- •Глава 1
- •1.2. Развитие электропривода в горной промышленности
- •Глава 2
- •2.1. Уравнение движения электропривода
- •2.2. Приведение статических моментов
- •2.3. Приведение моментов инерции и поступательно движущихся масс
- •2.4. Продолжительность пуска и остановки электропривода
- •2.5. Статические моменты рабочих машин
- •Глава 3
- •3.1. Основные понятия и определения
- •3.2. Механические характеристики двигателей постоянного тока
- •3.3. Механические характеристики трехфазных асинхронных двигателей
- •3.4. Механическая и угловая характеристики синхронных двигателей
- •Глава 4
- •4.1. Общие понятия и определения
- •4.2. Механические переходные процессы при линейной механической характеристике двигателя и постоянном статическом моменте
- •4.3. Электромагнитные переходные процессы в обмотках машин постоянного тока
- •4.4. Методы расчета переходных процессов
- •4.5. Энергетика переходных процессов в электроприводах
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Пуск двигателей постоянного тока
- •5.4. Тормозные режимы двигателей
- •5.5. Расчет пусковых и тормозных сопротивлений
- •Глава 6
- •6.3. Регулирование скорости асинхронных двигателей
- •Глава 7
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Электропривод по системе генератор — двигатель (г—д)
- •7.5. Многодвигательные системы электропривода
- •7.6. Каскадные схемы электропривода
- •7.7. Электропривод с электромагнитной муфтой скольжения
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Нагрев и охлаждение электрических двигателей
- •8.3. Режимы работы и нагрузочные диаграммы электроприводов
- •8.4. Выбор мощности электродвигателей при длительном режиме работы
- •8.5. Выбор мощности двигателя при кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы
- •Глава 9
- •9.1. Классификация аппаратуры и требования, предъявляемые к ней
- •9.2. Аппаратура ручного управления
- •9.3. Командоаппараты
- •9.4. Автоматические выключатели
- •9.5. Реле управления и защиты
- •9.6. Электромагнитные контакторы
- •9.7. Пускатели
- •Глава 10
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Основные виды электрических схем
- •10.3. Принципы автоматического управления пуском электроприводов
- •11.1. Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к электрооборудованию
- •11.2. Основные требования, предъявляемые к электроустановкам карьеров и приисков
- •Глава 12
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Рабочие режимы электроприводов экскаваторов
- •12.4. Системы электропривода
- •12.5. Электрооборудование экскаваторов переменного тока
- •12.6. Электрооборудование одноковшовых экскаваторов постоянного тока
- •12.7. Подвод энергии к одноковшовым экскаваторам
- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Рабочие режимы электроприводов и способы питания многоковшовых экскаваторов
- •13.3. Требования, предъявляемые к электроприводам и электрооборудованию многоковшовых экскаваторов
- •13.4. Электрооборудование многоковшовых экскаваторов
- •13.5. Перспективы развития электроприводов и электрооборудования
- •Глава 14
- •15.1. Общие сведения
- •15.2. Режимы работы и требования, предъявляемые к электроприводу и схемам управления
- •15.3. Способы питания и схемы управления электроприводами
- •15.4. Перспективы развития электропривода, электрооборудования и схем управления конвейерными установками
- •Глава 16
- •16.1. Общие сведения
- •16.3. Электропривод и схемы управления электроприводами
- •16.5. Перспективы развития электропривода и
- •17.1. Общие сведения
- •17.2. Требования, предъявляемые к электроприводу и электрооборудованию электровозов
- •17.3. Пуск, регулирование скорости и торможение тяговых двигателей
- •17.4. Способы питания и электрооборудование карьерных электровозов
- •17.5. Перспективы развития электрооборудования электровозного транспорта
- •Глава 18
- •Глава 19
- •Глава 20
- •20.1. Общие сведения
- •20.2. Электропривод и электрооборудование водоотливных установок
- •20.3. Электропривод и электрооборудование компрессорных и вентиляторных установок
- •20.4. Электропривод и электрооборудование подъемных установок
- •20.5. Электропривод и электрооборудование вспомогательных установок
- •Глава 21
- •21.1. Основные световые величины и единицы их измерения
- •21.2. Электрические источники света
- •21.3. Осветительные приборы
- •21.4. Системы электрического освещения
- •21.5. Расчет электрического освещения
- •21.6. Схемы осветительных установок. Управление освещением
- •22.1. Общие сведения
- •22.2. Схемы распределения электрической энергии на карьерах и их выбор
- •22.3. Распределение электрической энергии на дражных полигонах и при гидромеханических способах разработки
- •Глава 23
- •23.1. Общие сведения
- •23.2. Графики электрических нагрузок
- •23.3. Методы определения расчетных электрических нагрузок
- •23.4. Определение мощности и числа трансформаторов карьерных подстанций
- •Глава 24
- •24.1. Общие сведения, виды коротких замыканий
- •24.2. Процесс протекания короткого замыкания
- •24.3. Расчет токов короткого замыкания
- •24.4. Электродинамическое и термическое действие тока короткого замыкания
- •24.5. Расчет тока короткого замыкания в сети
- •25.1. Силовые трансформаторы
- •25.2. Выключатели на напряжение свыше 1000 в
- •25.3. Воздушные разъединители
- •25.4. Приводы выключателей и разъединителей
- •25.5. Отделители и короткозамыкатели
- •25.6. Шины и изоляторы
- •25.8. Реакторы
- •25.9. Плавкие предохранители на напряжение свыше 1000 в
- •25.10. Выбор электрооборудования подстанций
- •Глава 26
- •26.1. Общие сведения
- •26.2. Схемы и устройство главных понизительных подстанций
- •26.3. Карьерные распределительные пункты
- •26.4. Передвижные комплектные трансформаторные подстанции
- •26.5. Приключательные пункты
- •Глава 27
- •27.1. Общие сведения
- •27.2. Провода и кабели, применяемые для электрических сетей карьеров и приисков
- •27.3. Конструктивное выполнение воздушных и кабельных электрических сетей
- •27.4. Выбор сечения проводов и кабелей
- •Глава 28
- •28.2. Тяговые подстанции карьеров
- •28.3. Устройство контактной сети
- •28.4. Определение мощности тяговых подстанций
- •28.5. Расчет контактной сети
- •Глава 29
- •29.1. Основные сведения
- •29.2. Максимальная токовая защита электрических сетей
- •29.3. Защита силовых трансформаторов
- •29.4. Защита электрических двигателей
- •29.5. Защита от однофазных замыканий на землю
- •29.6. Регулирование напряжения в распределительных сетях
- •29.7. Основные сведения об автоматизации систем электроснабжения
- •29.8. Перенапряжения и защита от них
- •30.3. Способы защиты от поражения электрическим током
- •30.5. Устройство защитных заземлений
- •30.7. Эксплуатация и контроль заземляющих устройств
- •31.1. Общие сведения
- •31.2. Коэффициент мощности и степень компенсации реактивной мощности
- •31.3. Основные способы повышения коэффициента мощности
- •31.4. Тарификация электроэнергии
- •31.5. Удельный расход электроэнергии
- •31.6. Электровооруженность труда.
- •31.7. Основные сведения по безопасному обслуживанию электроустановок
- •31.8. Защитные средства и правила пользования ими
ЭЛЕКТРОПРИВОД
И ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ
ОТКРЫТЫХ
ГОРНЫХ
РАБОТ
ПОД ОБЩЕЙ РЕДАКЦИЕЙ Д-РА ТЕХН. НАУК, ПРОФ. Б. П. БЕЛЫХА
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология и комплексная механизация открытой разработки месторождений полезных ископаемых»
МОСКВА «НЕДРА» 1983
УДК 621.31 +621.31-3.13](075.8):622.271
Электропривод и электрификация открытых горных работ. Учебник для вузов/Б. П. Белых, В И. Щуцкий, Б. И. Заславец, Н. И. Чеботаев. М., Недра, 1983, 269 с.
Изложен комплекс вопросов, относящихся к электрификации горнодобывающих предприятий с открытой разработкой месторождений полезных ископаемых. Рассмотрены особенности электропривода горных машин и механизмов, вопросы управления электроприводами. Приведены сведения об особенностях электроснабжения карьеров. Описаны виды, устройства и особенности эксплуатации электроустановок карьеров. Даны методики расчета распределительных сетей и электрического освещения. Проанализированы основные энергетические показатели эксплуатации электрохозяйства карьеров.
Для студентов горных вузов и факультетов, обучающихся по специальности (0209) «Технология и комплексная механизация открытой разработки месторождений полезных ископаемых».
Табл. 1, ил. 162, список лит.—23 назв.
Рецензенты:
кафедра электропривода Днепропетровского горного
института, канд. техн. наук В. О. Жидков (Вост. НИИ).
ИЗДАТЕЛЬСТВО «Недра», 1983
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основным назначением курса «Электропривод и электрификация открытых горных работ» является изучение особенностей применения электрической энергии на горных предприятиях с открытой разработкой месторождений полезных ископаемых. Рассмотрение вопросов электрификации производится в неразрывной связи с рабочими машинами, технологией производства и организацией труда.
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 —1985 годы и на период до 1990 года, утвержденными XXVI съездом КПСС, предусмотрено производство электроэнергии в 1985 г. до 1550—1600 млрд. кВт-ч, в том числе на атомных электростанциях до 220—225 млрд. кВт-ч и на гидроэлектростанциях до 230—235 млрд. кВт-ч. В одиннадцатой пятилетке будет осуществлено строительство крупных гидроэлектростанций на реках Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии с учетом комплексного использования гидроресурсов. Ускоренными темпами будет происходить строительство тепловых электростанций, использующих угли Экибастузского и Канско-Ачинского бассейнов, а также природный и попутный газ месторождений в Западной Сибири. Будут продолжены работы по дальнейшему развитию единой энергетической системы страны, повышению надежности и качества электроснабжения народного хозяйства.
Дальнейшее развитие горного производства характеризуется все большим распространением открытого способа разработки полезных ископаемых как более экономичного. В настоящее время в СССР открытым способом добывается около 32 % угля, более 50 % руды и 100 % строительных материалов.
Основными горными машинами на открытых горных работах являются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, горные комплексы, буровые станки, различные виды транспорта, многие из которых снабжены сложным электрооборудованием. Установленная мощность электрических машин на современном мощном экскаваторе достигает 20 000 кВт и более, что сравнимо со средним и даже крупным промышленным предприятием.
Горные машины и комплексы, особенно большой единичной мощности, требуют применения совершенных систем автоматизированного электропривода и электроснабжения горных предприятий, способствующих повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции.
Применение регулируемого электропривода в большинстве случаев повышает производительность горных машин и механизмов на 10—15 % по сравнению с нерегулируемым электроприводом той же мощности. При этом основные тенденции развития электропривода заключаются в расширении области их применения, создании быстродействующих, надежных и экономичных систем регулируемого автоматизированного электропривода.
Важное значение при электрификации горных машин и механизмов имеет повышение напряжения. Приводные двигатели мощных экскаваторов выполняются на напряжение 10 кВ, напряжение в контактных сетях электровозного транспорта на карьерах предполагается повысить при постоянном токе до 3—6 кВ, при переменном токе — до 20 кВ. На мощных карьерах проектируется глубокий ввод электроэнергии напряжением 35 и ПО кВ. Особое значение имеет создание различных защитных средств и повышение электробезопасности при обслуживании электрических сетей и электрооборудования.
В книге разделы первый и третий, за исключением главы 9 и 30.2, написаны Белыхом Б. П., глава 9 и 30.2 — Щуцким В. И., раздел второй, за исключением главы 21,— Заслав цем Б. И., глава 21 —Чеботаевым Н. И.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. Определение электропривода
Электрический привод представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и предназначенное для приведения в движение рабочих машин, установок и механизмов.
Современный электропривод (рис. 1.1) состоит из преобразовательного устройства П, электродвигателя Д, передаточного устройства ПУ и аппаратуры управления АУ.
Преобразовательное устройство служит для преобразования трехфазного переменного тока сети в другой род тока или изменения его параметров (частоты, напряжения и т. д.).
Электродвигатель служит для преобразования электрической энергии в механическую и передаче ее рабочему органу РО.
Передаточное устройство служит для согласования скоростей двигателя и рабочего органа машины или преобразования вида движения (например, вращательного в поступательное).
Аппаратура управления предназначена для управления процессом преобразования энергии с целью согласования его с технологическими условиями процессов, выполняемых рабочей машиной.
По способу передачи механической энергии от вала двигателя к рабочим органам машины электропривод делят на три группы: групповой, одиночный и многодвигательный.
Групповым называют привод, в котором несколько рабочих машин приводятся в движение через передачи (трансмиссии) одним двигателем. Этот привод имеет ряд недостатков: значительные потери энергии в передачах, малую надежность, сложность управления машинами и т. п.
Одиночным приводом является привод, в котором рабочие органы машины приводятся одним электродвигателем. В этом случае иногда двигатель конструктивно является рабочим органом машины, например барабан ленточного конвейера со встроенным двигателем.
Под многодвигательным приводом понимается привод, в котором каждый исполнительный механизм рабочей машины приводится в движение от отдельного двигателя. Многодвига тельным приводом является и привод, в котором отдельны! механизм приводится в движение несколькими двигателями Например, для механизма поворота одноковшовых экскаваторов применяют двух-, четырех- и восьмидвигательные электроприводы.
В многодвигательном приводе управление машиной или механизмом (пуск, регулирование скорости, реверсирование, торможение и т. п.) осуществляется путем управления электродвигателями. Многодвигательный автоматизированный электропривод является современным, прогрессивным типом привода горнотранспортных машин и механизмов.
1.2. Развитие электропривода в горной промышленности
В развитии и совершенствовании электропривода огромную роль сыграли русские ученые и изобретатели. Первый в мире практически годный электродвигатель с непосредственным вращением якоря был создан в 1834 г. акад. Б. С. Якоби. В 1838 г.. Б. С. Якоби применил этот двигатель для движения катера. В. Н. Чиколев в 1882 г. создает электропривод швейной машины, а в 1886 г.— электропривод вентилятора.
Подлинную революцию в электротехнике произвело создание русским ученым М. О.Доливо-Добровольским системы трехфазного тока и асинхронного трехфазного двигателя (1889 г.), а также трехфазного трансформатора.
Открытия и изобретения М. О. Доливо-Добровольского легли в основу широкого внедрения электропривода на промышленных предприятиях всего мира. Начиная с конца XIX в, электропривод появляется и в горной промышленности.
В 1898 г. в Кизеловских каменноугольных копях пущена в эксплуатацию электростанция трехфазного тока с двумя генераторами мощностью 60 и 45 кВт, напряжением 500 В. От нее получали электроэнергию двигатели лебедки насоса и сортировочной обогатительной фабрики. В это же время на Зыряновском руднике (Алтай) применяли насосы с электродвигателями постоянного тока. В карьерах Подольского цементного завода и в Донбассе применяли электрические бурильные машины. В 1901 г. на Березовском руднике (Урал) была пущена в эксплуатацию подъемная машина с двумя электродвигателями мощностью по 30 кВт. Несколько позже, но в больших масштабах, начинает внедряться электропривод на шахтах Донбасса.
Однако в царской России, при почти полном отсутствии собственной электромашиностроительной промышленности и недостаточной энергетической базе, развитие электропривода шло медленными темпами.
В первые же годы после Великой Октябрьской революции коллективом советских электротехников по указанию В. И. Ленина был разработан знаменитый план электрификации России (план ГОЭЛРО). Осуществление ленинского плана электрификации страны имело своим результатом широкое применение электропривода во всех отраслях народного хозяйства. Претворение в жизнь плана индустриализации страны дало новый мощный толчок развитию электропривода.
В нашей стране создана мощная электропромышленность, которая обеспечивает все отрасли народного хозяйства высококачественными электрическими машинами, аппаратами управления и защиты и измерительными приборами. Растет из года в год и мощность энергетической базы СССР. Все это способствует дальнейшему развитию и совершенствованию электропривода.
Современные системы электропривода обеспечивают возможность создания высокопроизводительных и надежных рабочих машин за счет автоматизации их работы. Основные тенденции дальнейшего развития электропривода заключаются в создании быстродействующих, надежных и экономичных систем регулируемого автоматизированного электропривода при максимально возможной унификации их электрооборудования на базе бесконтактных полупроводниковых приборов.