При эксплуатации конвейеров в условиях шахты электропривод подвержен воздействию агрессивных шахтных вод, угольной и породной пыли, а также в рудничной атмосфере зачастую присутствуют взрывоопасные газы (метан, сероводород и др.).
Поэтому электродвигатели конвейерного привода должны иметь защищённое исполнение.
Для подземных ленточных конвейеров применяются двигатели в рудничном взрывобезопасном исполнении типов КО, серии ВАО, а также специальные электродвигатели для конвейеров ЭДКОФ во фланцевом исполнении. Также в рудничном взрывобезопасном исполнении должна быть и аппаратура управления.
Стеснённость пространства выработок налагает требования к габаритным размерам привода, что приводит к его дроблению (применению нескольких двигателей меньшей мощности вместо одного большой мощности).
Эти и ряд других требований необходимо учитывать при проектировании электроприводов ленточных конвейеров.
Электрические приводы современных рудничных скребковых и ленточных конвейеров чаще выполняются многодвигательными. Даже при одной приводной станции оказывается целесообразным, а в ряде случаев и необходимым применение не одного, а двух или большего числа двигателей.
Для рудничных скребковых конвейеров увеличение потребной мощности электропривода путем повышения мощности двигателя ограничено требованиями к его габаритам, поэтому более удобно увеличивать количество двигателей в приводе. Кроме того, при многодвигательном приводе проще решается задача изменения мощности привода в зависимости от длины конвейера. Это достигается изменением количества установленных двигателей.
3. Пуск электродвигателя конвейера
С пульта управления у привода конвейера включается звуковая сигнализация, через 30-40 с, оператор путем нажатия кнопки “Пуск” подает управляющий сигнал на катушку контактора, которая, втягивая сердечник, подает питание на электродвигатель.
При нарушении нормальных режимов работы питание электродвигателя может быть отключено:
1. При сходе ленты со става конвейера с помощью реле датчика схода ленты.
2. При заштыбовке узла загрузки, а также при контроле уровня заполнения разгрузочного бункера с помощью реле датчика заштыбовки.
3. При принудительном отключении обслуживающим персоналом с помощью кабель -тросового выключателя по всей длине конвейера.
4. При использовании оператором кнопки “Стоп” на пульте управления при необходимости
4. Функциональная схема электропривода
Принципиальная электрическая схема
5. Используемая аппаратура управления и контроля
Датчик схода ленты типа КЛС-2
Датчик представляет собой гибкий стержень, состоящий из троса, растянутого пружиной, на который надето 8 резиновых конических шайб. Гибкий стержень заключен в резиновый кожух. При сходе лента начинает воздействовать на гибкий стержень сгибая его. При этом нижний конец троса перемещается, вытягивается из корпуса. Пружина, растягивающая трос, при этом сжимается, стремясь вернуть его в прежнее положение. К концу троса прикреплен концевой выключатель, при срабатывании которого отключается питание привода конвейера.
Техническая характеристика
Отклонение вершины датчика от оси, мм 65
Исполнение РВ
Размеры, мм 14062350
Датчик контроля заштыбовки
Предназначен для отключения конвейерных линий при завале мест перегрузки, представляет собой корпус, подвешенный на тросе в бункере. При заполнении бункера материалом датчик меняет свое положение. Внутри датчика находится шариковый контакт. Стальной посеребренный шарик при нормальном положении фиксируется в углублении. При наклоне корпуса датчика шарик перекатывается и замыкает цепь, при котором срабатывает реле датчика.
Техническая характеристика
Отклонения вершины датчика от оси, 0 11-140
Исполнение О
Размеры, мм 185155250
Реле датчика ИКС-2
Напряжение, В 220
Исполнение РВ
Размеры, мм 380415325
Кабель - тросовый выключатель КТВ-2
Предназначен для экстренной остановки конвейеров из любой точки технологической линии.
Состоит из троса прикрепленный к концевым выключателям.
Исполнение РО
Размеры, мм 30022090
Датчик скорости УПДС-2
Датчик представляет собой десятиполюсный однофазный генератор переменного тока. Ротор датчика является постоянным магнитом и получает вращение от одного из роликов несущих ленту. Магнитное сопротивление изменяется за счет прорезей, нанесенных вдоль оси на поверхности ролика. Сигналы от датчиков скорости подаются на реле скорости, т.е. аппарат, преобразующий этот сигнал в сигнал, соответствующий входным параметрам аппаратуры управления.
Напряжение датчика, В 220
Исполнение РВ
Размеры, мм 360220160
Реле скорости РСА
Напряжение, В 36
Потребляемая мощность, ВА 10
Исполнение РВ
Размеры, мм 520400426
6. Параметры двигателя
По соображениям требуемой мощности выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А355S6У4, параметры двигателя:
Рном = 160 кВт. хµ=3,8
n0 = 1000 об/минR1'=0,02
КПД = 93,5 %х1'=0,1
Cos = 0,9R2'=0,015
Sном = 1,8 % х2'=0,14
Jдр = 7
7. Уравнения для расчета параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя
ѓ = 50 Гц; ; ; ;;
; ; ; ; ;
; ; ; ;; ;
; ; ; ; ; ; ; ;
; ; ; ;
Расчетные параметры для схемы замещения:
8. Обоснование алгоритмов управления для программной реализации с ориентированием по полю ротора
В соответствии с техническим заданием разработан привод, который состоит из блока векторного управления, задатчика интенсивности, инвертора. В систему управления заключена модель двигателя.
Как известно, основная идея ориентирования потока заключается в приведении системы уравнений трехфазного АД к ортогональной системе координат 1, 2 вращающейся со скоростью вектора потока ротора, в которой переменные представляются, как установившиеся величины постоянного тока. Фазу и амплитуду тока статора регулируют так, чтобы составляющая тока Is1, определяющая поток, оставалась постоянной, а регулирование момента осуществлялось только изменением составляющей тока Is2, создающей момент двигателя.
Уравнение статорной и роторной цепей АД во вращающейся со скоростью системе координат имеют вид:
Если скорость вращения координат совпадает со скоростью вектора потока ротора , то вектор будет на оси 1 представлен своим модулем , а его проекция на ось 2 равна нулю и уравнения примут следующий вид:
где m - число фаз, p - число пар полюсов, kr - коэффициент связи ротора, - скорость вращения ротора.
Уравнения связи:
Из уравнений связи следует:
(8.1)
(8.2)
С учетом формул (1) и (2) уравнения АД примут вид:
(8.3)
(8.4)
(8.5)
где
Система управления должна стабилизировать поток ротора и следовательно ток Is1.
Уравнения (8.3, 8.4, 8.5, 8.6) при этом упрощаются:
(8.7)
(8.8)
(8.9)
(8.10)
Из уравнения (8.9) следует закон формирования тока Is1:
(8.11)
Из уравнения (8.6) следует закон формирования тока Is2:
(8.12)
Из уравнения (8.10) определяется величина абсолютного скольжения:
(8.13)
На основании определения скольжения необходима скорость вращения поля ротора:
(8.14)
Скорость вектора напряжения статора определяется из следующего соотношения:
где Q = аrctg, или , где
Исследование системы управления на модели показало малое влияние второго слагаемого на переходные процессы, поэтому закономерно принять:
Уравнения (8.11, 8.12, 8.13, 8.14) служат основой для построения микропроцессорной системы управления приводом с ориентированием потока ротора. Управление с регулированием напряжения требует формирования ортогональных составляющих вектора напряжения по обратной модели двигателя, которые вычисляются с использованием формул (8.7, 8.8).
(8.15)
(8.16)
Модель электропривода показана на рис.1.
Описание структурной схемы и назначение ее элементов
Входными для системы управления являются сигналы:
1. Задание по моменту;
2. Скорость вращения.
Выходными для системы управления являются сигналы:
1. Момент двигателя;
2. Скорость.
Структурная схема привода состоит из:
1.Инвертора, который преобразует полярные координаты в трехфазное синусоидальное напряжение.
2.Блока векторного управления.
3.Задатчика интенсивности.
4.Модели двигателя.
Алгоритм управления
Уравнения статорной и роторной цепей АД, во вращающейся со скоростьк, системе координат имеют вид:
;
;
;
.
Уравнение для момента: ,где
m-число фаз, p-число пар полюсов, Kr-коэффициент связи ротора, - скорость вращения ротора.
Если скорость вращения координат совпадает со скоростью вектора потока ротора , то вектор будет на оси 1 представлен своим модулем а его проекция на ось 2 равна нулю и уравнения примут следующий вид:
;
;
;
;
.
Используя уравнения связи:
Из которых следует: ; (8.17)
; (8.18)
.
С учётом формул (1),(2) уравнения АД примут вид:
; (8.19)
(8.20)
; (8.21)
, где; . (8.22)
Система управления должна стабилизировать поток ротора и следовательно ток . Уравнения (8.19, 8.20, 8.21, 8.22) при этом упрощаются: электропривод конвейер асинхронный ротор
(8.23)
(8.24)
; (8.25)
. (8.26)
Из уравнения (8.25) следует закон формирования тока :
. (8.27)
Из уравнения (8.22) следует закон формирования тока :
. (8.28)
Из уравнения (8.26) определяется величина абсолютного скольжения
. (8.29)
На основании определения необходимая скорость вращения поля ротора
. (8.30)
Скорость вектора напряжения статора определяется из соотношения:
,где , или ,где .
Исследование системы управления на модели показало малое влияние второго слагаемого на переходные процессы, поэтому закономерно принять:
.
Уравнения (8.27, 8.28, 8.29, 8.30) служат основой для построения системы управления приводом с ориентированием потока ротора.
Управление с регулированием напряжения требует формирования ортогональных составляющих вектора напряжения, которые вычисляются с использованием формул 8.23, 8.24.
; (8.31)
. (8.32)
По вычисленным составляющим вектора напряжения находится амплитуда напряжения:
.
На основании информации о фазных токах вычисляется модуль вектора тока статора по формуле:
где
Ток, определяющий момент двигателя может быть найден исходя из неизменности тока определяющего потокосцепление ротора.
.
Управление потоком
Модуль вектора потокосцепления ротора в системе управления задается наравне номинального значения. В процессе работы для обеспечения нормальной и экономичной работы привода потоком необходимо управлять. Так при работе на скоростях выше номинальных его необходимо уменьшать по аналогии с машинами постоянного тока, при малых нагрузках для уменьшения потребляемого тока поток также надо уменьшать.
Работа с ослаблением поля требует формирования задания по потоку в соответствии с формулой:
при ном ,
Работа в режиме минимума тока статора, когда ток Is1 становится больше тока Is2 , минимум тока статора обеспечивается при управлении потоком исходя из соотношения:
Is1 = Is2
Приравнивая (8.28) и (8.29) получим закон управления потоком:
Расчет параметров настроек регуляторов системы регулирования
Расчет регуляторов выполним на симметричный оптимум.
Как видно из рисунка, данный канал содержит два контура регулирования с ПИ-регулятором тока и ПИ-регулятором потокосцепления.
Передаточная функция разомкнутого контура тока имеет вид:
Отсюда следует, что регулятор тока должен компенсировать постоянную времени контура Ts+Tr.
Передаточная функция ПИ-регулятора тока:
Крт Тит = Тs + Tr = 1,6 с
Передаточная функция замкнутого контура тока:
Передаточная функция разомкнутого контура регулирования, потокосцепления ротора двигателя имеет вид:
ПИ-регулятор потокосцепления ротора двигателя будет компенсировать постоянную времени Тr, отсюда его передаточная функция имеет вид:
Передаточная функция замкнутого контура:
При наличии компенсирующих связей контур тока имеет вид:
Настройка на технический оптимум:;
Канал содержит внутренний токовый контур с ПИ- регулятором тока и внешний контур регулирования скорости с П - регулятором скорости.
Внутренний контур тока будет иметь те же настройки, что и в канале регулирования потокосцепления ротора.
Стабилизация потокосцепления и тока формирующего момент двигателя позволяют свести контур скорости к двум звеньям
Передаточная функция разомкнутого контура скорости будет иметь вид:
Замкнутый контур скорости:
Рассчитав каналы регулирования системы векторного управления можно исследовать работу привода на разных режимах его работы.
Осуществим пуск привода при номинальной нагрузке на скорость, равную половинной от номинальной. На вход регулятора скорости поставим задатчик интенсивности.