Электрик в 3. Электрооборудование шахтных стационарных вентиляторных установок

• Название: Электрооборудование шахтных стационарных вентиляторных установок
• Дата: 13.09.2020
• Размер: 320.18 Kb.
• Имя файла: Электрик в 3.docx
• Тип: Задача; #137724

54031_КР_Электрик
Содержание

1Электрооборудование шахтных стационарных вентиляторных установок 3

2 Электропривод. Механические и переходные процессы в электроприводе. 9

3. Задача 13

Список используемых источников 17

1. Электрооборудование шахтных стационарных вентиляторных установок

Стационарные установки являются составными звеньями общей технологической цепи добычи полезных ископаемых при подземном способе разработки. В комплекс стационарного оборудования входят главные и вспомогательные подъемные установки, вентиляторные установки главного проветривания, главные водоотливные установки, компрессорные установки.

Вентиляторные установки главного проветривания создают нормальные атмосферные условия, обеспечивающие возможность ведения горных работ, безопасность и производительность труда работающих в подземных горных выработках.

Составной частью каждой стационарной установки является электрооборудование, которое можно классифицировать по следующим основным признакам: назначению, области применения, роду тока, величине применяемого напряжения и виду исполнения.

К электрооборудованию относятся: приводные электродвигатели и двигатели вспомогательных приводов, аппаратура управления, защиты и сигнализации, различного рода устройства измерения и контроля.При полученной по расчету мощности двигателя менее 200 кВт в установке принимают асинхронный привод. При мощности свыше 200 кВт для привода вентилятора выбирают синхронные электродвигатели.

По сравнению с асинхронными синхронные электродвигатели имеют следующие преимущества: более высокий к. и. д.; неизменную частоту вращения при любых нагрузках; пропорциональность вращающего момента напряжению в первой степени (у асинхронных электродвигателей момент пропорционален квадрату напряжения); возможность компенсации реактивной мощности предприятия при работе с перевозбуждением и опережающим cos φ.

Поэтому синхронные электродвигатели стали основным типом привода для центробежных и осевых вентиляторных установок главного проветривания. Распространение получили синхронные электродвигатели серий СД, СДВ, СДН, СДС, СДЗ.

Для приводов вентиляторов ВЦ-32, ВПД-32М, ВОД-30 применяют электродвигатели серии СДВ (С – синхронный, Д – двигатель, В – для привода вентиляторов). Электродвигатели предназначены для работы от сети переменного тока напряжением 6 кВ и частотой 50 Гц. Возбуждение электродвигателей осуществляется от электромашинных возбудителей серии П или от тиристорных возбудительных устройств. Пуск электродвигателей – прямой от полного напряжения сети с включенным в цепь обмотки возбуждения пусковым резистором. Охлаждение двигателей воздушное, с самовентиляцией, исполнение открытое, область применения – закрытые помещения с нормальной окружающей средой.

Электродвигатели выполняют с горизонтально расположенным валом на двух стояковых подшипниках скольжения, с фундаментной плитой. Вал имеет один свободный конец, предназначенный для присоединения к вентилятору с помощью муфты.

Электродвигатели выпускают нескольких модификаций, отличающихся пусковыми характеристиками, направлением вращения, способом возбуждения, приводом возбудителей, расположением выводных концов обмотки статора.

Корпус статора изготовляется сварным из листовой стали и состоит из стоек, соединенных между собой продольными ребрами жесткости, и наружной обшивки. Внизу корпуса имеются опорные лапы с отверстиями для крепления двигателя на фундаментной плите. Сердечник и обмотка статора выполнены так же, как и у двигателей серии АКН. Секции обмоток статора крепят в пазах сердечника с помощью клиньев, а лобовые части обмотки – к стальным изолированным бандажным кольцам. Обмотки статоров всех электродвигателей соединены в звезду. Для защиты обслуживающего персонала от случайного прикосновения и от попадания на лобовые части посторонних предметов установлены предохранительные щиты, выполненные сборными из легких штампованных сегментов.

Остовы роторов – шихтованные из стальных листов или сварные, состоящие из обода, диска и ступицы. Для сердечников полюсов применены штампованные стальные листы толщиной 1 – 1,4 мм. Сердечники прикреплены к шихтованным остовам хвостовиками и клиньями, к сварным остовам – шпильками.

Обмотка возбуждения состоит из катушек, выполненных неизолированным медным проводом прямоугольного сечения, намотанным на ребро с изоляцией каждого витка асбестовой бумагой. Пусковая обмотка из круглых латунных и медных стержней укладывается в отверстия башмаков полюсных сердечников и массивных медных сегментов, соединенных между собой болтами в общие короткозамыкающие кольца. Контактные кольца подвесного типа изготовлены из стали и укреплены на держателе, сидящем на валу. Щетки двигателей – графитные или электрографитированные с надежным прилеганием к контактным кольцам, что обеспечивается конструкцией щеткодержателей. Траверса для крепления щеткодержателей состоит из двух шин, прикрепленных изолированными шпильками к корпусу подшипника.

Конструкция синхронных двигателей серий СД, СДН, СДС в основном аналогична конструкции двигателей серии СДВ. Для создания необходимого охлаждения некоторых двигателей встраивают ковшовые, осевые или центробежные вентиляторы. У основной массы двигателей возбудители серии П имеют непосредственное соединение с валом двигателя или через клиноременную передачу. Для возбуждения двигателей некоторых типов используют отдельно стоящие возбудительные агрегаты.

Для привода вентиляторов применяют также асинхронные электродвигатели серий АО, АК, АЗ, АП, ВРМ.

Для стационарных установок в зависимости от назначения, места установки, типа приводного двигателя, установленной аппаратуры и целого ряда других факторов применяют ручное, дистанционно-автоматизированное и автоматическое управление.

Для привода вентиляторов главного проветривания применяют асинхронные и синхронные электродвигатели. Схемы дистанционного управления синхронными двигателями предусмотрены для прямого пуска от полного напряжения сети и пуска с включенным автотрансформатором или реактором от пониженного за счет их установки напряжения сети.

Рассмотрим принципиальную схему управления синхронным двигателем вентиляторной установки при автотрансформаторном пуске (рис. 1), которая допускает и прямой пуск при соответствующих изменениях в схеме. Схема предусматривает дистанционное управление, автотрансформаторный пуск с управлением по току и времени, автоматическую форсировку возбуждения при снижении напряжения сети и сигнализацию состояния установки. При пуске мощных синхронных двигателей кроме основных элементов схемы используют узлы подключения I: при пуске менее мощных, двигателей вместо узла I используют элементы схемы узла II, при прямом пуске от полного напряжения сети – элементы узла III.

Силовая цепь состоит из· трех выключателей Β1–Β3, автотрансформатора АТр, синхронного двигателя СД. В цепи его ротора установлены возбудитель В, реле наличия тока РНТ реле от действия пульсирующего тока РТА, силовые контакт контактора К.В включения и отключения возбудителя, Контактор КВ имеет две катушки: включения – КВ-В, отключения – КВ-0. В цепи возбудителя установлен регулятор возбуждения РВ.

Для управления выключателями В1–ВЗ установлены контакторы КП1–КПЗ (включение) и электромагниты 301–ЭОЗ (отключение), В схеме применены реле форсировки возбуждения: индивидуальной РФ, групповой РПФ с контактором форсировки КФ; пусковое токовое реле РПТ, реле контроля напряжения РКП, реле выдержки времени при пуске РВ1–РВЗ, реле размножения контактов Р1В–Р2В, реле времени понижения напряжения РВ4, промежуточное реле защиты РПЗ, сигнальное реле PC, ключи и кнопки управления КУ и Кн.

Период пуска характерен возникновением значительного по величине пускового тока, который вызывает срабатывание реле РПТ, и его контакт в цепи катушки реле РВ1, замыкается. Реле РВ1 своим контактом создает цепь питания катушки реле РВ2. Реле РПТ отпускает свой якорь при снижении пускового тока, что происходит при достижении двигателем околосинхронной (95–98% синхронной) частоты вращения. При этом реле РВ1 обесточится, а реле РВ2 будет еще некоторое время включено до размыкания контакта РВ1. Работа реле Р1В приводит к замыканию контакта Р1В для подготовки к включению КВ-В, что происходит при замыкании контакта РВ2. Контактор КВ-В включается и своими силовыми контактами КВ подключает к цепи ротора возбудитель и отключает разрядный резистор R, что позволяет двигателю войти в синхронный режим работы. Для отключения используют катушку КВ-0, которая воздействует на силовые контакты КВ, отключающие возбудитель и включающие разрядный резистор. Аварийный останов можно произвести нажатием на кнопку Кн или отключение происходит при срабатывании соответствующих защит.

Чтобы частота вращения двигателя достигла синхронной при снижающемся во время пуска напряжении сети, используют форсированный пуск. Реле форсировки РФ или РПФ, настроенное на определенную величину напряжения, срабатывает, замыкает свой контакт в цепи контактора КФ. Контактор включается, и его силовой контакт шунтирует цепь питания регулятора возбуждения.

Схема имеет аналогичный принцип управления и при прямом пуске двигателя, но при этом не используются: контактор КВ, реле РПТ, реле РТА и все реле времени, которые были необходимы при автотрансформаторном пуске.



Рисунок 1 – Принципиальная схема управления синхронным электродвигателем вентиляторной установки главного проветривания

2 Электропривод. Механические и переходные процессы в электроприводе.

Переходным процессом или переходным режимом электропривода называется режим его работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяется скорость, ток, момент. Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т.е. пуск, изменение скорости, торможение, реверс и т.п. Переходные режимы могут возникнуть также в результате аварии или других случайных причин, например, при изменении величины напряжения или частоты сети, несимметрии напряжения по фазам, изменении порядка следования фаз, полном исчезновении напряжения, обрыве проводов и т.п. У некоторых механизмов, таких как кривошипно-шатунные прессы, ножницы, подъемно-качающиеся столы некоторых прокатных станов установившихся режимов вообще нет, а их рабочие режимы представляют собой периодические переходные процессы.

Переходные режимы играют огромную роль в работе электропривода и механизма и часто их характер предопределяет производительность механизма и качество выпускаемой продукции. Поэтому изучение этих режимов имеет большое практическое значение. Анализ этих режимов дает возможность детально выявить поведение электропривода, произвести правильный его выбор и расчет мощности электродвигателя, уменьшить расход энергии при пуске и торможении и т.д. Анализ переходных режимов позволяет также выявить предельно допустимое с т.з.нагрева число включений в час двигателя электропривода, работающего большую часть времени в переходных режимах.

Лишь ограниченное число механизмов допускает возможность проектирования их электропривода без учета характера протекания переходных процессов. К ним относятся некоторые редко пускаемые и длительно работающие механизмы с простейшими пусковыми устройствами, например, вентиляторы, насосы, а также механизмы, в которых производственный процесс настолько груб, что к их электроприводу вообще не предъявляется каких-либо особых требований, кроме обеспечения заданной мощности (бетономешалки, камнедробилки и т.п.).

Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа электродвигателя, передачи, режима работы двигателя (пуск, торможение, сброс или наброс нагрузки и т.п.). Теоретическое рассмотрение переходных процессов с учетом всех влияющих факторов часто затруднителен, ибо не всегда можно аналитически выразить законы изменения отдельных параметров или же поведение электропривода в переходных режимах описывается системой уравнений высоких порядков. К счастью, далеко не во всех случаях требуется детальный учет всех факторов. Второстепенные факторы, которые при решении каждой конкретной задачи не могут оказать заметного влияния на поведение электропривода, могут не приниматься во внимание.

На протекание переходных процессов значительное влияние оказывает механическая, электромагнитная и тепловая инерция. Механическая инерция, характеризуемая электромеханической постоянной Т_м, зависит как от инерционных масс и характера М_с, так и от электромеханических свойств двигателя. Электромагнитная инерция характеризуется электромагнитной постоянной Т_э, зависящей от L и R электрической цепи.Тепловая инерция характеризуется постоянной времени нагрева Т_н, зависит от теплоемкости машины и ее теплоотдачи. Поскольку тепловые процессы протекают значительно медленнее электромагнитных и механических, их при анализе переходных процессов электропривода не принимают во внимание.

Следует иметь в виду, что если механическая инерция практически всегда ощутима и сказывается на переходных процессах, то электромагнитная инерция может быть и несущественной и практически не влиять на характер протекания процессов. В связи с этим, когда не требуется очень большой точности, ограничиваются только механической инерции. Переходные процессы в этом случае называются механическими. Если учитывается только электромагнитная инерция ( например в цепях возбуждения), переходные процессы называются электромагнитными. Переходные процессы, в которых учитывается как механическая, так и электромагнитная инерция, называются электромеханическими.

Переход из одного установившегося режима к другому может совершаться по различным траекториям. При управлении электроприводом нужно стремиться выбирать такие, которые обеспечивают максимальное быстродействие, минимум потерь энергии и динамических нагрузок, максимум полезной работы и оптимальные значения других показателей.

В качестве простейших примеров рассмотрим ряд переходных процессов в механической части электропривода, представленной жестким механическим звеном.



Рисунок 2 – Механическая ха­рактеристика Мс(ω) центробеж­ного вентилятора



Рисунок 3 – Переходный процесс пуска электропривода при экспо­ненциальной зависимости Μ (t)

Изменения управляющего или возмущающего воздействия вызывают в механической части электропривода переходные процессы, в течение которых скорости движения связанных масс изменяются от начальных значений, определяемых начальными условиями, к установившимся значениям, заданным новыми воздействиями на систему В качестве простейших примеров рассмотрим ряд переходных процессов в механической части электропривода, представленной жестким механическим звеном.

3. Задача

Выбрать защиту асинхронного двигателя в приводе конвейера. Исходные данные двигателя: U_ном=380 В, Р_ном=40 кВт, cos = 0,82, К_п=5,3. По технологическим причинам двигатель подвержен систематическим перегрузкам. Питание двигателя осуществляется от шинопровода. Пуск производиться под нагрузкой с продолжительностью разгона 3с. Максимальный ток к.з. двигателя I_к.мах=3500 А.

Решение:

Для выбора аппаратов защиты асинхронного двигателя рассчитаем номинальный ток двигателя. Принимаем КПД двигателя η=92%.

Рассчитаем пусковой ток двигателя:

Автоматический выключатель защищает электродвигатель от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Выбор автоматического выключателя осуществляем по номинальному току двигателя и максимальному току короткого замыкания двигателя.

Номинальный ток теплового расцепителя:


По току короткого замыкания выбираем автоматический выключатель АЕ2056М-100-100А-10Iн-400AC-У3 со следующими техническими характеристиками:

- количество полюсов: 3

- номинальный ток In, А: 100

- частота тока, Гц: 50/60

- род тока: AC

- номинальное рабочее напряжение переменного тока Ue, В: 400

- предельная коммутационная способность переменного тока Icu, кА: 6

- уставка расцепителей токов короткого замыкания: 10Iн

- вид расцепителей: тепловой и электромагнитный

- номинальный продолжительный ток Iu, А: 100

Врямя-токовая характеристика автоматического выключателя АЕ2056М представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 – Время-токовая характеристика.
При пуске двигателя в течение 3 с при кратности пускового тока К_п=5,3 асинхронный двигатель не должен отключаться. В соответствии с время-токовой характеристикой выбранного автоматического выключателя, его срабатывание и, следовательно, отключение двигателя при пуске не произойдет.
Для защиты двигателя при токах короткого замыкания используем предохранители.

Сделаем расчёт тока плавкой вставки. Для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором расчётный ток плавкой вставки:

где - пусковой ток двигателя;

- коэффициент, .
Тогда ток плавкой вставки:

Выбираем предохранитель типа ПР-2. При этом принимаем ближайший больший стандартный ток вставки 200 А.

Для защиты двигателей от токовых перегрузок используем тепловое реле, встроенное в магнитный пускатель. Номинальный ток теплового реле выбираем так, чтобы ток двигателя находился в диапазоне регулировки номинального тока несрабатывания теплового реле.

Выбираем реле типа РТЛ206304 на номинальный ток 80 А с диапазоном токовых уставок 63-86 А, встроенное в магнитный пускатель типа ПМЛ.

Для обеспечения защиты двигателя от токов перегрузки и при обрыве фазы сети используем реле максимального тока.

Условия выбора реле максимального тока:

Выбираем реле максимального тока РЭО-401 на номинальный ток 100 А с регулировкой тока срабатывания реле 130…400 А.

Список используемых источников

1. Братченко, Б.Ф. Стационарные установки шахт / Б.Ф. Братченко. М., 1977. Гришко, А.П. Стационарные машины. В 2 т. Т. 1: Рудничные подъемные установки / А.П. Гришко. М., 2006.

2. Гришко, А.П. Стационарные машины. В 2 т. Т. 2: Рудничные водоотливные, вентиляторные и пневматические установки / А.П. Гришко. М., 2007.

3. Картавый, Н.Г. Шахтные стационарные установки / Н.Г. Картавый, А.А. Топорков. М., 1978.

4. Хаджиков, Р.Н. Горная механика / Р.Н. Хаджиков, С.А. Бутаков. М., 1982.

5. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: справ. / Г.А. Бабак [и др.]. М., 1982.

6. Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б. Ф. Братченко. М., Недра,1977.

7. Гейер В. Г., Тимошенко Г. М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учебник для вузов.– М.: Недра, 1987.

8. Малиновский А.К. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987.

9. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

10. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

11. Антонов В. Ф. и др. Электрические установки угольных шахт. Справочник, М. Недра, 1988 г.

12. Медведев Г.Д. Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий: Учеб. для техникумов. – М.: Недра, 1980.