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

При добавлении витков ток во вторичной обмотке трансфор­ матора не должен превышать 15—20 а во время двигательного режима, когда вторичные обмотки закорочены.

Для более эффективного использования трансформаторы обратной связи должны выбираться не по номинальному току ро­ тора подъемного двигателя при двигательном режиме, а по меньшему току ротора при спуске расчетного груза в режиме

динамического торможения с максимальной для этого режима скоростью.

Определение этого расчетного тока приближенно произво­

дится по следующей формуле:

/пЕ>«р

Л^тах ’

где /2 — номинальный ток ротора в двигательном режиме;

■Пр — максимальная расчетная скорость в режиме динами­

ческого торможения;

^шах — максимальная скорость подъема в двигательном ре­ жиме.

Применяемые для обратной связи измерительные трансфор­ маторы тока имеют большой запас и допускают выбор по пони­ женному току.

Для тока /тр по каталогу выбирается ближайший боль­ ший или, при небольших отклонениях, ближайший меньший трансформатор тока.

Число вторичных обмоток трансформатора определяется по характеристике (см. рис. 95) после нахождения полного сопро­ тивления /?1р, включенного в цепь вторичной обмотки. Если при данном сопротивлении /?тр ток, найденный по кривой, более по­ требного тока обратной связи, то достаточно одной вторичной обмотки трансформатора. Если ток менее потребного, то при­

нимают две обмотки или более, уменьшая в соответствующее число раз потребный ток.

Если сопротивление в цепи обратной связи получается более 150 ом, то для увеличения эффекта работы трансфор­ маторов обратной связи сопротивление должно быть умень­ шено.

Уменьшение сопротивления цепи обратной связи может быть получено включением обмотки возбуждения в две параллельные ветви. Это дает уменьшение сопротивления в 4 раза и увели­ чение потребного тока возбуждения в 2 раза. Такое переключе­ ние обмотки возбуждения ГДТ имеет еще и то преимущество,

что снижает требуемую величину напряжения возбуждения

почти в 2 раза и превращает генератор в усилитель с коэф­

фициентом усиления по напряжению около двух.

200

§7. ТВЕРДЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Вкачестве выпрямителей в цепи возбуждения ГДТ прини­

маются селеновые выпрямители, обладающие важными преиму­ ществами: простотой эксплуатации, малыми размерами, боль­

шой перегрузочной способностью при кратковременной нагруз­ ке, большим сроком службы и свойством восстановления при пробоях.

Селеновые выпрямители имеют сопротивление в проводящем направлении, нелинейно изменяющееся в зависимости от на­ грузки.

Из характеристики селеновых выпрямителей (см. рис. 111)

видно, что уменьшение сопротивления выпрямителя при возра­ стании нагрузки весьма благоприятно для эффекта обратной связи, так как при уменьшении сопротивления в цепи вторичных обмоток трансформаторов тока возрастает величина тока на их зажимах (см. рис. 112), а также эффект обратной связи.

Подбор селеновых выпрямителей заключается в определении числа последовательно включенных шайб, исходя из допускае­ мого обратного напряжения Uu6p = 14 в, и определении пло­ щади сечения шайбы, исходя из допустимой плотности тока

0,045 а/см2.

При расчете параметров цепи возбуждения ГДТ необхо­ димо учитывать сопротивление селеновых выпрямителей. Ве­

Для выпрямителя СДК (см. рис. 105) расчетным током яв­ ляется ток возбуждения, необходимый для получения в цепи статора тока /п; для селенового выпрямителя ВС расчетным током является ток обратной связи при опускании расчетного груза.

Число шайб селеновых выпрямителей СДК и ВС определяет­ ся исходя из величины номинального напряжения ГДТ. Такой выбор дает несколько завышенное число шайб селенового

выпрямителя, но уменьшает вероятность пробоя выпрямителя

от больших толчков тока при переключении ступеней роторного сопротивления.

§ 8. УСТАНОВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

В цепи. обратной связи предусмотрены два установочных

сопротивления ЗСУ и 4СУ (см. рис. 105, 108 и 109).

Сопротивление ЗСУ предназначено для форсировки тока не­ зависимого возбуждения тормозного возбудителя.

201

Раздел третий

ПУТИ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АСИНХРОННОГО ПРИВОДА И ЕГО АВТОМАТИЗАЦИЯ

Большая надежность и невысокая стоимость асинхронного привода обеспечивают ему все расширяющуюся область приме­ нения, которая в настоящее время благодаря развитию техники

редукторостроения и средств регулирования приводов большой мощности охватывает почти все практически возможные случаи работы привода.

Высокая техника редукторостроения и аппаратостроения расширила область применения асинхронного привода при одно­

двигательном приводе до мощности 2000 кет и при двухдвига­ тельном приводе до 4000 кет.

Развитие средств регулирования мощных приводов дало воз­ можность осуществить автоматизацию работы асинхронного привода и достичь надежного и гибкого управления последним, как и приводом постоянного тока по системе Г-Д, но более де­ шевыми средствами.

Прежде чем перейти непосредственно к описанию схем авто­ матического управления, необходимо пояснить, каким образом

можно улучшить механические характеристики асинхронного

привода.

Без соответствующего улучшения механических характе­ ристик асинхронного привода при помощи каких-либо дополни­ тельных вспомогательных аппаратов или непосредственным воз­ действием на обмотки подъемного двигателя не могут быть ре­ шены вопросы автоматизации работы подъемных машин.

Основными требованиями к устройствам автоматизации ра­ боты привода подъемных машин являются:

1)обеспечение получения устойчивой пониженной скорости движения подъемных сосудов при подходе к местам загрузки и разгрузки для предотвращения поломки этих устройств и дости­ жения достаточной точности остановки;

2)для получения максимальной производительности уста­

новки обеспечение выполнения заданной диаграммы скорости во всех ее периодах (разгон, равномерный ход и замедленное

движение) независимо от величины концевого груза.

Специфические недостатки механических характеристик асин­ хронного двигателя как привода подъемных машин и отрица­

203

тельные стороны наиболее распространенного контакторного управления им заставляют искать более рациональные способы управления и методы искусственного улучшения механических характеристик двигателя.

Основные недостатки асинхронного привода в сочетании с релейно-контакторным управлением перечислены ниже.

1. Возможность применения асинхронного однодвигательно­ го привода ограничивается мощностью электрической аппара­ туры, производящей переключения в его силовых цепях.

2. Мягкость механических характеристик асинхронного дви­ гателя при введении сопротивления в цепь его ротора для по­ лучения уменьшенной скорости при обычном контакторном уп­ равлении практически исключает возможность автоматическо­ го управления двигателем.

3.Ввиду ступенчатого изменения момента двигателя при контакторном управлении невозможно выполнение заданной

сложной тахограммы подъема без использования механического тормоза машины.

4.Невозможность получения устойчивых пониженных скоро­ стей без применения механического тормоза подъемной ма­ шины.

5.Ступенчатое изменение момента при контакторном управ­ лении неблагоприятно отражается на механической части ма­ шины.

6.Так как при каждом закорачивании ступеней пускового со­ противления момент двигателя скачком возрастает до предель­ ной расчетной величины и затем при. нарастании скорости постепенно снижается, то для получения среднего заданного уско­ рения системы двигатель при контакторном управлении прихо­ дится выбирать не по среднепусковому моменту, а по макси­ мальному при переключении ступеней пускового сопротивления. Этот максимальный момент двигатель должен развивать весьма кратковременно; следовательно, контакторное управление тре­ бует выбора двигателя с повышенной перегрузочной способ­ ностью, что ухудшает энергетические параметры последнего. Если бы пуск двигателя осуществлялся устройством, поддер­ живающим постоянство пускового момента двигателя, то воз­ можно было бы применение двигателей с более низкой перегру­ зочной способностью, были бы устранены вредные влияния ступенчатого пуска на механическую часть машины и облегчи­ лось бы выполнение любых сложных диаграмм скорости подъема.

7.При релейно-контакторном управлении расчетные вели­ чины сопротивлений, выдержек времени реле и т. д. определя­ ются при проектировании системы соответственно некоторому режиму работы двигателя. Если режим работы двигателя (на­ грев, напряжение, нагрузка и т. д.) отклоняется от предусмот­

ренного, то соответственно меняется установленное значение

204

управляемого параметра, т. е. релейно-контакторная система не

стабилизирует заданное значение управляемой величины.

8.По мере увеличения требований к системам управления

вотношении их надежности и выполнения различных режимов схемы управления усложняются и количество аппаратуры уве­ личивается, что вызывает обратный процесс снижения надеж­ ности из-за большого числа контактов и аппаратов.

9.Применение контакторов на большую номинальную мощ­

ность со значительным временем втягивания и отпадания за­

медляет процессы управления.

Для устранения частично или полностью перечисленных вы­ ше недостатков механических характеристик и контакторной си­ стемы управления асинхронным приводом предложено много

систем и способов управления.

Мы остановимся только на некоторых из них:

1)привод с турбопередачей;

2)безредукторный привод;

3)привод с применением дросселей насыщения;

4)динамическое торможение;

5)регулирование изменением частоты;

6)привод с применением электромагнитных муфт.

Из перечисленных шести способов управления асинхронным подъемным двигателем в настоящее время широкое распростра­ нение получило только динамическое торможение, так как оно не требует никаких переделок в механической части подъемной машины и изготовления специальных подъемных двигателей или сложной аппаратуры (см. раздел второй).

Подъемные установки с турбопередачей мощностью до 200 кет в отечественной практике находятся в эксплуатации уже несколько лет и дали положительные результаты.

Асинхронный привод с дроссельным управлением и частот­ ной регулировкой был осуществлен в опытных образцах и так­ же показал свою работоспособность.

Глава XI

ПРИВОД С ТУРБОПЕРЕДАЧЕЙ

Приводы с турбопередачами, в которых для передачи мо­ мента вращения от приводного двигателя к исполнительному механизму используется какая-либо жидкость (минеральное масло или вода), разделяются на приводы с турбомуфтами и

турботрансформаторами.

Турбомуфты служат для передачи вращающего момента от ведущего вала к ведомому и регулирования скорости вращения

ведомого вала, соединенного с подъемной машиной, путем изме­ нения заполнения полостей жидкостью (при постоянной скорости вращения ведущего вала).

205

Турботрансформатор служит для редуцирования скорости вращения ведущего вала.

Если скорость вращения ведущего вала отличается от мак­

симальной скорости вращения ведомого вала, то турбомуфта должна иметь механический редуктор или редуктор в ви^те турботр.ансформатора.

Следовательно, при использовании быстроходных двигателей в качестве электропривода подъемных машин необходимо при­ менение гидрозубчатого редуктора с турбомуфтой или комби­

нированной турбопередачи, состоящей из турбомуфты и турбо­ трансформатора.

§ 1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ТУРБОМУФТЫ

Турбомуфта состоит из двух половин, механически не свя­

вторая половина 2, жестко наса­ женная на ведомый вал II, вы­ полняет роль турбины.

При вращении ведущего вала рабочая жидкость под действием

Пренебрегая внутренними по­ терями в турбомуфте, можно считать, что момент на ведущем валу муфты Л4Н равен моменту на ведомом валу Л-1Т.

Из этого следует, что при регулировании скорости вращения, муфты меняется и ее к. п. д.

что показывает невыгодность регулирования скорости при по­ мощи турбомуфты.

При работе муфты с максимальной скоростью, когда раз­ ность скоростей вращения ин — пт очень мала, к. п. д. муфты.,

достигает 96—98%.

206

Насосные роторы турбомуфт жестко закреплены на веду­

щем валу; турбинные роторы турбомуфты, соединенные с ведо­ мым валом, могут свободно вращаться относительно ведущего вала.

При подаче в одну из рабочих полостей турбомуфты масла происходит сцепление роторов соответствующей турбомуфты, и ведомый вал начинает вращаться в ту или иную сторону. Регу­

лирование заполнения рабочих полостей турбомуфт осущест­ вляется трехходовым краном, связанным с рукояткой управле­ ния. Опоражнивание рабочих полостей турбомуфты производит­ ся при помощи специального механизма, связанного с рукояткой управления и воздействующего на шиберное кольцо муфт. При нулевом положении рычага управления рабочие полости опо­ ражниваются, ведущий и ведомый валы расцепляются, и подъемная машина останавливается.

Для нагнетания масла в рабочие полости турбомуфт служит специальный маслонасос, который, должен непрерывно рабо­ тать. Масло подается через трехходовой кран, открываемый и

закрываемый рукояткой управления.

Турбозубчатый редуктор позволяет осуществлять:

1)автоматический пуск машины путем перестановки руко­ ятки управления из нулевого положения в крайнее при запол­ нении полостей муфты на 15—20%, т. е. через 1—2 сек после перестановки рукоятки управления;

2)останов подъемной машины при установке рукоятки уп­

роны; 4) торможение с отдачей электроэнергии подъемным дви­

гателем в сеть при спуске груза со сверхсинхронной скоро­ стью.

На рис. 114 дана диаграмма работы подъемной машины с турбомуфтой.

Кривые OAA'CDEO и OAA'CDFGO показывают работу ма­

шины при подъеме груза.

Участок кривой DEO соответствует свободному выбегу,

участок DFGO — торможению противовключением.

Диаграмма OAA'C'F'G'O характеризует работу при спуске груза. При работе на участке C'F' энергия при спуске груза от­ дается в сеть.

Как видно из рис. 114, турбомуфта может обеспечить все требуемые режимы работы подъемной машины.

.Турбомуфты обладает высоким к. п. д. (при нормальных оборотах т]н = 0,98 -ь 0,99) и достаточной перегрузочной спо­ собностью (порядка 200%). Но турбомуфты обладают большими пусковыми потерями, равными 50%, пусковой мощности, что

207

заставляет принимать специальные меры для охлаждения масла при частых пусках.

Турбомуфты обычного исполнения работают устойчиво толь­ ко при заполнении не менее 50% и при скольжении турбинного колеса относительно насосного не более 55%.

При небольших заполнениях и глубоком регулировании ско­ рости вращения ведомого вала величина передаваемого муфтой

крутящего момента колеблется в весьма широких пределах, что влечет за собой большие изменения скорости вращения ведомого вала.

Для возможности глубокого регулирования скорости турбо­ муфты выполняются со специальными направляющими устрой­ ствами или с «порогами» (рис. 115), обеспечивающими устой­ чивую работу муфты на диапазоне регулирования скорости от О до 100% при любом заполнении.

На рис. 116 показаны механические характеристики турбо­

муфты, снабженной специальным направляющим аппаратом,

а на рис. 117 — диаграмма скорости подъемной машины, обору­

дованной такой муфтой.

При проектировании турбоэлектропривода подъемных машин для правильного выбора способа управления следует учиты­

вать режимы работы и назначение подъемной установки.

В настоящее время известны три системы управления турбо­ электроприводом— гидравлическая, турбомеханическая и тур-

боэлектрическая.

208

В системе с гидравлическим управлением все операции уп­ равления подъемной машиной (пуск, реверсирование, регулиро­ вание скорости) осуществляются при помощи турбопередач. В системе с турбомеханическим управлением пуск и регулиро­

вание скорости осуществляются при помощи турбопередач, а ре­ версирование— при помощи механических устройств. В этих двух случаях управления ре­

версирования подъемного дви­

гателя не требуется.

При турбоэлектрическом

управлении операции пуска и регулирования скорости вы­ полняются при, помощи турбо­ передачи, а реверсирование производится путем изменения

ния подъемным двигателем и

использования типов двигателей с более высокими энергетиче­ скими показателями следует отдавать предпочтение гидравличе­

ской системе управления. Это хотя и усложняет устройство тур­ бомуфты, но позволяет полностью использовать все положитель­ ные свойства последней.

Рис. 117. Тахограммы подъема:

а — неопрокидная клеть; б — скип или опрокидная клеть

При гидравлической системе управления в качестве привод­ ного применяется синхронный двигатель, используемый как

компенсатор для улучшения коэффициента мощности. При при­

менении турбомеханической системы управления может быть также принят синхронный двигатель, но замена одной из турбо­ муфт механической муфтой для осуществления реверса лишает

привод гибкости и эластичности, свойственных приводу с гид­ равлическим управлением.

Система турбомеханического управления может быть реко­ мендована только для лебедок с двигателями небольшой мощ­

ности.

Турбоэлектрическая система управления хотя и дает про­ стую конструкцию турбопривода, но имеет существенный недо­ статок— необходимость реверсирования подъемного двигателя,