книги из ГПНТБ / Кузнецов Б.В. Электрооборудование и электроснабжение торфопредприятий учеб. пособие

Б. В. КУЗНЕЦОВ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ТОРФОПРЕДПРИЯТИЙ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования БССР в качестве учебного пособия для студентов втузов по специальностям «Технология и комплексная механиза­ ция разработки торфяных месторождений» и «Торфяные машины и комплексы»

6П2.1

К89 УДК 621.31:622.331(075.8)

Кузнецов Б. В.

К89 Электрооборудование и электроснабжение торфопредприятий. Минск, «Вышэйш. школа», 1973.

256 с. с ил.

Учебное пособие предназначено для студентов торфяных фа­ культетов втузов. В нем рассматриваются электроприводы н электро­ оборудование торфяных машин н установок торфопредприятнй, а так­ же вопросы электробезопасностн, приводятся сведения по электроснаб­ жению торфопредприятнй, рациональному использованию электроэнер­ гии н эксплуатации электроустановок.

0339—124

6П2.1

К М304(05)—73

ж

Ч>^ДЛЬКОГО ЗАЛ;

м- e s S ö

Кузнецов Борис Владимирович

Редактор Д. В. Василенко. Худож. редактор Г. И. Важное. Техн. ре­ дактор М. Н. Кислякова. Корректор Л. П. Будкевич.

АТ 17099. Сдано в набор 14/ѴІ 1973 г. Подписано к печати 23/ХІ 1973 г. Бумага

60X90 1/16 типогр. № 3. Печ. л. 16. Уч.-нзд. л. 17,7. Изд. № 70-86. Тип. зак. 1091. Тираж 1000 экз. Цена 75 коп.

Издательство сВышэйшая школа» Государственного комитета Совета Миннст-, ров БССР по делам издательств, полиграфии н книжной торговли. Минск, 220600, ул. Кирова, 24.

Полиграфический комбинат им. Я. Коласа Государственного комитета Совета Министров IjCCP по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Минск, ул. Красная, 23.

(6) Издательство «Вышэйшая ццсола»і 1973.

ОТ АВТОРА

Внастоящее время на торфяных факультетах вузов осуществ­ ляется подготовка инженеров по специальностям 0507 «Торфяные машины и комплексы» и 0203 «Технология и комплексная механи­ зация разработки торфяных месторождений».

Вучебных планах приведенных специальностей имеются дис­ циплины «Электрооборудование торфопредприятий» и «Электро­ оборудование и электроснабжение предприятий». Применительно

кэтим дисциплинам составлено настоящее пособие. Оно включает два раздела.

Впервом разделе рассматриваются электроприводы и электро­

оборудование торфяных машин и установок торфопредприятий, а

и эксплуатации электроустановок.

Пособие может использоваться студентами заочной системы обучения (специальность 0507).

Для облегчения изучения курса в конце каждой главы приве­ дены вопросы для самопроверки, а также числовые примеры, облег­ чающие усвоение материала.

\

Раздел первый

ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТОРФЯНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК ТОРФОПРЕДПРИЯТИЙ

Глава 1

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ И ИХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

§ 1-1. Основные понятия и определения

Электрическим приводом или электроприводом называется электромеханическое устройство, сообщающее движение рабочим органам производственной машины и состоящее из электродвигате­ ля, механической передачи и аппаратуры (системы) управления.

Электропривод является основным элементом оборудования современного автоматизированного производства. Его применение обеспечивает высокую степень автоматизации производственных машин и процессов. Объясняется это тем, что используемые для привода рабочих машин электродвигатели обладают существенны- ' ми преимуществами по сравнению с двигателями других типов: ши­ рокий диапазон мощности — от нескольких ватт до десятков мега­ ватт; регулирование скорости в широких пределах; полу­ чение разнообразных рабочих характеристик, удовлетворяющих требованиям различных производственных механизмов; простота управления (нажатие кнопки, поворот рукоятки командного аппа­ рата), не требующая от оператора больших физических усилий.

По характеру исполнения электроприводы делятся на три ос­ новных типа:

1) групповой (трансмиссионный), при котором ряд рабочих машин или механизмов приводится в движение одним электродви­ гателем;

2)одиночный (индивидуальный), при котором рабочая маши­ на или отдельные ее части приводятся в движение от отдельного электродвигателя;

3)многодвигательный, при котором каждый отдельный меха­ низм рабочей машины приводится в движение своим электродви­ гателем.

В настоящее время почти исключительное распространение получили одиночный и многодвигательный электроприводы, приме­ нение которых позволяет'упростить конструкцию рабочей машины

иповысить ее производительность. Групповой электропривод эконо­ мически целесообразен в тех случаях, когда мощности отдельных рабочих машин невелики и эти машины большую часть времени

4

находятся одновременно в работе, причем не требуется регулиро­ вание их скорости вращения.

Современное развитие электропривода идет по пути его авто­ матизации. Автоматизированный электропривод представляет со­ бой комплекс электрических машин, аппаратов и систем управле­ ния, в котором электродвигатель 'конструктивно связан с исполни­ тельным механизмом.

Развитие автоматизированного электропривода происходило отдельными этапами. Вначале были усовершенствованы его отдель­ ные узлы: электродвигатели, аппаратура управления и промежу­ точные передачи между электродвигателем и рабочей машиной. На этом этапе происходило разукрупнение электропривода: замена одного централизованного электропривода рядом отдельных, обе­ спечивающих более высокую производительность рабочей машины. Подобное разукрупнение вызвало расчленение производственного механизма на ряд узлов, приводимых в движение отдельными элек­ тродвигателями. В результате электродвигатель приблизился к ра­ бочим органам машин, а в отдельных случаях даже слился с их соответствующими узлами. Эти изменения структуры рабочей ма­ шины вызвали упрощение ее кинематической схемы, что привело к уменьшению веса машины, сделало ее более компактной, повы­ сило производительность труда. В то же время упрощение кинема­ тики рабочей машины за счет перехода от группового или даже от одиночного электропривода к многодвигательному привело к зна­ чительному усложнению как самого электропривода, так и его систем управления.

Вопросы автоматизации электроприводов в начале решались с помощью релейно-контакторных устройств (систем прерывистого управления), которые предназначались для выполнения операций автоматического управления собственно электроприводом: пуск, торможение, реверс, изменение скорости вращения, остановка в за­ данном положении и т. д.

В настоящее время эти вопросы решаются с помощью устройств автоматического управления и регулирования, которые обеспечивают определенные условия протекания рабочего процес­ са: поддержание неизменной или изменяющейся по определенному закону скорости отдельных звеньев рабочей машины или их соот­ ношения, обеспечение требуемого технологического режима и т. п. Такие устройства относятся к системам непрерывного управления, и в них широко используется ионно-электронная, магнитная, полу­ проводниковая и другая бесконтактная аппаратура.

В последнее время все шире применяются системы програм­ много управления, строящиеся преимущественно на основе цифро­ вой дискретной техники.

Развитие электропривода и прогресс в этой области стали воз­ можными благодаря развитию энергетики, машиностроения и аппаратостроения.

5

§ 1-2. Электроприводы торфяных машин и установок торфопредприятий

На торфяных электрифицированных машинах основным типом электропривода является одиночный. Наряду с этим на некоторых машинах имеются элементы группового электропривода. Например, на торфяном экскаваторе ТЭМП-2М привод приемного транспор­ тера не имеет своего электродвигателя и получает движение от промежуточного вала торфоперерабатывающего механизма; на электростилочной машине ЭСМ-8А групповой привод применен для механизма передвижения и механизма шнека с транспортером; групповой привод осуществлен на самоходном кузове СКС-2 для механизма передвижения, привода кабельного барабана и привода выдающего транспортера.

Наличие группового электропривода обусловливается главным образом режимом работы комплекса механизмов на данной тор­ фяной машине, а также соображениями экономического характера.

Электроприводы торфяных машин и установок торфопредприя­ тий в подавляющем большинстве нерегулируемые (транспортеры, вентиляторы, насосы, конвейеры и др.). Наряду с этим имеется ряд электроприводов, требующих регулирования скорости (меха­ низмы передвижения торфяных машин, крановые механизмы). Тре­ бования, предъявляемые к нерегулируемым и регулируемым элек­

• Для нерегулируемых электроприводов используются асинхрон­ ные ^короткозамкнутые электродвигатели, а для регулируемых — короткозамкнутые многоскоростные либо асинхронные с фазным ро­ тором. Применение электродвигателей с фазным ротором позволяет решать не только вопросы регулирования скорости, но и вопросы пуска: плавность пусковой операции, возможность получения боль­ ших пусковых моментов при ограниченном пусковом токе. Послед­ нее обстоятельство очень существенно для некоторых электро­ приводов торфяных машин, к которым предъявляются специальные требования в отношении процессов пуска (электростилочные ма­ шины, самоходные кузова СКС).

Управление электроприводами большинства торфяных машин автоматическое и осуществляется дистанционно с помощью релей­ но-контакторной автоматики. Схемы автоматики включают различ­ ного рода блокировки и сигнализацию.

В отдельных случаях применяются аппараты ручного управле­ ния электроприводами, например контроллерное управление асин­ хронными электроприводами с фазным ротором (электростилочные машины ЭСМ-8А, самоходные кузова СКС-2).

Вопросы для самопроверки ч

1.В чем заключаются основные преимущества электрического привода?

2.Какие изменения в структуре электрического привода наблюдаются по мере его развития?

6

Глава 2

МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Ф

§ 2-1. Уравнения движения электропривода

Режимы работы. В работе электропривода различают два основных режима: установившийся и неустановившийся, или пере­ ходный.

В установившемся режиме электропривод работает с постоян­ ной скоростью. Нарушение постоянства скорости вызывает возник­ новение переходного режима, в течение которого система электро­ двигатель — рабочая машина переходит в новое установившееся состояние.

Возникновение переходных режимов вызывается рядом при­ чин: изменениями технологического характера, воздействием на аппаратуру управления электродвигателем (процессы пуска, регу­ лирования скорости, торможения), непостоянством напряжения и частоты питающей сети.

Переходные режимы удлиняют время выполнения производ­ ственной операции и могут оказать существенное влияние на про­ изводительность рабочей машины. Изучение этих режимов позво­ ляет сократить их длительность, а также правильно подойти к вопросам выбора мощности электродвигателя, аппаратуры уп­ равления и защиты, уменьшения потерь энергии при пуске и тор­ можении.

Переходные режимы изучаются с помощью нагрузочных диа­ грамм, представляющих собой зависимости скорости, момента, то­ ка, мощности от времени, т. е.

о; М\ /; P = f{f).

Изучением приведенных закономерностей, определяющих по­ ведение электропривода в переходных' режимах, занимается дина­ мика электропривода. В основу изучения ее закономерностей поло­ жены основные уравнения движения — вращательного и поступа­ тельного.

Уравнение вращательного движения электропривода. При ра­ боте электропривода под нагрузкой с постоянной скоростью вра­ щения момент электродвигателя уравновешивается статическим моментом сопротивления, или, проще, статическим моментом, при­

8

ложенным к валу электродвигателя со стороны рабочей машины, т. е.

Такой режим работы электропривода называется установившимся. В случае нарушения равновесия между моментом электродви­ гателя и статическим моментом возникает динамический момент сопротивления, характеризующий переходный режим. Уравнение

равновесия моментов при этом примет следующий вид:

Вращающий, или электромагнитный, момент электродвигателя создается, как известно из курса электротехники, в результате вза­ имодействия магнитного потока с током, протекающим по ротору или якорю электродвигателя. Согласно упрощенному выражению,

Мд = аФІ, , (2-3)

где а — конструктивная постоянная электродвигателя. Электромагнитный момент не следует смешивать с моментом

на валу электродвигателя Мв, который отличается от электромаг­ нитного момента на величину момента потерь холостого хода М0, определяемого трением в подшипниках, тренийя щеток о коллектор или кольца, вентиляционными потерями и потерями в стали. Мо­ мент на валу электродвигателя зависит от режима работы привода. При работе электродвигателя в двигательном режиме момент М0 уменьшает момент на валу, а в тормозном режиме увеличивает его. Поэтому

Величина М0 составляет несколько процентов от номинального \ момента Мн на валу электродвигателя и в практических расчетах принимается постоянной, не зависящей от нагрузки.

Вращающий момент электродвигателя может быть положитель­ ным или отрицательным. Если он направлен в сторону движения рабочей машины, знак момента принимается положительным (раз­ гон электродвигателя), если в сторону, обратную движению (режим торможения), — отрицательным.

Момент статического сопротивления состоит из двух слагае­ мых: момента, соответствующего полезной работе (например, подъем груза), и момента, соответствующего работе трения. Работа

9