1461
.pdfГлава 11 ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
11.1. Общие сведения
Более 90 % подъемных машин, находящихся в эксплуатации в угольной и горнорудной промышленности стран СНГ, оснащаются электроприводом с двигателями переменного тока, в основном асинхронными электродвигателями с фазным ротором. Это объясняется преимуществами рассматриваемого электропривода, а именно: малая стоимость оборудования и строительномонтажных работ, простота обслуживания, малые затраты времени на обслуживание и на восстановление при отказах, легкость резервирования, высокая эксплуатационная надежность.
На подъемных машинах с мощностью электропривода 250 кВт и менее применяются низковольтные электродвигатели, при большей мощности – высоковольтные. Подъемные машины могут иметь в работе два электродвигателя – двухдвигательный привод или один двигатель – однодвигательный привод. Как правило, приоднодвигательномприводеустанавливаетсярезервный двигатель.
Наибольшее распространение в шахтном подъеме получило регулирование скорости и момента асинхронных двигателей с фазным ротором путем изменения сопротивления в цепи ротора. При металлических сопротивлениях (металлическом реостате) в цепи ротора скорость изменяется ступенчато, при жидкостном реостате – бесступенчато. На поверхностных подъемных установках применяется в основном электропривод с асинхронным двигателем
сфазным ротором с металлическим реостатом в цепи ротора, на подземных –
сжидкостным реостатом.
Известен способ регулирования скорости и момента асинхронного двигателя с фазным ротором путем включения его по схеме асинхронного вентильного каскада (АВК). К роторным обмоткам асинхронного электродвигателя подключается нерегулируемый диодный выпрямитель, нагруженный через сглаживающий дроссель на ведомый сетью регулируемый тиристорный инвертор. Инвертор создает регулируемую противо ЭДС в звене постоянного тока выпрямителя, что позволяет получать необходимый ток выпрямителя (соответственно ротора двигателя) независимо от напряжения ротора, т.е. получать возможность управления моментом и скоростью двигателя. При этом выделяемая в роторе двигателя электрическая энергия возвращается через регулируемый инвертор в питающую сеть.
За рубежом в последние 15–20 лет безредукторный электропривод выполняетсявосновномпосистеме«преобразовательчастоты– синхронныйдвигатель» (ПЧ-СД). Электроприводы поставляются ведущими зарубежными фирмами Германии (Siemens), Швеции (АВВ), Франции (Alstom), США и Канады. В странах
301
СНГ поставку таких электроприводов осуществляют Электротехническая промышленная компания «Электротехпром» (г. Москва) с применением электрооборудования фирмы Siemens и НПФ «МИДИЭЛ» (г. Донецк) с применением электрооборудованияфирмыАВВ[43].
11.2. Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором с металлическим реостатом в цепи ротора
11.2.1. Общие указания по ревизии и наладке
Включение асинхронного двигателяс фазным ротором осуществляетсяподачейнапряжения встатордвигателяреверсоромсконтактораминаправлениядвижения«Вперед» (В), «Назад» (Н) иконтакторомдинамическоготорможенияДТ.
Для включения высоковольтных двигателей наибольшее распространение получили реверсоры с электромагнитными контакторами (см. подразд. 10.2.1). В настоящее время начинают применяться реверсоры с вакуумными контакторами. Так как вакуумные контакторы имеют низкую коммутирующую способность при переключении цепей постоянного тока, в таких реверсорах последовательно с вакуумным контактором включается электромагнитный контактор постоянного тока ДТк, который обеспечивает коммутацию тока динамического торможения, а вакуумный контактор ДТр выполняет функцию высоковольтного разъединителя (см. подразд. 10.2.2).
Регулирование скорости и момента асинхронного двигателя с фазным ротором производится изменением сопротивления в цепи ротора электромагнитными контакторами роторной магнитной станции (контакторами ускорения КУ). Роторные сопротивлениямогутбытьсоединенызвездойили треугольником.
На рис. 11.1 приведены схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором:
11.1, а – включение статора двигателя реверсором с электромагнитными контакторами и соединение роторных сопротивлений в «звезду»;
11.1, б – включение статора двигателя реверсором с вакуумными контакторами и соединение роторных сопротивлений в «треугольник».
При ревизии и наладке схемы управления подъемным электродвигателем необходимо проверить следующее.
1.Правильность сборки схемы управления статором и ротором подъемного электродвигателя.
2.Наличие в этих схемах всех защит и блокировок, которые необходимы дляобеспечениябезопаснойэксплуатацииданнойустановки(см. гл.14).
3.Состояние контактных соединений. Контактные соединения должны быть выполнены на переходных зажимах или на зажимах соответствующих аппаратов; соединения при помощи скрутки устранить.
4.Коммутацию и маркировку схемы. Необходимо, чтобы в схеме отсутствовало повторение одинаковых маркировок.
302
5.Состояние аппаратов, приборов и соответствие надписей на них. Надписи на аппаратах и приборах не должны повторяться и должны соответствовать обозначению на исполнительной принципиальной схеме управления.
6.Состояние источников питания отдельных цепей управления, их коммутационные аппараты, величину напряжения источника питания, а при необходимости и его полярность.
7.Величину сопротивления изоляции аппаратов, приборов, цепей управления и кабелей мегаомметром на напряжение 500–1000 В (см. приложение 8). Обратить внимание на наличие аппаратов и приборов, изоляция которых испытывается напряжением менее 500 В в соответствии с требованиями ПБ [27, 28] и заводских инструкций. Эти аппараты на время проверки сопротивления изоляции необходимо отсоединить и испытать отдельно.
а |
б |
Рис. 11.1. Схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором: а – включение статора двигателя реверсором с электромагнитными контакторами и соединением роторных сопротивлений звездой; б – включение статора двигателя реверсором с вакуумными контакторами и соединением роторных сопротивлений треугольником.
303
8.Исправность аппаратуры управления, защит и блокировок основного и вспомогательного электрооборудования и контрольно-измерительных приборов. Принеобходимостипроизвестиихрегулировку. Приобнаружениинеисправностей
ваппаратуре необходимо их устранить; аппаратуру, которая не подлежит восстановлению, заменить, а также установить недостающую. Внести усовершенствованияиизменениявисполнительнуюпринципиальнуюсхемууправленияподъемной установкой в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к установке нормативными документами. При значительном износе электрооборудования принять решение о возможности дальнейшей его эксплуатации и при необходимостинаметитьмероприятияпочастичнойилиполнойзамене.
9.Работу схемы под напряжением во всех рабочих режимах. После проведения ревизии и наладки подъемной установки составить скорректированную исполнительную принципиальную схему управления, условные обозначения элементов которой должны соответствовать ЕСКД.
При ревизии и наладке роторных сопротивлений необходимо проверить следующее.
1.Соответствие фактической схемы роторных сопротивлений расчетной или проектной (пофазно).
2.Состояние ящиков сопротивлений (блоков резисторов) и правильность их монтажа; произвести подтяжку гаек стяжных болтов (гайки следует подтягивать равномерно с обеих сторон так, чтобы не разрушить фарфоровые изоляторы).
3.Крепление ящиков к каркасу, исправность их ошиновки и отсутствие искрения в контактных соединениях.
4.Правильность подключения ступеней сопротивлений к соответствующим контакторам. Особенно тщательно необходимо соблюдать фазировку жил кабелей, соединяющих контакторы магнитной станции и роторные сопротивления при соединении их треугольником.
5.Состояние и крепление соединительных кабелей.
6.Величину сопротивления изоляции ящиков сопротивлений и кабелей мегаомметром на напряжение 1000 В (см. приложение 8).
7.Целостность цепи роторных сопротивлений пофазно.
11.2.2.Расчет роторных сопротивлений при соединении их звездой
Расчет роторных сопротивлений можно производить на компьютере с использованием формул и алгоритма, изложенного в [43]. На практике с достаточной степенью точности расчет роторных сопротивлений можно производить по упрощенной методике.
Для этого необходимо иметь следующие данные:
–номинальное напряжение Uр (В) и номинальный ток Iр (А) ротора;
–число ступеней роторных сопротивлений станции управления;
–время разгона двигателя и длительность полного цикла подъема.
304
Таблица 1 1 . 1
Формуляр расчета роторных сопротивлений, соединенных звездой
Число |
Маркировка |
Сопротивление |
Среднепусковой |
Относительная про- |
|
ступени |
ступени, Ом, |
ток, А, |
должительность |
||
ступеней |
(см. рис. |
работы ступени, %, |
|||
R = k1Rр.н |
I = k2Iр |
||||
|
11.1,а) |
ПВ = k3τ |
|||
|
|
|
|||
|
p10 – p11 |
0,6Rр.н |
0,8Iр |
100 |
|
4 |
p11 – p12 |
0,25Rр.н |
2Iр |
0,9τ |
|
p12 – p13 |
0,13Rр.н |
2Iр |
0,8 τ |
||
|
|||||
|
p13 – p14 |
0,06Rр.н |
2Iр |
0,9 τ |
|
|
p10 – p11 |
1,75Rр.н |
0,4Iр |
100 |
|
|
p11 – p12 |
0,3Rр.н |
1,3Iр |
0,9 τ |
|
5 |
p12 – p13 |
0,2Rр.н |
1,9Iр |
0,7 τ |
|
|
p13 – p14 |
0,1Rр.н |
2,0Iр |
0,8 τ |
|
|
p14 – p15 |
0,04Rр.н |
2,0Iр |
0,9 τ |
|
|
p10 – p11 |
1,5Rр.н |
0,4Iр |
100 |
|
|
p11 – p12 |
0,6Rр.н |
1,0Iр |
0,9 τ |
|
6 |
p12 – p13 |
0,24Rр.н |
1,5Iр |
0,5 τ |
|
p13 – p14 |
0,12Rр.н |
1,9Iр |
0,7 τ |
||
|
|||||
|
p14 – p15 |
0,06Rр.н |
1,9Iр |
0,85 τ |
|
|
p15 – p16 |
0,03Rр.н |
1,9Iр |
0,9 τ |
|
|
p10 – p11 |
1,5Rр.н |
0,4Iр |
100 |
|
|
p11 – p12 |
0,6Rр.н |
0,9Iр |
0,9 τ |
|
|
p12 – p13 |
0,3Rр.н |
1,8Iр |
0,4 τ |
|
7 |
p13 – p14 |
0,15Rр.н |
1,8Iр |
0,7 τ |
|
|
p14 – p15 |
0,08Rр.н |
1,8Iр |
0,8 τ |
|
|
p15 – p16 |
0,04Rр.н |
1,8Iр |
0,85 τ |
|
|
p16 – p17 |
0,02Rр.н |
1,8Iр |
0,9 τ |
|
|
p10 – p11 |
1,4Rр.н |
0,4Iр |
100 |
|
|
p11 – p12 |
0,5Rр.н |
0,9Iр |
0,95 τ |
|
|
p12 – p13 |
0,3Rр.н |
1,7Iр |
0,4 τ |
|
8 |
p13 – p14 |
0,2Rр.н |
1,7Iр |
0,7 τ |
|
p14 – p15 |
0,12Rр.н |
1,7Iр |
0,8 τ |
||
|
|||||
|
p15 – p16 |
0,07Rр.н |
1,7Iр |
0,85 τ |
|
|
p16 – p17 |
0,04Rр.н |
1,7Iр |
0,9 τ |
|
|
p17 – p18 |
0,02Rр.н |
1,7Iр |
0,95 τ |
305
Номинальное напряжение и номинальный ток ротора берут по заводским данным. При отсутствии заводской таблички на двигателе эти величины могут быть определены следующим образом. Подать номинальное трехфазное напряжение на обмотку статора при заторможенной машине и измерить напряжение ротора между кольцами при разомкнутом роторе. Для высоковольтных двигателей необходимо подавать пониженное напряжение.
Измеренное между кольцами напряжение следует привести к номинальному напряжению статора по формуле
U |
p |
U |
к |
Uст , |
(11.1) |
|
|
Uп |
|
где Uк – измеренное напряжение между кольцами, В; Uст – номинальное напряжение статора, В; Uп – подведенное напряжение к статору, В.
Номинальный ток (А) ротора определить по формуле
Iр 0,635 P 103 / UР , |
(11.2) |
где Р – мощность двигателя, кВт; Uр – номинальное напряжение ротора, В. Время разгона подъёмного двигателя и длительность полного цикла
определить расчетным путём. При этом величину ускорения принять максимально допустимую в соответствии с требованиями ПТЭ [27].
При расчете роторных сопротивлений по упрощенной методике необходимо определить следующее:
1.Номинальное сопротивление ротора:
R |
|
|
Up |
. |
(11.3) |
|
|
||||
р.н |
|
|
3 Ip |
|
|
|
|
|
|
||
2. Величину сопротивления по ступеням: |
|
||||
R k1 |
Rр.н , |
(11.4) |
|||
где k1 – соответствующий коэффициент для каждой ступени (см. табл.11.1). 3. Среднепусковые токи по ступеням:
I k2 Iр , |
(11.5) |
где k2 – соответствующий коэффициент для каждой ступени (см. табл. 11.1). 4. Относительную продолжительность включения каждой ступени:
ПВ k3ф, |
(11.6) |
где k3 – соответствующий коэффициент для каждой ступени (см. табл. 11.1); τ – относительная продолжительность (%) работы всего сопротивления.
Значение τ определяется по формуле
306
(tp / Tц)100 , |
(11.7) |
где tр – время разгона двигателя, с; Tц – время полного цикла подъема (включая паузу), с.
5.Необходимый типоразмер ящиков роторных сопротивлений (блоков резисторов) и число параллельных ветвей их в ступени, которые определяются по величине среднепускового тока I и относительной продолжительности включения ступени ПВ (приложение 7).
6.Необходимое число элементов ящиков сопротивлений (блоков резисторов) в каждой ступени.
В табл. 11.1 приведен формуляр расчета роторных сопротивлений одной из фаз, соединенных звездой, для подъемных двигателей с управлением магнитными станциями с разным количеством контакторов. Расчет роторных сопротивлений других фаз аналогичен. На рис. 11.1, а показана соответствующая маркировка ступеней роторного сопротивления для магнитной станции с восемью контакторами ускорения.
11.2.3. Расчет роторных сопротивлений при соединении их треугольником
В расчете использован принцип деления исходного треугольника сопротивлений (рис. 11.2) с последовательным соединением участков r1 и r2 на два равно-
ценных, параллельновключенныхтреугольникассопротивлениемфазr1 иr2.
Перегруппировка сопротивлений производится при замыкании контактов соответствующего контактора КУ, при этом сопротивления используются в течение всего пуска двигателя.
Выбор требуемого варианта переключений определяется соответствующими коэффициентами переключения, числом пусковых ступеней и т.д. Так, для схем с пятью и восемью роторными контакторами оказались рациональными варианты переключений изображенные на рис. 11.3.
Рис. 11.2. Принцип деления исходного треугольника сопротивлений:
а– исходное состояние схемы; б – схема после переключения;
в– символическая диаграмма переключений
307
Рис. 11.3. Диаграммы включения контакторов ускорения и схемы переключения участков роторных сопротивлений, соединенных треугольником.
Таблица 1 1 . 2
Формуляр расчета роторных сопротивлений, соединенных треугольником (магнитная станция с восемью контакторами ускорения)
Ступени роторных сопротивлений |
Коэффициент |
Коэффициент |
|||||
|
Маркировка ступеней |
для расчета |
для расчета средне- |
||||
|
величины со- |
пускового тока, ПВ |
|||||
Номер |
|
(рис.11.4, а) |
|
||||
|
|
противления |
(I = kIр) |
||||
ступени |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ступени |
|
|
|
Фаза А-В |
|
Фаза |
Фаза |
12,5 % |
20 % |
||
|
|
||||||
|
|
В-С |
С-А |
(R = kRрн) |
|||
1 |
В – Р12 |
|
С – Р22 |
А – Р32 |
9,0 |
0,09 |
0,112 |
2 |
А – Р12 |
|
В – Р22 |
С – Р32 |
9,0 |
0,09 |
0,112 |
3 |
В – Р11 |
|
С – Р21 |
А – Р31 |
9,0 |
0,09 |
0,136 |
4 |
Р11 – Р13 |
|
Р21 – Р23 |
Р31 – Р33 |
5,0 |
0,09 |
0,136 |
5 |
Р13 – Р14 |
|
Р23 – Р24 |
Р33 – Р34 |
2,5 |
0,105 |
0,136 |
6 |
Р14 – Р15 |
|
Р24 – Р25 |
Р34 – Р35 |
1,5 |
0,105 |
0,136 |
7 |
Р15 – Р16 |
|
Р25 – Р26 |
Р35 – Р36 |
0,5 |
0,135 |
0,164 |
8 |
Р16 – Р17 |
|
Р26 – Р27 |
Р36 – Р37 |
0,405 |
0,135 |
0,164 |
9 |
Р17 – А |
|
Р27 – В |
Р37 – С |
0,095 |
0,27 |
0,28 |
308
Таблица 1 1 . 3
Формуляр расчета роторных сопротивлений, соединенных треугольником (магнитная станция с пятью контакторами ускорения)
Ступени роторных сопротивлений |
Коэффициентдля |
Коэффициент |
||||
|
Маркировка роторных |
для расчета |
||||
|
расчетавеличины |
|||||
Номер |
сопротивлений (см.рис.11.4, б) |
сопротивления |
среднепусково- |
|||
|
|
|
го тока, |
|||
ступени |
|
|
|
ступени |
||
Фаза А-В |
Фаза В-С |
Фаза С-А |
ПВ = 12,5 % |
|||
(R = kRрн) |
||||||
|
|
|
|
(I = kIр) |
||
|
|
|
|
|
||
1 |
В – Р12 |
С – Р22 |
А – Р32 |
3,27 |
0,175 |
|
2 |
Р11 – Р12 |
Р21 – Р22 |
Р31 – Р32 |
3,27 |
0,175 |
|
3 |
Р11 – Р13 |
Р21 – Р23 |
Р31 – Р33 |
1,63 |
0,25 |
|
4 |
Р13 – Р14 |
Р23 – Р24 |
Р33 – Р34 |
0,705 |
0,25 |
|
5 |
А – Р14 |
В – Р24 |
С – Р34 |
0,177 |
0,28 |
|
Рис. 11.4. Маркировка ступеней роторных сопротивлений, соединенных треугольником, для подъемных двигателей, управляемых магнитными станциями: а – с восемью контакторами ускорения; б – с пятью контакторами ускорения
309
Обобщенные расчеты роторных сопротивлений, приведенные в табл. 11.2 и 11.3, выполнены для нормальных условий работы двигателя и подъемной установки в целом при относительной продолжительности работы ступени роторных сопротивлений для магнитных станций с восемью контакторами ускорения, равной 12,5 и 20 % (см. табл. 11.2), с пятью контакторами – 12,5 % (см. табл. 11.3). В таблицах приведены коэффициенты для расчета величины сопротивленияступеней(R = kRрн) ивеличины среднепускового токаступеней(I = kIр).
Маркировка ступеней роторных сопротивлений, соединенных в треугольником, для подъемных двигателей, управляемых магнитной станцией с восемью контакторами ускорения, приведена на рис. 11.4, а; с пятью контакторами ускорения – на рис. 11.4, б.
11.2.4. Наладка полуавтоматического разгона подъемного двигателя
Разгон подъемного двигателя осуществляется переключением ступеней металлического реостата в цепи ротора (пускового резистора) с помощью магнитной станции с электромагнитными контакторами, количество которых может быть от пяти до восьми. Для автоматического разгона подъемного двигателя до максимальной скорости с заданным ускорением при различных нагрузках электромагнитные контакторы (контакторы ускорения) должны включаться по определенному закону, что обеспечивается схемой управления контакторами (схемой разгона).
Известны различные схемы разгона подъемного двигателя, обеспечивающие разгон в функции времени с корректировкой по току.
Разгон в функции времени обеспечивается электромагнитными реле ускорения РУ для каждого из контакторов ускорения КУ или двумя реле ускорения РУ, когда катушки контакторов ускорения КУ объединены в две группы – четную и нечетную (схема «чет-нечет»).
Схема с реле ускорения для каждого контактора ускорения позволяет получить плавный полуавтоматический разгон двигателя при различных нагрузках, так как позволяет обеспечить включение каждого контактора с индивидуальной выдержкой времени. В схемах «чет-нечет» из-за одинаковой выдержки времени для каждой группы контакторов плавность пуска обеспечить значительно сложнее.
Корректировка по току осуществляется реле токовым ускорения РТУ. В качестве реле РТУ применяются трехкатушечные электромагнитные реле переменного тока, которые включаются через трансформаторы тока в цепь статора двигателя (см. рис. 11.1, а) или электромагнитные реле постоянного тока, включенные через трансформаторы тока на разность токов двух фаз (схема «восьмерка») через выпрямительный мост (см. рис. 11.1, б).
Применялась схема с логическими элементами, позволяющая производить разгон двигателя не только в функции времени с корректировкой по току, но и в
310