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

В табл. 1 даны сравнительные технико-экономические пока­ затели трех основных типов привода мощностью 1000 кет для

и эксплуатационным затратам при работе без длительного регу­ лирования скорости является асинхронный привод.

Наиболее экономичным для определенных условий является привод с управляемыми ртутными выпрямителями (УРВ).

Привод с УРВ обладает следующими преимуществами:

1)меньшая стоимость по сравнению с системой Г-Д в 1,5- раза и при отсутствии редуктора не дороже асинхронного при­ вода;

2)не требуется фундамента под преобразовательный агре­

гат; объем здания для подъемной машины значительно умень­ шается;

3)сокращается расход цветных металлов;

4)к. п. д. на 6—12% выше, чем электропривода по системе Г-Д и при небольшой глубине шахт выше, чем асинхронного

привода;

5)применение данного привода позволяет осуществить без-

редукторный привод, что удешевляет и упрощает механическую часть подъемных машин;

6)меньшие эксплуатационные расходы ввиду отсутствия вра­ щающихся частей (особенно с запаянными выпрямителями).

В настоящее время на шахтных подъемных установках рабо­

тают только опытные образцы УРВ.

9*

§ 2. УДОБСТВО УПРАВЛЕНИЯ

От простоты и удобства управления приводом подъемной

машины зависят ее производительность и возможность авто­ матизации управления.

При наличии на шахте одного или двух горизонтов, находя­ щихся одновременно в эксплуатации, и при скоростях подъема, не достигающих предельных для данной глубины, разница в управлении асинхронным приводом, снабженным современными средствами автоматизации, и приводом по системе Г-Д практи­ чески не отражается на производительности.

При необходимости работы со многих горизонтов одновре­ менно на предельных скоростях и к тому же клетевым подъемом возникают большие трудности в управлении. В таких случаях предпочтение следует отдавать приводу по системе Г-Д.

Механические характеристики асинхронного двигателя без искусственного их исправления неблагоприятны для управления при сложных диаграммах скорости подъема. Если в период пуска асинхронный двигатель сравнительно легко поддается управлению при помощи соответственно настроенных реле, то в период замедленного движения управление подъемной машиной

при асинхронном двигателе представляет значительные труд­ ности, заключающиеся в необходимости вести управление одно­ временно двигателем и механическим тормозом. Система Г-Д

вэтом отношении обладает значительными преимуществами.

Внастоящее время разработаны способы улучшения механи­

ческих характеристик асинхронного двигателя, облегчающие управление им и дающие возможность автоматизировать ра­

боту подъемной установки (применение дросселей насыщения и динамического торможения).

Считается, что автоматизации одинаково поддается как асинхронный привод, так и привод по системе Г-Д. Это под­ тверждается тем, что в отечественной практике число автома­ тизированных установок с асинхронным приводом превышает число автоматизированных установок по системе Г-Д.

§ 3. МОЩНОСТЬ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ

Влияние электропривода подъема на питающую сеть выра­ жается в толчках потребляемой мощности в период пуска и в

наши мощные энергосистемы невелико.

Компенсация низкого costp без труда достигается примене­

нием конденсаторов и синхронных двигателей для привода дру­

гих механизмов шахты. Поэтому влияние двигателя подъема

на питающую сеть в настоящее время решающего значения для выбора рода привода не имеет.

10

§ 4. ФАКТОРЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ПРИМЕНЕНИЕ АСИНХРОННОГО ПРИВОДА

Факторами, ограничивающими применение асинхронного привода, является мощность пускорегулирующей аппаратуры и возможность передавать требуемый крутящий момент при по­ мощи выпускаемых редукторов.

Применение существующей пускорегулирующей аппаратуры ограничивает мощность асинхронного двигателя до 1000— 1100 кет.. Для увеличения мощности асинхронного привода до 2000 кет можно применять двухдвигательный привод с отдель­ ной пускорегулирующей аппаратурой для каждого двигателя. Освоению двухдвигательного привода способствует выпуск оте­ чественных роторных станций с четырехполюсными контакто­ рами ускорения, позволяющими одновременно управлять рото­ рами обоих двигателей и значительно упрощающими коммута­ цию установки. Далее с выпуском высоковольтных реверсоров

на 6000 в и 300 а двухдвигательный привод по простоте будет

таким же, как и однодвигательный.

При применении асинхронного привода необходимо правиль­

но выбрать тип редуктора и определить, какой для данной уста­ новки требуется привод — одноили двухдвигательный.

Двухдвигательный привод за последнее время получает все

большее распространение. За рубежом уже имеются установки мощностью 2 X 2000 кет при скорости подъема до 25 м/сек. Высокое качество изготовления редукторов подъемных машин практически не ограничивает применения асинхронного при­ вода.

Недостатки двухдвигательного привода:

1)ухудшение режима при параллельной работе двигателей на один вал;

2)невозможность иметь установленный на фундаменте ре­ зервный двигатель;

3)усложнение схемы коммутации установки. Преимущества двухдвигательного привода:

1)расширение диапазона применения асинхронного привода до мощности порядка 2000 кет, что дает большую экономию капитальных затрат;

2)возможность выполнения некоторых операций одним дви­

гателем (ревизия ствола и канатов, спуск взрывчатых веществ,

спуск-подъем людей и т. д.);

3)при выходе из строя одного из двигателей возможна ра­ бота другим двигателем с уменьшенной нагрузкой;

4)в качестве резервного двигателя можно иметь двигатель половинной мощности;

5)облегчается работа редуктора и увеличивается срок его

службы;

6)при рациональном выборе последовательности замыкания

11

контакторов ускорения можно снизить пиковые моменты при переключении ступеней пускового сопротивления, что благо­ приятно отражается на увеличении срока службы подъемной машины;

7) возможна работа каждого из двигателей в различных

режимах: одного в двигательном, а другого — в тормозном, что

улучшает управляемость привода и его механические характе­

ристики.

Иногда для глубоких шахт по канатоемкости органа навив­

ки приходится принимать подъемные машины с бицилиндро­ коническим барабаном. В этом случае, при отсутствии надоб­ ности в длительном регулировании скорости, можно принимать асинхронный двигатель с установкой дополнительного редук­ тора, так как этот тип подъемной машины изготовляется без редуктора для привода от тихоходного двигателя постоянного тока.

При выборе рода привода следует учитывать следующие не­

достатки асинхронного привода:

1) поскольку в отечественной практике применяется только

контакторное управление с металлическим реостатом, то ог­ раниченное число пусковых ступеней металлического реостата

вызывает при пуске двигателя перенапряжения в основных де­

талях машин, что приводит к более быстрому их износу вследст­

вие усталости металла;

2) коммутационные аппараты производят переключения

в силовых цепях, что утяжеляет конструкцию аппаратов и огра­

ничивает применение асинхронного привода;

3) механические характеристики асинхронного двигателя

(без искусственного их улучшения) недостаточно благоприятны для управления двигателем;

4) регулирование скорости сопровождается потерями энер­ гии в реостате.

Рекомендации по выбору системы привода подъемных ма­ шин могут быть в основном сведены к следующему.

1.При отсутствии необходимости в длительной работе с по­ ниженной скоростью и мощности привода порядка 1000 кет

при однодвигательном и 1800—2000 кет при двухдвигательном приводе и возможности выбора редуктора следует принимать асинхронный привод.

2.В случае необходимости в длительной работе с понижен­

ной скоростью, работе с нескольких горизонтов при относитель­

но небольших глубинах и возможности выбора редуктора при­ нимается одноили двухдвигательный привод по системе Г-Д

сбыстроходными двигателями.

3.При необходимости передачи крутящего момента, превос­ ходящего допустимый момент для данного редуктора, прини­ мается привод по системе Г-Д с тихоходным двигателем.

12

Глава II

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

§1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сдостаточной точностью для практических расчетов меха­ нических характеристик можно пользоваться упрощенной экви-

валентной схемой замещения асинхронного двигателя, изоб­

раженной на рис. 2.

COS <f>2 — COS Cfj — cos <p.

Мощность, подводимая к статору,

P1=z:7n1f71Z1COS<p,

где т1 — число фаз обмотки статора.

Как следует из упрощенной схемы замещения, эта же мощ­

ность передается от статора к ротору.

Электромагнитную мощность, передаваемую от статора к ротору, можно выразить через механические величины

Так как

V (г2)2 + 42 (X/ + Х1У2

где — индуктивное (от потоков рассеяния) сопротивление фазы статора;

13

гm-,U?

9,81а>0 ■

Выражение (5) представляет собой уравнение механической характеристики асинхронного двигателя, так как оно дает ана­

литическую зависимость между моментом двигателя М и ско­ ростью вращения его ротора п или скольжением s. Величина скольжения при максимальном моменте двигателя

Максимальный момент, развиваемый двигателем, можно оп­ ределить из уравнения (5), подставив вместо s значение sK из уравнения (6),

Положительные значения Мк и $к относятся к двигатель­ ному режиму, а отрицательные — к генераторному.

Если в уравнение (5) подставить вместо и (х2' +%i) их значения (6), то получим известное уравнение механических ха­ рактеристик асинхронного двигателя.

Номинальное скольжение sH определяет скорость при но­

минальном моменте и тепловые потери в обмотке ротора, кото­ рые пропорциональны скольжению. Максимальный момент М к

14

двигателя характеризует величину предельного момента, разви­ ваемого двигателем. Величину Мк желательно иметь как можно большую, asK и sH, наоборот, как можно меньшие для полу­

чения более жесткой характеристики.

Отношение X =называется перегрузочной способностью

двигателя.

Пусковой момент М„ определяет при пуске под нагрузкой величину предельного статического момента на валу двигателя. Нагрузочный момент при пуске должен быть меньше Мп.

Величина Л4П на естественной характеристике для асинхрон­ ного двигателя с фазным ротором не имеет существенного зна­ чения, так как при реостатном пуске пусковой момент на искус­

ственной характеристике может быть получен высоким — вплоть

до Мк. Отношение -тт5- называется кратностью пускового моЛ1Н

мента.

Часть механической характеристики двигательного режима от s = 0 до s = sK называется устойчивой, так как на этой части характеристики с уменьшением скорости двигателя момент его растет.

При возрастании нагрузочного момента выше Мк наступает явление «опрокидывания» асинхронного двигателя, когда он работает на неустойчивой части характеристики. При этом с уменьшением скорости двигателя уменьшается и развиваемый им момент, что вызывает остановку двигателя.

Двигатель подъемной машины может работать только на ус­ тойчивой части характеристики.

Рассмотрим влияние параметров сети и двигателя на его ме­ ханическую характеристику.

15

Напишем в развернутом виде формулу максимального мо­

мента двигателя­

ми =___ 01___

к2 (+/ + -Vi) '

Из формулы (11) следует, что максимальный момент асин­ хронного двигателя прямо пропорционален квадрату подводи­

мого к статору напряжения, обратно пропорционален квадрату частоты тока в сети и обратно пропорционален суммарной ин­ дуктивности обмоток ротора и статора от потоков рассеяния.

Максимальный момент асинхронного двигателя не зависит от

активного сопротивления вторичной цепи, что используется для

ограничения пускового тока включением активного сопротивле­

ния в цепь ротора.

По формуле (6)

s—___ ._______________1Г ______

“х2' + ^ 2к/(£/ + £1)’

т. е. критическое скольжение прямо пропорционально активному сопротивлению цепи ротора, обратно пропорционально частоте и суммарной индуктивности статорной и роторной обмоток от потоков рассеяния.

Выражение для пускового момента может быть получено,

16

т. е. пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропор­ ционален квадрату напряжения статора и обратно пропорцио­

ления вторичной цепи показано на рис. 4 и 5.

§ 2. ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Естественная характеристика асинхронного двигателя с фаз­ ным ротором может быть построена по табличным или ката­

ложным данным.

В качестве примера возьмем асинхронный двигатель AM-115-8-

со следующими данными: мощность 75 кет, номинальная ско­ рость вращения пн — 720 об/мин, перегрузочная способность

Х = 4^-= 2,4.

Номинальный момент

Мн = 975 ^-=975-^ = 101,5 кГм.

Необходимо взять большее значение

Задаемся скольжением в пределах от 0 до 1 и находим со­ ответствующие значения для момента; расчеты сводим в табл. 2.

для того же момента Mi на неустойчивой части характеристики

(рис. 6).

§ 3. ИСКУССТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ РОТОРА

Если в цепь ротора асинхронного двигателя ввести до­

18