Скачать презентацию Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному
ШПУ_2016.ppt
- Количество слайдов: 80
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению ШПУ является одним из важнейших звеньев транспортной цепи добывающих предприятий. Современные ШПУ обслуживают стволы глубиной до 1500 м. Для обслуживания глубоких стволов скорость движения выбирается значительной, в противном случае необходимую производительность шахтной подъёмной установки обеспечить невозможно. Максимальная скорость движения подъёмных сосудов по стволу достигает 20 м/с. При этом сохраняется высокие требования к точности стопорения ± 50 мм, следовательно нужен широкий диапазон регулирования скорости (не менее 50: 1). Таким образом, применение регулируемого электропривода для шахтной подъёмной установки обязательно.
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Существенно сложнее, чем у лифтов, организация защиты шахтной подъёмной установки. Например, защиту от выхода подъёмного сосуда выше нормального крайнего положения (переподъём) не может обеспечить только концевой выключатель. Необходим контроль снижения скорости и включения торможения, если на каком-либо участке скорость снижается недостаточно интенсивно. Если ограничиться только концевым выключателем, как в лифте, то потребуется дополнительный путь переподъёма (переспуска) большей протяжённости (при v=15 м/с − 70 м). По назначению ШПУ классифицируют следующим образом: - грузовые, - людские, - грузо-людские, - проходческие. По типу подъёмных сосудов ШПУ классифицируют следующим образом: -двухсосудные (двухклетевые, двухскиповые); - однососудные (клеть с противовесом, скип с противовесом, одноконцевой).
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению а) По углу трассы ШПУ различают: вертикальные (весьма дорогостоящие) и наклонные. В последнем случае в качестве подъёмных сосудов могут использоваться скипы специальных конструкций или вагонетки. По типу органов навивки подъёмные машины могут быть следующих конструкций: барабанные и фрикционные. Барабанные машины − это машины, у которых канат закреплён на органе навивки. Такие подъёмные машины могут быть однобарабанными и двухбарабанными. На двухбарабанных машинах один канат из подъёмных сосудов вверх наматывается на один барабан, а другой канат в это время сматывается с другого барабана. На однобарабанных машинах один канат сматывается с барабана, а другой наматывается на освободившуюся поверхность. КШ КШ ПМ б) ГК УК Р Д Схема расположения ШПУ на уровне земли Проходческие подъёмные машины применяются для выдачи грузов и людей из забоев при проходке стволов и имеют один подъёмный сосуд − бадью. Барабанные подъёмные машины, как правило, выполняются с цилиндрическим барабаном. Для глубоких стволов применяют подъёмные машины с бицилиндрическим барабаном (переменный радиус навивки). Такая конструкция подъёмной машины обеспечивает более равномерную нагрузку на ЭП и питающую сеть в течении цикла.
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Схема яруса армировки вертикального скипо -клетеного ствола: 1 – бетонная крепь ствола, 2 – Схематичный вид подземного рудника рассирельные балки, 3 – скипы, 4 – клеть, 5 – противовес клети, 6 - проводники Зумпф - нижняя часть шахтного ствола, используемая для размещения скипа или многоэтажной клети во время их загрузки или разгрузки, а также для сбора стекающей по стволу воды. Штрек - горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая выхода на поверхность и расположенная по простиранию месторождения полезного ископаемого. Различают транспортный, вентиляционный и др. штрек.
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Бадья, 3 м 3, 10 т Бурильная установка
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Одноконцевая проходческая лебедка 55 к. Вт, iр=1300, грузоподъемность 45 т, скорость (мах)=0. 15 м/с
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Фрикционные подъёмные машины − это машины, у которых движение канату передаётся за счёт сил трения. В качестве канатоведущего органа в таких машинах используются одноканатные или многоканатные шкивы трения. Одноканатные подъёмные машины со шкивом трения называют машинами Кеппе. Фрикционные подъёмные машины с многоканатным шкивом трения получают всё большее распространение благодаря следующим основным преимуществам: уменьшение массогабаритных показателей и повышение безопасности из-за наличия нескольких канатов. По степени уравновешенности подъёма подъёмные машины могут быть полностью статически уравновешенными и частично уравновешенными. Полное уравновешивание достигается в том случае, когда установка имеет уравновешивающий (хвостовой) канат, вес которого равен погонному весу головного каната. По расположению относительно уровня земли подъёмные установки бывают: расположенными на уровне земли; расположенные на башенном копре, сооружённым над стволом или над землёй (чаще всего это наклонные подъёмные установки). Высота копра может достигать от 40 до 90 м.
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению К ПМ Л Каждая подъёмная машина оснащена механическим тормозом, который используется в рабочих режимах, а также при возникновении аварийной ситуации для экстренной остановки (предохранительное торможение). Затормаживание обеспечивается грузом или пружинами, а растормаживание − гидравлическим или пневматическим приводом. Управляя давлением в приводном цилиндре можно регулировать усилие в широких пределах. Управление тормозом в режиме ручного управления производится так называемым регулятором давления, который представляет собой электрогидравлический или электропневматический преобразователь, за счёт изменения тока входной катушки. В случае возникновения какой-либо аварийной ситуации подаётся команда на отключение ЭП подъёмной машины, а также на отключение катушки электроклапана для экстренного выпуска рабочего тела из цилиндра тормоза, что приводит к предохранительному торможению. Д ГК С Б УК Схема расположения ШПУ на башенном копре ПМ − подъёмная машина, Д − приводной двигатель, ГK − головные канаты, УK − уравновешивающие канаты, С − скип, Б − приёмный бункер, Л − пассажирский лифт, K − монтажно-ремонтный кран.
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Маневровый тормоз на быстроходном валу с гидротолкателем (Р=0, 25 к. Вт) Пружины колодочного тормоза Гидронасос Р=18, 5 к. Вт, электрогидроаккумулятор
Требования к ЭП ШПУ, нормируемые правилами безопасности Правилами безопасности нормируются следующие параметры предохранительного торможения. - время от момента срабатывания защиты до соприкосновения тормозных колодок с тормозным ободом (так называемое время холостого хода) − не более 0. 3 с; - время срабатывания тормоза (время от момента срабатывания защиты до момента достижения тормозным усилием значения, равного статической нагрузке) − не более 0. 8 с; - замедление, которое возникает при предохранительном торможении, должно лежать в пределах (0. 5… 5) м/с2; - замедление, которое возникает при предохранительном торможении для многоканатных подъёмных машин должно быть не более 3 м/с2. Для того, чтобы исключить проскальзывание каната по футеровке (расчётный коэффициент трения f=0. 25). - после остановки машины предохранительный тормоз должен развивать усилие не менее трёх статических от номинального груза (FT=3∙FСТН). Правила безопасности требуют, чтобы предохранительный тормоз воздействовал непосредственно на орган навивки. Правилами безопасности нормируются также: - максимальная скорость перевозки людей − 12 м/с; - максимально допустимая скорость подхода подъёмного сосуда к крайнему положению для груза − 1. 5 м/с; - максимально допустимая скорость подхода подъёмного сосуда к крайнему положению для людей − 1. 5 м/с.
Требования к ЭП ШПУ, нормируемые правилами безопасности Храповой механизм - зубчатый механизм для преобразования возвратновращат. движения рычага в прерывистое вращат. движение храпового (зубчатого) колеса промежуточным звеном (собачкой), поворачивающим храповое колесо только в одном направлении. X. м. применяют в качестве задерживающего устройства (напр. , в грузоподъёмных машинах) или для получения периодич. врашат. движения в одном направлении с остановками (напр. , механизмы подачи в автоматич. линиях).
Расчёт мощности для ЭП ШПУ Зависимость скорости подъёмного сосуда от времени или от пройденного пути называется тахограммой подъёмной установки. Рабочая тахограмма скиповой подъёмной установки может содержать от четырёх до семи периодов. Это обусловлено конструкцией скипа и условиями разгрузки. Скип обычно разгружается через боковое отверстие, закрываемое секторным затвором. Загрузка скипа производится через верхнее отверстие, не имеющее затвора. Для того, чтобы в верхнем крайнем положении скип разгружался в приёмный бункер, необходимо открыть секторный затвор. Для этого он снабжён роликами, которые взаимодействуют со специальными направляющими, закреплёнными неподвижно в районе бункера (так называемые направляющие кривые). В результате такого взаимодействия затвор поворачивается вокруг оси и открывает отверстие скипа над бункером. Когда скип идёт вниз, ролики затвора в обратном направлении катятся по направляющим, перемещая затвор в положение “закрыто”. При взаимодействии роликов с кривыми скорость должна быть в пределах от 0. 3 до 0. 5 м/с. Этим обусловлен участок малой скорости в начале тахограммы и в её конце. Последний также необходим для точного стопорения скипа.
Классификация шахтных подъёмных установок по назначению и конструктивному исполнению Скип «лежа»
Расчёт мощности для ЭП ШПУ max При рассмотрении тахограммы участками при разгоне от нулевой скорости дотягивания и при замедлении от скорости дотягивания до нуля пренебрегают ввиду их малости. Пауза между циклами принимается равной в секундах, грузоподъёмность скипа в тоннах. t 1 Отдельные периоды тахограммы рассчитываются следующим образом ар ар аз дот t t 2 t 3 t 4 t 5 tп tц Пятипериодная тахограмма скиповой подъёмной установки Для клетевых подъёмных установок часто принимают max более простую трёхпериодную тахограмму аз t t 1 t 2 tдвиж t 3 tп tц Трёхпериодная тахограмма подъёмной установки
Расчёт мощности для ЭП ШПУ tп − время паузы (с), vдот − скорость дотягивания (м/с), hдот − высота дотягивания, G − масса полезного груза (кг). Годовая производительность ШПУ: N=300 − число рабочих дней в году, tc=18 ч − число рабочих часов в сутки. Dm Jм Jд i Усилие, возникающее на окружности органа навивки подъёмной машины будет равно: Jред Н – Х K=1. 15… 1. 2 − коэффициент вредных сопротивлений движению подъёмного сосуда; p, q − погонная масса головных и уравновешивающих канатов (кг/м); g=9. 81 м/с2 − ускорение свободного падения; H − полная высота подъёма (м); X − координата подъёмного сосуда (м); m − приведённая к радиусу навивки масса всех вращающихся и поступательно движущихся элементов (кг). Это уравнение в теории ШПУ называют уравнением Фёдорова М. М. , по имени автора, предложившего его. F G Gc Х Н Х q F 1 F 2 Gc Н – Х
Расчёт мощности для ЭП ШПУ Это уравнение учитывает статические и динамические нагрузки, и может быть использовано для построения графика нагрузки, но для вычислений необходимо знать параметр ротора двигателя Jдв (его момент инерции), чтобы учесть его при вычислении приведённой массы m. Это можно сделать, имея конкретный двигатель, а для его выбора необходима диаграмма нагрузки. Поэтому вначале определяют ориентировочную мощность двигателя по формуле: ηд=0. 98 − КПД двигателя, kзап=1. 2… 1. 25 − коэффициент запаса. Затем выбирают по каталогу ближайший больший по мощности двигатель, и с учётом момента инерции ротора определяют суммарную приведённую массу установки: Jм, Jp, Jдв − моменты инерции подъёмной машины, редуктора, электродвигателя (приведённые к тихоходному валу); Dм − диаметр барабана (м). Формула (*) приведена для случая полного уравновешивания, когда p=q.
Расчёт мощности для ЭП ШПУ Затем пользуясь уравнением Фёдорова, строят диаграмму усилий: По диаграмме усилий определяют эффективное (среднеквадратичное) усилие на окружности радиуса навивки: Диаграмма усилий α=0. 66, β=0. 33 − коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения при пониженной скорости или стоянке. α=β=1, если охлаждение принудительное. Далее определяют номинальное усилие двигателя, приведённое к радиусу навивки: Pн (к. Вт) и nн (об/мин) − номинальные параметры двигателя. Если Fэф≤Fдв. ном, то выбранный двигатель проходит по нагреву. Проверка двигателя по перегрузочной способности:
Расчёт мощности для ЭП ШПУ Для ЭП на базе АДфр важным является правильный выбор величины замедления. Тормозной режим такого двигателя при ω<ω0 может быть реализован в режиме динамического торможения или при помощи механического тормоза, что в обоих случаях связано с потерей энергии. Необходимо правильно выбрать a 3 так, чтобы обеспечить F 3=0. Это возможно при замедлении, равном: k=1. 15… 1. 2 − коэффициент вязких сопротивлений Реализация принятой при проектировании подъёмной установки рабочей тахограммы связана с получением путевых команд. В режиме ручного управления, машинист, руководствуясь по указателю глубины текущего положения подъёмных сосудов в стволе, управляет ЭП, и при необходимости тормозом, обеспечивая более или менее близкое совпадение фактической и расчётной тахограммы. В режиме автоматического управления команды в функции положения сосуда в стволе, выдаёт путевой командоаппарат. Управление подъёмной машиной производится с пульта, на котором находятся две рукоятки: управление ЭП и тормозом, указатель глубины, необходимые электроизмерительные приборы и сигналы подачи управления. Подавляющее большинство подъёмных машин оснащены одноканальными сельсинными указателями глубины. Сельсин-датчик приводится во вращение от вала подъёмной машины и делает обычно 100 оборотов за весь путь подъёма. На пульте установлен сельсинный указатель глубины, точная стрелка которого связана с сельсин− приёмником непосредственно. Грубая стрелка получает вращение через редуктор с передаточным числом i=100. Грубая стрелка делает за весь путь 1 оборот. В последнее время появились цифровые указатели глубины.
Основные аппараты защиты и контроля работы ЭП ШПУ Важнейшим требованием к ЭП и системе управления ШПУ является безопасность эксплуатации. Крупные клетевые установки перевозят по стволу одновременно до 100 человек. Остановка главного ствола крупной шахты, по которых полезное ископаемое перевозится в скипах ёмкостью от 40 до 50 т, существенно сказывается на производительности всей шахты. Система защиты подъёмной установки включает в себя комплект аппаратов защиты, каждый из которых реагирует на воздействие определённой аварийной ситуации и предохранительный тормоз, который является исполнительным органом всех аппаратов защиты. Дисковый тормоз Колодочный тормоз
Основные аппараты защиты и контроля работы ЭП ШПУ Входные контакты всех аппаратов защиты включены последовательно в цепь катушки контактора KM (предохранительный тормоз), контакт которого управляет клапаном тормозной системы. Все контакты аппаратов защиты в отсутствие аварийной ситуации замкнуты. Эта же цепь используется и для организации нулевой блокировки: включается контактор KM и подаёт напряжение в систему управления после перерыва в питании, контроллер SA 0 в нейтральном положении, рукоятка рабочего тормоза SB 2 − в положении “заторможено”, нажата кнопка SB 1 (зарядка схемы). + QF QF SB 1 SA 0 (КК-0) (ТП) Зарядка КМ (ТП) КМ SB 2 SB 3 (ВБТР) (АК) SB 4 (АП) KR 1 … Кri (Ai …) КМ (ТП) К системе управления ШПУ Принципиальная схема цепи защиты ШПУ ВБТР – выключатель блокировки тормоза рабочего (снятие «зарядки» )
Основные аппараты защиты и контроля работы ЭП ШПУ Каждая подъёмная машина в соответствии с правилами безопасности снабжается следующими основными аппаратами защиты и контроля: 1. Концевыми выключателями, срабатывающими при подъёме одного или другого подъёмного сосуда на 0. 5 м выше крайнего положения, а также дублирующими выключателями, срабатывающими в этих положениях. 2. Ограничителем скорости, вызывающим разрыв цепи защиты в следующих случаях: − превышение в период замедления скорости защитной тахограммы, величина которой в каждой точке пути определяется из условия предотвращения аварийного переподъёма или жёсткой посадки на кулаки; − превышение максимальной скорости на 15 %; − подход подъёмного сосуда к крайнему положению со скоростью 1 м/с для клетевых подъёмников и 1. 5 м/с для скиповых подъёмников. 3. Защитой от чрезмерного износа тормозных колодок. 4. Защитой от провисания каната и напуска каната в ствол при зависании опускающегося сосуда. 5. Блокировкой, позволяющей включить двигатель в случае переподъёма только в сторону ликвидации этого переподъёма. ШПУ могут иметь и ряд других специфических защит, обусловленных конструкцией подъёмной установки.
Устройство защиты ШПУ от превышения скорости и пробуксовки канатоведущего шкива Наиболее важным аппаратом по тяжести аварий, которые он предотвращает, является релейный ограничитель скорости, наиболее распространённый типа РОС− 5914. Подъёмная машина ПМ оснащена тахогенератором постоянного тока BR и двумя реостатами R 1, R 2, движки которых приводятся в движение от кулачков, расположенных на ретардирующих дисках RD 1 и RD 2. Эти диски связаны с валом подъёмной машины и делают не более 1 оборота за цикл подъёма. При подходе одного или другого сосуда к крайнему В цепь защиты положению, кулачок на диске воздействует на ползунок соответствующего реостата и уменьшает его сопротивление. KR 1 KR 2 В таком же темпе должна снижаться скорость. Если замедление идёт КR 1 КR 2 с недостаточным темпом, ток I + I увеличивается. Это приводит к UBR срабатыванию реле KR 2, размыкающий BR LBR контакт которого введён в цепь защиты. R 1 VD 1 Реле KR 1 необходимо для контроля максимальной скорости. Если R 2 VD 2 размыкающий контакт введён в цепь разрешения пуска машины. Реостаты R 1 и R 2 работают по очереди за счёт изменения ПМ полярности напряжения UBR в соседних RD 1 RD 2 циклах и наличие диодов D 1 и D 2. R 1 R 2 Принципиальная схема ограничителя скорости РОС - 5914
Устройство защиты ШПУ от превышения скорости и пробуксовки канатоведущего шкива Такие устройства широко распространены на подъёмных установках, однако имеют ряд недостатков: малый масштаб по пути; низкая стабильность уставки срабатывания; недостаточный контроль максимальной скорости, так как реле KR 1 имеет разброс уставки срабатывания; появление погрешностей (проскальзывание) на фрикционных ШПУ после ремонтных работ, поэтому на действующих установках обязательно требуются применение дублирующих ограничителей скорости. В настоящее время получают всё больше распространение ограничитель скорости ОСПМ, имеющий комбинированную цифро-аналоговую схему (рис. ). Аппарат имеет 2 независимых идентичных канала (I и II): 1) фотоэлектрический датчик импульсов, взаимодействующий с модулятором на окружности барабана (DU 1 и DU 2) для первого и второго канала соответственно; 2) герконовые датчики, установленные в стволе вначале участка замедления сосуда, идущего вверх (K 1 и K 2 − для первого канала, K 3 и K 4 − для второго канала). Эти выключатели взаимодействуют с постоянными магнитами, закреплёнными на сосудах. Импульсы датчика DU с помощью функционального преобразователя частотанапряжение преобразуются в аналоговый сигнал действительной скорости vд. Кроме того, этот же датчик DU связан с реверсивным двоичным счётчиком РДС, направление счёта которого (сложение или вычитание) определяется информацией о направлении движения подъёмного сосуда, содержащегося в сигнале DU.
Устройство защиты ШПУ от превышения скорости и пробуксовки канатоведущего шкива DU 2 При помощи K 1 и K 2, а также логического устройства ЛУ на DU 1 h протяжении всего ствола от РДС ЦАП крайней нижней точки до точки К 2 К 4 К 3 К 1 з д установки выключателей (начало f/U участка замедления) счётчик РДС ЛУ удерживается в состоянии, когда УС в нём записан двоичный код I канал длины участка замедления. В момент срабатывания K 1 (для УВК ПУ первого скипа) или K 2 (для второго скипа), РДС вступает в КR 1 КR 2 работу и работает на вычитание при движении соответствующего 1 2 скипа вверх и на сложение при движении вниз. Т. о. , текущий код II канал в РДС соответствует пути, который осталось пройти данному скипу до верхнего 1 2 крайнего положения (координата Функциональная схема ограничителя скорости ОСПМ Н). 1 В цепь пуска 2 В цепь защиты
Устройство защиты ШПУ от превышения скорости и пробуксовки канатоведущего шкива При помощи ЦАП этот код непрерывно превращается в аналоговый сигнал h, который после извлечения корня превращается в сигнал скорости заданной тахограммы: а 3 − замедление по заданной тахограмме. В устройстве сравнения УС сигналы vд и v 3 сравниваются, и в случае vд>v 3 происходит срабатывание порогового устройства ПУ, реле KR 2 обесточивается, разрывая свой контакт в цепи защиты. Аналогично работает второй канал. В каждом из каналов имеется устройство взаимного контроля УВК, в котором сравниваются аналоговые сигналы с выхода УС первого и второго каналов. В случае недопустимого расхождения этих сигналов срабатывает реле контроля KR 1, при этом заданный цикл разрешается завершить, а следующий пуск запрещается. Ограничитель скорости ОСПМ имеет необходимый уровень надёжности. В случае проскальзывания каната на многоканатных машинах синхронизация аппарата обеспечивается автоматически в точке начала участка замедления за счёт установки герметичных контактных датчиков K 1…K 4 непосредственно в стволе. Многоканатные подъёмные машины должны оснащаться защитой от пробуксовки канатоведущего шкива при неподвижных канатах. Эта защита должна срабатывать в случае перегрузки подъёмных сосудов или их застревания. Пробуксовка приводит к перегреву прессмассовой футеровки канатоведущего шкива и к её тепловому разрушению. Применяемая в настоящее время аппаратура защиты работает на принципе сравнения перемещений навивочной поверхности шкива и канатов. Датчиком перемещения служит импульсный преобразователь, соединённый с валом подъёмной машины, а датчиком перемещения каната служит импульсный преобразователь, соединённый с отклоняющим шкивом.
Устройство защиты ШПУ от превышения скорости и пробуксовки канатоведущего шкива С Д 1 КШ СЧ 1 Сброс Д 2 Сброс СЧ 2 Fп F 0 РЗ С РК В цепь защиты В цепь сигнализации ОШ Функциональная схема аппарата защиты от пробуксовки канатоведущего шкива Реальная уставка такого аппарата защиты определяется коэффициентом пересчёта счётчиков и квантом путевых импульсов. Допустимый из условия перегрева футеровки путь скольжения каната определяется из теплового баланса работы трения и работы, необходимой для разогрева футеровки до её размягчения. При условии допущений, идущих в запас, опасная пробуксовка составляет около 20 м. При движении подъёмного сосуда вниз иногда происходит его застревание (зависание), которое обусловлено дефектом направляющих или искривлением ствола, а также при попадании посторонних предметов на проводники. В случае многоканатной подъёмной машины застревание сосуда вызывает пробуксовку канатоведущего шкива и срабатывания описанной выше защиты.
Устройство защиты ШПУ от превышения скорости и пробуксовки канатоведущего шкива На ШПУ, оснащённых барабаном, зависание опускающегося сосуда приводит к напуску каната в ствол. Срыв сосуда при этом сопровождается разрушением каната. К сожалению, до сих пор надёжных устройств защиты от напуска канатов не существует, и проблема требует своего решения. Поскольку клети ШПУ оборудованы парашютами, такие аварии исключены. На скиповых установках случаи обрыва каната часто приводят к значительным простоям шахт. В цепи защиты обычно включено большое количество контактов (10− 15) различных аппаратов. Отыскать причину разрыва цепи защиты и предохранительного торможения зачастую бывает трудно. В настоящее время создаются диагностические системы для ШПУ, которые в числе других задач решают задачу: какой из аппаратов защиты вызвал предохранительное торможение. На рис. вариант схемы отбора информации непосредственно от цепи защиты. + КМ Ki Ki+1 ТП R R R 50 к. Ом VS ELi UD ELi+1 TV Схема отбора информации непосредственно от цепи защиты
Модернизация электропривода и автоматизация шахтных подъемных установок Требования к ЭП и автоматике подъемных установок. Эти требования, имеющие рекомендательный характер, можно разделить на три группы: – требования к функциям систем управления и автоматизации; – требования к аппаратуре управления, ее конструктивному исполнению и размещению в здании подъемной машины; – требования к аппаратам и схемам защиты, блокировки и сигнализации. Система управления и автоматизации должна удовлетворять следующим требованиям: 1. Предусматривать способы управления: - автоматическое – цикл выполняется автоматически после получения разрешающих сигналов от аппаратов, контролирующих процессы разгрузки и загрузки подъемных сосудов; - дистанционное – цикл выполняется автоматически по сигналам оператора загрузочного устройства или опрокида; - местное – цикл выполняется автоматически по команде машиниста подъемной машины; - ручное – управление осуществляется машинистом подъемной машины. Автоматическое управление является основным. Остальные способы управления следует рассматривать, как вынужденные, и применять их только в процессе выполнения пуско-наладочных работ или на период времени, необходимый для устранения неполадок, препятствующих автоматическому управлению.
2. Предусматривать остановку подъемных сосудов в промежуточных точках ствола (режим отбоя), если по условиям эксплуатации их нельзя останавливать в крайних положениях на длительный промежуток времени. Рекомендуется поднимаемый сосуд останавливать на отбой перед разгрузочными кривыми. Если в зимнее время это неприемлемо по причине обмерзания сосуда и его содержимого, то следует дополнительно предусматривать возможность постановки подъемных сосудов на отбой в теплой части ствола. 3. При автоматическом управлении должна существовать принципиальная возможность проходить отдельные участки ствола на пониженной скорости, если по условиям эксплуатации в этом возникает необходимость. 4. Необходимо предусматривать выборку слабины каната до начала периода движения, если загружаемый подъемный сосуд устанавливается на посадочные брусья. 5. Полностью использовать возможности ЭП подъемной машины для формирования близкой к оптимальной диаграммы скорости (т. е. обеспечивающей максимальную производительность при условии непревышения допустимого уровня динамических нагрузок в элементах подъемной установки). 6. Если подъемная установка оборудована загрузочным устройством с секторным затвором, который открывается под действием веса опускающегося скипа, то в момент посадки скипа на педаль его скорость должна составлять не более 0, 5 -0, 6 м/с. Если скип в период дотягивания не имеет механического контакта с загрузочным устройством, то скорость дотягивания в зависимости от возникающих в разгрузочных кривых динамических усилий принимается в пределах 0, 7 -1 м/с. 7. Минимальный путь дотягивания подъемных сосудов необходимо принимать в зависимости от конструкции загрузочно-разгрузочных устройств и самих сосудов. В реальных условиях всегда наблюдается разброс точки начала дотягивания, что вынуждает увеличивать путь дотягивания сверх минимальной величины. Одной из причин разброса является погрешность (нестабильность) пути основного замедления подъемных сосудов, обусловленная различной величиной статического усилия. Эта погрешность должна составлять не более 1 м. Современные САР скорости позволяют получить и более высокую точность регулирования, однако это не дает сколько-нибудь заметного увеличения производительности подъемной установки, так как сохраняется разброс точки начала дотягивания, обусловленный действием прочих факторов (различная величина упругой деформации канатов, неточность срабатывания этажных выключателей и др. ), устранение которых требует существенного усложнения САУ.
8. Точность остановки подъемных сосудов в конечных положениях должна быть достаточной для их надежной разгрузки при полном исключении случаев срабатывания выключателей переподъема. Для соблюдения установленных норм выключатели настраиваются на срабатывание при переподъеме в 0, 4 -0, 5 м. В этих условиях для скипов допустимое отклонение от нормального положения в месте разгрузки должно составлять до +300 мм с учетом разброса точки срабатывания выключателя стопорения, пути стопорения и приподнимания скипа после разгрузки вследствие уменьшения величины упругой деформации канатов. Поэтому величина пути стопорения по экспериментальным данным не должна превышать 50100 мм. При использовании качающихся площадок отклонение подъемных сосудов от нормального положения должно составлять до ± 100 мм. 9. Перед стопорением снижать скорость до 0, 3– 0, 4 м/с, т. е. вводить дополнительную (посадочную) ступень скорости для обеспечения требуемой точности остановки подъемных сосудов в конечных положениях и снижения динамических нагрузок при посадке опускаемого сосуда на брусья и в момент стопорения машины механическим тормозом. Переход на посадочную скорость происходит в результате срабатывания этажного выключателя путевого командоаппарата, а команда на стопорение машины поступает от датчика, установленного на копре (или в стволе). При точной настройке этажного выключателя стопорение машины механическим тормозом происходит сразу же после перехода на посадочную скорость. Однако вследствие различной величины упругой деформации канатов поднимаемого сосуда и разброса точки срабатывания этажного выключателя движение с посадочной скоростью может происходить на участке пути до 1 м. Чтобы при этом не происходило сколько-нибудь заметного увеличения продолжительности цикла из-за статического падения скорости, она должна поддерживаться с точностью до ± 0, 05 м/с. На подъемных установках с асинхронным ЭП при перегоне порожних сосудов или значительном их недогрузе обеспечить поддержание скорости с такой точностью затруднительно и для этого сравнительно редкого случая может быть допущено увеличение скорости на 0, 15 м/с. В результате путь стопорения возрастает, но это частично компенсируется отсутствием явления приподнимания сосуда после разгрузки. 10. Система управления ЭП должна допускать дозирование с приемлемой точностью момента подъемного двигателя при заторможенной машине, т. е. момент должен быть однозначной функцией перемещения рукоятки управления. Потребность в подобном дозировании возникает, если необходимо переместить подъемный сосуд на небольшой участок пути (иногда в несколько сантиметров), а даже незначительный обратный ход недопустим (например, при выполнении ремонтных работ в стволе с подъемного сосуда или разбуривании вагонеток в клети). В этом случае машинист создаст необходимый для предотвращения обратного хода двигательный момент, а затем постепенно растормаживает машину. 11. Производительность подъемной установки при автоматическом управлении должна быть не ниже максимальной часовой производительности при ручном управлении машиной наиболее опытным машинистом этой установки.
Аппаратура управления, ее конструктивное исполнение и размещение в здании подъемной машины должны удовлетворять следующим требованиям: 1. Вся аппаратура управления, защиты, стволовой и технологической сигнализации, устанавливаемая в здании подъемной машины, должна иметь комплектное исполнение и размещаться в блоке шкафов за исключением пульта управления, роторной станции, роторных сопротивлений и аппаратов, кинематически связанных с подъемной машиной. 2. Релейно-контакторную аппаратуру целесообразно применять на постоянном токе, так как по сравнению с аппаратурой на переменном токе она имеет более высокую надежность. Чтобы свести к минимуму сбои в ее работе, величина напряжения, коммутируемого открытыми контактами, должна составлять, как правило, не менее 220 В. Для коммутации слаботочных цепей рекомендуется применять герконовые реле, имеющие высокую надежность и небольшие габариты. Каждый из силовых регулирующих аппаратов должен содержать не более одного компактного легкозаменяемого блока управления. Электрические соединения внутри блока должны выполняться пайкой, без разъемных узлов. При этом в результате резкого сокращения объема внешней коммутации и числа разъемных соединений существенно повышается надежность аппаратуры и практически отпадает задача поиска неисправного блока, которая для обслуживающего персонала невысокой квалификации представляется достаточно сложной даже при наличии системы индикации неисправностей. 3. Иметь минимальное число регулировок, используемых для настройки аппаратуры после монтажа на объекте. Обилие регулировок усложняет процесс настройки и увеличивает вероятность неправильных действий со стороны обслуживающего персонала. 4. Трудовые затраты на пусковую наладку аппаратуры должны быть небольшими. В противном случае стоимость пусковой наладки оказывается чрезмерно высокой и может даже превысить первоначальную стоимость налаживаемой аппаратуры. 5. Блок шкафов управления целесообразно размещать по возможности в пределах прямой видимости от пульта управления. Это существенно облегчает процесс наладки и обслуживания электрооборудования.
Аппараты и схемы защиты, блокировки и сигнализации должны удовлетворять следующим требованиям: 1. Электрические схемы следует строить по возможности с максимальным самоконтролем, чтобы нарушения исправности отдельных элементов (потеря цепи в контактах, обрыв в катушках реле или соединительных проводах, выход из строя резисторов, диодов и т. п. ) не приводили к возникновению аварийной ситуации. 2. Система защит и блокировок должна контролировать работу подъемной установки, по крайней мере, с двойным перекрытием, т. е. выход из строя какого-либо защитного устройства еще не должен приводить к возможности возникновения неконтролируемого аварийного режима. 3. Защитное или блокировочное устройство должно реагировать на отклонение от нормального режима работы независимо друг от друга, т. е. выход из строя одного из них не должен сказываться на работе другого. Например, магнитные выключатели стопорения и переподъема не должны срабатывать от общего магнита, так как в случае его сбивания падающими в ствол кусками горной массы будут выведены из работы сразу оба выключателя. 4. Вероятность срабатывания защитного устройства по ложным причинам или вследствие его чрезмерной чувствительности к контролируемому параметру должна быть сведена практически к нулю, так как подобные срабатывания побуждают обслуживающий персонал загрубить «на глазок» или даже полностью заблокировать работу устройства. 5. Сложные защитные устройства должны иметь моноблочную конструкцию небольших габаритов и легко заменяться резервными. 6. Для облегчения поиска сработавшего защитного устройства целесообразно применять индикаторы срабатывания защит, по возможности электрически не связанные с цепью защиты.
Общие требования к ЭП ШПУ Электрооборудование подъёмной установки относится к классу IX (группа А) − этому соответствует вероятность работы на промежутке времени 720 ч P=0. 95, средняя наработка на отказ: Тотк=15000 ч, при времени восстановления (времени ремонта tрем=0. 5 ч, времени простоя после аварии tавар=0. 5 ч и времени работы в сутки tрабсут=15… 18 ч. Техническая целесообразность и экономичность эффективного регулируемого привода почти во всём диапазоне мощностей доказана. Выбор системы управления зависит от глубины подъёма, типа подъёмной машины, подъёмного сосуда, количества горизонтов и расстояния межу ними. ЭП подъёмной установки должен обеспечивать: а) работу с пониженной скоростью от 0. 3 до 1 м/с при снятии сосуда с жёстких посадочных устройств; б) замедление подъёмных сосудов, не превышающих 1 м/с2 для всех типов вертикальных и наклонных установок; в) ограничение ускорений величиной 1 м/с2 для людских подъёмов, а для грузовых подъёмов они определяются проектированием; г) отсутствие проскальзывания каната по футеровке на всех участках движения сосудов; д) устойчивую максимальную скорость при равномерном ходе независимо от нагрузки на валу двигателя и направления движения; е) движение сосудов с пониженной скоростью при дотягивании, в результате чего должна быть скомпенсирована погрешность системы регулирования. Для клетевых подъёмов жёстким закреплением концов канатов на барабанах путь дотягивания определяется только абсолютной ошибкой регулирования по пути в процессе замедления. Для скиповых подъёмов путь дотягивания определяется ошибкой по пути в процессе замедления и величиной пройденного пути движения скипа в разгрузочных кривых.
Общие требования к ЭП ШПУ Путь движения с пониженной скоростью со шкивом трения для клетевых подъёмов определяется абсолютной ошибкой регулирования по пути в процессе замедления и максимально возможным упругим проскальзыванием каната. Для скиповых подъёмников со шкивом трения путь дотягивания увеличивается из-за движения сосуда в разгрузочных кривых, т. о. , для клетевых барабанных ШПУ необходимо принимать равным 0. 5… 1 м, для клетевых со шкивом трения − 1… 1. 5 м, для скиповых барабанных − 2. 5… 3. 5 м, для скиповых со шкивом трения − 3… 3. 5 м. Наилучшей САУ для ШПУ является система с ограничением рывка и ускорения. Во всех системах автоматического управления приводом ШПУ с заданием программы движения в функции времени можно считать возможным достижение требуемого режима без дополнительной корректировки диаграммы скорости по пути только в период разгона. Период замедления, как показывает опыт эксплуатации ШПУ, применение дискретного в отдельных точках или непрерывного контроля движения подъёмного сосуда по пути является обязательным. Обеспечение необходимой точности остановки сосудов на многогоризонтных клетевых установках усложняется из-за изменения нагрузки от одного знака номинала до другого при подходе клети к заданному уровню с двух сторон. При очень больших глубинах упругая деформация канатов столь значительна, что механические устройства не могут обеспечивать её компенсацию, поэтому следует отдать предпочтение регулированию положения подъёмного сосуда посредством ЭП, создающего электромагнитный момент для управления положением сосуда на весу (так называемая плавающая подвеска).
Унифицированная тахограмма движения ШПУ Максимальную скорость для подъёма выбирают для ряда исполнений установок с учётом максимально допустимых vmaxдоп, и оптимальных величин vmaxопт скоростей. Оптимальные величины максимальной скорости vmaxопт и ускорения аmaxопт применяются в соответствие с ранее допустимыми рекомендациями, а для клетевых ШПУ выдерживают правила безопасности: для скипа для клети Эти параметры нормируются правилами безопасности. Цикл подъёма должен осуществляться по оптимальной диаграмме движения с ограничением ускорения и рывка. Рекомендуется при разработке и внедрении современных систем ЭП и автоматики ШПУ применять унифицированную диаграмму скорости (рис. ). Принятие унифицированной пятипериодной диаграммы движения основывается на необходимости аналогичности применения всех типов исполнений ШПУ. Осуществление трёх периодов движения во всех диаграммах не вызывает сомнения: основного периода разгона, движения с установившейся скоростью и основного периода замедления. В любой диаграмме скорости применяют период с установившейся сниженной скоростью vдот, на которой компенсируются ошибки управления скоростью в течении всех предыдущих периодов и дополнительно для скиповых машин ограничиваются нагрузки на разгрузочные кривые.
Унифицированная тахограмма движения ШПУ Унифицированная диаграмма движения ШПУ
Унифицированная тахограмма движения ШПУ Для клетевых подъёмных машин обеспечивается комфортность подхода к консольной точке пути, а для многоканатных машин компенсация переползания каната относительно ведущего шкива. Заданная унифицированная диаграмма движения допускает изменение величин v, a, ρ, изменение всех периодов времени t, но с ограничением этих величин в соответствии с технологией и правилами безопасности. Возможность и целесообразность использования унифицированной пятипериодной тахограммы движение является единственным условием универсальной системы автоматического управления ШПУ. Унифицированная диаграмма является оптимальной. Поставленные к ней требования по ограничению величин v, a, ρ дополняются следующими условиями: Hп − полный путь движения сосудов, ∆h − путевая ошибка. Для клети и скипа путевые ошибки принимаются: Скорость дотягивания должна быть стабильной от цикла к циклу. Столкновение клети с жёсткими упорами при vдот>vдот. доп оказывается опасным для жизни. Унифицированная диаграмма не изменяясь качественно, может варьироваться по величине разных параметров. При разъезде между далеко отстающими горизонтами для компенсации ошибки по пути диаграмма может дополниться промежуточной корректировочной скоростью с теми же ограниченными параметрами v, a, ρ.
Требования к системе регулирования подъёмного сосуда на заданном уровне (плавающая подвеска) Точная остановка подъёмных сосудов может быть выполнена на основе выравнивания подъёмного сосуда на заданном уровне посредством ЭП и датчика положения, который при ходе сосуда выше или ниже заданного положения выдаёт непрерывно изменяющийся сигнал управления знака и величины, необходимых для обеспечения действия ЭП на возвращение сосуда на заданный уровень. Основными необходимыми элементом должен быть датчик положения сосуда, основанный на непосредственном определении положения подъёмного сосуда на уровне загрузки-разгрузки, а также устройство включения системы автоматического управления в конце движения на скорости дотягивания. На процессы в САУ оказывают влияние вид и параметры путевой характеристики датчика положения подъёмного сосуда. Характер изменения напряжения датчика определяет ограничение параметров движения (ускорения и рывка). Величины a и ρ определяются не только условием ограничения усилий в электромеханическом оборудовании, но также и физиологическим воздействием на людей. По последнему ограничению величину ρ ограничивают временем реакции человека tp на возникновение ускорения а. Из этого условия допустимая величина рывка равна: ρ=2. 5… 5 м/с3 при а=0. 5… 1 м/с2 и tp=0. 2 c. При этих ограничениях обеспечивается достаточно спокойное движение (без неприятных ощущений человека). Учёт производных по пути выше третьей практического значения не имеет. Для уменьшения путевой ошибки выравнивание подъёмного сосуда может быть использована корректировка характеристики положения по статической нагрузке. Для этой цели применяются устройства измерения статической нагрузки, выполненные на основе вычитания из полного тока его динамической составляющей, или на основе измерения упругой деформации каната. При больших значениях упругой деформации каната применяются системы регулирования положения подъёмного сосуда в процессе загрузки-разгрузки посредством ЭП обязательно.
На подавляющем большинстве подъемных машин в качестве ЭП применяется АД с ФР с реостатом в цепи ротора. Этот привод имеет весьма существенные недостатки. Он не обладает регулировочными качествами, необходимыми для ШПУ. Механические характеристики АД с ФР с реостатом в цепи ротора являются нелинейными, исключают однозначность между положением рукоятки управления и скоростью при различных нагрузках. Неудовлетворительная управляемость, сильная зависимость пониженной скорости от изменения нагрузки неблагоприятны для выполнения рабочих диаграмм ШПУ. Неудовлетворительным являются и тормозные характеристики АД, так как невозможно осуществление электрического торможения на скорости ниже синхронной при нормальном включении двигателя. Для управления АД подъемной машины вынужденно используются различные характеристики при пуске, разгоне, замедлении и при управлении на промежуточных скоростях. Применение динамического торможения в значительной степени улучшает управление ЭП, обеспечивает плавность изменения и приложения нагрузок на элементы машины, создает возможность глубокого регулирования скорости при спуске грузов, получения устойчивой пониженной скорости, что упрощает ручное управление приводом. Практически все подъемные установки с асинхронным приводом с реостатом в цепи ротора управляются машинистом подъема вручную, при этом присутствует и играет большое значение человеческий фактор, который в 90 % случаев является причиной аварий на подъемных установках. Энергетические показатели ЭП определяются высотой подъема, отношением Vср/Vмакс. продолжительностью работы на пониженных скоростях, отношением времени включения двигателя в цикле ко времени цикла, временем загрузки подъема в течение суток. Применение асинхронного ЭП на подъемах значительной мощности при увеличенном времени работы на пониженных скоростях характеризуются высокими тепловыми потерями в роторной цепи двигателя и большим расходом электроэнергии. Асинхронный ЭП имеет низкий соsφ, на скиповых подъемах он составляет 0, 6 -0, 65, на клетевых – 0, 35 -0, 5 в зависимости от особенностей рабочих диаграмм. Низкая управляемость привода затрудняет осуществление автоматизации
Электропривод с жидкостным реостатом Жидкостный реостат предназначен для регулирования скорости вращения ротора электродвигателя, его тока и развиваемого момента. Регулирование происходит при изменении сопротивления электролита между электродами реостата. В качестве электролита применяется раствор соды Na 2 CO 3 в воде. Величина сопротивления такого раствора зависит от его концентрации, температуры и плотности тока, протекающего через него. Наиболее часто употребляемая концентрация электролита 1 -6%-ный раствор кальцинированной соды. В указанных пределах концентрации при изменении температуры электролита от 50 до 70°С сопротивление раствора изменяется в незначительных пределах. В заданных пределах температура поддерживается системой охлаждения. Промышленностью выпускается два типа реостатов — ВЖР-250 и ВЖР-350 Р. Схема устройства жидкостных реостатов типа ВЖР
Электропривод с жидкостным реостатом Жидкостный реостат состоит из двух основных узлов: непосредственно реостата и вынесенной системы охлаждения. Непосредственно реостат представляет собой стальной бак 1, заполненный до определенного уровня электролитом 2. В баке на валу размещены изолированные от вала подвижные электроды 3. К подвижным электродам ток подводится по гибким связям 4 от токоведущих шпилек 5 проходных изоляторов, установленных на стенке бака. Изменение сопротивления от максимума до минимума происходит при повороте электродов рукояткой на 90°. В крайнем верхнем положении электродов, что соответствует максимальному сопротивлению в цепи ротора, в электролит погружены только концы электродов (съемные контакты) 6. ВЖР – 250 Максимальная мощность управляемого ЭД, к. Вт Роторные данные ЭД: Напряжение, В Ток, А Охлаждение Тип и сечение подводимого кабеля Вес, кг ВЖР – 350 Р 250 350 До 1000 До 400 До 1200 До 450 Принудительное с вынесенным теплообменником СБГ-1000, 3 х150 мм 2 225 460
Электропривод с жидкостным реостатом Электрическая схема реостата ВЖР-350 Р БЭ – блок электродов; БК – блокировочная кнопка; ГШ – гибкие шины; ЭКУ – электроды контроля уровня электролита; ВПЭ – выключатель положения электродов; ДТС – датчик термосигнализатора
Применение асинхронного двигателя с фазным ротором для привода ШПУ Большая часть отечественных установок мощностью 1000− 1250 к. Вт оснащены АД с ф. р. , регулирование которого производится ступенчатым изменением сопротивления роторного реостата на металлических резисторах. В угольной промышленности СНГ эксплуатируются около 4000 ШПУ, и 90% из них имеют такой асинхронный привод, не отвечающий не одному из выполненных требований. Подъёмные машины большой мощности оснащались системами генератор-двигатель, и системами ТП−Д и ТПЧ − АД. Разрабатываются новые системы ЭП. Для подъёмной машины мощностью до 250 к. Вт применяются низковольтные двигатели, а при больших мощностях − высоковольтные двигатели с обмоткой статора на 6 к. В. Для управления статором применяется воздушный реверсор с высоковольтными или низковольтными контакторами. На всех людских и многих грузовых шахтных подъёмных установках применяется динамическое торможение. Контакторы ускорения управляются машинистом при помощи командоаппарата в функции тока статора с корректировкой по времени, а также в функции ускорения.
ЭП ШПУ на основе высоковольтного АД с металлическим реостатом в цепи ротора На основе высоковольтного АД с металлическим реостатом в цепи ротора не удается создать систему с единым силовым регулирующим устройством, позволяющим осуществлять без коммутационных переключений регулирование скорости по заданной программе на протяжении всего цикла как в зоне двигательных, так и тормозных моментов. Поэтому функциональная схема содержит несколько замкнутых контуров регулирования, применяемых в разные периоды движения. Команда на начало движения поступает из узла команд и технологического контроля УКТ, в котором анализируется информация о ходе процессов разгрузки и загрузки подъемных сосудов. УКТ подключает подъемный двигатель ПД контактором В или Н к питающей сети и через аппарат управления скоростью АУС подает команду на растормаживание машины. Функциональная схема автоматического управления ШПУ с асинхронным ЭП
ЭП ШПУ на основе высоковольтного АД с металлическим реостатом в цепи ротора Выбор требуемых реостатных характеристик ПД в процессе движения производится с помощью аппарата управления контакторами цепи ротора АУК, на входы которого поступают сигналы действительной скорости Uд от тахогенератора ТГ и тока ic статора ПД от трансформатора тока ТТ. Кроме того, в АУК поступают команды от этажных выключателей путевого командоаппарата ПК. АУК осуществляет включение контакторов У 1– У 8 в период вывода подъемного сосуда из разгрузочных кривых по скорости и ускорению, в период разгона – по ускорению с отсечкой по току, в период основного замедления в режиме динамического торможения – по скорости. В периоды основного замедления, движения с промежуточной скоростью, дотягивания и стопорения управляющие команды вырабатывает АУС, который выполняет следующие функция: формирует в функции времени сигнал заданной скорости с ограничением ускорения и рывка, вырабатывает сигнал ошибки по скорости ∆U, управляет регулируемым механическим тормозом через электропневматический или электрогидравлический регулятор давления РД и совместно с УКТ — статорными контакторами В, Н, ДТ подъемного двигателя. На входы АУС поступают сигналы: Uд , из УКТ и от этажных выключателей ПК. Основное замедление производится в режиме динамического торможения или на свободном выбеге, если величина замедления от действия статической неуравновешенности составляет не менее 0, 6– 0, 7 м/с. Регулирование тока динамического торможения производится в функции сигнала ∆U тиристорным выпрямителем ТВДТ, который подключается к статору ПД контактором ДТ. Движение с промежуточной скоростью и дотягивание производятся в двигательном режиме путем бесступенчатого регулирования момента ПД тиристорным коммутатором ТК в функции сигнала ∆U.
ЭП ШПУ на основе высоковольтного АД с металлическим реостатом в цепи ротора Механический тормоз в периоды основного замедления, движения с промежуточной скоростью и дотягивания работает в «дежурном» режиме, т. е. вмешивается в процесс регулирования скорости только в том случае, если она по какой-либо причине начинает превышать заданную величину. Подобное выделение целесообразной зоны работы регулируемого механического тормоза облегчается тем, что в рассмотренной функциональной схеме во всех САР скорости используется общий сигнал ошибки по скорости. Рассмотренные узлы и аппараты составляют основу комплекта аппаратуры автоматического управления скиповым подъемом с асинхронным приводом. Комплект применяется для модернизации электрооборудования действующих подъемных машин. Система ЭП с АД не удовлетворяет почти всем требованиям, изложенным выше. Особые сложности возникают при автоматизации таких установок из-за нестабильности низких скоростей, которые могут быть получены на очень мягких искусственных характеристиках.
АД для привода ШПУ Также применение получили простейшие тиристорные коммутаторы, обеспечивающие стабилизацию скорости дотягивания. Коммутатор, состоящий из трёх пар встречно-параллельных тиристоров VS 1−VS 6, соединённых по схеме “звезда”, включён параллельно одной из ступеней роторного реостата. Угол открывания тиристоров изменяется в функции управляющего напряжения Uy. При помощи СИФУ, каждый из трёх каналов синхронизации при помощи трансформаторов TS 1, TS 2, TS 3 за счёт изменения угла открывания тиристоров может быть получена любая из характеристик 1 и 2, однако все эти системы не исключают главного недостатка асинхронных ЭП − низкую экономичность, поскольку любое регулирование скорости связано с потерями. Uу При любой скорости из сети берётся энергия M∙ω0, соответствующая движению с синхронной скоростью. Скольжение пропорционально отдаваемой мощности. VS 1 ТS 1 VS 2 СИФУ VS 3 ТS 2 VS 4 М VS 5 ТS 3 VS 1 VS 2 VS 3 VS 6 VS 4 VS 5 Схема силовой части АД с тиристорным коммутатором в цепи ротора VS 6
Применение асинхронного двигателя с фазным ротором для привода ШПУ Iтк t 2 1 М Характеристики АД с тиристорным коммутатором в цепи ротора
Применение асинхронного двигателя с фазным ротором для привода ШПУ Высоковольтный АД с ф. р. мощностью 1250 к. Вт (6 к. В)
Применение асинхронного двигателя с фазным ротором для привода ШПУ Роторные сопротивления для АД с ф. р. мощностью 1250 к. Вт
ЭП ШПУ с ДПТ При мощности свыше 1000 к. Вт подъёмные установки оснащены системами Леонардо (генератор-двигатель). В последние годы системы генератор-двигатель обновлены. В качестве возбудителей в них применяют управляемые выпрямители. Применяются двухконтурные или трёхконтурные системы подчинённого регулирования с задатчиком интенсивности на входе, с ограничением рывка. В связи с появлением систем тиристорный преобразователь − двигатель и большим дефицитом меди было запрещено закладывать в проекты ШПУ системы Г-Д. В порядке исключения для угольных шахт разрешено специальном обоснованием использование системы Г-Д в связи с недостаточной мощностью электрических сетей и шахт. В настоящее время ШПУ на базе ДПТ оснащяются системами ТП-Д. Комплекты такого привода выпускают на Харьковском электромеханическом заводе. Применяют быстроходные ДПТ, требующие применение редуктора. Тихоходные двигатели имеют большой вес (в основном медь), а быстроходные требуют наличие тяжёлого редуктора. Окончательный вывод о том, что дешевле, так и не сделан. Решение принимается в зависимости от коньюктуры рынка.
Электропривод постоянного тока по системе Г-Д В системе Г-Д подъемный двигатель Д получает питание от генератора Г. Регулирование скорости подъемного двигателя и изменение направления вращения производится изменением величины напряжения и полярности на зажимах его якоря. Ток обмотки возбуждения подъемного двигателя в период его работы остается неизменным и снижается примерно наполовину в период пауз. Изменение величины напряжения и полярности на зажимах якоря двигателя достигается изменением величины тока и направления его в обмотке возбуждения главного генератора Г. В зависимости от источника, от которого происходит изменение величины напряжения и полярности на зажимах ОВ генератора применялись схемы с электромашинными усилителями поперечного поля ЭМУ, с ЭМУ и промежуточным магнитным усилителем, с промежуточным и силовым магнитным усилителем. Сейчас используют схемы с тиристорным преобразователем ОВ.
Электропривод постоянного тока по системе Г-Д Основным управляющим устройством подъемной машины с приводом по системе Г -Д является выполненный в виде одного блока тиристорный регулятор скорости ТРС, который содержит узел задания направления движения и уставок скорости УЗС с ограничителем напряжения ОН и функциональным преобразователем ФП на выходе, задающее устройство ЗУ, суммирующий усилитель У с узлом обратных связей УОС и тиристорный возбудитель генератора ТВГ. К выходу ТВГ подключена обмотка возбуждения ОВГ генератора Г. На вход УЗС поступает первичный управляющий сигнал Uс. к от сельсинного командоаппарата СКАР. УЗС вырабатывает сигнал Uвх, полярность которого определяется заданным направлением движения, а величина изменяется ступенчато в результате срабатывания этажных выключателей путевого командоаппарата ПК. Часть этого сигнала (∆Uυ), соответствующая скорости 0, 2 -0, 25 м/с, проходит на вход У через ОН, минуя ЗУ. Сигнал U'вх поступает также на вход ФП, на выходе которого формируется сигнал Uвх, поступающий на вход ЗУ. Зависимость Uвх (U'вх) формируется так, чтобы растянуть зону малых скоростей по дуге перемещения рукоятки управления СКАР и тем самым повысить плавность и точность управления машиной во время выполнения маневровых операций. ЗУ формирует изменяющийся в функции времени сигнал Uυ и выполняется по схеме, предусматривающей программирование ограничения рывка, если это необходимо, либо без него, если в этом нет нужды. Сигналы ∆Uυ , Uυ и поступающие из УОС сигналы обратных связей суммируются усилителем У. Команда на начало движения поступает в УЗС из схемы управления и технологического контроля СУТ, в которой анализируется информация о ходе процессов разгрузки и загрузки подъемных сосудов. Одновременно СУТ подаст команды: на растормаживание машины – через регулятор давления РД и на увеличение возбуждения двигателя до номинального значения в тиристорный возбудитель двигателя ТВД, питающий обмотку возбуждения ОВД подъемного двигателя Д.
Если загрузка подъемных сосудов производится на весу, то при определенных неисправностях в системе управления растормаживание машины может произойти при отсутствии достаточного момента на валу двигателя и под действием статического усилия произойдет обратный ход машины. Поэтому при загрузке на весу СУТ подает команду на растормаживание машины после поступления в нее информации о достаточной величине тока якоря и тока возбуждения подъемного двигателя. Из-за инерционности и нестабильности процесса растормаживания машины ее трогание может сопровождаться значительным рывком. Если растормаживание производить с упреждением, то в зависимости от величины и знака статического усилия возможен кратковременный обратный ход машины, что нежелательно. Чтобы исключить как чрезмерный рывок, так и обратный ход, на период трогания машины вводятся ограничения по заданию скорости и току якоря (принимается несколько превышающим максимальный статический ток). Осуществляется это содержащимся в ТРС герконовым реле гашения интеграторов задатчика РГИ, при включении которого обеспечивается Uυ = 0 независимо от величины сигнала Uвх и уменьшается в УОС до требуемой величины уставка токовой отсечки. Снятие ограничений можно производить по времени, давлению в цилиндрах рабочего тормоза, положению привода тормоза, по скорости и току якоря. Наилучшие результаты дает снятие ограничений по скорости и по времени. Действительно, фиксирование начала движения машины является наиболее достоверной информацией, свидетельствующей о ее готовности к дальнейшему наращиванию скорости. Для этого используется чувствительный полупроводниковый усилитель скорости УС с реле РС на выходе. Вход усилителя подключен на напряжение тахогенератора ТГ. Усилитель и реле включаются при скорости 0, 1– 0, 15 м/с, достижение которой обеспечивает сигнал ∆Uυ. Реле РС через СУТ отключает реле РГИ и ограничения снимаются. Если производится подъем тяжелого груза, то скорость может не достичь порога срабатывания усилителя УС, либо это произойдет с заметной задержкой во времени. Поэтому реле РГИ дополнительно отключается по истечении выдержки времени, отсчет которой начинается в момент подачи команды на растормаживание машины. Если необходимо произвести остановку машины, то из СУТ подаются команды: в УЗС – на снижение скорости до нулевого значения и в УС — на увеличение уставки отключения до 0, 5 -0, 7 м/с. Когда скорость уменьшится до этой величины, реле РС отпадет и произведет необходимые переключения в СУТ. В результате ТРС переводится в режим гашения тока якоря, ток возбуждения двигателя ослабляется в несколько раз, а машина стопорится механическим тормозом.
Особенности синтеза САУ ШПУ на основе систем подчинённого регулирования параметров Важнейшим вопросом разработки САУ ШПУ является выбор рациональной структурной схемы САУ. Решение этой задачи для системы ГД с тиристорным возбудителем и тиристорный преобразователь − двигатель возможно в такой последовательности: а) выполнить оценку постоянных времени, разделив их на группы с малыми и большими постоянными времени, затем с учётом определённых упрощений найти характеристическое уравнение и выбрать тип регулятора; б) выбрать контуры регулирования и типы их регуляторов в связи с выдвигаемыми технологическими задачами, которые можно и необходимо решить применением определённого контура регулирования. Рассматриваемая система состоит из звеньев с различными постоянными времени. Постоянные времени обозначаются следующим образом: Tμ − постоянная времени тиристорного преобразователя, TГ − постоянная времени обмотки возбуждения генератора; Тя − постоянная времени якорной цепи двигателя, ТМ − электромеханическая постоянная времени двигателя. Пример: Tμ=0. 01 с; ТГ=1… 3 с в зависимости от мощности генератора; Тя=0. 04. . 0. 09 с в зависимости от мощности двигателя; ТМ=0. 3… 1. 5 с в зависимости от типа машины. В этом ряду малой постоянной времени можно считать Tμ, а большими ТГ, Тя, ТМ. Постоянная времени Тя при её меньших значениях можно было бы отнести к малой некомпенсируемой постоянной времени, но при этом уменьшится быстродействие системы до вступления в действие контуров ограничения, таких параметров как ускорение и рывок. Структура САУ может изменяться в зависимости от включения постоянных времени в один из контуров регулирования. Постоянные времени могут быть объединены в различные контуры регулирования, что и определит структуру САУ.
Особенности синтеза САУ ШПУ на основе систем подчинённого регулирования параметров Варианты объединения постоянных времени. 1. Двухконтурные системы. 1. 1 (Tμ, ТГ, Тя. Д), ТМ − регулирование тока якоря и скорости двигателя. 1. 2 (Tμ, ТГ, Тя. Г), (Тя. Д и ТМ) − регулирование ЭДС генератора и скорости двигателя. В этих системах типы регуляторов обоих контуров могут быть различными в связи с различными требованиями по ограничению параметров. Если для внутреннего контура регулирования ставится задача компенсации постоянной времени Тя. Д и ограничение величины тока якоря, то может быть применён ПИ регулятор тока. Если требуется ограничение темпов нарастания якорного тока d. Iя/dt, то должен быть применён ПИД регулятор тока. 2. Трёхконтурные системы. 2. 1 (Tμ и ТГ), (Тя. Г и Тя. Д), ТМ − регулирование ЭДС генератора, тока якоря и скорости двигателя. 2. 2 (Tμ и ТГ), (Тя. Г и Тя. Д), ТМ − регулирование токов якоря и возбуждения, и скорости двигателя. Если ставится задача компенсации постоянной времени ТГ, то применяют ПИ регулятор ЭДС. При необходимости ограничивать темп нарастания тока возбудителя генератора (d. Iв/dt или duв/dt) должен быть применён ПИД регулятор ЭДС (тока возбуждения). Включение двух больших постоянных времени в один контур регулирования нежелательно, так как при этом теряются свойства раздельного регулирования напряжения и тока. Теряется также возможность ограничения рывка. В статических системах управления применяют П регулятор скорости.
Особенности синтеза САУ ШПУ на основе систем подчинённого регулирования параметров При выборе структурной схемы САУ контуров регулирования и типов регуляторов нужно учитывать технологические требования: а) требование обеспечения программирования движения определяет необходимость применения либо ЗИ с изменяющимися темпами нарастания напряжения на выходе при подачи путевых импульсов либо устройства программирования скорости по пути; б) требование безопасности определяет ограничение максимальной скорости движения; в) требование выполнения оптимальной диаграммы движения, уменьшение динамических ошибок регулирования определяет необходимость осуществления в САУ компенсации больших постоянных времени ТГ, Тя и ТМ; в соответствии с теорией подчинённого регулирования наиболее простым оказалось такое построение САУ, при котором обеспечивается компенсация большой постоянной времени отдельным регулятором и контуром регулирования; из этого вытекает целесообразность применения для системы ТП-Д трёхконтурных систем для управления приводом ШПУ; г) требование обеспечения высокой статической точности регулирования скорости определяет необходимость применения двухкратноинтегрирующих систем; при неизменной статической нагрузке на основных периодах разгона и замедления величину ускорения можно ограничивать регулятором тока: Iяmax−IC=const; однако при нагрузках, меньше номинальной ускорение будет больше заданного; чтобы этого избежать, нужно применить регулируемое токоограничение.
Особенности синтеза САУ ШПУ на основе систем подчинённого регулирования параметров Так как в первый момент подачи управляющего импульса машина неподвижна и обратная связь по скорости не действует, то для ограничения темпа нарастания тока якорной цепи и рывка, в САУ должен быть введён контур регулирования напряжения тиристорного преобразователя или ЭДС генератора. Наиболее часто применяют следующие системы автоматического регулирования: 1. Трёхконтурные. 1) [АП]+[П-РС]+[ПИ-РТ]+[ПИ-РН] − ТГ, Тя и ТМ (в каждый контур регулирования входит одна постоянная времени). 2) [АП]+[ПИ-РС]+[П-РТ]+[ПИ-РН] − ТГ, Тя и ТМ. 2. Двухконтурные. 1) [АП]+[П-РС]+[ПИ-РТ] − ТГ, Тя и ТМ (компенсируемые постоянные времени). 2) [АП]+ [ПИД-РС]+[ПИ-РТ] − ТГ, Тя и ТМ. [АП] − устройство автоматического программирования по пути или ЗИ с изменяющимся темпом нарастания напряжения UЗИ при подаче путевых импульсов;
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д На подъемных установках применяются тиристорные преобразователи различные по способу организации реверса вращения двигателя - с реверсом тока в якоре двигателя - с реверсом тока в обмотке возбуждения. На скиповых подъемах применяется реверс тока в обмотке возбуждения, а на клетевых – реверс тока якоря. Реверс тока в якоре обеспечивает необходимое качество управления подъемом, но требует в два раза большее количество силовых тиристоров, две группы которых включены встречно другу. Реверс тока в обмотке возбуждения требует 3 -4 кратных форсировок по напряжению, что иногда не обеспечивает необходимое качество управления двигателем. Наибольшее распространение получили нереверсивные тиристорные преобразователи, применяемые на грузовых подъемах в комплекте с тиристорными возбудителями ТПР 9 -320/ 460 Р для реверса поля двигателя. В приводе по системе ТП-Д применяются подъемные двигатели серии П 2 с шихтованной станиной для уменьшения постоянной времени цепи возбуждения. В системах с нереверсивными якорными преобразователями обмотки возбуждения двигателей были пересоединены в две параллельные цепи (т. е. на напряжение 110 В). Для этих условий и при номинальном напряжении возбудителя 460 В полное время реверса возбуждения двигателей составляет около 2 с.
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д Нереверсивные вентильные секции СВ 1 и СВ-2 подключаются к сети 6 к. В через два силовых трансформатора ТС 1 и ТС 2 и масляный выключатель ВМ, установленный в комплектном распределительном устройстве КРУ. Соединение обмоток трансформаторов по схеме / (ТС 1), /Y (ТС 2) формирует сдвиг питающего напряжения секций на 30 электрических градусов, что обеспечивает 12 -пульсную схему выпрямления. Реверсивный возбудитель тиристорный подключается к сети 380 В через встроенный токоограничивающий реактор. Последовательно с каждой вентильной секцией включены сглаживающие реакторы L 1 и L 2 для выравнивание токов между секциями и обеспечения высокой надежности в работе, исключая выход из строя силовых элементов (тиристоров и предохранителей силовых блоков). Выключатель ВМ служит для защиты преобразователя от токов к. з. на стороне переменного тока. Защита силовой цепи постоянного тока от недопустимых перегрузок и к. з. осуществляется с помощью быстродействующего автоматического выключателя ВАТ. 1
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д Для оперативной коммутации силовой цепи на период длительной остановки ЭП или во время работы предохранительного торможения в главной цепи двигателя включены контакты КМ 1, КМ 2 и КМЗ линейного контактора КЛ. Система управления ЭП установлена в шкафу регулирования СРПУ. Задающим сигналом является задание скорости ωзад. В СРПУ поступают сигналы обратной связи ωм по частоте вращения ЭД от датчика скорости ДС, токи каждой вентильной секции iсв 1 и iсв 2, а также ток цепи возбуждения iвб. Секция вентильная (СВ) структурно состоит из пяти выпрямительных мостов, собранных по трехфазной мостовой схеме. Каждый выпрямительный мост подключен к шинам питающего напряжения через разделительные реакторы Lj 1. . . Lj 6. Реакторы также выполняют функцию делителей тока для равномерного деления между мостами одной вентильной секции. Каждый выпрямительный мост выполнен на тиристорах VSj 1. . . VSj 6 типа Т 753 -10002800. Каждый полупроводниковый прибор защищен от токов короткого замыкания быстродействующим предохранителем FUj 1. . . FUj 6 типа ПП 60 М-39 У-4391 -00. Каждый предохранитель имеет указатель срабатывания и блок свободного контакта. Нормально замкнутые контакты блоков свободных контактов предохранителей соединены последовательно и выведены в шкаф регулирования. Таким образом, система управления имеет информацию о состоянии каждого выпрямительного моста секции вентильной. Управляющие импульсы на тиристоры секции вентильной формируются с помощью импульсного трансформатора, входящего в блок драйвера тиристора. Блок драйвера тиристора (БДр. Т) установлен на каждом полупроводниковом приборе.
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д Управляющие импульсы на блок драйвера тиристора поступают от блока усиления импульсов БУИ-1, установленного в шкафу регулирования. Один БУИ подает импульсы на 6 блоков драйвера тиристора БДр. Т. Т. о. , для управления тиристорами пяти мостов вентильной секции используется 5 БУИ. При выходе из строя предохранителя или тиристора в одном выпрямительном мосту весь мост отключается от управления путем снятия управляющих импульсов. При этом секция вентильная может продолжать работу. При выходе из строя предохранителей или тиристоров в следующем выпрямительном мосту система управления останавливает весь ЭП ШПМ.
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д Функциональная схема реализована в виде совокупности программных модулей для микропроцессорного контроллера. Система регулирования построена по принципу двухконтурной двухканальной системы подчиненного регулирования параметров. Первый канал – канал регулирования скорости. Внутренним для него является двухканальный контур регулирования тока вентильных секций, выполненный на ПИ регуляторах тока ПИ-РТ 1 и ПИ-РТ 2. В связи с использованием нереверсивного тиристорного выпрямителя в якорной цепи двигателя на входе регуляторов тока предусмотрен программный модуль выделения модуля БВМ.
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д С выхода блока БВМ однополярный сигнал задания тока Iсв_з поступает на блоки ограничения тока БОпи_рт1 и БОпи_рт2. Ограниченное задание тока поступает на сумматоры сравнения задания с сигналом обратной связи iсв 1 и iсв 2 соответственно, после чего сигнал ошибки регулирования поступает на регуляторы тока. Ток каждого из мостов регулируется своим регулятором тока (ПИ-РТ 1 и ПИ-РТ 2 соответственно). Для повышения динамических характеристик регуляторы выполнены с переменными коэффициентом усиления и постоянной интегрирования в функции величины сигнала обратной связи. Таким образом, при малых значениях тока регулятор может быть более быстродействующим. Выходы регуляторов тока после блоков ограничения поступают на соответствующие СИФУ СВ 1 и СИФУ СВ 2. Внешний регулятор контура регулирования скорости – пропорциональноинтегральный регулятор ПИ-РС также выполнен с переменным коэффициентом усиления и постоянной интегрирования в функции величины сигнала обратной связи. В динамических режимах ЭП шахтного подъема, учитывая наличие гибких связей в механизме, должны исключаться скачки динамического момента двигателя. Для развертки сигнала задания скорости во времени используется задатчик интенсивности ЗИ, с выхода которого задание поступает на регулятор после сравнения с сигналом обратной связи. Этот модуль формирует на начальном и конечном участках ускорения (торможения) параболические участки в заданной тахограмме, что обеспечивает нарастание и спадание динамического тока по линейному закону в течение 1. 5. . . 2. 5 с. Сигнал задания скорости формируется фазочувствительным выпрямителем, преобразующим угол поворота сельсинного командоаппарата в аналоговый сигнал Uзад. Знак сигнала задания скорости определяется направлением поворота рукоятки командоаппарата. Далее сигнал задания поступает в задатчик величины скорости ЗС, в котором, в зависимости от сигналов направления (Вперед и Назад) и величины (РПС и РМС) скорости, формируется величина задания скорости, которая поступает на ЗИ.
Электропривод постоянного тока по системе ТП-Д Второй канал – канал регулирования потока возбуждения. Реверс момента двигателя производится изменением направления тока возбуждения двигателя. Знак тока возбуждения, а, следовательно, и момента двигателя определяется знаком сигнала на выходе регулятора скорости РС. Блок величины возбуждения БВВ формирует сигнал задания тока возбуждения Iтв на входе регулятора тока возбуждения ПИ-РТВ. Если момент нагрузки больше выбранной уставки, то БВВ ограничивает задание тока возбуждения на вход ПИ-РТВ на уровне номинального тока. Если момент меньше выбранной уставки, то задание тока возбуждения на вход ПИ-РТВ уменьшается и поле электродвигателя ослабляется, что необходимо для уменьшения времени реверса момента при малых нагрузках. В схеме может быть выполнен запрет задания тока якоря на период предохранительного механического торможения подъемной машины обнулением сигнала Iсв_з. Все параметры регуляторов, в том числе ограничения, задаются в виде уставок при помощи пульта управления ПУ.
Системы управления приводом ШПУ с цифровым датчиком регулирования положения по пути В некоторых случаях появляется необходимость обеспечить точное стопорение подъёмного сосуда без дотягивания при любых значениях заданного перемещения h 3. Это необходимо, например, в случае оснащения подъёмной установки скипами с автономным приводом секторного затвора, ПК для нормального функционирования которого h Q 2 Нзад Д Uк СТ С нет необходимости в малой ЦАП К Q 2 Q 1 скорости, так как нет кривых. В таких случаях может быть 100 П д м применён блок У Х позиционирования, позволяющий организовать Ку = 1/2 а контур регулирования h = 0, 1 м положения по пути. UD ЗИ РС РТ РН Заданное перемещение h 3 вводится ДТ в счётчик СТ, работающий на вычитание. На счётный вход счётчика поданы ДН путевые импульсы с квантом h=0. 05… 0. 1 м от импульсного преобразователя, М находящегося на валу подъёмной машины. Информация Q 1 из счётчика об ИП ПМ оставшемся пути перемещение при BR помощи преобразователя координат ПK и Функциональная схема САУ приводом ШПУ ограничивается. с цифровым датчиком положения
Системы управления приводом ШПУ с цифровым датчиком регулирования положения по пути При поступлении на вход преобразователя координат кода Q 1≥ 100 м на выходе всегда Q 2=100 м. При Q 1<100 м Q 2=Q 1, то есть он выходит на линейную характеристику. Код Q 2 подаётся на ЦАП, на входе которого получаемый аналоговый сигнал, пропорциональный заданному оставшемуся пути. Этот сигнал подаётся на вход компаратора K, на другой вход которого подается сигнал (vд)2/(2∙а), равный действительному пути, чтобы снизить скорость от vд до нуля при заданном замедлении a. Здесь П − перемножитель, на выходе (vд)2, У −усилитель с коэффициентом усиления 1/(2∙а). При h>(vд)2/(2∙а) на выходе компаратора сигнал пропорционален максимальной скорости: Uk=k∙(vk)2. При vk=0 Uk=0. Сигнал Uk подаётся на ЗИ, настроенный на заданное замедление. В начале движения, когда h>100 м, на выходе компаратора устанавливается сигнал, пропорциональный максимальной скорости, который подаётся на ЗИ, продолжается разгон с заданным ускорением. В момент, когда h=100 м, сигнал h на выходе ЦАП начинает уменьшаться и при h=>(vд)2/(2∙а) Uk=0. ЗИ уменьшает свой сигнал, что приводит к переброске компаратора в состояние, когда Uk=k∙(vmax). Затем ЗИ увеличивает свой сигнал до следующей переброски компаратора. Процесс идёт до тех пор, пока сосуд не придёт в заданную точку.
Частотно-регулируемый привод ШПУ В последние годы во всём мире наблюдается вытеснение в отраслях промышленности, где применяется регулируемый ЭП постоянного тока и замены их на двигатели переменного тока: асинхронные, синхронные и вентильные двигатели. Это объясняется прежде всего, трудностями эксплуатации коллекторов и дефицитом меди. 6 к. В Кроме того, современные а) тиристорные системы регулирования скорости двигателей переменного тока обеспечивают механические характеристики электропривода не САР хуже, чем в системе ТП-Д TV ЭЧПМ НПЧ i 1 q постоянного тока. В качестве примера рассмотрим систему частотнорегулируемого привода для ШПУ с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором типа ЭЧМП. Vзад i. А БЗЧ РТ-А СИФУ А ПЧ-А UZ-А Uзад ЗИ i 1 d РС - i. В РТ-В i. В РТ-С СИФУ В ПЧ-В СИФУ С ПЧ-С ГИУ UZ-С f 1 f 2 U ПЧС f sign f 2 f - sign f UZ-В fω f + - М ИДС f ПМ Функциональная схема комплектного тиристорного привода ЭЧМП
Частотно-регулируемый привод ШПУ Комплект привода типа ЭЧМП состоит из силового трансформатора TV, преобразователя частоты с непосредственной связью с сетью (НПЧ), асинхронного подъёмного двигателя (М), системой автоматического регулирования скорости (САР), включающую в себя: задатчик интенсивности (ЗИ), регулятор скорости (РС) и блок задания частоты (БЗЧ). Блок задания частоты формирует трёхфазную систему синусоидальных токов i. A, i. B, i. C, частота которых соответствует заданной скорости. Сигналы i. A, i. B, i. C являются заданиями для регуляторов фазных токов РТА, РТВ, РТС. Сигнал на ЗИ подаётся с бесконтактного коммутатора. На входе регулятора скорости сравниваются сигналы заданной скорости U 3 и фактической скорости Uω, который формируется путём преобразования частоты импульсов с импульсного датчика скорости ИДС на валу подъёмной машины. Преобразование происходит в преобразование частотного сигнала ПЧС. б) UZ VZ 1 LM Полярность сигнала Uω определяется сигналом sign(ω), который формируется устройством выделения знака В 3 в зависимости от чередования импульсов fω' и fω" на входе импульсного датчика скорости. На выходе регулятора скорости формируется сигнал, пропорциональный моменту двигателя или активной составляющей тока статора i 1 d. Намагничивающая составляющая тока статора i 1 q создаётся независимой уставкой, и она пропорциональна току холостого хода двигателя.
Частотно-регулируемый привод ШПУ Частота тока статора f 1 определяется как алгебраическая сумма частоты вращения ротора fω и частоты скольжения ротора f 2, которая пропорциональна сигналу задания i 1 d. Суммирование частот производится в сумматоре Σ с учётом знака сигнала sign(f 2). Преобразование аналогового сигнала i 1 d в частоту импульсов производится генератором ГИУ. Блок задания частоты формирует на своих выходах синусоидальные сигналы, сдвинутые на 120°. Каждый из этих сигналов управляет трёхфазно-однофазными преобразователями, которые выдают сигналы на систему импульсно-фазового управления каждой фазы (СИФУ А, СИФУ В, СИФУ С), каждая из них управляет преобразователями частоты ПЧА, ПЧВ, ПЧС, формирующими синусоидальный ток в каждой фазе двигателя. По сигналам с регуляторов тока, а также в зависимости от сигналов датчиков состояния тиристоров осуществляется поочерёдное управление мостами VZ 1 и VZ 2. После формирования одним мостом полуволны выходного тока задаётся пауза, после чего включается второй мост, и формируется вторая полуволна. Система ЭЧМП обеспечивает регулирование частоты в диапазоне от 0 до 25 Гц поэтому должны применяться тихоходные двигатели специального исполнения. Они выпускаются на мощности от 350 до 1200 к. Вт. Скорость вращения двигателя составляет 300… 750 об/мин. Диапазон регулирования скорости составляет 100: 1.
Электропривод ШПУ по системе НПЧ − СД и вентильного двигателя. В последние годы осваиваются регулируемые ЭП большой мощности по системе НПЧ − СД. Силовая часть этой системы практически не отличается от системы НПЧ − АД. В системе управления предусмотрены узлы регулирования магнитного потока, обеспечивающие необходимый режим тиристорного возбудителя, питающего обмотку возбуждения СД. Преимущества регулируемых ЭП по системе НПЧ − СД по сравнению с аналогичными по мощности по системе ТП-Д состоят в следующем: 1) На изготовление СД требуется примерно на 20% меньше электротехнической стали и меди, чем для ДПТ; 2) отсутствие коллектора, более высокая надёжность, отсутствуют проблемы с коммутацией, конструкция прочнее, высокая надёжность при меньшем объёме обслуживания (по данным фирмы Siemens, годовые затраты на обслуживание системы ТПЧ − СД, составляют 36 ч против 140 ч для привода по системе ТП-Д); 3) повышенная перегрузочная способность, ограниченная только механической прочностью (она составила 3− 4 против 2 у ДПТ); 4) обеспечивается диапазон регулирования скорости до 100: 1 без пульсаций момента; 5) более высокий средневзвешенный КПД (0. 94 против 0. 89 у ДПТ); 6) меньшая генерация токов высших гармоник в сеть; 7) отсутствие обслуживаемого коллектора создаёт возможность разработки компактных подъёмных машин со встроенным внутрь канатоведущим шкивом со синхронным двигателем (такой опыт имеет фирма Siemens −до 200 к. Вт).
Электропривод ШПУ по системе НПЧ − СД и вентильного двигателя. 6 к. В Как уже упоминалось, 90% всех подъёмных машин промышленности содружества независимых государств оснащены асинхронными двигателями, регулирования скорости которых производится металлическим роторным реостатом. Средневзвешенный КПД не более 0. 6− 0. 7. В условиях резкого подорожания электроэнергии весьма актуальна модернизация этих приводов с целью повышения экономичности и обеспечения регулировочных характеристик, позволяющих осуществить реальную автоматизацию. TV 1 Предложено кардинальное решение вопроса: применение UD УВ LR 1 LR 2 UZ 1 комплектного тиристорного регулируемого привода по схеме “вентильный двигатель”. Этот привод обеспечивает получение необходимых механических характеристик и экономичность аналогичную системе тиристорный преобразователь − двигатель без замены подъёмного двигателя. U fв = 5 Гц TV 2 М ПЧВ UZ 2 Функциональная схема привода по схеме «Вентильный двигатель» 380 Электродвигатель отключается от старой схемы с реостатным управлением при помощи трёх переключающих разъединителей и включается в тиристорную схему. Это позволяет при неисправности тиристорной схемы в течении нескольких минут переключиться на реостатную схему, таким образом, она оказывается в резерве. В этой системе асинхронный двигатель М работает в режиме вентильного двигателя.
Электропривод ШПУ по системе НПЧ − СД и вентильного двигателя. Поток мощности подаётся в роторную цепь следующим образом: силовой трансформатор TV 1, управляемый тиристорный выпрямитель UD, сглаживающие реакторы LR 1 и LR 2, тиристорный инвертор UZ 1, ротор двигателя М. Инвертор управляется от ЭДС, возникающей при вращении на фазовых обмотках ротора двигателя, за счёт чего происходит переключение этих обмоток в функции углового положения ротора. Таким образом, инвертор UZ 1 выполняет роль бесконтактного коллектора. При наличии магнитного потока статора двигатель ведёт себя как ДПТ, и его скорость регулируется изменением величины питающего напряжения за счёт управляемого выпрямителя UD. Для механизмов не требующих низких скоростей возбуждение статора можно обеспечить постоянным током. Для подъёмной машины это решение неприемлемо, поскольку ЭДС, развиваемая в обмотках ротора недостаточна для коммутации вентилей инвертора UZ 1, поэтому возбуждение статора производится через трансформатор TV 2 через преобразователь частоты возбуждения UZ 2. Инвертор UZ 2 настроен на стабильную частоту fв=5 Гц, которая создаёт в расточке статора медленно вращающееся магнитное поле, направленное против движения ротора. Благодаря этому в обмотках ротора (даже неподвижного) создаётся ЭДС необходимой величины для коммутации тиристоров инвертора UZ 1. Преимущества такой системы: 1) высокая экономичность; 2) отличная регулируемость и стабильность скорости; 3) возможность регулирования системы параметрического регулирования параметров; 4) продление срока службы двигателя, так как его высоковольтный статор работает при низком напряжении.
Основные направления проектирования ЭП ШПУ Дальнейшее развитие ЭП в различных его исполнениях и автоматизированных систем управления к рудничным подъёмным машинам определяется достижениями в области машиностроения, силовой преобразовательной техники и техники автоматического управления. Вследствие известных преимуществ ЭП постоянного тока и в дальнейшем будет широко применяться, особенно в безредукторном исполнении. Основная тенденция по компоновке и исполнению двигателя намечается в направлении исключения промежуточных устройств между двигателем и подъёмной машиной. На первом этапе это консольное исполнение двигателя. На втором − объединение функций приводного двигателя и подъёмной машины в одном агрегате, где роль органа навивки и канатоведущего шкива будет выполнять элемент двигателя. Широкое применение тиристорных преобразователей в приводе обуславливает переход на двигатель с шихтованной станиной, следствием чего является улучшение технико-экономических показателей привода. Наиболее широкое применение имеет привод по системе ТП-Д на основе двухкомплектного ТП с раздельным управлением, или схеме привода с нереверсивным силовым преобразователем якорной цепи и реверсивным в обмотке возбуждения. Для скиповых ШПУ оказывается предпочтительным применение привода с реверсором возбуждения, имеющего минимальную стоимость и наименьшие массогабаритные показатели. Значительно шире будут применяться системы ТПЧ−АД. В области автоматизации ШПУ можно отметить следующие основные направления: 1) переход на бесконтактные элементы автоматики; 2) разработка датчиков и узлов цифро−аналогового исполнения, используемых в системах управления контроля и защиты; 3) дальнейшее совершенствование системы управления привода на основе аналого- дискретных блоков управления; 4) создание автоматизированной системы управления технологическим процессом подъёма полезного ископаемого.
Основные направления проектирования ЭП ШПУ Для удовлетворения возрастающих требований к системам управления приводом подъёма необходимы совершенные датчики, обеспечивающие высокую точность измерения. К числу таких датчиков относятся: 1) датчики частоты вращения канатоведущего органа с выходным сигналом в непрерывной и дискретной форме; 2) датчики положения подъёмного сосуда на уровне его загрузки-разгрузки; 3) устройство взвешивания концевого груза; 4) датчики непрерывного контроля скорости и непосредственного положения подъёмного сосуда; 5) датчики непрерывного контроля процесса загрузки-разгрузки подъёмного сосуда; 6) устройство контроля процесса проскальзывания подъёмных канатов. Системы управления приводом на основе УБСР−АИ, построенные по принципу подчинённого регулирования в двухконтурном и трёхконтурном исполнении в основном удовлетворяют требованиям выполнения операций на малых и средних глубинах подъёма. Для управления приводом на больших глубинах Hп=800… 1000 м существенное влияние на динамику оказывает упругий элемент − канат. Уменьшение этого влияния производится за счёт введения в САУ дополнительных корректирующих связей. Возможные ошибки управления (скорость и положение) следует отнести не к принципу формирования САУ, а к точности измерения регулируемых координат. Перспективным является переход на аналого−дискретный принцип управления. Системы программного управления технологическим процессом можно разделить на системы с жёсткой программой и перенастраиваемой. Системы с жёсткой (фиксированной) программой применяются в системах, работающих на один горизонт. Реализация этой схемы может быть выполнена с помощью элементов УБСР−АИ. Система с перенастраиваемой программой применяются в подъёмных машинах, работающих на несколько горизонтов.
Основные направления проектирования ЭП ШПУ Одной из проблем для привода ШПУ является получение информации о загруженности подъёмного скипа. Загрузка происходит в заторможенной подъёмной машине, причём подъёмный сосуд не опирается на посадочные кулаки. Перед растормаживанием ЭП должен установить определённый крутящий момент, зависящий от груза, а затем машина растормаживается. Если вращающий момент по величине не соответствует концевой нагрузке, то имеет место рывок или провал подъёмного сосуда. Эта проблема для скиповых подъёмных установок может решаться применением весовых дозирующих систем в загрузочных устройствах. Для клетевых ШПУ такое решение неприемлемо по соображениям техники безопасности. Информацию о концевой нагрузке необходимо получать для организации адаптивной системы управления и защиты. Её применение позволяет повысить производительности системы за счёт того, что система управления скоростью настраивается в соответствии с величиной и знаком концевого груза. При подъёме максимального груза можно существенно уменьшить замедление по сравнению со спуском. Эта же информация позволяет перенастраивать систему предохранительного торможения в соответствии с реальной концевой нагрузкой. Существуют несколько методов определения концевой нагрузки: 1) по усилию в элементах тормозной системы во время загрузки сосуда; 2) по усилию в канатах; 3) по удлинению канатов во время загрузки; 4) по величине тока якорной цепи двигателя постоянного тока и по активной мощности в цепи статора асинхронного двигателя.
Микропроцессорная система контроля, защиты и управления шахтной подъемной машины Микропроцессорная система контроля, защиты и управления (МСКЗУ) состоит из следующих компонентов: - шкаф аппарата защиты и контроля движения микропроцессорного (АЗКДМ), который предназначен для контроля параметров движения шахтной подъемной машины (ШПМ); - пульт управления шахтного подъема (ПУШП), который предназначен для управления шахтным подъемом, визуализации и архивации параметров движения и прочих сигналов, приходящих от электрооборудования; - шкаф управления (ШУ), который предназначен для приема сигналов от электрооборудования и выработки аналоговых и дискретных сигналов управления. Основными функциями МСКЗУ является контроль и защита параметров движения ШПМ, формирование задания скорости для электропривода, управление тормозом и вспомогательными устройствами. Для выполнения этих функций необходима информация о положении подъемных сосудов и их скорости. Данная информация определяется счетными модулями контроллеров шкафа АЗКДМ по показаниям инкрементальных энкодеров (импульсных датчиков угла поворота), которые механически связаны со шкивами (или барабаном) ШПМ. Рассчитанное положение подъемных сосудов и рассчитанную скорость их движения контроллер шкафа АЗКДМ предоставляет для доступа по цифровым последовательным сетям передачи данных компьютеру пульта управления ПУШП и контроллеру шкафа управления ШУ.
Микропроцессорная система контроля, защиты и управления шахтной подъемной машины Также в АЗКДМ и ШУ вводятся дискретные и аналоговые сигналы о состоянии оборудования ШПМ и управляющие сигналы ПУШП. На основании полученной информации АЗКДМ формирует защитную тахограмму, осуществляет контроль параметров движения и выдает путевые команды для формирования задаваемой скорости. ШУ на основании полученной информации осуществляет формирование задания скорости для электропривода, управление тормозом и другими устройствами. Управляющие сигналы АЗКДМ и ШУ выдаются в виде дискретных и аналоговых сигналов. Компьютер пульта Наименование параметра Значение 1 Глубина подъема, м, не более 2000 2 Абсолютная погрешность контроля пройденного подъемным сосудом пути, м, не более +0, 01 3 Количество обслуживаемых горизонтов, не более 14 4 Максимальная скорость движения сосуда по рабочей тахограмме, м/с, не более 5 Диапазон значений контролируемых ускорений, м/с2 20 0… 5 6 Время реакции на превышение скорости, с, не более 0, 1 7 Количество автономных каналов контроля и защиты движения АЗКДМ 2 8 Количество подключаемых энкодеров 2 9 Разрывная мощность контактов реле защитных устройств для коммутации питания катушки тормоза предохранительного при постоянном токе не менее 50 Вт при 220 В