книги из ГПНТБ / Василевский, Марк Николаевич. Асинхронный привод шахтных подъемных машин

Рис. 102. Работа двигателя в режиме динамического торможения на наивыгоднейших характеристиках

Рис. 103. Диаграмма скорости при динамическом тор­ можении:

1 — изменение скорости при постепенном закорачигании сопротивле­ ния в цепи ротора двигателя; 2 — изменение скорости при торможе­ нии с закороченным ротором

180

На рис. 103 приведена диаграмма скорости в период замедле­ ния, снятая на одной из работающих установок с динамическим торможением.

Кривая 1 получена при полностью введенном в начальный момент сопротивлении цепи ротора с последующим выведением его по ступеням с выдержкой времени, определяемой настройкой реле времени. Кривая 2 получена при замкнутом накоротко в на­ чальный момент роторе. Кривые 1 и 2 наглядно показывают вы­ году регулирования сопротивления в цепи ротора при замедле­ нии.

Изменяя выдержку времени реле, можно регулировать ин­ тенсивность замедления, не увеличивая ток возбуждения статора

двигателя.

В схемах с обратной связью, очевидно, наивыгоднейший ре­ жим изменения роторного сопротивления будет такой, при ко­

тором ток возбуждения статора будет колебаться около расчет­ ного значения с равными пиками.

Для соблюдения этого условия на малых скоростях работы двигателя при срабатывании определенных контакторов ускоре­ ния должна производиться форсировка возбуждения от незави­ симого источника возбуждения.

181

Следовательно, переключение ступеней пускового сопроти­ вления в цепи ротора при динамическом торможении нужно про­ изводить в функции тока в роторе, как и при разгоне в .двига­ тельном режиме.

Для этого параллельно последней ступени пускового сопро­

тивления (рис. 104) включаются катушки токового реле РТЗ (аналогично реле РТУ для двигательного режима).

Недостатком применения реле РТЗ является трудность на­ стройки и ненадежность его работы, как и реле РТУ в цепи ро­ тора.

§ 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН

В результате длительной эксплуатации установок динамиче­ ского торможения и на основании многочисленных исследований можно сделать вывод, что динамическое торможение подъемных машин превосходит по высоким технико-экономическим показате­ лям все остальные виды электрического торможения, а по мно­ гим показателям и механическое торможение.

Ниже перечислены основные преимущества динамического торможения.

1.Благодаря возможности использования при динамическом торможении всех механических характеристик асинхронного дви­ гателя обеспечивается широкое регулирование скорости (от но­ минальной до 0,5% номинальной), что практически исключает применение механического тормоза для создания пониженных скоростей или рабочих замедлений; механический тормоз исполь­

зуется только для окончательного стопорения машины; это имеет особенно большое значение для наклонных стволов, в которых спуск людей производится на пониженных скоростях и, при по­ мощи механического тормоза получить устойчивые скорости за­ труднительно.

2.Достигается автоматическое поддержание устойчивой ско­ рости спуска людей и грузов, не зависящее от изменения угла наклона ствола шахты и опускаемого груза, вследствие чего

упрощается и повышается точность управления подъемной ма­

шиной.

3.Обеспечивается плавное изменение скорости.

4.Динамическое торможение может накладываться при лю­ бой скорости работы подъемной машины и при любой величине сопротивления, введенного в цепь ротора подъемного двигателя, без опасения «опрокидывания» последнего или отказа в срабаты­

вании торможения, т. е. работа двигателя в режиме динамиче­

ского торможения перекрывает любые возможные тормозные режимы привода.

5.Динамическое торможение по гибкости и простоте регули­ рования развиваемого тормозного момента не уступает механи-

182

ческому тормозу, а потому при нормальной работе машины на­ дежно его заменяет, оставляя механическому тормозу только функции окончательного стопорения машины и аварийной оста­ новки.

6. Применение динамического торможения не вызывает опас­ ных или вредных режимов работы подъемного двигателя, а теп­

ловой режим его остается практически неизменным; не .создается повышенных токов и перенапряжений, опасных для изоляции обмотки двигателя; плавность и эластичность накладывания

тормозного момента исключает возможность поломок привода.

7.Динамическое торможение упрощает управление машиной, так как машинист в основном управляет одной рукояткой и толь­ ко при окончательном стопорении машины пользуется рукояткой механического тормоза.

8.Благодаря созданию плавных, но интенсивных замедлений

ипростоте управления продолжительность подъемного цикла со­ кращается и производительность подъемной установки повы­ шается.

9.С применением динамического торможения радикально и надежно разрешен вопрос безопасного транспортирования людей по наклонным выработкам с любым углом наклона и при лю­ бых пониженных скоростях; создание плавных рабочих замедле­ ний благоприятно сказывается на подъемном канате и ма­

шине, что повышает надежность и безопасность всей подъемной установки.

10. Установки динамического торможения весьма надежны

ибезотказны.

11.При применении динамического торможения в ряде слу­ чаев получена значительная экономия: на изготовлении и замене тормозных колодок и тормозных шайб, на увеличении срока службы подъемного каната, устранении потерь времени на ре­

гулировку и замену тормозных колодок, на увеличении срока

службы компрессора или маслонасосов тормозной системы, а также на сокращении количества обслуживающего персонала.

Оборудование динамическим торможением не вносит значи­ тельного усложнения в схему управления подъемной машины и при высоком уровне нашей техники комплектация его осуще­ ствляется без труда.

Ввиду того, что динамическое торможение получило широкое распространение на шахтах всех угольных бассейнов СССР, за­

воды электропромышленности уже начали выпуск специального

оборудования для установок динамического торможения. Недостатки динамического торможения:

1) необходимо иметь на подъемной установке дополнитель­ ный источник постоянного тока;

2) нельзя осуществлять динамическое торможение при исчез­ новении напряжения постоянного тока или питания собственных нужд установки (питания приводного двигателя ГДТ)',

183

3)некоторое удорожание подъемной установки и усложнение схемы в связи с оборудованием динамическим торможением;

4)не обеспечивается полная остановка в случае спуска груза

(минимальная скорость 0,03 м/сек) или стопорение машины при

его подъеме.

Однако эти недостатки не являются существенными; опыт эксплуатации многих подъемных установок, оборудованных ди­ намическим торможением, показал, что наличие дополнительного источника постоянного тока на подъемной установке заметных осложнений не вносит. Затраты на оборудование подъемных установок динамическим торможением невелики и окупаются в течение нескольких месяцев эксплуатации.

Динамическое торможение может применяться только в ка­ честве рабочего торможения. Рекомендовать его в качестве-

предохранительного торможения нельзя вследствие того, что при. отсутствии электроэнергии, т. е. в одном из случаев, когда предо­ хранительный тормоз обязательно должен сработать, динами­ ческое торможение оказывается бездействующим.

Как следует из сравнения перечисленных выше недостатков, и преимуществ возможных видов торможения подъемных машин, динамическое торможение обладает теми положительными ка­ чествами, которые удачно разрешают вопросы совершенствова­ ния управления подъемной машиной и увеличения надежности и безопасности ее работы.

Таким образом, динамическое торможение может приме­ няться в качестве рабочего оперативного торможения для облег­ чения работы рабочего механического тормоза, оставляя послед­ нему только функцию окончательного стопорения машины при. работе ее на малой скорости.

Глава X

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВОК С ДИНАМИЧЕСКИМ

ТОРМОЖЕНИЕМ

Электрическая схема подъемной установки с динамическим: торможением, утвержденная в качестве типовой, предусматри­ вает наличие обратной связи, делающей установку весьма на­ дежной и легко управляемой.

Назначением установок динамического торможения является' увеличение надежности работы подъемной машины в самых тя­ желых режимах работы, максимальное упрощение управления машиной, уплотнение подъемного цикла и сокращение непроиз­ водительных затрат времени при работе машины.

Требов.ания, предъявляемые к установкам динамического тор­ можения, могут быть выполнены только при условии, если проек­ тирование их будет вестись в строгом соответствии с техниче­

164

скими условиями, выработанными в результате накопленного опыта эксплуатации и проектирования.

Опыт эксплуатации показал, что правильно запроектирован­ ная и смонтированная установка динамического торможения на­ дежна и безотказна.

§1. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВОК

СДИНАМИЧЕСКИМ ТОРМОЖЕНИЕМ

1.Электрическая схема динамического торможения должна исключать возможность «опрокидывания» подъемного двигателя при любых практических возможных режимах торможения.

2.Пониженная скорость спуска должна автоматически под­ держиваться постоянной в заданных пределах независимо от из­ менения угла наклона ствола или от изменения величины опу­ скаемого груза, т. е. независимо от внешнего крутящего мо­ мента.

3.Обязательно наличие контроля исправности цепей возбу­ ждения и наличия в них тока; при всех нарушениях должно на­ кладываться аварийное торможение.

4.Должна быть обеспечена максимальная защита источника тока возбуждения.

5.Должна быть обеспечена взаимная и дуговая блокировка между реверсивными контакторами и контактором динамиче­ ского торможения.

6.Динамическое торможение должно осуществляться в лю­ бом положении рукоятки управления и одновременно с механи­ ческим рабочим торможением.

7.Переход от динамического торможения на двигательный режим может осуществляться только с нулевого положения командо-контроллера.

8.Для более надежного торможения должна быть преду­ смотрена форсировка возбуждения, начиная с третьего или чет­ вертого контактора ускорения.

9.В качестве переключателя режимов работы необходимо

применять кнопку с фиксацией положений, встроенную в ру­ коятку управления, и только в исключительных случаях приме­ нять ножную педаль.

10.Для получения большего эффекта торможения необхо­

димо обеспечить осуществление начала динамического тормо­ жения при полностью введенном в цепь ротора двигателя

пусковом сопротивлении с последующим закорачиванием его

с выдержкой времени по ступеням, определяемым положением рукоятки управления командо-контроллера.

11. Для сокращения времени наложения динамического тор можения выдержку времени дуговой блокировки предусмат ривать минимальной по разрыву дуги переменного тока; при разрыве дуги постоянного тока в момент перехода с режима

185.

динамического торможения на двигательный режим выдержку времени дуговой блокировки удлинять при помощи токового реле, включенного в силовую цепь возбуждения статора подъем­ ного двигателя.

12.Схема должна иметь блокировку, исключающую возмож­

ность одновременного действия аварийного механического тор­ моза и динамического торможения.

13.Двигатель-генератор динамического торможения должен

всегда быть подготовлен к действию, т. е. находиться в рабочем

состоянии.

14.В случае применения в качестве источника тока вместо

двигатель-генератора селенового выпрямителя последний дол­ жен иметь дроссели насыщения, которые используются для обратной связи статора с ротором.

Вотдельных случаях (постоянство угла наклона ствола, от­ сутствие больших изменений веса концевого груза) на подъем­

ных установках наклонных стволов могут применяться схемы ди­

намического торможения без обратной связи. В этих схемах в ка­ честве тормозного возбудителя используются селеновые выпря­ мители различных типов, соответствующим образом подобран­ ные по току и напряжению.

При применении обратной связи в схемах динамического тор­ можения регулировка и наладка установки весьма упрощаются,

подъемный двигатель перекрывает все тормозные режимы, могу­ щие практически возникнуть в процессе эксплуатации, и обрат­ ная связь рассчитанная даже по приближенному методу, на­ дежно обеспечивает устойчивую работу двигателя. Изложим упрощенный метод расчета и выбора аппаратуры динамического торможения, применяемый в практике проектирования.

Определенный по этому методу ток возбуждения при наладке установки приходится корректировать в пределах 10—15%. При выборе оборудования этот метод дает вполне приемлемые ре­ зультаты — выбранное оборудование всегда обеспечивало за­ данные режимы торможения.

Для выбора оборудования динамического торможения необ­ ходимы следующие исходные данные:

3)величина электрического сопротивления 7?в обмотки воз­ буждения генератора ГДТ или потребная мощность на возбу­

ждение генератора при его номинальной мощности (при исполь­ зовании в качестве тормозного возбудителя генератора);

4)напряжение Пн. в независимого источника тока возбужде­ ния тормозного возбудителя и его характеристика (селеновые выпрямители или генератор);

5)принятая схема цепи возбуждения ГДТ.

166

Динамическое торможение применяется для создания опера­

тивных замедлений подъемных установок вертикальных стволов или пониженных скоростей опускания груза на подъемных уста­ новках вертикальных и наклонных стволов.

Все остальные режимы могут быть получены при помощи соответствующего управления подъемным двигателем.

На одной и той же подъемной установке часто возникает не­

обходимость осуществления двух указанных режимов — спуска грузов с пониженной скоростью и создания рабочих замедлений; в этом случае определение расчетного тока производится для режима спуска груза с пониженной скоростью,, а при необходи­ мости получения рабочих замедлений управление двигателем

производится более быстрым переключением ступеней пускового сопротивления.

§ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ СТАТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

При осуществлении динамического торможения по схемам

с обратной связью можно с некоторым допущением считать, что механические характеристики двигателя прямолинейны и упра­ вление подъемным двигателем производится таким образом, что при уменьшении скорости ток возбуждения в статоре поддержи­ вается заданной средней величины своевременным переключе­ нием ступеней пускового сопротивления.

Величину необходимого тока возбуждения можно определить по методике, изложенной в § 2 гл. IX, пользуясь кривыми на рис. 87 и зная величину тока холостого хода двигателя.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОБМОТКИ СТАТОРА ДВИГАТЕЛЯ

Величина электрического сопротивления А’ф обмотки статора в каталогах заводами не приводится, но может быть опреде­ лена измерением при помощи вольтметра и амперметра. Для проектирования этот метод непригоден.

Можно определять сопротивление обмотки статора двигателя с достаточной точностью по каталожным данным, исходя из эквивалентных тепловых потерь в обмотке статора при протека­ нии номинального переменного тока и эквивалентного постоян­ ного тока

187

s% — ”°n ni-100 — скольжение ротора двигателя, %;

«0 — синхронная скорость вращения ротора дви­

гателя, об!мин.

После несложных преобразований формула для определения

сопротивления фазы обмотки статора принимает следующий вид:

Точность определения величины сопротивления целиком зави­ сит от точности определения скольжения $%.

§ 4. СХЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

По типовой схеме динамического торможения питание обмо­

ток возбуждения ГДТ осуществляется от источника независи­ мого питания и от трансформаторов обратной связи статора с ро­ тором двигателя (рис. 105).

Рис. 105. Схема прохождения токов по цепи обрат­ ной связи

Независимым источником тока является селеновый выпрями­ тель ВС, а источником тока обратной связи — трансформатор тока СТК и селеновый выпрямитель СДК.

При последовательном включении селенового выпрямителя СДК с выпрямителем ВС можно считать с достаточной для прак­ тических расчетов точностью, что питание обмотки возбуждения

188

ГДТ происходит от того источника тока, который имеет большее

напряжение.

Это объясняется тем, что через плечи моста СДК проходит ток независимого источника тока ВС (как показано сплошными

стрелками на рис. 105).

Благодаря этому вторичная обмотка трансформатора тока СТК замкнута через выпрямитель СДК и пока /о.с <ДН. вток обратной связи проходит через выпрямитель СДК (как показано пунктирными, стрелками от точки А к точке В или в обратном

направлении).

Ток /о.с, представляющий собой переменную составляющую,

форматора СТК, одинаковы.

На рис. 106 показаны осцилло­ граммы тока 10. с, протекающего по одному из плеч выпрямителя СДКИз этих осциллограмм видно про­ хождение переменной составляю­ щей тока через плечо выпрямителя СДК, пока амплитуда тока Но. с не превысит минимального мгновен­ ного значения тока /н. в.

рисунка видно, что /экв определяется только большим током. На первый взгляд такая схема питания обмотки возбужде­

ния ГДТ мало эффективна, но в действительности это не так. При работе подъемного двигателя с высокой скоростью, когда частота в роторе большая и трансформаторы обратной связи ра­ ботают с номинальным коэффициентом трансформации (см. рис. 91), от независимого источника тока возбуждения ВС подается всего лишь только 30—40% требуемого напряжения

возбуждения и практически питание обмотки возбуждения про­

исходит только от трансформатора СТК.

Когда скорость вращения ротора мала и ток обратной связи

значительно снижается, питание обмотки возбуждения ГДТ осу­ ществляется практически только от независимого источника

тока возбуждения.

Изменение величины тока независимого источника осуще­

ствляется при помощи добавочного сопоставления ЗСУ, которое частично или полностью замыкается блок-контактами контак­ торов ускорения ЗУ, 4У и т. д.

189