3535

Для построения нагрузочной диаграммы необходимо рассчитать статический и динамический моменты.

Статический момент сопротивления (Н), приведенный к выходному валу двигателя, рассчитывают по формуле /15/

M		G	rц	Rk	g	,	(5.71)
	С		iР iп	п rk

где rk – радиус опорного ролика, м, rk = dk/2 ;

rц – радиус цапфы катка, м, rц = 0,8·rk ;

ρ – коэффициент трения качения, м, ρ = (5…7)·10-4 м; Ψ – коэффициент, учитывающий дополнительное

сопротивление при цилиндрических катках с ребрами, Ψ = 2;

	g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2 ;
		П – КПД передачи механизма поворота,									П = 0,8-0,85.
	Суммарный момент инерции, приведенный к
выходному валу двигателя, равен
		J р	J мех				J1		JТ	J ДВ.П ,	(5.72)
			i2	i2			i2
			п	Р			Р
где	Jмех – момент инерции механизма платформы, кг·м2 ;
	J1– момент инерции обегающей шестерни, кг·м2 ;
	JТ – момент инерции тормозной муфты, кг·м2 ;
		– коэффициент, учитывающий момент инерции
редуктора и других ранее не учтенных звеньев
кинематической цепи,				= 1,1-1,2;
	JДВ.П– момент инерции якоря двигателя, кг·м2.
	Динамический момент, приведенный к валу двигателя,
равен
		Мд		J р			В ,				(5.73)
где	В	– угловое ускорение на валу двигателя, с2,
		В		Р		iP .					(5.74)

Моменты на нагрузочной диаграмме (рис. 5.22):

- на участках t1 и t5	М = 0;
- на участке t2	М = Мс + Мд;
- на участке t3	М = Мс ;
- на участке t4	М = Мс - Мд ;
- на участке t6	М = -(Мс + Мд) ;
- на участке t7	М = -Мс ;
- на участке t8	М = -Мс + Мд .

Рис. 5.22. Упрощенные нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода поворота платформы экскаватора

Предварительная проверка электродвигателя

Для предварительной проверки электродвигателя определим по нагрузочной диаграмме и тахограмме (рис. 5.22) эквивалентный момент

		М 2	t	i
М		i			,	(5.75)
	ЭКВ	ti

где Мi –момент на каждом участке нагрузочной диаграммы;

ti

t3

t7

t2

t4

t6

t8 .

Так как экскаваторные двигатели выполняются с независимой вентиляцией, то ухудшение теплоотдачи на пониженных скоростях не наблюдается.

Имеем для эквивалентного момента

2t2

2

2

2t4 М с

2

М

М с М д

2t3 M c

М

д

(5.76)

ЭКВ

tП

Приведенный эквивалентный момент

М ЭКВ.П

М

ЭКВ

ПВ р

,

(5.77)

ПВн

где

ПВр –

расчетное

значение продолжительности

включения;

ПВн – номинальная величина продолжительности

включения двигателя.

Двигатель проходит по нагреву,

если

Мн

МЭКВ.П ,

где Мн – номинальный момент двигателя.

Проверка по перегрузочной способности в процессе работы привода поворота платформы экскаватора выполняется по условию, чтобы максимальный момент на нагрузочной диаграмме (рис. 5.22) был меньше максимально допустимого момента двигателя. Если условия предварительной проверки по нагреву и перегрузочной способности соблюдаются, то электродвигатель принимается к дальнейшему проектированию электропривода с обязательной проверкой по реальной нагрузочной диаграмме электропривода.

5.8.Состояние и направления развития электроприводов экскаваторов

Электропривод (ЭП) одноковшовых экскаваторов представляет собой важную и специфичную область общепромышленных механизмов. Экскаватор является мощной машиной - манипулятором и соответственно предъявляет большие требования. С другой стороны, электроприводы экскаваторов работают в исключительно трудных условиях – изменения температуры окружающей среды от -40до +40 С., в запыленной среде, при питании от слабых карьерных сетей, в полевых условиях без постоянного квалифицированного технического ухода. Все это определяет необходимость применения наиболее простых технических решений.

Экскаватор получает питание от сети переменного тока напряжением 6000 В переносным гибким кабелем, подключаемым к соответствующему распределительному пункту, установленному непосредственно в карьере /38/.

От кольцевого токоприемника кабельного барабана высокое напряжение подается через комбинированный кольцевой токоприемник к высоковольтному распределительному устройству. В распределительном устройстве ток высокого напряжения распределяется по двум направлениям:

-через разъединитель и вакуумный выключатель к синхронному электродвигателю преобразовательного агрегата;

-через разъединитель и высоковольтные трубчатые предохранители к силовому трехфазному трансформатору, от которого питаются электрооборудование вспомогательных механизмов экскаватора.

Из всех возможных видов электроприводов наиболее приемлемыми техническими качествами в электроприводе на карьерных, вскрышных и шагающих экскаваторах по настоящее время обладает привод системы генератор – двигатель (Г-Д). Этому приводу присущи двусторонняя проводимость якорной цепи, высокая плавность переходных

процессов, обусловленная электромагнитной инерцией цепи возбуждения генератора, постоянство ускорения при переходных процессах с различной нагрузкой, широкий диапазон регулирования скорости и т.д.

Основным достоинством системы является

большой диапазон и плавность регулирования скорости

двигателя,	высокая		жесткость	и	линейность
характеристики,		возможность		получения		всех

энергетических режимов работы ДПТ, в том числе и

рекуперативного торможения. Система Г – Д имеет

высокую управляемость, хорошие статические и

динамические характеристики, большую надежность и

сравнительно простое обслуживание, обеспечивает

возможность получения экскаваторных механических

характеристик и высокую экономическую эффективность

работы машины.

В то же время для этой системы характерны такие недостатки, как утроенная установленная мощность электрических машин, низкий КПД, инерционность процесса регулирования, шум при работе.

С 60-х годов по 91-й год двадцатого столетия система Г-Д выпускалась с возбудителем на магнитных усилителях (МУ). Силовые реверсивные магнитные усилители в системе

МУ-Г-Д обладают высокой надежностью, благоприятной формой статической характеристики, а также удобством электромагнитного суммирования входных сигналов управления, но придавали инерционность процессу регулирования.

В связи с развитием полупроводниковой техники появилась возможность устранить недостатки системы Г-Д, обуславливаемые работой магнитных усилителей за счет использования тиристорных возбудителей. В настоящее время, особенно при модернизациях, система Г-Д с магнитными усилителями вытесняется системой Г-Д с тиристорными возбудителями (ТВ-Г-Д), использование которых открывает возможности повышения производительности, снижения затрат и нагрузок изношенного механического оборудования /40/. Эта тенденция распространяется повсеместно. Безусловным плюсом системы ТВ-Г-Д является то, что мощность преобразователя (ТВ) намного меньше мощности приводного двигателя. Она составляет 0,5-1% от номинальной мощности генератора и не вносит больших искажений в форму питающего напряжения. Недостатком таких систем, безусловно, является громоздкость и необходимость использования форсировок для обеспечения удовлетворительной динамики привода. Наличие форсировок накладывает жесткие требования на тиристорный преобразователь, работающий в системе.

Прослеживается тенденция внедрения электроприводов /41/, работающих по системам тиристорный преобразовательдвигатель постоянного тока (ТП-Д) и преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД). Перспективным является электропривод основных механизмов одноковшовых экскаваторов, выполненный по системе непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель (НПЧ – АД).

Основой повышения эксплуатационной надежности экскаваторных электроприводов, работающих в тяжелых

условиях, является создание гаммы модульных тиристорных преобразователей в моноблочном экскаваторном исполнении. Реверсивный модульный преобразователь имеет нулевую схему выпрямления. При необходимости из двух модулей компонуется реверсивный мостовой преобразователь двойной мощности. Модульные тиристорные преобразователи рассчитаны на эксплуатацию

вполевых условиях при отсутствии квалифицированного электротехнического персонала; они имеют высокие

удельные массогабаритные показатели (2-2,5 кВт/кг и 1,5-2 кВт/дм3), не имеют подстроечных элементов и обладают гарантированными характеристиками, аналогичными для электрических машин, обладают повышенной надежностью и хорошей помехозащищенностью. Допускают безналадочную замену резервным преобразователем, за что обеспечивают время восстановления работоспособности ЭП

впределах 5-10 мин; работают при изменениях напряжений

и частоты сети 15% и при просадках напряжения до 50%; снабжены простой и эффективной самодиагностикой посредством светоизлучающих диодов, быстродействующей защитой по управляющему электроду и автоматическим повторным включением; имеют встроенный быстродействующий контур регулирования и ограничения

тока нагрузки.
Оригинальная	концепция	безналадочности	и

универсальности, заложенная в построении серии модульных преобразователей, обеспечивает широкие возможности создания на их основе конкурентоспособных низковольтных комплектных устройств (НКУ) для управления различными электроприводами и простых, надежных и дешевых комплектных регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока.

Подобные НКУ используются при модернизации главных электроприводов экскаваторов, в результате чего при минимальной стоимости и габаритах НКУ обеспечивается энергосбережение и повышение

производительности за счет исключения простоев при отказах электроники и улучшения динамики главных приводов.

Разработаны НКУ для модернизации главных приводов экскаваторов по системе ТП – Д, создана серия комплектных асинхронных электроприводов по системе НПЧ – АД с диапазоном регулирования частоты от 0 до 25 Гц.

Тиристорные экскаваторные модульные преобразователи второго поколения ПТЭМ – 2Р /42/ могут быть использованы в регулируемых электроприводах постоянного и переменного тока, работающих в полевых условиях без постоянного квалифицированного технического обслуживания.

Преобразователь выполнен по трехфазной нулевой реверсивной схеме (основное исполнение) и может быть по мостовой нереверсивной схеме выпрямления.

Преобразователи имеют трехимпульсную реверсивную схему выпрямления и выполнены в виде моноблоков защищенного исполнения, предназначенных для встраивания в шкафы управления электроприводами. Моноблочный преобразователь ПТЭМ – 2Р содержит встроенные датчики тока и напряжения, двухконтурную систему подчиненного регулирования тока, напряжения, ЭДС, скорости двигателя и специализированный двухступенчатый зависимый задатчик интенсивности, обеспечивающий оптимальный характер переходных процессов электроприводов, работающих в интенсивном повторно – кратковременном режиме с резко переменной нагрузкой.

Моноблоки снабжены аппаратурой самодиагностики, быстродействующей защитой и при возможных отказах в эксплуатации рассчитаны на безналадочную замену резервным моноблоком, выполняемую в соответствии с инструкцией оператором, тем самым исключаются простои машин при отказах электроники, и обеспечивается

качественный ремонт преобразователей в стационарных ремонтных пунктах со строгим соблюдением технологии, обеспечивающей надежную работу блоков после ремонта. Для удобства замены блоков оператором масса преобразователей не превышает 30 кг.

Тиристорный преобразователь выпускается в климатическом исполнении У2 для работы на высоте над уровнем моря не более 1000м, в невзрывоопасной среде, не содержащей значительного количества агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, не насыщенной водяными порами и токопроводящей пылью.

В отношение воздействия механических факторов преобразователь соответствует группе условий М18.

Структура условного обозначения типа исполнения: П – преобразователь Т – тиристорный Э – экскаваторный М – моноблочный

2 – порядковый номер Р – реверсивный ( Н – нереверсивный)

2 – габариты преобразователя М – возможность включения по мостовой

нереверсивной схеме Питание силовых цепей преобразователя

осуществляется от разделительного трансформатора с трехфазным линейным напряжением на вторичной обмотке 220 или 380 В с соединением обмоток «звезда» - «звезда» с рабочим нулевым выводом вторичной обмотки, группа соединений – 12. напряжение питания трансформатора синхронизации – 380 В. При комплектовании мостовых преобразователей возможно подключение преобразователя к сети соответствующего напряжения через токоограничивающие реакторы.

Серия преобразователей ПТЭМ – 2Р состоит из пяти унифицированных модулей, имеющих два типоисполнения –

с оптотиристорными (табл. 5.9) или тиристорными (табл. 5.10) силовыми элементами.

Таблица 5.9

Оптотиристорные преобразователи

Таблица 5.10

Тиристорные преобразователи

Указанные в таблицах мощности преобразователей соответствуют естественному охлаждению. При установке преобразователей в шкафы с принудительной вентиляцией при скорости воздушного потока 3 м/с мощности преобразователей увеличиваются в 2 раза. Допустима двукратная перегрузка по току в течение 3 с.

Внутренние цепи управления потенциально развязаны с силовыми цепями преобразователей. Данные входных

цепей: Uвх=15 В, Rвх=10 кОм.

Допустимые колебания напряжения сети от минус 20% до плюс 10% номинального значения. Допустимые колебания частоты напряжения сети от минус 10% до плюс

10%.

В специальном исполнении преобразователь может