Курсовая работа: Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки
7.7. Фактический коэффициент резерва производительности Сф нашли по формуле:
(1.35)
где С=1,5 - коэффициент резерва производительности [1].
Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и ускорений:
V¢=V²=0,8м/с; t¢=t²=3с; hp=2,6м; Vmax=12м/с;
t1=t3=19с; h1=h3=122м; h2=830м; t2=69с;
a¢=a²=0,3м/с2; a1=a3=0,6м/с2; Т=117с; Н=1079м;
t¢1=t²1=2c .
1.8. Динамика подъемной установки
1.8.1. Масса машины типа ЦШ-5´4 m¢м , отклоняющих шкивов m¢ош и двигателя типа П2-800-255-8КУ4 m¢д , рассчитаем по формулам:
m¢м=GD2м/gD2шт=6250×103/(9,81×52)=25,5´103кг; (1.36)
m¢ош=GD2ош/gD2шт=500×103/(9,81×52)=2039кг; (1.37)
m¢д=GD2д/gD2шт=2400×103/(9,81×52)=9786кг, (1.38)
где GD2м, GD2ош, GD2д - маховые моменты машины, отклоняющих шкивов и якоря двигателя, Н×м2.
1.8.2. Длину подъемных канатов Lпк определяем по формуле:
Lпк=Н+2hвк+pDшт/2=1079+2´35+3,14´5/2=1157м, (1.39)
где Н - высота подъема, м;
hвк - расстояние от верхней приемной площадки до оси шкива трения, м;
Dшт - диаметр шкива трения, м.
1.8.3. Длину уравновешивающих канатов Lук определяем по формуле:
Lук=Н+30=1079+30=1109 м, (1.40)
где 30 - ориентировочная длина каната на образование петли в зумпфе ствола и закрепление каната к подъемным сосудам, м.
1.8.4. Массу mп всех движущихся частей подъемной установки приведенную к окружности шкива трения, определим по формуле:
mп=Qп+2Qc+LпкР+Lукq+m¢ош+m¢м+m¢д=
=25×103+2×24,4×103+1157×4×8,4+1109×3´11,5+25,5×103+2039+9786=
=188´103кг, (1.41)
где Qп и Qc - масса полезного груза и масса скипа, кг;
P и q - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг;
Lпк и Lук - длина подъемных и уравновешивающих канатов, кг;
m¢ош, m¢м, m¢д - масса отклоняющего шкива, машины и якоря двигателя, кг.
1.8.5. Движущие усилия F получаем из основного динамического уравнения академика М.М. Федорова (таблица1.1):
F=[1,1Qп+(Н-2hx)×(q-P)]g ± mпа=
=[1,1×25×103+(1079-2×hx)(3×11,5-4×8,4)]9,81 ± 188×103а=
=283×103-23,5×hx ± 188×103a. (1.42)
1.8.6. Эквивалентное усилие Fэк рассчитываем по формуле:
Fэк=, (1.43)
где Т¢п=куд(t¢+t¢1+t1+t3+t²+t²1)+t2+kпtп=0,5(3×2+2×2+19×2)+69+0,25×11=96 с;
куд=0,5, кп=0,25 - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения во время соответственно ускоренного и замедленного движения;
F и t - усилие и продолжительность элементарного участка на диаграмме усилий.
=(3394002+3393812)+(2829812+282981×282943+2829432)+
+(3957442+3928742)+(2800742+280074×260552+2605522)+
+(1477522+1448832)+(2576832+257683×257254+2572542)+
+(2012542+2012212)=9,158×103Н; (1.44)
=308862Н.
Таблица 1.1
h,м |
а,м/с2 |
F,Н |
|
1 | 0 | 0,3 | 339400 |
2 | 0,8 | 0,3 | 339381,184 |
3 | 0,8 | 0 | 282981,184 |
4 | 2,4 | 0 | 282943,552 |
5 | 2,4 | 0,6 | 395743,552 |
6 | 124,4 | 0,6 | 392874,112 |
7 | 124,4 | 0 | 280074,112 |
8 | 954,4 | 0 | 260552,512 |
9 | 954,4 | 0,6 | 147752,512 |
10 | 1076,4 | 0,6 | 144883,072 |
11 | 1076,4 | 0 | 257683,072 |
12 | 1077,6 | 0 | 257654,848 |
13 | 1077,6 | 0,3 | 201254,848 |
14 | 1079 | 0,3 | 201221,92 |
1.8.7. Коэффициент перегрузки при подъеме:
(1.45)
где Fmax-максимальное движущее усилие при подъеме груза, Н.
1.8.8. Номинальную мощность двигателя Рд выбираем из условия:
(1.46)
Диаграммы движущих усилий приведены на рис.1.1.
Окончательно примем двигатель П2-800-255-8КУ4 номинальной мощностью Рном=5000 кВт, частотой вращения nном=63 об/мин, так как разность между эквивалентной мощностью и номинальной превышает 5%, т.е. [1]:
а перегрузка в период разгона составит:
< lдв= , (1.47)
где lдв - перегрузочная способность выбранного двигателя.
2. СИЛОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Основная задача второго этапа проектирования - выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для подъемной установки, принятой на первом этапе проектирования.
2.1. Исходные данные для расчета динамики электропривода
Двигатель
Тип П2-800-255-8КУ4
Номинальная мощность Рном=5000кВт
Номинальная частота вращения nном=63об/мин
Номинальное напряжение Uном=930В
Номинальный ток Iном=5740А
Номинальный момент Мном=774кН×м
Номинальный поток возбуждения Фном=0,375Вб
Коэффициент полезного действия hном=90,5%
Ток возбуждения Iв=145А
Напряжение обмотки возбуждения Uв=200В
Число полюсов 2р=16
Число параллельных ветвей якоря 2а=16
Сопротивление обмотки якоря Rя20=0,00348Ом
Сопротивление дополнительных полюсов Rд20=0,000631Ом
Сопротивление компенсационной обмотки Rк20=0,00235Ом
Сопротивление обмотки возбуждения Rв20=0,87Ом
Перегрузочная способность (рабочая) lр=1,6
Перегрузочная способность (выключающая) lв=1,8
Число витков якоря Wяд=1080/16
Число витков главного полюса Wпд=84
Число витков добавочного полюса Wдд=2
Число витков компенсационной обмотки на полюс Wкд=3
Питающая сеть
Номинальное напряжение Uс=6000В
Частота fс=50Гц
Мощность короткого замыкания Sк=15000МВ×А
Подъемная машина
Тип ЦШ5´4
Эффективная мощность подъема Рэф=4317кВт
Максимальная скорость подъема Vmax=16м/с
Средняя скорость Vср=8,4м/с
Множитель скорости l=1,35
Радиус шкива трения Dшт=5м
Максимальное усилие Fmax=395743Н
2.2. Выбор тиристорного преобразователя
Наметим к применению силовую 12-пульсную схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи возбуждения двигателя и последовательным соединением выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.
2.2.1. Активное сопротивление якорной цепи Rяц определяем по формуле:
Rяц=к1к2(Rя20+Rд20+Rк20+Rщ)=
1,15×1,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566 Ом, (2.1)
где к1=1,15 - коэффициент приведения к рабочей температуре 60°С [2];
к2=1,1 - коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных
проводов [2];
Rя20, Rд20, Rк20, Rщ - сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом
2.2.2. Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:
(2.2)
где Uном и Iном - номинальные напряжение и ток двигателя;
Rяц - сопротивление якорной цепи, Ом;
Vmax - максимальная скорость подъема, м/с.
2.2.3. Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:
Uк ср=0,5eккvVmax=0,5×0,06×55×16=26,4 В, (2.3)
где ек - напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед..
2.2.4. Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:
Iэф=Рэф/(Vmax×кv)=4317×103/(16´55)=4906 А,
где Рэф - эффективная мощность подъема, Вт.
Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам - выпрямленному току Id ном и выпрямленному напряжению Ud ном при соблюдении условий:
Id ном ³ Iэф и Ud ном ³ Uном . (2.4)
Применим комплектный тиристорный электропривод КТЭУ-6300/ 1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов [2].
2.2.5. КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:
, (2.5)
где Udo - максимальное выпрямленное напряжение (угол управления a=0), В;
DUк ср - коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;
DUт=0,96 В - среднестатистическое падение напряжения на тиристоре [2].
2.2.6. Передаточный коэффициент ктп тиристорного преобразователя определим по формуле:
ктп=Ud ном/Uвх тп=1050/8=131,25 В, (2.6)
где Ud ном - номинальное выпрямленное напряжение, В;
Uвх тп=8 В - входное напряжение управления.
2.3. Выбор силового трансформатора
2.3.1. Полную мощность силового трансформатора Sт определим по формуле:
(2.7)
где км ср вз=0,575 - средневзвешенный коэффициент
мощности[2].
Рном - номинальная мощность двигателя, кВт.
2.3.2. Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:
U2=(кз/ксх)×(Vmaxкv+Uкср+IэфRяц)=
=(1,1/1,35)(16×55+26,4+4906×0,00881)=773 В, (2.8)
где кз=1,1 - коэффициент запаса [2];
ксх=1,35 - коэффициент схемы выпрямления [2];
кu - коэффициент пропорциональности, В/(м/с);
Uк ср - коммутационное снижение напряжения, В;
Iэф - эффективный ток, А;
Rяц - сопротивление якорной цепи, Ом;
Vmax - максимальная скорость, м/с.
Выбор трансформатора производится по двум параметрам - полной мощности Sт ном и напряжению на вторичной обмотке U2ном при соблюдении условий:
Sт нои ³ Sт и U2ном ³ U2. (2.9)
Для комплектной поставки в составе преобразовательного агрегата типа ТП3-6300/1050-10/ОУ4 применим масляный двухобмоточный с двумя активными частями в одном баке трансформатор типа
ТДНПД-12000/10У2 [2].
2.4. Расчет сглаживающего реактора
Сглаживающую индуктивность определяем из условия непрерывности выпрямленного тока. При этом принимается, что при угле отпирания тиристоров a=80° и токе нагрузки 10% от номинального (0,1Id ном) режим прерывистого тока должен быть исключен.
2.4.1. Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока Rs рассчитываем по формуле:
(2.10)
2.4.2. Базовый ток определим по формуле:
(2.11)
где U2 – максимальное значение напряжения на вентильной обмотке силового трансформатора.
2.4.3. Номинальный ток в относительных единицах:
; (2.12)
Базовый параметр нагрузки определяется по графику рис.2.1.[2] для значений 150, mб=6 и iдв=0,076 и составляет tgQб=7.
2.4.4. Требуемый параметр нагрузки, обеспечивающий допустимый коэффициент пульсации тока в выпрямленной цепи:
(2.13)
2.4.5. Суммарная индуктивность цепи выпрямленного тока.
(2.14)
где 2pf – угловая частота питающей сети;
2.4.6. Индуктивность активной части трансформатора.
(2.15)
где ек - напряжение короткого замыкания, отн.ед.;
U2 ном - фазное напряжение вентильной обмотки, В;
I2 ном - ток вентильной обмотки, А;
f - частота питающей сети,Гц.
2.4.7. Индуктивность якоря двигателя Lд определяем по формуле Лиумвиля-Уманского: