Спроектировать электропривод механизма:Скребковый конвейер КПС-650

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. ВВЕДЕНИЕ
1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОНВЕЙЕРА КПС-650
1.1. Условия работы и требования, предъявляемые к проектируемому электроприводу конвейеров
1.2. Конструктивная схема конвейера КПС-650
2. Обзор и анализ систем проектируемого электропривода
2.1. Оценка способов регулирования асинхронного двигателя
2.1.1. Импульсное параметрическое регулирование
2.1.2. Частотное U/f-регулирование
2.1.3. Векторное управление
2.2. Цель и задачи курсового проекта
3. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
3.1. Требования к электроприводу скребкового конвейера КПС-650 для транспортирования отбитого угля
3.2. Расчет и выбор электродвигателя
3.3. Выбор и обоснование частотного преобразователя
3.4. Описание принципа работы частотного преобразователя Vacon
3.5. Расчет и выбор коммутационных аппаратов, силовых кабелей, защиты и автоматики
3.6. Конструктивный расчет скребкового конвейера
3.7. Разработка схемы управления скребковым конвейером
4. Расчет структурной схемы электропривода в абсолютных и относительных единицах………………………………………………………………………… 37
4.1. Расчет структурной схемы электропривода в абсолютных единицах…..37
4.2. Расчет структурной схемы электропривода в относительных единицах 39
4.3. Синтез регулятора скорости…………………………………………… …40
5. ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Пускатели выбирают по следующим условиям: напряжение втягивающей катушки должно быть равно напряжению сети; номинальный ток пускателя должен быть больше или равным силе тока нагрузки; пускатель должен обеспечивать нормальные условия коммутации, исполнение и степень защиты должны соответствовать условиям окружающей среды.
По номинальному току преобразователя из таблицы 3.6 [6] выберем магнитный пускатель типа ПМЛ-3600.
Параметры пускателя: Uн = 380 В, Iн = 63 А, Uкат. = 220В.
Пускатель на условия коммутации проверять не нужно, так как разгон двигателя осуществляется плавно и пусковые токи, характерные при прямом пуске отсутствуют.
Сетевой кабель и кабель для подключения электродвигателя выбираем в соответствии с руководством эксплуатации преобразователя и рекомендациями завода-изготовителя для подключения частотных преобразователей Vacon: кабели рассчитаны по номинальному току преобразователя.
По таблице руководства выбираем четырёхжильные экранированные медные кабеля с сечением 10 мм2 ( КВВГэ - 4 х10).
Прокладка кабелей должна вестись как можно дальше от информационных кабелей связи, если такие применяются на производстве, для наименьшего наведения помех в них.
3.6. Конструктивный расчет скребкового конвейера
Исходные параметры:
Расстояние транспортировки L=6 м под углом к горизонту , плотность отбитого угля из очистных забоев , производительность Режим работы циклический. Максимальный размер кусков рядового груза
Выбираем конвейер с высокими сплошными скребками.
Рабочая высота желоба:
(3.8)
где – рабочие ширина и высота желоба, м; – коэффициент заполнения желоба, – коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера, – максимальная скорость транспортирования.
Требуемая ширина желоба м. Конструктивную высоту скребка принимаем на 30 мм больше рабочей высоты желоба, т.е.
Согласно данным таблицы 9.2. [7] принимаем высоту скребка равную 100 мм, ширину 200 мм. Соответствующий конвейер имеет шаг скребков шаг звеньев цепи – 125 мм, количество тяговых цепей – 1, объемную производительность V=30 .
Производительность этого конвейера: т.е. больше требуемой.
Зазор между скребками и желобом должен быть равным 5…15 мм с каждой стороны [7]. Принимаем равным 5 мм, тогда получим окончательную ширину желоба
Проверим размеры желоба:
210=>
Определим погонную массу груза из выражения:
(3.9)
Погонная масса ходовой части (цепи и скребков) одноцепного конвейера при
Для выполнения тягового расчета разобьем конвейер КПС-650 на отдельные участки и определим натяжение в отдельных точках цепи методом обхода по контуру.
Минимальное натяжение тяговой цепи в точке 1 примем равным
Предварительно выберем в качестве тягового органа одну роликовую цепь типа 2 (с ребордами на катках) по ГОСТ 588-81 (M20) [8] с шагом разрушающей нагрузкой 20 кН (рис. 3.1.).
Коэффициент трения рядовой чугунной стружки Выберем коэффициент сопротивления движению тяговой цепи с катками:
(3.10)
Рис. 3.1. Конструкция цепи КПС-650
1 - валик; 2 - втулка; 3 - ролик; 4 - внутренняя пластина; 5 - наружная пластина.
Длина горизонтальной проекции конвейера:
(3.11)
Рисунок 3.2. Схема скребкового конвейера.
Высота подъема груза:
(3.12)
Сопротивление на прямолинейном участке конвейера получим из формулы:
, (3.13)
при q=0.
Поскольку холостая ветвь движется вниз, перед вторым слагаемым этой формулы должен быть знак «минус»:
Натяжение цепи в точке 2:
(3.14)
Сопротивление на участке 2 (на звездочке):
Н. (3.15)
Натяжение цепи в точке 3:
Н.
Натяжение цепи в точке 4:
Натяжение цепи в набегающей на приводную звездочку тяговой цепи с учетом сопротивлений на поворотном пункте 4 (на приводной звездочке):
Тяговая сила конвейера:
(3.16)
Частота вращения приводного вала конвейера:
(3.17)
где t – шаг тяговой цепи; z – число зубьев звездочки, z=6.
Тогда мин-1.
Требуемое передаточное число привода:
(3.18)
Расчетная мощность на быстроходном валу редуктора:
Из каталога [9] выбираем цилиндрический трехступенчатый редуктор 1Ц2У100 с передаточным отношением 8 и номинальным крутящим моментом 1250 и КПД=0,97.
Пересчитаем частоту вращения приводного вала:
(3.19)
Для выбора муфты для соединения двигателя и редуктора определяем номинальный крутящий момент двигателя:
(3.20)
С учетом коэффициента кратности максимального момента двигателя принимаю расчетный момент муфты:
(3.21)
Предусмотрим втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом, т.к. для предотвращения обратного движения загруженной цепи нужен тормоз, Из таблицы III. п.5.9 [7] выбираем муфту №1 с наибольшим передаваемым крутящим моментом большим чем
Средний пусковой момент двигателя:
(3.22)
где кратность пускового момента двигателя, k=0,852 – коэффициент, учитывающий возможность работы при падении напряжения в сети до 85% от номинального; – максимальная кратность пускового момента электродвигателя, =2.
Проведем проверочный расчет на перегрузку цепи [7].
Коэффициент перегрузки тягового органа при пуске конвейера:
(3.23)
(3.24)
(3.25)
где k - коэффициент запаса для наклонного конвейера (k=8).
Определим нагрузку, возникающую при пуске двигателя:
, (3.26)
(3.27)
.
.
В результате коэффициент перегрузки при пуске:
,
а значит расчет проведен верно.
3.7. Разработка схемы управления скребковым конвейером
В качестве конструкторской разработки необходимо разработать схему управления скребковым конвейером [11]. Схема должна осуществлять дистанционное управление включением и выключением частотного преобразователя. В схему управления необходимо ввести потенциометр, позволяющий регулировать напряжение в необходимых пределах, которое подаётся на вход преобразователя для ручного регулирования скорости, а также миллиамперметр для индикации скорости электродвигателя на пульте управления оператора. Данная схема должна быть построена таким способом, чтобы исключить пуск двигателя, когда не выполнены ниже перечисленные условия:
• Переключатель местного и дистанционного управления не должен находиться в положении “0”;
• Скребковый конвейер транспортирует отбитый уголь на другой ленточный конвейер, поэтому, чтобы не произошло засыпания последнего, они должны быть сблокированы;
• По «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) при наличии дистанционного управления электродвигателем какого-либо механизма вблизи последнего должен быть установлен аппарат аварийного отключения, исключающий возможность дистанционного или автоматического пуска электродвигателя до принудительного возврата этого аппарата в исходное положение;• По ПУЭ вблизи электродвигателей, которые управляются дистанционно, должна быть предусмотрена звуковая и световая сигнализация для оповещения технологического персонала о том, что на данную электроустановку будет подано напряжение.
Разработанная схема представлена в Приложении А.
4. Расчет структурной схемы электропривода в абсолютных и относительных единицах
4.1. Расчет структурной схемы электропривода в абсолютных единицах
По методике [8] определим величину критического скольжения:
(4.1)
Номинальная скорость вращения двигателя в рад/с:

рад/с (4.2)
Номинальный момент на валу двигателя:
Нм (4.3)
Максимальный допустимый момент на валу двигателя:
= (4.4)
Определим коэффициент жесткости электромеханической характеристики:
(4.5)

Электромагнитная постоянная времени:
, (4.6)
где - угловая скорость электромагнитного поля АД при его номинальной частоте питания 50Гц
Момент инерции механизма:
кгм2 (4.7)
Электромеханическая постоянная времени:
(4.8)
Коэффициент передачи преобразователя частоты:
, (4.9)
где Uу =10 В – напряжение управляющего сигнала на выходе регулятора тока;
=50 Гц – выходная частота преобразователя частоты.
Постоянная времени цепи управления преобразователя частоты:
ТПЧ = 0,001с – постоянная времени частотного преобразователя
Коэффициент обратной связи по скорости:
(4.10)

Момент сопротивления:
, (4.11)
где , примем при номинальной скорости вращения Мн =Мс, отсюда:
, (4.12)

4.2. Расчет структурной схемы электропривода в относительных единицах
Для выполнения расчета структурной схемы привода в относительных единицах необходимо выбрать базисные величины, как правило берут номинальные величины [12, 13].
Базисный момент двигателя: Н∙м.
Базисная скорость вращения двигателя: с-1.
Базисное входное напряжение задания: В.
Базисная частота: fб = fн = 50 Гц
Тогда:
(4.13)
(4.14)
, (4.15)
где - инерционная постоянная привода.

Передаточная функция преобразующего звена:
(4.16)

Коэффициент обратной связи по скорости в относительных единицах:
. (4.17)
Базисный момент сопротивления:
, (4.18)
Следовательно, необходимо найти коэффициент k*:
(4.19)
4.3. Синтез регулятора скорости
Передаточная функция объекта регулирования КРС принимает вид:
; (4.20)
Желаемая передаточная функция разомкнутого КРС:
(4.21)
Получаем передаточную функцию регулятора скорости:
; (4.22)
при Т( = Тэ = .
а = 2 – отношение постоянных времени в оптимизированном контуре регулирования скорости при настройке на модульный оптимум.
Передаточная функция регулятора скорости в относительных единицах:
(4.23)
Структурная схема электропривода в относительных единицах приведена в Приложении Б.
5. Построение естественной механической характеристики
Построение ЕМХ асинхронного электродвигателя 4А132М2СУ3 проведем согласно методике источника [14]:
1) Определим синхронную угловую скорость двигателя:
(5.1)
2) Проведем расчет естественной механической характеристики асинхронного двигателя:
(5.2)
Рис. 5.1. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя 4А132М2СУ3
3) Определим критический момент двигательного режима:
(5.3)
4) Определим критическое скольжение:
(5.4)
5) Определим номинальную скорость двигателя:
(5.5)
6) Определим номинальный момент двигателя:
(5.6)
7) Определим максимальный момент двигателя:
(5.7)
8) Определим зависимость тока ротора I2’ приведенного к обмотке статора:
, (5.8)
где S – величина скольжения.
9) Определим синус угла между вектором фазного напряжения и сопряженным вектором тока ротора:
(5.9)
10) Построим электромеханическую характеристику двигателя 4А132М2СУ3, согласно выражению:
(5.10)
Рис. 5.2. Естественная электромеханическая характеристика асинхронного двигателя 4А132М2СУ3.
11) Определим номинальный ток ротора двигателя при номинальном скольжении:
(5.11)
12) Определим значение угла между вектором фазного напряжения U1фн и сопряженным вектором тока ротора:
(5.12)
13) Определим номинальный ток статора двигателя:
(5.13)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении курсового проекта были использованы теоретические знания из курса дисциплины - по дисциплине: «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов».
Проведено ознакомление с принципом работы конвейеров скребкового типа. Спроектировано и рассчитано основное, и вспомогательное оборудование необходимое для работы электропривода скребкового конвейера КПС-650. Решен вопрос обеспечения плавного пуска и возможности регулировки скорости движения транспортируемого материала с помощью внедрения частотного преобразователя Vacon.
Проведен расчет конструктивной схемы электропривода в результате чего выбрано оборудование: электродвигатель 4А132М2СУ3 мощностью 11 кВт, преобразователь Vacon серии CXL, автоматический выключатель типа АЕ2040, магнитный пускатель типа ПМЛ-3600, четырёхжильные экранированные медные кабели с сечением 10 мм2 (КВВГэ - 4 х10).
Пояснительная записка и графическая часть выполнена в заданном объёме и в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.
Разработана структурная и принципиальная схемы управления электроприводом, и проведено построение естественной механической и электромеханической характеристик двигателя.

Список литературы
1. Алексеев В.В., Козярук А.Е., Загривный Э.А. Электрические машины. Моделирование электрических машин приводов горного оборудования: Учеб.пособие. Санкт-Петербургский государственный горный институт. – СПб., 2006.
2. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
3.Чулков Н.Н. Расчет приводов карьерных машин. – М.: Недра, 1987. - 196с.
4. Методика выбора элементов пускорегулирующей и защитной аппаратуры электроприводов сельскохозяйственных машин: РТМ 105 23. 46 [70] 16-0- 164. - М.: ВНИИКОМЖЮ, 1972. - 29 с.
5. Чунихин А.А. Электротехнический справочник. – М.: Энергоиздат, 1986г.
6. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М.: Энергоатомиздат, 1989г.
7. Кузьмин А. В., Марой Ф. Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. – Минск.: Выш. шк., 1983. 350 с.
8. ГОСТ 588-81. Цепи тяговые пластинчатые. Постановление государственного комитета СССР по стандартам от 15.01.81 № 5. – М.: ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ, 1981.
9. Web.: www.tpkred.ru. Каталог цилиндрических редукторов. Торгово-производственная компания «Редуктор». 2012.
10. Елисеев В.В. Автоматизированных электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Екатеринбург. Изд-во УГГУ, 2007.
11. Онищенко Г. Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок. – М.: 2001.
12. Елисеев В.В. Методические указания к лабораторной работе «Расчет, наладка и исследование тиристорного электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат». – Екатеринбург: УГГГА, 2001. 28с.
13. Елисеев В.В. Конспект лекций по автоматизированному электроприводу. 2011.
14. Чернышев А.Ю, Дементьев Ю.Н., Чернешев И.А. Электропривод переменного тока: учебн. пособ. – Томск: ТПУ, 2011. 213 с.

55
2
разраб. Леонов
Изм Лист № документа Подпись Дата
ДП.1806 ДО.03.П.З.ОЧ.
провер. Чесноков
изм
лист №докум Подп. Дата
б
а
Рис. 2.2. Сравнение структуры АД при векторном управлении (а) со структурой ДПТ независимого возбуждения (б)
θ2
θc
θ
f1x
f1y
f1d
f1q
f1α
f1β
d
q
β
α
y
x