Частотно - управляемый асинхронный электропривод для грунтопроходческого станка

Частотно - управляемый асинхронный электропривод для грунтопроходческого станка

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Тульский  государственный университет

КАФЕДРА  ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ  И  ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по  дисциплине:

«Электроприводы промышленных

механизмов и бытовых приборов»

Студент: Гавриков А.В.

Группа:  230711

Вариант: № 3

Руководитель: Дубальский В.Е.  Дата 21.12.2005г.

Члены комиссии: ______________

______________________________

______________________________

Тула  2005г.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Тульский  государственный университет

Кафедра электротехники и электрооборудования

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по курсу ” Электроприводы промышленных механизмов

 и бытовых приборов ”

Студент  Гавриков А.В.   Группа 230711

1.     Тема работы: Частотно - управляемый асинхронный электропривод для грунтопроходческого станка

2.     Исходные данные к курсовой работе:

2.1   Род тока —  трёхфазный переменный, промышленная частота 50 Гц;

2.2   Номинальное напряжение питания сети 380В с изолированной нейтралью;

2.3   Режимы работы - максимально требуемая мощность 6,5 кВт, скорость прохода ≥ 0,5 м/мин, длинна наращиваемой секции 300 мм, количество наращиваемых секций 200 шт., длительность работы установки 1 час, длина скважины 60 м, диаметр проходимого отверстия 60 мм;

2.4   Диапазон регулирования частоты вращения вала электропривода – 300 ÷ 2500 об/мин;

2.5   Технология работы установки.

3.     На основе анализа работы и конструкции составить:

3.1   Описание принципа действия и устройства механизма;

3.2   Технические требование к электроприводу механизма.

4.     Разработать:

4.1   Методику выбора двигателя (привода) для механизма;

4.2   Принципиальную схему электропривода и составить перечень элементов.

Руководитель проекта ________Дубальский В.Е.____________________

Задание принято к исполнению  __________________________________

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

1. Технология работы установки.. 5

1.1. Анализ технологии работы ГС.. 5

1.2. Режимы работы установки. 7

2. Требования к электрооборудованию и приводу масляного насоса станка И его СОСТАВ.. 9

2.1. Требования по назначению.. 9

2.2. Требования по работоспособности и конструкции. 9

2.3. Требования по электробезопасности. 10

2.4   Состав электрооборудования ГС.. 11

3. Обоснование выбора ПЧ.. 13

3.1. Расчет механической характеристики установки. 13

3.2. Выбор числа пар полюсов двигателя. 14

3.3. Определение требуемой мощности привода. 14

3.4. Предварительный выбор электропривода. 18

3.5. Проверка приводов на перегрузку по моменту. 19

3.6. Окончательный выбор электропривода. 25

3.7. Рекомендации по использованию привода. 27

4. Разработка электросхемы ЭО.. 28

4.1. Назначение электрооборудования ГС.. 28

4.2. Принцип работы электрической схемы ЭО.. 30

4.3. Перечень элементов. 32

Заключение. 33

Список используемой литературы... 34

Введение

Городские дороги от пригородных дорог отличаются тем, что под конструктивными слоями дорожной одежды на городских улицах и дорогах располагается достаточно большое количество подземных инженерных сетей и сооружений (водопроводы, канализационные сети, всевозможные кабели: силовые, телефонные и пр., газопроводы, тепловые сети и т. д.). Очень часто жители города спрашивают: «Почему иногда так резко ровность городских дорог отличается по своим показателям от ровности пригородных автомобильных дорог?»

Надо признать, что, в действительности, показатели ровности пригородных дорог лучше, чем городских. И в первую очередь потому, что городские дороги и улицы после траншейного восстановления, восстановления шурфов и пр. вслед за работами по ремонту подземных коммуникаций, находящихся в зоне проезжей части дорог и тротуаров, не соответствуют требованиям ГОСТ Р 50597-93 по предельным значениям показателей эксплуатационного состояния. Это обстоятельство является основной причиной.

В настоящее время существуют более совершенные (современные) технологии прокладки инженерных сетей и сооружений закрытым способом. Рассматриваемая грунтопроходческая установка функционирует по данной технологии. Она предназначена для бурения каналов, в том числе и в районах и застройки города. Она может использоваться в таких проектах, которые требуют сооружения проходов под автострадами, железнодорожными путями, взлётно-посадочными полосами и реками.

Цель работы: разработка электропривода для маслостанции  и системы управления электрооборудованием установки продавливания. В работе рассматривается технология работы грунтопроходческого станка. Приведены расчеты на основании которых был выбран электропривод установки.

1. Технология работы установки

1.1. Анализ технологии работы ГС

Данная установка предназначена для бурения скважин длиной до 60 м и диаметром 60 мм в грунте различной твердости. Для повышения качества получаемых отверстий и меньшего износа оборудования, требуется регулирование скорости вращения рабочего инструмента. Привод инструмента осуществляется от гидромотора. Регулирование частоты вращения гидромотора зависит от скорости подачи рабочей жидкости от гидронасоса. Предлагается использовать для вращения гидронасоса регулируемый асинхронный электропривод.

Работа установки заключается в прохождении горизонтальных скважин. Прохождение осуществляется в следующих режимах:

-       управляемый прокол (подача обсадного става вперед и назад);

-       бурение (подача с вращением бурового става).

Управляемый прокол осуществляется при вдавливании с заданным  шагом инструмента (с последующим разрушением, погрузкой грунта и выдачей его на поверхность). Сначала вдавливается непосредственно сам инструмент, затем его продавливают  с помощью труб, которые поочередно устанавливаются друг за другом. Подача и наращивание очередной секции трубы осуществляется после прохода предыдущей трубы в грунт. Во время наращивания инструмента происходит отключение нагрузки от привода, и он продолжает работать на холостом ходу (ХХ). Длина каждой такой секции составляет 0,3 м. Согласно исходным данным, скорость прохода должна быть ≥ 0,5 м/мин. Определим время работы привода под нагрузкой (tраб):

где:

lинст  ­– длина инструмента;

Vпр   – скорость прокола.

Время наращивания инструмента зависит от времени замены оператором установки наращиваемой секции. Примем это время около 0,6 мин. Таким образом продолжительность включения (ПВ) привода (отношение времени работы привода под нагрузкой к времени одного цикла технологической работы) определим из формулы:

где:

tцикл    – время цикла работы привода;

tХХ      – время работы привода без нагрузки.

Рассчитаем общее время работы привода, если инструмент состоит из 200 штанг:

где:

n – количество штанг в инструменте.

Заданное время работы составляет 60 мин (1час). Этого можно добиться, за счет уменьшения времени удлинения инструмента. Так же нужно учесть, что с уменьшением времени удлинения инструмента увеличивается ПВ привода. Определим эту возможную ПВ:

На рис. 1.1 показан график статической нагрузки работы привода:

  Рис. 1.1. График статической нагрузки работы привода.

Из этой циклограммы нагрузки видно, что привод работает в перемежающемся режиме S6, то есть последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы tраб с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу tХХ, причем длительность этих периодов такова, что температура двигателя не достигает установившегося значения.

 Нагрузка на привод маслостанции осуществляется при включении  гидравлического привода (продавливание или бурение)  установки.

1.2. Режимы работы установки

Требуемые мощности и диапазон частот вращения  масляного насоса  были определены из предварительного расчета возможных усилий возникающих при бурении и продавливании пород различной твердости. Работа ГС обуславливает следующие режимы работы масляного насоса.

Режим 1:

-             Время работы – до 1 ч;

-             Потребляемая мощность 6,5 кВт при частоте вращения 2500 об/мин;

-             Область регулирования частоты вращения 800 – 2500 об/мин (с возможным снижением мощности).

Режим 2:

-             Время работы – до 1 ч;

-             Потребляемая мощность 2 кВт при частоте вращения 550 об/мин;

-             Область регулирования частоты вращения 300 – 1000 об/мин (с возможным снижением мощности).

Режим 3:

-             Время работы – до 1 ч;

-             Потребляемая мощность 1 кВт при частоте вращения 2500 об/мин;

-             Область регулирования частоты вращения 1000 – 2500 об/мин (с возможным снижением мощности).

2. Требования к электрооборудованию и приводу масляного насоса станка И его СОСТАВ

При проектировании любой установки, возникают различные требования к электрооборудованию (ЭО), которые разделяются на требования по назначению, по работоспособности и конструкции и по электробезопасности[5].

2.1. Требования по назначению

1.    ЭО должно обеспечивать работу грунтопроходческого станка при прохождении горизонтальных, восходящих и нисходящих скважин.

2.    ЭО должно обеспечивать работу ГС в следующих предусмотренных режимах:

-         управляемый прокол (подача обсадного става вперед и назад);

-         бурение (подача с вращением бурового става).

2.2. Требования по работоспособности и конструкции

1.    Электропитание и управление электродвигателей, гидронасосов и блоков управления осуществляется через электрический щит (ЭЩ), в котором необходимо поместить дополнительное электрическое оборудование (ДЭО) для функционирования потребителей.

2.    ДЭО должно обеспечить:

-         контроль уровня масла и отключение маслостанции и охладителя при уровне масла ниже допустимого;

-         контроль температуры масла и включение охладителя при температуре масла +450 С;

-         отключение маслостанции и охладителя при температуре масла +500 С;

-         подачу электропитания приборам системы наведения;

3.    Аппараты управления ЭПУ должны обеспечить:

-         аварийное отключение насосов;

-         сигнализацию о подаче напряжения на пульт управления -"сеть";

-         включение, выключение потребителей: маслостанциии, грязевого насоса (ГН), промывочного насоса (ПН);

-         аварийное включение потребителей: маслостанциии, грязевого насоса (ГН), промывочного насоса (ПН);

-         световую сигнализацию включения насоса маслостанции, грязевого и промывочного насосов;

-         световую сигнализацию отключения маслостанции;

-         световую индикацию при срабатывании датчика уровня масла (ДУ) "низкий уровень масла" и датчика температуры (ДТ) "перегрев масла, маслостанция отключена".

4.    Подключение ЭПУ к ЭЩ и подключение к ЭПУ внешних устройств должно быть выполнено с помощью разъемных соединителей.

5.    Рабочее напряжение ЭПУ не более 36 В.

6.    Габаритные размеры ЭПУ не должны превышать 400х200х300 мм (длина х ширина х высота) и массу не более 5 кг.

7.    Корпус электрического щита (ЭЩ) должен иметь брызго- и пылезащищенность. В корпусе предусмотреть защищенное место для нанесения на него электрической схемы. Цвет покраски корпуса – серый.

8.    Блок разъемов в маслостанции должен быть обеспечивать быстрое подключение и отключение потребителей маслостанции и иметь габариты не более 150х155х195 мм (длина х ширина х высота).

9.    Все кнопки управления, расположенные на пультах управления, должны иметь резиновые колпачки.

2.3. Требования по электробезопасности

1.    Схемные и конструктивные характеристики должны соответствовать I классу защиты человека от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0-75.

2.    Сопротивление между контактами нулевого провода вилок питания и корпусами электродвигателей должно быть не более 4 Ом.

3.   Покупное электрооборудование должно быть сертифицировано и соответствовать нормам электробезопасности.

2.4            Состав электрооборудования ГС  

На основе анализа требований технического задания был определен состав электрооборудования  ГС, который представлен на рис.2.1.

Электрооборудование установки предназначено для обеспечения надежной работы грунтопроходческой установки в режимах продавливания в породе с коэффициентом крепости f=1÷3 по шкале проф. Протодьяконова и разбуривания кирпичных и бетонных фрагментов крепостью f=6÷8.

В состав электрооборудования входит:

1. Электрооборудование электрощита (ЭЩ).

2. Электрический пульт управления (ЭПУ)

3. Электрооборудование маслостанции  (МС).

4. Электрооборудование системы наведения.

Общая схема ЭО представлена на рис. 1.1

Рис.2.1. Общая схема электрооборудования ГПС

Оборудование электрощита.

В состав ЭЩ входит электроаппаратура, обеспечивающая:

- контроль фаз питающей сети;

- включение /отключение двигателей грязевого и промывочного насосов,

- включение /отключение привода насоса маслостанции,

ЭЩ обеспечивает электроснабжение всех блоков установки.

Электрический пульт управления (ЭПУ).

ЭПУ должен обеспечивать:

- запуск/останов всех компонентов ЭО;

- управление и регулирование координат привода маслостанции;

- индикацию о состоянии насосов.

Электрооборудование маслостанции (МС).

В состав маслостанции входит:

- асинхронный регулируемый электропривод

- датчики температуры и уровня масла, расположенные  в баке;

- привод охладителя:

- однофазный асинхронный двигатель мощностью 0,055кВт и напряжение питания 230 В;

- пульт индикации работы маслостанции (температура, уровень масла, сигнализация при превышении параметров привода маслостанции допустимых значений).

- электроаппаратура контроля за уровнем и температурой масла в баке.

3. Обоснование выбора ПЧ

3.1. Расчет механической характеристики установки

Из режима работы видно, что при максимуме нагрузки проходческой установки мы имеем мощность двигателя порядка 6,5 кВт. Необходим двигатель  с номинальной частотой вращения 2500 об/мин и мощностью приблизительно 6,5 кВт. При проектировании  агрегатов коэффициент запаса по мощности двигателя берется незначительным, до 15 % от развиваемой мощности насоса.

Определим момент М, на всех трех режимах работы по формуле:

где:

P – потребляемая мощность (кВт);

n – количество оборотов в минуту.

Для режима 1:

Для режима 2:

Для режима 3:

Отсюда видно, что наиболее сложные режимы работы привода это режим 1 и 2, а частности работа в этих режимах на низких частотах вращения вала двигателя.  Поэтому все дальнейшие расчеты и выбор привода можно осуществлять исходя из этих двух режимов.

На рис. 3.1 представлена механическая характеристика требуемого привода.

Рис 3.1. Механическая характеристика требуемого привода.

3.2. Выбор числа пар полюсов двигателя

Для регулируемого асинхронного привода в данном случае должен использоваться двигатель с числом пар полюсов равным 1.  Регулирование происходит на диапазоне частот 300 – 2500 об/мин, поэтому при выборе двигателя с  числом пар полюсов, например,  2 его мощность должна быть завышена примерно в два раза.   

3.3. Определение требуемой мощности привода

Привод должен соответствовать требуемой мощности различных режимов работы станка. Для того чтобы оценить нужную для работы мощность, выберем для каждого рабочего режима привода несколько рабочих точек и определим потребную мощность для каждой точки по формуле:

Полученные данные занесем в таблицу 3.1:

Таблица 3.1

Требуемая мощность работы установки

Страницы: 1, 2, 3