Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Автоматизированный электропривод экскаватора-драглайн - файл 1.doc


Автоматизированный электропривод экскаватора-драглайн
скачать (1140.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1141kb.20.11.2011 18:35скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

Федеральное агентство по образованию



Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет ″ЛЭТИ″



Кафедра РАПС
РЕФЕРАТ

на тему:

«Автоматизированный электропривод

экскаватора-драглайн»
Выполнил

студент группы 5404

КалкоА.А

Преподаватель

Новиков В. А.
Санкт-Петербург

2009г.

Содержание:
Описание экскаватора-драглайна
Особенности статики и динамики взаимодействующих электроприводов экскаватора-драглайна
Электропривод основных механизмов одноковшовых экскаваторов
Кинематическая схема экскаватора драглайн
Электропривод подъёма экскаватора-драглайна ЭШ 6.45М
^ Перспективы развития электропривода экскаваторов
Тиристорные выпрямители для управления электроприводами экскаваторов
Выбор электропривода
Список использованной литературы:

1.Описание экскаватора-драглайна
Экскаваторы с емкостью ковша более 3 м3 обычно имеют оборудование прямой лопаты или драглайна. Драглайны при­меняются для работ, требующих перемещения породы на боль­шие расстояния при сравнительно мягких грунтах.




^ Рис. 1. Общий вид экскаватора-драглайна типа ЭШ-100/100
Экскаватор-драглайн (рис.1) имеет ковш 1, свободно под­вешенный на канатах. Наполнение ковша (черпание) произво­дится путем подтягивания его к машине с помощью тягового каната 2. При этом ковш внедряется в грунт под действием соб­ственного веса и удерживается от чрезмерного заглубления с помощью подъемных канатов 3. С помощью подъемных ка­натов производится подъем ковша к голове стрелы, в процессе которого тяговые канаты удерживают загруженный ковш от опрокидывания. Третьим рабочим движением в цикле экскава­ции является поворот на выгрузку и в забой. В конце поворота на выгрузку тяговые канаты ослабляются, что вызывает опро­кидывание и разгрузку ковша.

Таким образом, основными механизмами экскаватора-дра­глайна являются одинаковые по конструкции подъемная и тя­говая лебедки и механизм поворота. Драглайны используются для вскрышных работ при относительно слабых грунтах. По условиям выполнения таких работ экскаватор часто, разра­батывая отвалы, должен стоять на насыпном грунте и переме­щаться по этому мягкому основанию. Для уменьшения давле­ния на грунт при работе драглайн опирается на круглую плиту большого диаметра (так называемую базу 4), а для передвиже­ния используется механизм шагания с опорными лыжами 5 большой площади. Наиболее массовой машиной такого типа является ЭШ-5/45М (экскаватор шагающий с емкостью ковша 5 м3 и длиной стрелы 45 м). Выпускаются также более мощные экскаваторы типов ЭШ-10/70А, ЭШ-15/90А и др.

Крупные одноковшовые экскаваторы являются высокопро­изводительными землеройными машинами, представляющими собой уникальные по габаритам, массе и мощности главных электроприводов технические сооружения. В этом можно убе­диться, рассматривая приведенный на рис.1,с указанием ос­новных размеров схематический общий вид шагающего экскаватора-драглайна типа ЭШ-100/100 имеющего ковш ем­костью 100 м3 и длину стрелы 100 м. Он оборудован совер­шенными электроприводами основных механизмов большой мощности, которая для подъемной и тяговой лебедок соста­вляет по 10000 кВт, а электропривод поворота имеет восемь двигателей по 1000 кВт каждый. Исключительный эффект по­вышения производительности труда на открытых горных раз­работках за счет применения машин такой мощности в некото­рой мере можно представить, если учесть, что экскаватор является послушным и мощным продолжением рук одного зе­млекопа-оператора, который воздействуя на рукоятки командоаппаратов главных электроприводов, за смену без тяжелого физического труда производит такой же объем земляных ра­бот, что и армия землекопов в несколько десятков тысяч человек.

^ 2.Особенности статики и динамики взаимодействующих электроприводов экскаватора-драглайна
Рассмотрим рабочие нагрузки механизмов подъема и тяги экскаватора-драглайна, возникающие в режимах свободного подъема ковша по различным траекториям. С этой целью на рис.2 показан ряд положений центра тяжести подвешенного на канатах ковша и осуществлено графическое разложение силы тяжести на составляющие ее силы натяжения подъем­ного и тягового канатов, направления которых в каждой точке известны.

Точка I соответствует моменту отрыва груженого ковша по­сле черпания с глубины забоя. При этом вес ковша примерно поровну распределяется между подъемным и тяговым каната­ми; соответственно натяжения и составляют примерно половину . Точка II также соответствует отрыву груженого ковша после черпания, но в верхней части забоя, вблизи нижне­го блока наводки тягового каната. Здесь за счет увеличения растяжки ковша натяжения и значительно больше, чем в точке I, и могут по абсолютному значению превышать вес ковша. В точке III определены натяжения канатов, которые имеют место при подъеме груженого ковша по вертикали или при спуске порожнего ковша в забой. В том и другом случае сила примерно равна весу ковша





Рис. 2-1. Зависимость статических нагрузок подъемного и тягового канатов экскаватора-драглайна от положения ковша.
(соответственно груженого или порожнего), а натяжение тягового каната либо имеет не­большое значение, необходимое для удержания ковша от опро­кидывания и разгрузки, либо при спуске ковша может быть близко к нулю. Точка IV соответствует аварийной растяжке ковша, при которой создается опасность удара ковшом по стреле, так как небольшое увеличение растяжки вызывает боль­шие ускорения ковша в направлении стрелы.

Если в точке I остановить привод тяги и осуществлять подъем ковша за счет подъемной лебедки, ковш будет прибли­жаться к стреле, а нагрузка тягового каната возрастать. Анало­гично, если в точке III остановить привод подъема и подтяги­вать ковш тягой, ковш будет перемещаться по дуге окружности к стреле и с ростом растяжки нагрузка подъемного каната ста­нет возрастать вначале медленно, а затем все быстрее. Переме­щение ковша по требуемой траектории требует согласованной работы приводов подъема и тяги, причем очевидно взаимное влияние этих приводов на возникающие при работе их статические нагрузки.

Процесс перемещения ковша на выгрузку по требуемой про­странственной траектории обеспечивается совместной работой электроприводов подъема, тяги и поворота платформы экска­ватора. Если рассмотреть условия протекания переходных про­цессов электропривода поворота при положениях ковша I- IV (рис. 2-1), можно установить, что суммарный приведенный мо­мент инерции электропривода поворота при работе электро­приводов подъема и тяги непрерывно изменяется, так как при­веденный момент инерции груженого ковша на полном вылете составляет значительную долю , а при перемещении к точке II быстро снижается пропорционально квадрату расстояния от оси вращения платформы. С другой стороны, при вращении платформы возникает центробежная сила инерции ковша, кото­рая увеличивает натяжение тягового каната. Таким образом, очевидно взаимное влияние всех электроприводов драглайна как в статических, так и в динамических режимах работы.

Установленная особенность определяет трудности анализа динамических процессов электроприводов машин-манипулято­ров. В теории электропривода для описания динамики меха­нической части электроприводов в общем случае используются уравнения Лагранжа. Воспользуемся этим математическим ап­паратом для выявления основных особенностей электроприво­дов изменения вылета стрелы и поворота платформы порталь­ного крана, рассматриваемых как объект автоматического управления. Лебедка изменения вылета осуществляет поворот стрелы в вертикальной плоскости относительно опорного шар­нира, который можно считать расположенным на оси враще­ния платформы. При этом изменение вылета стрелы 3 (см. рис. 1) сопровождается соответствующим изменением вылета противовеса 5, связанного с ней тягой 6. Этим обеспечивается уравновешивание веса стрелы относительно оси вращения платформы. Суммарный момент инерции электропривода по­ворота за счет введения противовеса увеличивается незначи­тельно, так как приведенный момент инерции номинального груза, пропорциональный квадрату его расстояния от оси вра­щения, намного больше приведенного момента инерции проти­вовеса, имеющего значительно меньший вылет. Учитывая эти соображения, в первом приближении для анализа динамики данных взаимодействующих электроприводов можно использо­вать пространственную расчетную электромеханическую схему, показанную на рис. 2-2




Рис. 2-2. Расчетная механиче­ская схема электропривода из­менения вылета и поворота пор­тального крана.
На рис. 2-2 приняты обо­значения :

,- электро­магнитные моменты двигателей подъема (изменения вылета) стрелы ДП и вращения плат­формы ДВ;

,- углы поворота двигателей ДП и ДВ;

,- моменты инерции дви­гателей ДП и ДВ и жестко связанных с ними элементов приводов;

,- эквива­лентная жесткость передач при­водов подъема стрелы и враще­ния платформы;

,- кинематические зазоры тех же передач;

,- углы пово­рота стрелы и поворота плат­формы;

,- моменты инерции барабана лебедки из­менения вылета (связь бара­бана со стрелой принята жест­кой) и поворотной платформы (связь платформы со стрелой принята жесткой);

, -моменты потерь на трение, приложенные к соответствующим мас­сам;

,- массы стрелы с грузом и противовеса, сосредоточенные в центрах тяжести с координатами со­ответственно ,- и ,. Все параметры и координаты электроприводов приведены к их выходным валам.

В
общем случае для i-m степени свободы уравнение Лагран-жа имеет вид:







Полученной системе уравнений (2-59) соответствует струк­турная схема механической части взаимодействующих электро­приводов подъема стрелы и вращения платформы портального крана, показанная на рис.2-3. Эта схема наглядно характери­зует основные особенности приводов машин-манипуляторов как объектов автоматического регулирования. Взаимодей­ствующие электроприводы механизмов таких машин представ­ляют собой многосвязные нелинейные электромеханические си­стемы, в которых изменения одной координаты оказывают влияние на статические и динамические нагрузки электроприво­да другой, причем в нелинейной зависимости.


Рис. 2-3. Структурная схема механической части электроприводов изменения вылета и поворота портального крана
^ 3.Электропривод основных механизмов одноковшовых

экскаваторов
Сформулируем основные требования, предъявляемые к главным электроприводам экскаваторов. При этом важней­шим является требование обеспечения максимальной произво­дительности машины при минимальных нагрузках ее электри­ческого и механического оборудования. Для выполнения этого общего требования необходимо, чтобы система электроприво­да обладала следующими свойствами:
1) электропривод должен обеспечивать надежное ограниче­ние момента и тока допустимым стопорным значением во всех режимах работы, т. е. обладать механической характеристикой экскаваторной формы, заполнение которой при проектирова­нии и наладке можно было бы изменять в широких пределах, в соответствии с условиями работы каждого механизма экска­ватора;
2) электропривод должен обеспечивать экономичное регули­рование скорости в диапазоне 4 —6 и рекуперацию энергии, ос­вобождающейся при торможениях механизма поворота или при опускании ковша. Жесткость рабочего участка механиче­ской характеристики, соответствующей нулевому положению командоконтроллера, должна обеспечивать достаточно малую скорость спуска ковша при удержании его путем электрическо­го торможения;
3) формирование переходных процессов, имеющих мини­мальную длительность при ограничениях, наложенных на пре­дельные значения момента, темпа его изменения и ускорения, обеспечивающих минимальные динамические нагрузки механи­ческого оборудования экскаватора, должно осуществляться до­статочно простыми и надежными средствами;
4) схема соединения силовых цепей и динамические свой­ства системы управления электроприводом должны способ­ствовать реализации возможного демпфирующего действия, которое оказывает электропривод с линейной механической ха­рактеристикой на механические колебания в электромеханиче­ской системе;
^ 5) схема должна быть простой и максимально надежной.
Удовлетворить всем перечисленным требованиям может лишь система электропривода, обеспечивающая непрерывное управление скоростью механизма во всех режимах с высокими показателями точности и качества регулирования основных координат. Поэтому для индивидуального электропривода ос­новных механизмов одноковшовых экскаваторов с емкостью ковша выше 2 в настоящее время применяются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, управляемые изменением напряжения в цепи якоря по системе управляемый преобразователь - двигатель (УП-Д). В качестве управляемо­го преобразователя может быть использован генератор по­стоянного тока (Г-Д) или тиристорный преобразователь (ТП - Д).
Для удовлетворения трех первых требований система управ­ления должна обладать достаточно высоким коэффициентом усиления, что достигается введением в схему управления полем генератора усилителя того или иного вида. До недавнего вре­мени преимущественное применение в качестве возбудителя ге­нераторов находил электромашинный усилитель с поперечным полем (ЭМУ). В настоящее время ЭМУ на вновь выпускаемых экскаваторах вытеснен более надежными, обладающими стабильной характеристикой силовыми магнитными усилителями, а на мощных экскаваторах, где требуемая номинальная мощ­ность усилителя превышает 5—10 кВт, в качестве возбудителей генераторов используются тиристорные усилители.

Индивидуальные генераторы главных электроприводов экс­каватора объединяются в преобразовательный агрегат, ко­торый приводится во вращение асинхронным или, чаще, син­хронным двигателем с номинальным напряжением статора 3 или 6 кВ. На этом напряжении и осуществляется питание экс­каватора от передвижного распределительного устройства с помощью гибкого шлангового высоковольтного кабеля. Для питания остальных двигателей на экскаваторе устанавливается силовой трансформатор 3 — 6/0,4 кВ, а для освещения — транс­форматоры 380/127 и 380/220 В.

В соответствии с требованием ограничения момента двига­теля допустимым стопорным значением во всех режимах ра­боты главной регулируемой координатой электромеханической системы является ток якоря двигателя, а основной обратной связью в системе управления — отрицательная связь по току. Требования к жесткости рабочего участка экскаваторных характеристик не являются высокими, так как указанный диа­пазон регулирования скорости мощного электропривода при регулировании напряжением может быть получен даже в ра­зомкнутой системе. Для получения требуемой жесткости харак­теристики для удержания ковша при установке командоконтроллера в нулевое положение, а также для уменьшения влияния на скорость гистерезиса в магнитной цепи генератора, температурных изменений сопротивлений и колебаний напря­жения сети в современных экскаваторных электроприводах ис­пользуется отрицательная обратная связь по напряжению пре­образователя. Кроме того, для получения требуемого качества регулирования тока и напряжения в ряде случаев возникает не­обходимость использования гибких связей по регулируемым переменным.

До недавнего времени основной структурой регулируемого экскаваторного электропривода по системе Г -Д являлась структура с суммирующим усилителем. В по­следние годы на большинстве выпускаемых в нашей стране экс­каваторов находят применение схемы, имеющие многоконтур­ную структуру подчиненного регулирования координат элек­тропривода. Двухконтурная структура подчиненного регулирования тока и скорости двигателя показывает, что она в применении к элек­троприводу командных манипуляторов наряду с очевидными достоинствами обладает рядом существенных недостатков, ко­торые могут находиться в противоречии с основными требова­ниями, предъявляемыми к экскаваторному электроприводу в отношении жесткости рабочего участка статической характе­ристики, точности регулирования тока и ограничения ускоре­ний в переходных процессах.

Для экскаваторных электроприводов разра­ботана унифицированная структура, представленная на рис. 3-1 Рассматривая эту схему, легко установить, что она являет­ся двухконтурной системой подчиненного регулирования тока якоря двигателя и напряжения преобразователя. В качестве ре­гулятора тока РТ используется И-регулятор с постоянной интегрирования Ти. Следовательно, постоянная якоря Тя пред­полагается некомпенсируемой. Сигналы задания тока uз. т и от­рицательной обратной связи по

току якоря сумми­руются на входе дополнительного звена ограничения 30, имеющего характеристику «вход — выход» с ограничением вы­ходной величины. Во всех режимах, в которых ток якоря незна­чительно отличается от стопорного, пропорциональный усили­тель 30 работает на линейной части своей характеристики. Однако в легких переходных процессах пу­сковой ток уменьшается, разность возрастает и до­стигает порогового значения. При этом усилитель 30 «насы­щается» и работает как звено ограничения, подавая на вход регулятора тока постоянный сигнал.


где доп— допустимое ускорение двигателя.

Электродвижущая сила преобразователя нарастает в этом режиме по линейному закону с предельно допустимым по условию ограничения ускорений темпом независимо от тока якоря. Если за счет увеличения нагрузки ток возрастет, то раз­ность станет меньше порогового напряжения звена ограничения - система начнет регулировать ток, как это и дол­жно быть в тяжелых режимах, ограничивая его стопорным зна­чением. Таким образом, за счет введения звена ограничения 30 в экскаваторном электроприводе обеспечивается ограничение максимальных ускорений.

Вместо отрицательной связи по скорости в схеме исполь­зуется отрицательная обратная связь по напряжению преобра­зователя. Сигнал, задающий уровень напряжения (скорости двигателя) и сигнал обратной связи по напряжению суммируются на входе пропорционального регулятора напря­жения ^ РН. Для получения требуемой жесткости рабочего участка механической характеристики привода при регулирова­нии напряжения на вход регулятора напряжения РН подается сигнал положительной обратной связи по току . Если поло­жительная связь по току подается на вход РН с коэффициен­том где коэффициент усиления регулятора на­пряжения, то при работе РН в пределах линейной части своей характеристики его выходное напряжение содержит соста­вляющую, в каждый момент численно равную сигналу отрица­тельной связи по току, воздействующему на вход звена 30. Сле­довательно, при такой настройке положительная связь по току компенсирует действие внутреннего контура тока, направ­ленное на смягчение механической характеристики, и систему можно рассматривать как разомкнутую по току якоря.

Благодаря компенсации действия отрицательной связи по току обеспечивается поддержание постоянства напряжения на двигателе и жесткость рабочего участка в данной схеме полу­чается достаточно высокой для любого экскаваторного элек­тропривода. Одновременно устраняется связь между жесткостью статической характеристики и каче­ством переходных процессов, свойственная системе с последо­вательной коррекцией. Подбором коэффициента положитель­ной обратной связи по току якоря можно установить любую требуемую жесткость рабочего участка экскаваторных характе­ристик.

При работе в зоне токоограничения регулятор напряжения насыщен и вы­дает на выходе постоянное напряжение . Тем самым прекращается действие отрицательной связи по на­пряжению и положительной связи по току — система работает как одноконтурная система регулирования тока.

Интегральный регулятор тока не компенсирует постоянную времени якорной цепи Тя. За счет этого суммарная некомпенсируемая инерционность возрастает, и быстродей­ствие системы при последовательной коррекции может быть, как выше было показано, совершенно неудовлетворительным.

В рассматриваемой структуре этот недостаток устраняется за счет введения в сигнал отрицательной связи составляющей, пропорциональной производной регулируемой величины. Гово­ря строго, это эквивалентно применению смешанной последо­вательно-параллельной коррекции, однако структура позволяет для выбора параметров и оптимизации применить основной подход, свойственный методу последовательной коррекции, до­полнив его некоторыми изменениями в соответствии с исполь­зованием смешанной коррекции.

Опыт наладки экскаваторных электроприводов показывает что для получения требуемых динамических качеств привода достаточно осуществить настройку контура регулирования то­ка в режиме короткого замыкания (при снятом возбуждении двигателей) и контура регулирования напряжения в режиме холостого хода (при разомкнутой якорной цепи).





^ Рис. 3-1. Унифицированная структура экскаваторных электроприводов.
При оптималь­ной настройке контуров в этих искусственных режимах обеспе­чивается близкая к оптимальной динамика привода в рабочем состоянии.

Заметим, что режим короткого замыкания в точности со­ответствует условиям работы схемы при отсутствии внутрен­ней связи по ЭДС двигателя. Пренеб­режение внутренней связью по ЭДС является одним из главных допущений метода синтеза многоконтурных систем подчиненного регулирования. Поэтому оптимизация контура тока по режиму короткого замыкания лишь поясняет смысл этого допущения. Настройка контура напряже­ния по режиму холостого хода применима лишь к схеме, при­веденной на рис. 3-1, и ей подобным. Основанием для этого является использование обратной связи по напряжению вместо обратной связи по скорости и применение компенсирующей положительной связи по току якоря, благодаря которой при работе контура напряжения цепи обратных связей по току можно считать разомкнутыми.

Структурная схема контура тока в режиме короткого замы­кания представлена на рис. 3-2, а.

Передаточная функция объекта регулирования тока


где, - коэффициенты усиления соответственно звена ограничения ЗО и преобразователя П;



В соответствии с рассмотренным выше методом последова­тельной коррекции примем, что передаточная функция ре гулятора тока должна быть выбрана с таким расчетом,



Рис. 3-2. Оптимизация динамики экскаваторного электропривода по режиму короткого замыкания (а) и холостого хода (б).

чтобы по­лучить передаточную функцию разомкнутого контура тока вида



где — постоянная интегрирования контура тока.

Передаточная функция ре­гулятора тока



Передаточная функция замкнутого контура тока будет иметь вид:


Рассматривая (3-18), можно убедиться, что введение в кон­тур регулирования сигнала, пропорционального производной тока, расширяет возможности настройки, нарушая жесткую связь между соотношением постоянных времени и характером процессов. Корни характеристического уравнения (3-18)



Таким образом, представляется возможность при любом соотношении постоянных ат получить требуемое качество про­цесса, подобрав значение гибкой составляющей Т'т, обеспечиваю­щее соответствующий дискриминант характеристического уравнения (3-18). Так, для критического демпфирования (гра­ничного случая апериодического процесса при равенстве ди­скриминанта нулю) можно найти следующее условие: откуда


Если выбрать аТ = 4, то в соответствии с (3-20) Тт = 0, что соответствует случаю чисто последовательной коррекции. При аТ < 4 Тт 0. т. е. для получения требуемого качества процесса необходимо вводить гибкую связь по регулируемой величине. Так как то значение аТ непосредственно определяет постоянную интегрирования регулятора тока Ти и как след­ствие расхождение между статической и динамической характе­ристиками.

Использование гибкой связи по току позволяет выбирать значение из условия получения минимума допустимого значения . Подставляя найденное та­ким образом значение в (3-20), определяем постоянную гибкой связи по току обеспечивающую апериодический характер процессов.

Максимальное выходное напряжение звена ограничения 30 вычисляется по (3-16).

Структурная схема контура регулирования напряжения в ре­жиме холостого хода с учетом полученной передаточной функ­ции регулятора тока представлена на рис. 3-2, б. Как и ранее, желаемая передаточная функция разомкнутого контура имеет вид:



Передаточная функция регу­лятора напряжения


Передаточная функция замкнутого контура регулирования напряжения




Полученная передаточная функция аналогична (3-18) и обес­печивает те же возможности настройки путем подбора значе­ний какие были установлены для контура тока. Сле­дует, однако, иметь в виду, что для контура напряжения нет очевидного критерия для выбора значения .Поэтому для этого контура целесообразно проверить качество регулирова­ния при Тн = 0 и ввести гибкую связь лишь в том случае, если какой-либо показатель неудовлетворителен.

Полученные несложные соотношения являются прибли­женными, но они могут служить хорошим ориентиром при на­ладке сложных систем, имеющих рассматриваемую структуру. Благодаря использованию смешанной последовательно-парал­лельной коррекции данная структура электропривода может быть реализована как с помощью элементов УБСР, так и с по­мощью достаточно простых и надежных магнитных усилите­лей. В последнем случае основные особенности рассмотренной схемы сохраняются за счет использования формирующей поло­жительной связи по напряжению. Такие реализации наиболее рациональны для экскаваторных электроприводов по системе Г — Д .
^ 4.Кинематическая схема экскаватора драглайн
Экскаватор драглайн – многодвигательная машина, в которой для при-

ведения в действие отдельных рабочих механизмов применяются самостоя-

тельные электродвигатели. Кинематическая схема механизмов экскаватора

приведена на рис. 4.

Главная лебедка (рис. 4, а) состоит из тяговой и подъемной лебедок,

различающихся лишь направлением нарезки ручьев для укладки каната на

барабанах. Каждая лебедка имеет по два барабана 1, приводимых в движение

двумя электродвигателями 2 через одноступенчатый редуктор. В корпусе 3

редуктора установлены шевронные вал-шестерни 4 и колеса 5, от которых

движение через валы I передается шестерне 6 и зубчатому колесу 7, соеди-

ненному болтами с барабаном.

Вал I, передающий вращение от редуктора к шестерне 6, состоит из

двух частей, соединенных зубчатыми муфтами 8; ободы муфт, соединяющих

вал двигателя и вал редуктора 9, являются дисками колодочных тормозов ле-

бедок.

Поворотный механизм (рис. 4, б) состоит из двух одинаковых агрега-

тов, установленных на поворотной платформе. Каждый агрегат имеет привод-

ной электродвигатель 1 и трехступенчатый редуктор 2 с тремя парами цилин-

дрических шестерен 3 – 4, 5 – 6, 7 – 8.

Выходная вал-шестерня 9 редуктора обкатывается по зубчатому венцу

10, закрепленному неподвижно на базе экскаватора, и тем самым заставляет

вращаться поворотную платформу.

Механизм шагания (рис. 4, в) служит для передвижения экскаватора и

приводится в действие самостоятельным электродвигателем 1, вал которого

соединен с валом трехступенчатого редуктора 2 при помощи кулачковой муф-

ты 3. Вращение от электродвигателя к исполнительному четырехзвенному кри-

вошипно-рычажному механизму 4 передается через три пары цилиндриче-

ских шестерен 5 – 6, 7 – 8, 9 – 10 редуктора и через открытую зубчатую пере-

дачу 11 и 12.

Лебедка для подъема стрелы (рис. 4, г) представляет собой однобара-

банную лебедку, приводимую в движение асинхронным электродвигателем

1, вращение от которого к барабану 2 лебедки передается через двухступен-

чатый редуктор, состоящий из шестерни 3 и зубчатого колеса 4, червяка 5 и

червячного колеса 6. На выходной вал этого колеса посажена шестерня 7,

сцепленная с зубчатым колесом 5; последнее жестко связано с барабаном ле-

бедки.

^ 5.Электропривод подъёма экскаватора-драглайна ЭШ 6.45М
5.Устройство и работа электрооборудования экскаватора.
Для управления главными приводами экскаватора применена система генератор-двигатель с критическим самовозбуждением генератора и подчинённым регулированием параметров приводов.

Использование критического самовозбуждения генератора позволяет значительно снизить мощность магнитных усилителей и обеспечить наиболее благоприятный характер переходных процессов. Система управления содержит два основных контура: контур регулирования тока (момента) двигателя, подчинённый контуру регулирования напряжения (скорости) двигателя.

Регулирование напряжения двигателя осуществляется с помощью нелинейных блоков обратных связей БН, выполненных на двухтактных магнитных усилителях, типа БД 511. Блоки БН включены на вход регуляторов тока, выполненных на силовых однотактных магнитных усилителях типа УНЗП 25-35-15, на приводе поворота УМЗП 20-28-15.

Назначение и принцип действия основных узлов схем управления главными приводами приводится ниже.
^ 5.1 Узел задающей обмотки блоков БН.
Задающие обмотки (ОЗПП-подъём, ОЗПТ-тяга, ОЗПВ-поворот) создают намагничивающие ампервитки блоков БН. Величина и полярность ампервитков задающих обмоток определяет величину и направление скорости вращения привода. Задающие обмотки питаются от напряжения генератора собственных нужд 110 В постоянного тока. Полярность тока в обмотке и его величина регулируется при помощи командоконтроллера, изменением сопротивления резистора 1СД.

Схема включения задающих обмоток блоков БН.


Рис. 5-1


^ 5.2 Узел жёсткой отрицательной связи по току главной цепи.
Токовые обмотки (ОТСП-подъём, ОТСТ-тяга, ОТСВ-поворот) силовых усилителей служат для ограничения моментов и токов главных приводов до предельно допустимых значений.

Согласно требованиям экскаваторной механической характеристики привода, ограничение момента имеет нелинейный характер, т.е. наступает с определённого значения. Это требование выполняется использования нелинейности характеристики магнитных усилителей.

Токовая связь действует непрерывно, включение токовой обмотки показано на рис5-2

Токовая обмотка получает питание с участка главной цепи, образованного обмоткой дополнительных полюсов генератора и двигателя. Величина сигнала обратной связи прямо пропорциональна величине тока якоря т.к. напряжение ΔUт, линейно связано с величиной тока якоря: ΔUт=IяΔR; где ΔR-сопротивление участка КЕ главной цепи.



Рис. 5-2

Намагничивающая сила задающей обмотки в схемах с магнитной отсечкой выбирается таким образом, чтобы установившийся режим работы на основной скорости соответствовал насыщенному участку характеристики магнитного усилителя (рис. 5-3а), где ток на выходе МУ, практически не зависит от ве личины задающих ампервитков.

б) Механическая характеристика привода.

При росте нагрузки на валу двигателя (копание) ток якоря увеличивается, под действием напряжения ΔUт по цепи токовой обмотки начинает протекать ток Iт.



а) б)

Рис. 5-3

Намагничивающая сила Fт вычитается из намагничивающей силы задающей обмотки Fз, уменьшая результирующую намагничивающую силу управления. Так как работа происходит на насыщенном участке характеристики МУ (участок ВА на рис.5-3б), что соответствует подающему участку механической характеристики (АС на рис. 5-3б). уменьшение скорости двигателя на этом участке происходит в основном за счёт уменьшения ЭДС генератора под действием токовой обмотки. Отрицательная связь по току ограничивает ток якоря во всех режимах работы привода. При пусках и торможениях, если ток якоря превышает ток отсечки, действие токовой связи обеспечивает уменьшения темпа изменения ЭДС генератора.
^ 5.3 Узел жёсткой отрицательной связи по напряжению генератора.
Обмотки отрицательной обратной связи по напряжению генератора (ОНПП-подъём, ОНПТ-тяга, ОНПВ-поворот) блоков БН (рис. 5-4) предназначены для:

  • Получение жёсткого участка статическомеханической характеристики;

  • Создания в переходных процессах форсировок по напряжению возбуждения;

  • Обеспечения стабилизации переходных процессов, путём введения связи по ЭДС генератора.

Намагничивающая сила задающей обмотки Fз выбирается в несколько раз больше, чем результирующая намагничивающая сила усилителя, необходимая для создания расчётной ЭДС генератора в установившемся режиме. Отношение задающей намагничивающей силы усилителя Fз к результирующей намагничивающей силы Fр называется коэффициентом форсировки.

Так как ЭДС генератора в начале равна нулю, то под действием намагничивающей силы задающей обмотки усилитель выдаёт повышенное напряжение Uв.нач., приложенное к обмотке возбуждения генератора в переходном процессе . создаётся форсировка возбуждения Uв.нач=αUв.уст., благодаря чемусокращается время переходного процесса. При пуске привода по мере роста напряжения генератора ток и намагничивающая сила отрицательной связи по напряжению генератора увеличивается, уменьшается результирующая намагничивающая сила на выходе усилителя и напряжение подаваемое на обмотку возбуждения генератора также уменьшается.

Схема форсировки переходного процесса при наличии отрицательной связи по напряжению генератора(см. Рис. 5-4).



Рис. 5-4

При торможении установкой командоконтролёра в нулевое положение задающий сигнал исчезает намагничивающая сила отрицательной связи по напряжению генератора перемагничивает усилитель. К обмотке возбуждения генератора прикладывается повышенное напряжение отрицательной полярности( Рис. 5-5б). Величина этого напряжения остаётся неизменной в течении почти всего процесса торможения благодаря нелинейному характеру отрицательной связи.



а) б)

Рис. 5-5

При реверсе так же как и при торможении повышенное напряжение отрицательной полярности прикладывается к обмотке возбуждения генератора.

После подачи задающего сигнала Fз, процесс увеличения напряжения генератора и скорости двигателя будут продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения, при котором разность намагничивающей силы задающей обмотки и обмотки отрицательной связи по напряжению генератора будет равна результирующей намагничивающей силе Fур.
^ 5.4 Описание работы схем управления.
Регулирование скорости привода происходит изменением напряжения генератора, от которого питаются двигатели главных приводов, цепи якорей которых соединены последовательно. Обмотки возбуждения двигателей соединены параллельно и через добавочное сопротивление включаются непосредственно на зажимы генератора собственных нужд. При работе с полным потоком часть сопротивления в цепи возбуждения двигателей шунтируется контактами контактора.

Генератор главных приводов имеет две обмотки возбуждения: шунтовую и независимую.

Шунтовая обмотка генератора создаёт ампервитков намагничивания. сопротивление в цепи шунтовой обмотки устанавливается критическим, т.е. используется режим критического самовозбуждения генератора.

Характеристика холостого хода генератора.



Рис.5-6

При критическом самовозбуждении прямая характеристика шунтовой обмотки имеет тот же наклон, что линейная часть кривой характеристики холостого хода генератора. Генератор с критическим самовозбуждением не только имеет значительно сниженную требуемую мощность независимого возбуждения, но и обладает благоприятными динамическими свойствами, важными для электроприводов экскаваторов драглайнов. Независимая обмотка генератора, состоящая из двух обмоток, питается от силовых магнитных усилителей, соединённых по мостовой схеме.
^ 5.5 Схема управления приводом подъёма.
Силовой магнитный усилитель УМСП имеет 4-е обмотки управления. Обмотка ОТСП (1Н-1Н) осуществляет жёсткую, непрерывную отрицательную обратную связь по току главной цепи.

Обмотка ОЗСП (2Н-2Н) создаёт, намагничивающие ампервитки усилителя и включена на выход блока усилителей УМПП.

Обмотка ОС (4Н-4К) создаёт постоянное подмагничивание (смещение) для выбора рабочей точки усилителя, питается через выпрямитель от напряжения 127 В. Одна обмотка усителя подъёма резервная.

Блок нелинейности УМПП имеет обмотку ОНПП-осуществляет жёсткую обратную отрицательную связь по напряжению генератора, ОТПП-осуществляет обратную положительную связь по току якоря (увеличивает жёсткость механической характеристики на рабочем участке), ОЗПП-создаёт намагничивающие ампервитки блока УМПП. Управление приводом осуществляется путём воздействия на цепь обмотки ОЗПП с помощью командоконтроллера подъёма ККП.

При переводе рукоятки контроллера ККП в первое положение «на себя» замкнётся контакт К1. при этом появиться сигнал на выходе УМПП, задающая обмотка ОЗСП получить питание. Появиться сигнал на выходе силовых магнитных усилителей, независимые обмотки возбуждения генератора получат питание и на генераторе появиться напряжение. При переводе командоконтроллера во 2-е, 3-е, 4-е положение замыкаются контакты контроллера К5, К4, К3, задающая намагничивающая сила ОЗПП возрастает, привод работает соответственно на 2-й, 3-й, и 4-й скорости.

Остановка привода осуществляется установкой рукоятки командоконтроллера в нулевое положение. Шунтовая обмотка ОШГП поддерживает прежнее напряжение, а обмотка ОНПП будет намагничивать силовой магнитный усилитель в противоположном направлении, т.е. уменьшится напряжение генератора. В результате этого произойдёт равномерное и быстрое торможение привода.

Работа привода в режиме опускания происходит при перемещении рукоятки командоконтроллера «от себя», замыкается контакт.

Отличие состоит в том, что при напряжении генератора равном 85-90% от начального получает питание реле РНП, контактор КОП теряет питание и привод работает в режиме с ослабленным возбуждением двигателей, вводится сопротивление 110С (121-125). Скорость двигателей возрастает на 20-25% от номинальной.

Остановка привода происходит аналогично и в режиме подъёма.


^ 6.Перспективы развития электропривода экскаваторов
Перспективным для экскаватора является применение частотно-регулируемого электропривода переменного тока, в частности ПЧ с неуправляемым входным выпрямителем, промежуточным звеном постоянного тока и выходным инвертором регулируемой частоты с формированием синусоидального выходного напряжения методом широтно-импульсной модуляции. Использование неуправляемого входного выпрямителя позволяет кардинально улучшить энергети­ческие показатели преобразователя: получить коэффициент мощно­сти, близкий к 1, и минимальное содержание высших гармоник.

Недостатком ШИМ-преобразователя является сложность реа­лизации тормозных режимов, необходимых, например, при спуске грузов. Для рекуперации энергии в сеть требуется дополнитель­ный инвертор (аналогичный тиристорному выпрямителю). Про­стым решением является рекуперативно-резисторное торможение, при котором энергия спуска выделяется в резисторах и преобра­зуется в теплоту.

Современным решением, использующим полностью управля­емые полупроводниковые элементы, является преобразователь частоты с активным выпрямителем, система управления которо­го обеспечивает режимы рекуперации и поддержания значений напряжения и коэффициента мощности.

Основные недостатки, препятствующие широкому примене­нию частотного электропривода в экскаваторах: повышенная слож­ность оборудования и недостаточная отработка изделий для тяже­лых условий эксплуатации; дополнительная сложность в обеспе­чении тормозных режимов, необходимых в реверсивных электро­приводах (в частности, при спуске грузов); повышенная стоимость по сравнению с электроприводами постоянного тока.
^

7.Тиристорные выпрямители для управления электроприводами экскаваторов



На сегодняшний день электропривод по системе Г-Д остается наиболее отработанным и привычным для эксплуатации. В качестве возбудителей в такой системе применяются электромашинные (ЭМУ) или магнитные (МУ) усилители (на экскаваторах старых годов выпуска), а также тиристорные и, в редких случаях, транзисторные возбудители. Наряду с общепризнанными достоинствами системы Г-Д ее основными недостатками являются:

  • наличие преобразовательного агрегата с вращающимися генераторами, обладающими значительной электромагнитной инерцией и подверженными износу подвижных частей, что вызывает необходимость в систематических профилактических ремонтах;

  • значительные потери электроэнергии;

  • большие массогабаритные показатели;

  • повышенные динамические нагрузки на электродвигатели и связанные с ними механизмы из-за недостаточного быстродействия системы Г-Д;

Перечисленные недостатки относится также и к трехмашинному преобразовательному агрегату напряжения собственных нужд и возбуждения синхронного двигателя (при его наличии). Тиристорные преобразователи лишены вышеперечисленных недостатков. Поэтому еще несколько десятилетий назад технический прогресс в силовой полупроводниковой технике определил общую тенденцию замены электромашинных преобразовательных агрегатов на статические. Применительно к главным приводам – это система ТП-Д (тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока) на постоянном токе и ПЧ-АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором) на переменном токе.

Внедрение этих систем на экскаваторах обеспечит:

  • повышение производительности на 5-7%;

  • снижение динамических нагрузок на механизмы благодаря их быстродействию и, как следствие, увеличение срока службы оборудования;

  • экономию расхода электроэнергии на 20-25%;

  • уменьшение эксплуатационных расходов на 10-15%;

  • улучшение условий эксплуатации экскаватора в целом.

На сегодняшний день основными препятствиями для широкого применения на экскаваторах, в качестве приводов главных механизмов, электроприводов переменного тока являются:

  • высокая стоимость по сравнению с электроприводами по системе Г-Д и ТП-Д. Сравнительные расчеты, проведенные фирмой "Сименс" и ОАО "Электропривод" (на примере экскаватора ЭКГ-20) показали, что если принять стоимость комплекта для электропривода постоянного тока за 100%, то для переменного тока цена комплекта составит 160-170%. При этом цены комплектов электрических машин примерно равны;

  • отечественная промышленность не производит серийно двигатели переменного тока экскаваторного исполнения с встроенными датчиками скольжения для регулируемого электропривода.

На сегодняшний день, с точки зрения технико-экономических показателей, оптимальными представляются следующие два варианта модернизации:

1) Замена систем возбуждения генераторов с МУ (или ЭМУ) на тиристорные возбудители, а также замена электромашинного преобразователя собственных нужд и возбуждения синхронного двигателя на тиристорные. Такой вариант модернизации является оптимальным при удовлетворительном состоянии главного электромашинного агрегата.

2) Замена системы Г-Д главных приводов на систему ТП-Д, а также электромашинного преобразователя собственных нужд на тиристорный. Такой вариант модернизации актуален, когда есть необходимость полной или частичной замены главного электромашинного агрегата.

^ 8.Выбор электропривода
Выбирая электропривод для экскаватора драглайн, решено было остановиться на фирме ABB. Компания АББ занимает ведущие позиции на мировом рынке в изготовлении электроприводов переменного тока основываются на способности первыми использовать новейшую и надежную технологию.

Виды приводов:

Изготавливается два вида приводов ACS 600, что является оптимальным решением для различных применений:

• Для индивидуального использования.

• Для группового использования

Оба варианта изготавливаются для различных объектов:

• Крановый привод для подъемного оборудования.

• Многодвигательный привод для точного управления технологическим процессом.

• Отдельно изготавливаемые приводы с учетом потребностей заказчика.
Главное преимущество приводов семейства ACS 600 - универсальность оборудования: взаимосовместимая технология с использованием силовых транзисторов IGBT и метода прямого регулирования момента, общие свойства и интерфейсная промышленная шина, общее программное обеспечение для расчета оборудования, ввода в эксплуатацию и техобслуживания, а также применяемые запасные части.

Технология прямого регулирования момента DTC является революционным методом управления двигателями электроприводов переменного тока, которая позволяет осуществлять непосредственное управление скоростью вращения и моментом двигателя без использования тахометра.

Выбран Рекуперативный привод с тиристорным блоком питания TSU ACS 677
Привод ACS 677 с тиристорным блоком питания TSU это совершенный привод с рекуперативным торможе­нием.

Выбор этого привода является оптимальным решением в случае, когда требуется высокая тормозная мощность, к тому же, рекуперативное торможение заметно экономит энергию.

Привод ACS 677 является также быстрым и надежным при работе в требовательных условиях.


Тип рекуперативн. привода

Норм. реж. раб

Тяжелый режим работы

Габариты и технические данные блоков и шкафов



I N A

P N кВт

A

150%

I hd

A

200%

I hd

A

Высота мм

Ширина мм

Глубина

мм

Вес

кг

Ур.

шума дБА

Тепл.

пот кВт

Расх.

возд. м3/ч

Тип

модуля




ACS 677-0325-5

368

250

276

414

480

2130

1600

644

630

66

7.7

2320

B3+R8i

Список использованной литературы:


  1. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. Белов М. П., Новиков В. А., Рассудов Л. Н.

  2. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов В.И.Ключев, В.М.Терехов

  3. Наладка электроприводов экскаваторов Ю.Я.Вуль, В.И.Ключев, Л.В.Седаков

  4. Одноковшовые экскаваторы: конструкция, монтаж и ремонт Л.Г.Дроздова, О.А.Курбатова

  5. Курсовая работа «Модернизация электропривода подъёма с системы Г-Д с СМУ на систему ТП-Д экскаватора ЭШ 6.45М» Зонов А.С.



Скачать файл (1140.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации