле R1 може бути налаштоване для виконання наступних функцій:

  • Сигналізація про несправність. Реле розмикається при появі несправності УПП.
  • Команда на ізолювання. Реле розмикається по сигналу низького рівня на вході STOP і в кінці уповільнення по команді уповільнення.

    У всіх випадках при розмиканні реле R1 рекомендується запрограмувати контролер на відключення мережевого контактора. Реле R2 сконфігурованої тільки на функцію підключення байпасного контактора. Воно замикається після закінчення пуску і розмикається по команді STOP або при несправності. Реле R3 конфигурируется на виконання тих же функцій, що і дискретні виходи LO1і LO2.Altistart 48 має один аналоговий вихід АО1. Він дозволяє передовать на аналоговий вхід контролера струмовий сигнал 0-20 або 4-20 мА, що містить інформацію про величину поточного струму або моменту двигуна, температуру двигуна, активну потужність.[6]

    Керування ППП Altistart 48 от PLC

    Зображення 8 – Керування ППП Altistart 48 від PLC

    ППП типу SSM компанії ABB

  • Кожне ППП є комплектним, автономним пристроєм одностороннього обслуговування. Силова частина включає в себе вступної роз'єднувач, розрахований на відключення повного струму навантаження, силові плавкі запобіжники, закріплені вступної і обвідний вакуумні контактори, блок силових тиристорів.
  • З метою мінімізації компонентів і підвищення тим самим надійності ППП цифровий контролер управління тиристорами виконує одночасно і функції захисту двигуна. Захисту працюють як в режимах пуску і плавного зупинення, так і при роботі двигуна безпосередньо від мережі з включеним обвідним контактором. Спеціалізованого пристрою РЗА не потрібно.
  • Для зручності експлуатації ППП виконані за принципом Plug and play, тобто потрібно лише підключення входу до мережі живлення (3 фази) і виходу - до двигуна (3 фази). Все міжблочні зв'язку, захисту двигуна, джерела живлення і т.д. виконані всередині самого пристрою, додаткових блоків, кабелів, напруг ланцюгів управління, монтажних робіт не потрібно.
  • З метою підвищення надійності ППП з номінальним струмом нижче 400 А виконуються невентильованими (відсутні вентилятори охолодження). Все УПП мають ступінь захисту не нижче IP54 (стандарт) або IP 64 (опція) для роботи в умовах підвищеної забрудненості.
  • Для зручності проектування і розміщення на об'єкті конструкція УПП передбачає можливість двох варіантів його підключення: a. вбудовування в щит КРУ (шинний підключення). У цьому випадку необхідність у зовнішній осередку введення (вимикачі) з пристроєм РЗА відпадає (економія - 20-30 kUSD на один пристрій), досягається подвійне зниження займаної площі, подвійне збільшення часу напрацювання на відмову. b. підключення кабелем знизу, зверху, ззаду або з обох боків. У цьому випадку (опція за бажанням Замовника) харчування ППП здійснюється через зовнішню (надлишкову) високовольтну комірку. Наявність же вбудованих в ППП вступного і обвідного контакторів дозволяє тримати вимикач цієї зовнішньої осередки постійно включеним і напругу живлення - постійно підведеними до ППП, а робочі комутації виконувати контакторами. Це дозволяє зовнішньому вимикача працювати в щадному режимі за рахунок зниження числа комутацій, однак, підвищуються розміри і загальна ціна технічного рішення.[7]
    • Електрична схема з'єднання пристрою SSM

    Зображення 9 – Електрична схема з'єднання пристрою SSM

    Висновки

    1. Проведений огляд літературних джерел за темою дисертаційної роботи показав, що для оптимального функціонування шахтного стрічкового конвеєра необхідно використовувати ППП.
    2. Аналіз пристроїв плавного пуску забезпечить усунення провалів напруги при пуску двигуна, дозволить зменшити пускові струми в комутаційних апаратах, кабелі та двигуні.
    3. Гірничодобувне виробництво особливо потребує безпечному режимі роботи, пристрій плавного пуску максимально захищає від аварійних режимів роботи (теплова і струмовий захисту).
    4. Рішення поставленої в магістерській роботі завдання дозволить отримати практичні рекомендації для ефективного використання пристрою плавного пуску шахтного стрічкового конвеєра.

    На момент написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Орієнтовна дата завершення магістерської роботи: червень 2018 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

    Список источников

    1. Андреев В.П. .Основы электропривода / В.П. Андреев, Сабинин Ю.А// Государственное энергетическое издательство – 1963. –с. 129-153.
    2. Борисенко В.Ф. Электротехнические системы транспортных механизмов / [Борисенко В.Ф., Чепак А.А., Сидоров В.А., и др.] под ред. Борисенко В.Ф. – Донецк.: НПФ «МИДИЭЛ», 2007. С. 83-89
    3. Мейстель А. М. и др. Комплектные тиристорные устройства для управления асинхронными электроприводами. -М.: "Энергия", 1971. - с. 27-35. 
    4. Ставицкий В.Н., Маренич К.Н. Полупроводниковый преобразователь для автоматизированного электропривода горной машины. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: обчислювальна техніка та автоматизація. Випуск 58. – Донецьк: ДонНТУ, 2003. – с. 122 – 129
    5. Техническая коллекция Schneider Electric. Выпуск 26 / Дроздов П.А, Потапов А.В, – М.: Издательский дом «Вильямс», 2009.с.12 –13 .
    6. Учебное пособие по выбору и применению устройств плавного пуска ABB/: [Электронный ресурс]. – URL: http://www.lanitnord.ru/files/1sfc132060m0201_softstarters_manual_2014.pdf