Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Автоматизация установок и комплексов горных предприятий» Тема: «Система автоматического регулирования скорости шахтной подъемной установки с тиристорным асинхронным электроприводом»

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Сибирский государственный индустриальный университет
Кафедра электромеханики

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Автоматизация установок и комплексов горных предприятий»

Тема: «Система автоматического регулирования скорости шахтной подъемной установки с тиристорным асинхронным электроприводом»
Вариант 13
Прокопьевск 2008 г.

Содержание

Введение
Задание

. Описание функциональной структуры системы тиристорного электропривода
. Определение мощности и выбор электродвигателя
.Исследование статистического САР скорости электропривода ШПУ
.1 Методика определения показателей качества САР скорости ШПУ
.2 Методика синтеза САР скорости ШПУ
.3 Анализ статистического САР скорости ШПУ
. Исследование астатистического САР скорости ШПУ
.1 Синтез астатического САР скорости ШПУ
.2 Анализ астатического САР скорости ШПУ
. Экономическая эффективность применения системы тиристорного асинхронного электропривода для ШПУ
.1 Фактор надежности функционирования системы привода при оценке экономической эффективности
.2 Определение экономических показателей проектируемой системы привода
Заключение
Введение

Цель курсового проекта - закрепить и углубить задания студентов по дисциплине "Автоматизация комплексов и установок горных предприятий", выработать у них самостоятельные навыки по решению наиболее актуальных вопросов проектирования САР скорости электропривода ШПУ, отвечающих требованиям современного развития на базе широкого применения тиристоров.

Проектом предусматривается применение для ШПУ тиристорного параметрически регулируемого привода со смешанным (комбинированным) управлением асинхронным двигателем с фазным ротором, при котором регулирование скорости осуществляется путем плавного изменения напряжения в цепи статора и ступенчатого изменения величины сопротивления цепи ротора с помощью соответствующих тиристорных коммутаторов (ТК). Такой способ в силу простоты реализации и высокой надежности более рационален, чем обычный реостатный, импульсный, фазово-импульсный способы параметрического регулирования скорости вращения асинхронного двигателя ШПУ.
По своим технико-экономическим показателям рассматриваемая система привода превосходит асинхронно-вентильный каскад (АВК) и асинхронный привод с частотным способом регулирования скорости двигателя. Системе АВК присущи такие недостатки: высокий уровень капиталовложений; более низкий коэффициент надежности; значительные эксплуатационные расходы, связанные со значительным количеством ремонтных единиц электросилового оборудования и аппаратуры управления; низкий коэффициент мощности. К основным недостаткам электропривода с тиристорным преобразователем частоты следует отнести: сложность аппаратуры управления, высокий уровень капиталовложений; значительное число ремонтных единиц аппаратуры управления; высокую стоимость приводного двигателя, имеющего специальное исполнение.
На основании вышеизложенного можно делать вывод, что предлагаемая система привода наиболее целесообразна при проектировании новых и реконструкции существующих систем приводов ШПУ.
Задание

1. Используя техническую и учебную литературу, провести анализ состояния вопроса автоматизации электропривода шахтной подъемной установки (ШПУ), оценив достоинства и недостатки возможных вариантов систем приводов.

. По тахограмме и диаграмме движущих усилий установить необходимую мощность и выбрать асинхронный двигатель подъемной машины.
. Построить исходную алгоритмическую структуру системы автоматического регулирования (САР) скорости ШПУ.
. Выполнить синтез САР методом логарифмических амплитудно-частотных характеристик (ЛАЧХ) со схемной реализацией корректирующего устройства (КУ) на пассивном четырехполюснике (статическая САР).
. Выполнить синтез САР, положив в основу критерий технического оптимума, со схемной реализацией и выбором параметров настройки регулятора на базе операционного усилителя (астатическая САР).
. Выполнить анализ переходных характеристик обеих вариантов САР по управляющему и возмущающему воздействию. Дать сравнительную опенку показателей качества процесса регулирования для этих вариантов.
. Дать технико-экономическое обоснование целесообразности применения проектируемой системы привода и САР скорости подъемной установки для цели реконструкции на базе системы привода со смешанным управлением асинхронным двигателем.
. Выполнить графическую часть проекта на листе формата А1, расположив на нем: функциональную структуру электропривода; структурную схему статической САР; логарифмические амплитудно-частотные характеристики статической САР; структурные схемы статической и астатической САР по управляющему и возмущающему воздействиям в численном виде, принципиальную схему регулятора скорости с указанием номиналов, графики переходных процессов статической и астатической САР по основным воздействиям.
. Дать заключение.
Данные
Движущие усилия:= 154,92 кН;F2 = 154,59 кН;F3 = 198,07 кН;F4 = 195,09 кН;= 117,28 кН;F6 = 85,10 кН;F7 = - 26,94 кН;F8 = - 29,06 кН;= 83,05 кН;F10 = 82,67 кН;F11 = 42,94 кН;F12 = - 71,49 кН;= - 76,08 кН.
Скорости:= 1,14 м/с;Vmax = 5,28 м/с;Vп = 0,5 м/с.
Ускорения:
а0 = 0,3 м/с2;а1 = 0,68 м/с2;а3 = -0,98 м/с2;ас = -1,0 м/с2.
Время:= 3.8 с;t1 = 6,09 с;t2 = 39,87 с;t3 = 4,88 с;п = 7,1 с;tc = 0,5 с;Q = 12 с; t'п = 5,0.
Расчетные параметры ШПУ:
Грузоподъемность сосуда 9 т;
Высота подъема 250 м;
Мощность двигателя 800 кВт;
Тип подъемной машины 2Ц-4х2,3.
1 Описание функциональной структуры системы тиристорного электропривода

Тиристорный коммутатор в цепи статора укомплектован пятью однофазными коммутирующими элементами (КТЭ), каждый из которых состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Схема соединения КТЭ (рисунок 1,1) или симисторов (рисунок 1,2) даёт возможность осуществления реверса (работают первый, второй, третий или второй, четвертый, пятый КТЭ) и режима динамического торможения электродвигателя, при котором последний подключается к сети переменного тока через двухполупериодный мостовой выпрямитель, составленный тиристорами VS6, VS10, работающими в прямом и тиристорами VS1 и VS в обратном направлениях (рисунок 1,1) или симисторами ТС1, ТС5, ТС3, ТС4 (рисунок 1,2). Управление ТК статора осуществляется системой фазового управления (СФУ), обеспечивающей регулирование угла открытия тиристоров a и тем самым регулирование напряжения, подводимого к двигателю, в функции сигнала рассогласования De заданной и фактической скорости, так как угол a определяется величиной напряжения управления Uу которое формируемого усилителем сигнала рассогласования У, входящим в состав регулятора скорости РС вместе с КУ. Фактическая частота вращения измеряется с помощью тахогенератора ТГ, преобразующего скорость вращения электродвигателя в напряжение постоянного тока Uдс. Напряжение задания Uз, пропорциональное заданной скорости, формируется устройством ЗУ в соответствии с проектной диаграммой скорости ШПУ.

Выбор режима работы электропривода подъёмной машины (ПМ) осуществляется блоком формирования команд (БФК) путём переключения в СФУ существующих каналов управления тиристорами. Переход от двигательного режима к тормозному и наоборот происходит автоматически в зависимости от знака сигнала De, реверсирование и отключение двигателя от сети производится по команде от системы автоматизации ПМ.
Для увеличения момента двигателя в области малых скоростей и получения, желаемых пусковых и тормозных характеристик, в цепь ротора включены добавочные сопротивления, которые шунтируются трёхфазным тиристорным короткозамыкателем, состоящим из тиристоров VS11, VS12, VS13, управляемых блоком БШР (рисунок 1).
2 Определение мощности и выбор электродвигателя

Эффективная мощность электродвигателя определяется по эффективном) усилию исходя из соотношения

где - эффективное движущее усилие по окружности навивки, Н;

- максимальная скорость движения скипов, м/с;
- КПД редуктора, принимается равным для одноступенчатого
редуктора 0,97, для двухступенчатого - 0,95. Эффективное усилие определяется по формуле


,

где и , - усилие на i-ом участке и время i-oro участка диаграммы нагрузки; - эффективное время работы двигателя, с, определяется по формуле

,

где - общее время движения с максимальной скоростью, с;

( ) -общее время движения, с ускорением и замедлением, с;
- время паузы, с;
с.
кН
Тогда эффективная мощность электродвигателя

Установочная мощность электродвигателя
кВт.
Требуемая скорость вращения вала электродвигателя

где - передаточное число редуктора, -11,5;

- диаметр барабана подъемной машины, = 4,0 м;
об/мин
По установочной мощности, требуемой скорости вращения вала двигателя и в соответствии с данными каталогов заводов изготовителей подъемных электродвигателей выбирается асинхронный двигатель с фазным ротором серии АКН 2 со следующими техническими характеристиками АКН2 -18-43-20:
номинальная мощность Рном=800 кВт;
синхронная частота вращения n =300 об/мин;
частота вращения номинальная nном=295об/мин;
ток статора =112 А;
ток ротора =445 А;
ЭДС ротора =1100В;
Перегрузочная способность =2,3;
КПД =0,933.
Выбранный двигатель проверяется на допустимую перегрузку по условию:
где 1,6 - коэффициент допустимой перегрузки АД;- максимальное движущее усилие, определяемое по диаграмме;Н - номинальное движущее усилие, развиваемое двигателем.


кН.

Проверяется условие

.
Так как условие выполняется, то двигатель не перегружен.
3. Исследование статистической САР скорости электропривода шахтной подъемной установки

.1 Методика определения показателей качества САР скорости ШПУ