Тема 2.9. Електропривід. Апаратура керування підйомних установок.

Мета: розширення знань студентів по розділу: "Шахтні підйомні установки"

Основні питання теми:

1. Асинхроний електропривод.

2. Механічні характеристики електропривода з асинхронним двигуном.

3. Генераторний режим.

4. Гальмування противмиканням.

5. Динамічне гальмування.

6. Привід з двигуном постійного струму.

Рекомендована література: (1) стр.323-334

Методичні рекомендації:

При вивченні данної теми необхідно звернути увагу та типи двигунів, які використовуються на підйомних установках шахт. Ознайомитись з двигунним та генераторним режимами підйомної установки, з роботою привода з двигуном постійного струму.

Питання самоконтролю:

1. Які двигуни використовють для підйомних установок? Їх типи.

2. Пояснити роботу двигунового рижиму.

3. Пояснити роботу генераторного рижиму.

4. Як здійснюється гальмування противмиканням?

5. Як здійснюється динамічне гальмування?

6. З чотого складається привід Г-Д (генератор-двигун)?

7. принцип роботи, схеми Г-Д.

Тематичний контроль: Семінарське заняття №7.

Опорний конспект

Асинхронний електропривід

На мал. 22.1 показана принципова схема електроприводу асинхронним дзнгуном, на мал. 22.2 - діаграма його механічних характеристик - залежність між обертаючим моментом та частотою обертання. Діаграма його механічних характеристик - залежність між обертаючим моментом та частостою обертання. Діаграма має чотири області: двигуновий режим, генераторний режим, (рекультативне гальмування), гальмування противключенням, динамічне гальмування.

Якщо навантаження на двигун більше розвинутого ним максимального моменту робоча точка А (див. мал. 22.2) переходить на нестійку гілку характеристики, показану штрих пунктиром і двигун зупиняється. На нестійкій частині характеристики працювати забороняється.

При виключеному реостаті (ротор замкнутий накоротко) число обертань асинхронного двигуна практично не залежить від навантаження (жорстка характеристика у вигляді пологої кривої - характеристика двигуна). При включені реостата залежність частоти обертання двигуна від навантаження зростає (м'які характеристики у вигляді крутих кривих).

Двигуновий режим.

Припустимо, що в період пуска двигун повинен розвити обертаючий момент М₁. При металевому реостаті обертаючий момент буде коливатися в завчасно вибраних межах М₁″<М₁<М₁′причому різниця допустимих значень М₁′та М₁″визначає число ступенів реостата. В середньому положені рукоятка керування РУ (див.мал.22.1) двигун відключений від мережі в ланцюг ротора повністю включено опір реостата. Спочатку підйомної опреації машиніст виводить рукоятку керування із середнього положення пересувая її в визначеному напрямку і при цьому ланцюг ротора повинно бути включенно такий опір R₃ (див мал.180) реостата, який би допомогав полученню обертального момента М₁′. Так як М₁′>М₁ то двигун, починаючи обертання з частотою n₁ поступово її збільшує. При цьому обертаючий момент буде зменшуватися. Це зменшення слідує допустити до М₁″, що відповідає частоті обертання двигуна n₂. Після чого необхідно виключити ступінь реостата так, щоб при цій же частоті обертання момент збільшувався від М₁″ до М₁′. Це досягається при опору реостата R₄.

У зв'язку зі зміною обертаючого момента який розвиває двигун, прискорення а, Q підйомної системи буде зміним і при органах навивки постійного радіуса на основі виразу а=

При передчасному відключенні ступені реостата обертаючий момент стає більше М₁′ і тому збільшується прискорення. Змінюючи швидкість переміщення рукоятки керування, можна зменшувати або збільшувати тривалість прискоренного руху. При швидкому переміщенні рукоятки можна отримати недопустимо більше прискорення, а також перевантаження двигуна.

Якщо при досягненні обертаючого моменту М₁″не виключити чергову ступінь, тобто не перейти на опір реостата R₄ то він буде зменьшуватись до тих пір поки не зрівняється зі статичним моментом опору (точки В на мал 180). Потім обертаючий момент двигуна буде слідувати за усіма змінами статичного моменту опору. Це не прибутково із-за непродуктивної затрати енергії в реостаті, тим більшої, чим більший опір реостата і тривалість роботи з ним; тривалість підйомної операції збільшується порівняно з розрахунковою, так як частота обертання двигуна менша чим номінальна.

Тому, коли з збільшенням частоти обертання момент знову досягне значення М₁″, виводять слідуючу ступінь і працюють при опорі реостата R₅. Це переключення виконують до тих пір, поки весь опір реостата буде виведено з ланцюга ротора (двигун прицює на самій пологій - характеристиці).

Після виключення всіх ступенів реостата обертаючий момент двигуна зменьшується до співпадання зі статичним моментом опору системи і слідує за всими його змінами (точка А).

Діаграма швидкості підйому в період транспортного руху здійснюється шляхом виводу, визначенні моменти часу, з ланцюга ротора ступенів реостата машиніст в цей період слідкує за показами амперметра, (струм в ланцюзі статора пропорційний обертаючому моменту двигуна). Прагнучи вдержати коливання струму в заданих межах.

Керування двигуном в період прискореного руху може бути автоматизовано. Ступені реостата послідовно автоматично шунтується, причому тривалість роботи на кожній ступені забезпечується відповідним постійним реле часу.

При рівномірному руху з максимальною розрахунковою швидкістю руху посудин всі ступені реостата виключені, чому відповідає природна характеристика двигуна. Якщо при рівномірному русі необхідна швидкість, менша максимальної розрахункової, реостат до кігця періода прискореного руху повністю не виключається, причому для піддержання постійного її значення при змінюючому статичному моменті доводиться переходити на нову характеристику двигуна, яка забезепечує рух з даною швидкістю. Особливі проблеми в керуванні виникають при малих навантаженнях, коли для отримання швидкості руху, менших максимальної, доводиться працювати на характеристиках, при яких найменші зміни частоти обертання двигуна. В цьому випадку для отримання стійкої швидкості руху підйомний двигун необхідно навантажувати, застосовуючи механічне гальмування підйомної машини.

В період уповільненого руху необхідно особливо точне дотримання заданого швидкісного режиму. Порушення його веде до передчасної зупинки, або перепідйому. В цей період руху момент опору (зусилля) має найбільш позитивні або негативні значення. В першому випадку точне дотримання розрахункового режиму руху утрудненний, так як двигун працює при включеному реостаті, а навантаження на його змінне. Крім того, якщо при підйомі розрахункового вантажа в період уповільнення мають місто позитивні зусилля (двигуновий режим), то при меншому навантаженні можуть виникнути негативні зусилля, і для дотримання тогож швидкісного режиму необхідно застосовувати гальмування. Тому машиністу підйому в залежності від навантаження доводиться застосовувати то один, то другий спосіб керування, що являється серйозним недоліком данної підйомної системи. При негативному моментові опору (зусиллі) система в період уповільненого руху працюють з застосуванням механічного або електричного гальмування. Тут також є труднощі в керуванні, пов'язані з змінним навантаженням на машину.

Генераторний режим. Регулятивне гальмування засноване на тому, що асинхронний двигун при частоті обертання ротора вище синхронної має генератор, який віддає енергію в електричну мережу. Якшо в двигуновому режимі обертаючий момент співпаде з напрямом руху, тобто стає гальмовим моментом). Регулятивне гальмування можна застосувати у випадку, коли опускаюча підйомна судина навантажена більше ніж та, яка підіймаєьться, й при частоті обертання двигуна вище синхронної; при цьому максимальна швидкість підйома перевищує розрахункову на 3-5%. На початку уповільненого руху двигун виключається від мережі і машину зупиняють механічним гальмом.

При роботі асинхронного двигуна в генераторному режимі (див. мал. 22.2) гальмівний момент двигуна зростає зі збільшенням частоти обертання ротора. Введення опору реостата в ланцюг ротора викликає надмірне збільшення швидкості спуску вантажу; для запобігання цього ротор у генераторному режимі замикається накоротко.

Практично регулятивне гальмування здійснюється слідуючим чином. Машиніст гальмує машину, яка під дією спускаємого вантажу приходить в рух. При цьому рукоятка керування по мірі зростання швидкості перемішюється машиністом у напрямку руху машини так, щоб при досягненні синхронної частоти обертання ротор двигуна був замкненй накоротко. Після того, як частота обертання ротора стане більше синхронної, розвиваємий двигуном гальмівний момент почне збільшуватись, а прискорення cпускаємого вантажу зменьшиться. Коли гальмівне зусилля F двигуна стане рівним статичному зусиллю F_ст рухаючій підйомній системи, то відповідно до формули прискорення системи стане рівним нулю, і вона буде рухатись з рівномірною швидкістю, яка визначається ординатою точки С (див. Мал. 180). Якби в ротор двигуна було включено опір реостата, якій відповідає, наприклад, характеристиці R₁, то при тому ж гальмівному моменті двигун працював би з надмірно великою частотою обертання, яка визначається ординатою точки D, що не припустимо. Тому в генераторному режимі ротор при синхронній частоті обертання автоматично замикається накоротко.

Регулятивне - гальмування порівняно з механічним має переваги, так як при ньому гальмівний момент, розвинутий двигуном автоматично пристосовується до рухаючоїся сили спукаючогося вантажу, що забезпечує стійке значення швидкості руху судин; незношуються колодки; енергія спускаємого вантажу перетворюється в електричну і віддається в мережу.

Гальмування противключенням здійснюється переміщенням рукоятки керування у напрямку, протилежному руху машини. При цьому магнітне поле статора буде обертатись у напрямку, протилежному обертанню ротора підйомного двигуна, тому виникає гальмівний, по відношенню до підйомної системи обертаючий момент.

В область гальмування противключенням попадають стійкі частини механічних характеристик при великому опорі реостата в ланцюзі ротора.

Так, як при гальмуванні противключенням тількі перші два - три ступені реостата забезпечують стійкі характеристики двигуна, то регулювання гальмівного моменту двигуна буде грубим.

У зв'яку з грубим регулюванням тормозного моменту двигуна, необхідністю особливої уваги машиніста при зупинці машини затратою енергії у реостаті гальмування противключенням не отримало широкого розповсюдження.

Динамічне гальмувакня здійснюється відключенням статора від мережі змінного струму й живлення його постійним струмом при замкнутому накоротко або на пусковий реостат роторі. При цьому статор утворює нерухоме в просторі магнітне поле, яке індуктує в обєертаючомуся роторі змінний струм. Взаємодія цього струму з магнітним полем статора створює гальмівний момент, який можна регулювати зміною велечини постійного струму, та опору реостата в ланцюгові ротора.

При з'єднанні обмоток статора зіркою постійний струм подають на 2 фази обмоток, 3 вільна. Механічні характеристики двигуна при цьому гальмуванні за своєю формою нагадують характеристики двигунового режиму і відрізняються від останніх тим, що вони починаються в точці, відповідаючій нерухомому ротору й величина максимального моменту двигуна залежить від зміни постійного струму в статорі, зростаючи при збільшенні струму. Якщо в обмотках статора протікає постійний струм, дорівнюючий номінальному, змінному струму двигуна, то максимальний гальмівний момент його буде приблизно рівним номінальному моменту двигуна. Для отримання максимального гальмівного моменту дорівнюючого двократному номінальному моменту двигуна необхідно, щоб величина постійного струму була приблизно в два рази більша номінального змінного струму в двигуновому режимі. Величина струму в статорі і відповідно гальмівний момент, обмежуються допустимим нагрівом обмоток.

Механічні характеристики в режимі динамічного гальмування мають такі недоліки:

1. Наявність постійної частини, на якій робота двигуна можлива при моменті опору, який перевищує максимальний момент двигуна, а також при неправильному керуванні під час уповільнення, коли машиніст закорочує ротор двигуна без видержки часу; в останьому випадку гальмівний момент двигуна буде менше потрібного, а тому частота обертання ротора буде збільшуватись.

2. М'якість характеристик при роботі на вільних швидкостях з великим опором реостата в ланцюгові ротора.

Для усунення цих недоліків необхідно забезпечити збільшення струму збудження статора при зростанні струму в роторі, тобто компенсувати зростаючий магнітний потік ротора. Це здійснюється автоматично в функції частоти обертання ротора. Механічні характеристики получаються жорсткими і тому при зміні навантаження частота обертання двигуна змінюється в невеликих межах.

Динамічне гальмування дає змогу отримати любе стійке значення частоти обертання в межах від 100% і приблизно до 1% номінальної, що дуже важливо при спуску людей та вантажів на понижених швидкостях.

Асинхронний двигун застосовано до підйомних установок, повинен задовільняти слідуючи вимоги: кратність максимального моменту по відношенню до номінального не менше 2,0...2,3; усилена ізоляція обмоток статора і ротора; тривалість ротора повинна-забезпечити можливість збільшення номінальної частоти обертання до 50%.

На підйомнних установках використовують асинхронні двигуни серії АК, АКН, ДАФ при напрузі 6кВт. Використання одиночного асинхронного підйомного двигуна рекомендується при потужності до 1200кВт. Його обмеження викликано ускладненням у виготовленні пускокеруючої апаратури потужних двигунів. При потужності асинхронного приводу до 2200кВт використовують 2 двигуна, працюючих на загальний вал підйомної машини.

При асинхронному електропроводі повна автоматизація роботи підйомних установок із-за м'яких характеристик його коли включені ступені реостата.

З розвитком силової полупровідникової техніки удосконалення асинхронного привода йде в напрямку використання каскадних схем і частотного регулювання.

В системі асинхронно-вертикального каскада (АВК) для плавного регулювання частоти обертання підйомного двигуна в обмотку ротора його вводиться проти е.р.с., узгодження з напругою ротора по фазі і частоті. Джерелом проти е.р.с. є інвектор на теристорах, які регулює в мережу енергію ковзання ротора при регулюванні частоти обертання в двигуновому режимі і в режимі динамічного регулювання.

Система АВК забезпечує плавне регулювання швидкості, більш економічна в порівнянні з релейно-контактною системою але має більш високу вартість.

При частотному регулюванні асинхронного приводу частота обертання підйомного двигуна в період уповільнення й дотягування регулюються змінною частоти струму. Для цієї мети використовують регулюючі теристорні перетворнювачі низької частоти.

Частотне регулювання забезпечує високу керованість, економність і надійність асинхронного привода.

З використанням каскадних схем і частотного регулювання зростає надійність автоматичного керування асинхронним приводом.

Мал 22.1. Принципова схема електроприводу з асинхронним підйомним двигуном.

Самостійна робота № 23.