Электропривод экскаватора

где 140° - максимальная температура для изоляции класса нагревостойкости F;

В×с;

Полное сопротивление  цепи якоря:

Электромеханическая постоянная времени электропривода:

Постоянная времени  якорной цепи:

Передаточная функция  механической части двигателя в абсолютных единицах:

Передаточная функция  электрической части двигателя 

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:

где: U_У =10 В – напряжение управляющего сигнала.

Передаточная функция  тиристорного преобразователя:

 

 

4.2 Синтез регуляторов [12]

 

Синтез регулятора тока.

Методом последовательной коррекции можно определить тип  и параметры регулятора тока по условию  модульного оптимума по каналу управления для замкнутого контура тока.

;

Желаемая передаточная функция разомкнутого КРТЯ:

где: К_ОТ – коэффициент передачи обратной связи по току;

а_Т = 2 – коэффициент отношения постоянных времени при настройке на модульный оптимум;

Т_m = Т_ТП = 0,01 – суммарная некомпенсированная постоянная времени при настройке на модульный оптимум;

Передаточная функция регулятора тока:

Как видно из выражения  – это ПИ регулятор тока;

где: Т_ИТ – постоянная интегрирования;

где: I_СТОП – стопорный ток двигателя;

U_З.max = 10 В – максимальное задание по току;

Передаточная функция  регулятора тока:

Сигнал пропорциональный току якорной цепи двигателя снимается с шунта. Поскольку I_СТОП=1025 А, то из стандартного ряда выбираем шунт: I_ШН = 1500 А.

 

Синтез регулятора скорости.

Передаточная функция  объекта регулирования КРС:

Если раскрыть скобки и пренебречь членом перед р², в силу его незначительной маленькой величины, получим:

Желаемая передаточная функция разомкнутого КРС:

где: К_ОС – коэффициент обратной связи по скорости;

а_С = 2 – отношение постоянных времени в оптимизированном контуре регулирования скорости при настройке на модульный оптимум;

В итоге получаем передаточную функцию регулятора скорости:

Наибольшее выходное напряжение задатчика интенсивности, т.е. максимальное задание по скорости:

U_ЗСmax=К_ОС×w_О;

где: w_О – скорость идеального холостого хода;

U_ЗСmax = 10 В;

Из этого выражения  следует:

с^-1;

Структурная схема электропривода в абсолютных единицах приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Структурная схема электропривода в абсолютных единицах

 

 

4.3 Расчет структурной схемы в относительных единицах

 

Для расчета структурной  схемы привода в о.е. необходимо принять базисные значения переменных. Базисные значения выбираются таким образом, чтобы коэффициенты обратных связей были равны 1. Перевод параметров схемы замещения в о.е. необходим для наглядного представления характера изменения во времени переменных в одной системе координат.

Сопротивление якорной цепи:

Инерционная постоянная привода:

Передаточная функция  электрической части в о.е.:

Передаточная функция  механической части двигателя в  о.е.:

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя в о.е.:

Передаточная функция  тиристорного преобразователя в  о.е.:

Передаточная функция  регулятора тока в о.е.:

Передаточная функция  регулятора скорости:

;

Конструктивный коэффициент  двигателя в о.е.:

Коэффициент обратной связи  по току:

Коэффициент обратной связи  по скорости:

Статический ток в  абсолютных единицах:

Статический ток в  относительных единицах:

Структурная схема электропривода в относительных единицах приведена  на рисунке 4.5.

 

Рисунок 4.5 -  Структурная схема электропривода в относительных единицах

Рисунок 4.4 – График переходных процессов пуска, реверса и торможения

 

5 Анализ статических  и динамических свойств электропривода

 

Статическая ошибка по скорости при номинальном токе якоря:

 с^-1;

Статическая ошибка в  процентном отношении:

 %;

Жесткость электромеханической  характеристики:

;

Расчетная динамическая ошибка по скорости при линейном нарастании задающего сигнала:

Dw_ДИН=а_С×а_Т×Т_m×e_о;

где: e_о – ускорение привода;

 с^-2;

где: t_П = 1 с – время пуска с учетом сенсомоторной реакции машиниста;

Dw_ДИН=2×2×0,01×104,72=4,2  с^-1;

Динамическая ошибка в процентном отношении:

%;

Суммарная ошибка по скорости (в переходном процессе):

Dw_S=Dw_СТ+Dw_ДИН=9+4,2=13,2 с^-1;

Суммарная ошибка в процентном отношении:

%.

 

Значение динамической ошибки регулирования тока якорной  цепи двигателя:

 А;

Динамическая ошибка по току в процентном соотношении:

%;

Статическая нагрузка:

 А;

Статическая нагрузка в  процентном соотношении:

%;

Пусковой ток:

I_П = I_СТОП - DI_ДИН=3025 -260,8 = 2764 А;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Описание  принципиальной схемы электропривода  напора

 

Электропривод имеет  двухконтурную схему подчиненного регулирования с внутренним контуром тока и внешним контуром скорости, настроенным на модульный оптимум.

Два двигателя постоянного тока  ДЭ-82 независимого возбуждения  питаются от тиристорного преобразователя КТЭ-800/930-22Т-08-Д-УХЛ4, выполненного по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Напряжение преобразователя регулируется посредством системы импульсно-фазового управления (СИФУ).

Привод питается от внутренней сети переменного тока напряжением 6 кВ через силовой трансформатор TV1, и выключатель QF1. QF2 и QF3 – защитные автоматические выключатели, установлены последовательно с тиристорами. Для неоперативного отключения электродвигателей от ТП используется рубильник QS (см. на рисунок 6.1).

Обмотки возбуждения  обоих двигателей включены параллельно через вы-прямитель VD, трансформатор TV2 и масляный выключатель QF3.

Управление, защиты и  блокировки:

AR - регулятор скорости

AI – задатчик интенсивности;

AA – регулятор тока;

UA –обратная связь  по току;

UM – блок управления  тиристорами (СИФУ);

UV –обратная связь  по скорости.

В качестве датчика тока якоря для обратной связи используется шунт RS. В качестве датчика скорости применяется датчик напряжения преобразователя выполненный на потенциометре R6.

При включении масляного  выключателя QF1 подается питание на обмотки высшего напряжения трансформатора TV1 и в цепь питания возбуждения. Также при включении QF1 замыкается его контакт в цепи управления и защиты. При включении выключателя QF3 подается напряжение через трансформатор TV2 и выпрямитель VD на обмотки возбуждения и обмотки реле КА1 и КА2, которые включаясь замыкают контакты КА1.1 и КА2.1 в цепи защит и управления и размыкает контакт КА1.2 и КА2.2 в цепи сигнализации отсутствия возбуждения. При включении выключателя SF1 подается питание в цепи управления и защит. При нажатии на пускатель SB2 происходит включение реле КМ1, которое своим контактом КМ1.2 самозапитывается, и при отпускании пускателя питание в обмотке реле остается. При включении реле КМ1 замыкаются контакты которые коммутируют цепи питания блока тиристоров. Также при включении реле КМ1 замыкается контакт КМ1.3, который в свою очередь запитывает обмотку реле YA1, последняя замыкая свой контакт отжимает тормоза и растормаживает привод подъема.

Командоконтроллеры (КК) представляют  собой преобразователи  положения рукоятки в электрические сигналы управления приводами экскаватора. В командоконтроллерах используются резистивные датчики угла отклонения рукояток управления, питание на которые вырабатывает соответствующий моноблок  (величина питающего напряжения =20 В)  С выхода резистивного датчика снимается постоянное напряжение, величина которого изменяется  пропорционально  углу  отклонения   рукоятки  относительно  нулевого (опорного) положения. При переходе через нейтральное положение рукоятки КК выходное напряжение U_зКК меняет  свою  полярность  относительно  опорного  напряжения U_oКК. Конструкция КК обеспечивает четкую фиксацию нейтрального положения рукояток. Схема принципа действия резистивного командоконтроллера приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема резистивного командоконтроллера

 

 

В приводе применены  следующие виды защиты:

- защита от максимального подъема ковша;

- максимальная токовая защита;

- защита от пробоя изоляции;

- защита от потери возбуждения;

Для защиты от максимального  подъема ковша применяется датчик наи-высшего положения ковша ДНП, который присоединяется через редуктор к механизму подъема. При поднятии ковша на расстояние 0,40 ÷ 0,50 метра от головных блоков датчик замыкает контакт ДНП.1, чем вызывает снижение скорости подъема ковша. При дальнейшем поднятии ковша и достижении его положения максимально близкого к головным блокам замыкается контакт ДНП.2, чем вызывается остановка ковша, при этом блокируется возможность дальнейшего поднятия ковша и происходит удержание ковша в этом положении до тех пор пока машинист не подаст управляющий сигнал на опускание ковша.

Для защиты двигателей от больших токов, возникших в цепи якоря по какой либо причине, применяется максимальная токовая защита. Максимальная токовая защита осуществляется при помощи реле КА3, которое включено на падение напряжения на обмотках вспомогательных полюсов двигателей. При превышении тока якоря на 40-50% от стопорного - реле срабатывает и своим размыкающим контактом – КА3.1 обесточивает катушку контактора КМ1. Это приводит к снятию напряжения с цепей управления, наложению тормозов (отключение контакта КМ1.3 в результате чего обесточивается катушка реле YA1) и обесточиванию блока тиристоров и  электродвигателей механизма подъема (контакт КМ1.1). Также своим замыкающим контактом КА3.2 реле включает красную сигнальную лампу HL3 на пульте управления.

При нарушении изоляции в якорных цепях привода через  обмотку реле КV1 начинает протекать ток и оно срабатывает размыкая свой контакт KV1.1 в цепи реле КМ1, отключая его, и замыкает контакт КV1.2, в результате чего загорается красная сигнальная лампа HL1 на пульте управления.

Защита от потери возбуждения  осуществляется при помощи реле КА1 и КА2 включенных в цепи обмоток возбуждения. При падении напряжения в цепи возбуждения хотя бы одного из двигателей на 10-20% или при полном его исчезновении соответствующие реле размыкает контакт КА1.1 и (или) КА2.1, которые размыкают цепь питания реле КМ1. При этом также замыкается контакт КА1.2 и (или) КА2.2 и в результате происходит загорание красной сигнальной лампы HL2 на пульте управления.

Отключение контактора КМ1 происходит также при отключении автоматов  вентиляторов двигателей главных приводов, масляного выключателя QF1 и автомата SF1, кнопки стоп (SB1), перегорании защитных плавких предохранителей FU1 и FU2, которые служат для защиты цепей управления от больших токов. В любом случае при отключении реле КМ1 происходит наложение тормозов на вал редуктора, что приводит к затормаживанию механизма подъема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Бойко Г.Х. Горное оборудование  Уралмашзавода. Коллектив авторов. 2003. – 240 с.
2. Дурнев Н.В. Гусеничный экскаватор-драглайн машиностроитель-ной корпорации “Уралмаш” ЭДГ-3,2.30А.  Статья. – 5 с.
3. Ефимов В.Н., Цветков В.Н., Садовников Е.М. Справочник. Карьерные экскаваторы. Справочник рабочего. 1994. – 381 с.
4. Герасимов В.Г. Электротехнический справочник. т.4. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 696 с.
5. Технические данные экскаваторных двигателей постоянного тока.
6. Смирнитский Б.В. Автоматизированный электропривод  типовых промышленных механизмов. Учебное пособие. – Харков; ХГПУ,1998. –382 с.
7. Лагунова Ю.А. Экскаваторы-драглайны: Учебно-методическое пособие. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2004. - 107 с.
8. Бритарев В.А., Замышляев В.Ф. Горные машины и комплексы. Учебное пособие для техникумов. – М.: Недра, 1984, 288 с.
9. Евзеров И.Х.,  Горобец А.С., Мошкович Б.И. Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319 с.
10. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: учебник для студ. вузов/ В.М. Терехов, О.И. Осипов; под ред. В.М. Терехова. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 304с.
11. Елисеев В.В. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов, 3-е изд., перераб. и доп./В.В, Елисеев. - Екатеринбург, Изд-во УГГУ, 2008. - 11с.
12. Методические указания к лабораторной работе «Расчет, наладка и исследование тиристорного электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат». В.В.Елисеев, УГГГА, 2001. – 28с.