Частотно - управляемый асинхронный электропривод для грунтопроходческого станка

Таблица 3.8

Допустимые момент и мощность привода FCM 375

при ПВ=60%

Для ПВ 50%, данные заносим в таблицы 3.9 и 3.10.

Таблица 3.9

Допустимые момент и мощность привода FCM 355

при ПВ=50%.

Таблица 3.10

Допустимые момент и мощность привода FCM 375

при ПВ=50%.

Используя полученные данные, изобразим требуемые и механические характеристики приводов. Характеристики для FCM355 и FCM375 изображены на рис. 3.5 и 3.6 соответственно.

Рис. 3.5. Механические характеристики FCM 355.

Рис. 3.6. Механические характеристики FCM 375.

Из приведенных выше характеристик видно, что ни один из предложенных приводов не способен работать в заданных режимах. Приводы перегружаются на пониженных частотах вращения режимов 1 и 2. Решить эту проблему можно установкой независимого охлаждения. Если приводы будут работать при независимом охлаждении, то при пониженных частотах вращения вала степень охлаждения привода останется неизменной. Это приведет к тому, что и допустимый момент привода будет равен номинальному на всем диапазоне скоростей. В этом случае допустимым моментом будет являться максимальный момент, рассчитанный в таблицах 3.7 и 3.8. Это 28,24 и 38,73 Н∙м для приводов FCM 355  и FCM 375 соответственно при ПВ 60%.

С другой стороны максимально возможный момент перегрузки (Мmax = 1.6 Mном), который может выдержать в течении 1 минуты, составляет для FCM 355 – 28 Н*м, а для FCM 375 – 38,4 Н*м. Видно, что оба привода могут обеспечить требуемый момент.

Оценим фактическую перегрузку приводов относительно их номинального момента.

Нагрузка для FCM355, будет равна:

а для FCM375:

Согласно техническим данным приводов [1], при работе с нагрузкой в 160% от номинальной в течение минуты, происходит отключение привода. Повторное включение привода  разрешено защитой преобразователя только через 5 минут в течение которых происходит охлаждение. В случае меньшей нагрузки (142,8%), при использовании привода FCM 355 для его повторного включения следует выждать приблизительно  около 3-х минут. Такой режим работы не удовлетворяет технологии работы данной установки.

3.6. Окончательный выбор электропривода

Двигатель в FCM355 допускает 200% нагрузку, из-за ограничений преобразователя частоты по току перегрузки, такой комплект использовать нельзя. А так как привода Danfoss серии FCM300 – комплектные, то нет возможности установить на двигатель мощностью 5,5 кВт преобразователь частоты с мощностью 7,5 кВт. Таким образом, для грунтопроходческого станка выбирается комплект: асинхронный двигатель – преобразователь частоты Danfoss FCM375. так как он способен работать в требуемом режиме, но только при использовании независимого охлаждения.

Приведем основные технические данные выбранного привода (см. таблицу 3.11):

Таблица 3.11

Внешний вид выбранного комплекта преобразователь частоты + двигатель фирмы Danfoss FCM 375 представлен на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Внешний вид FCM 375.

3.7. Рекомендации по использованию привода 

На рис 1.1 показана циклограмма нагрузки. Где время tвкл зависит от скорости прохода инструмента в грунт, а tхх от времени наращивания дополнительной штанги инструмента, при котором электропривод работает на ХХ. Следует заметить, что скорость прохода определена и составляет ≤ 0,5 м/мин. Таким образом, ГС должен подать в грунт сменную штангу  не более чем за 36 секунд. Меняя время работы привода на холостом ходу можно добиться различных значений ПВ и общей скорости прохода установки.

Установку можно использовать в условиях повышенной нагрузки с моментом сопротивления до 38,4 Н×м. При таком моменте сопротивления электропривод испытывает нагрузку 160% относительно номинальной. FCM 375 может работать при такой нагрузке в течение 1 минуты, после чего происходит его аварийное отключение. Время работы под нагрузкой составляет не более 36 секунд.

Таким образом, установка не успевает  нагреться до температуры отключения.

Так как электропривод используется с независимым охлаждением с небольшой перегрузкой, можно использовать ПВ со значениями близкими к 100%.

В таблице 3.12 представлены рекомендации по использованию привода относительно ПВ и общей скорости прохода установки.

Таблица 3.12

Рекомендации относительно ПВ привода.

4. Разработка электросхемы ЭО

4.1. Назначение электрооборудования ГС

На рис. 4.1 приведена принципиальная схема электрооборудования[6].

Электрооборудование служит для управления приводом маслостанции, управления промывочным и грязевым насосами,  защиты электрооборудования и рабочего персонала.

Далее приведено назначение элементов использованных в принципиальной схеме электрооборудования установки.

Элементы питания: клеммы XТ1, XТ2, XТ3; трансформатор TV1; блок питания БП.

Элементы защиты: автоматические выключатели Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9; ОЗУ F1; реле чередования фаз К1; реле напряжения КV1; датчики SK1, SK2, SL; охладитель М4.

Элементы управления: кнопки SB1, SB2, SB3, SB4, SB5, SB6, SB7, SB8, SB9, SB10; потенциометр R1; пульт программирования LCP 2.

Элементы сигнализации: лампы: HL1, HL2, HL3, HL4, HL5, HL6, HL7, HL8; индикатор скорости вращения привода маслостанции.

Элементы привода: пускатели KM1, КМ2, КМ3; двигатели M1, М2, М3, М4, М5.

Соединительные элементы: разъемы  X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X11, X12, X13, X14, X15.

4.2. Принцип работы электрической схемы ЭО

1 Подача напряжения на электрооборудование.

1.1. Напряжение 380 В подается при включении дифференциального автоматического выключателя QF1, расположенного в ЭЩ. И на передней стенке ЭЩ загорается лампа HL8 (Сеть).

1.2. При включении выключателей  QF2,....QF8, расположенных в ЭЩ, подается напряжение на электрооборудование и на электрическом пульте ЭПУ2 загорается лампа HL7 («Напряжение на пульт подано»), подано напряжение на клеммы ХТ2 ЭЩ.

1.3. При низком уровне масла в маслобаке на панели блока, расположенного в контейнере маслостанции, загорится сигнальная лампа HL3. «Низкий уровень масла». Если уровень масла в норме лампа HL3 не горит.

1.4. При подаче напряжения на ЭПУ включится цифровой индикатор. 

1.5. Отключение напряжения со всего электрооборудования осуществляется автоматическим выключателем QF1.

Отключение напряжения 380В производится автоматическими выключателями:

с электрооборудования маслостанции - QF5,

с промывочного насоса – QF6,

с грязевого насоса - QF7,

со схемы управления QF4,

с блока питания (БП) – QF8.

Отключение напряжения 36 В с клемм ХТ2 производится автоматическим выключателем QF2.  

2. Управление приводом масляного насоса.

2.1. В качестве привода гидронасоса маслостанции используется комплектный привод ф. Danfoss типа FCM375. Он состоит из преобразователя частоты (ПЧ) и сопряженного с ним двигателя (М1). Все это выполнено в виде единого конструктивного блока, расположенного в контейнере маслостанции. Управление скоростью вращения двигателя маслостанции М1 осуществляется за счет изменения частоты подводимого к двигателю напряжения. Для визуального контроля частоты напряжения питания двигателя М1 используется цифровой индикатор. Цифровой индикатор расположен на ЭПУ.

2.2. Для приведения М1 во вращение сначала  подается напряжение  на ПЧ.  Для этого следует нажать кнопку SB4 (“Включение напряжения на МС”) на ЭПУ2, срабатывает пускатель КМ1 и своими контактами подает напряжение на вход ПЧ (клеммы ПЧ L1,L2,L3). Затем с помощью кнопки управления «Пуск» ЭПУ включается ПЧ и от него подается напряжение на двигатель М1.

2.3. Одновременно с пуском двигателя срабатывает реле встроенное в ПЧ, срабатывает реле KV1 и включает  вентилятор охлаждения ПЧ.

2.4. Регулирование частоты вращения осуществляется за счет изменения частоты подводимого к двигателю напряжения. Для задания частоты напряжения используется потенциометр R, установленный на ЭПУ.

2.5. Отключение  вращения двигателя М1 осуществляется кнопкой “Стоп”. Двигатель тормозится до полной остановки за счет момента сотротивления на его валу.

2.6. Для отключения напряжения с ПЧ и двигателя следует нажать кнопку SB3 «Стоп». В этом случае отпускает пускатель КМ1 и отключает напряжение с входа ПЧ,  вентилятора ПЧ и охладителя масла.  

2.7. Защита насоса маслостанции осуществляется с помощью датчиков уровня SL1 и датчиков температуры SK1и SK2.

2.7.1. При снижении уровня масла ниже допустимого уровня датчик SL1 размыкает свой контакт и отключает пускатель КМ1,  маслостанция отключается. На панели блока МС загорается лампа «Низкий уровень масла» Следует долить масла в бак.

2.7.2.При достижении температуры   +45 0 С размыкает контакты датчик SK2 и своими контактами включает двигатель вентилятора охладителя масла. При снижении температуры приблизительно до 35-400 С датчик размыкает контакты и вентилятор отключается.

2.7.3. При достижении температуры + 650 С размыкает контакт датчик SK1 и отключает пускатель КМ1, который отключает питание с электрооборудования МС и она выключается. На панели блока МС загорается лампа «Перегрев масла» Повторное включение в штатном режиме возможно после остывания масла до рабочей температуры (около 500 С).

2.8. Защита двигателя М1 от перегрузки, коротких замыкания в двигателе осуществляется с помощью ПЧ в котором, произведены соответствующие настройки.

2.9. В соответствии с требованием о временной задержке перед повторным включением напряжения на клеммы ПЧ (L1, L2, L3), изложенными в технических характеристиках   в схеме предусмотрено  реле времени КТ1. Оно предназначено для получения выдержки времени перед повторной подачей напряжения  на входные клемм ПЧ (L1, L2, L3). Частота подачи напряжения на эти клеммы не должна быть больше, чем один раз за две минуты. Установлена выдержка около 2 минут.

4.3. Перечень элементов

Перечень элементов к предложенной схеме ЭО представлен в Приложении 1 к данной работе[4][7].

5. Конструкция Механизма продавливаия

Механизм продавливания грунтопроходческой установки представляет собой довольно сложную конструкцию и изображен на рис. 5.1.

Рис 5.1 Механизм продавливания.

Приведем конструктивную схему механизма продавливания.

Рис 5.2 Конструктивную схема механизма продавливания.

Сам механизм перед началом работы установки помещается в технологический колодец. После чего укрепляется там при помощи распорок 4. После чего на суппорт 3 устанавливается сменная штанга. И под давлением жидкости гидроцилиндры 1 начинают вдавливать в грунт инструмент. С помощью камеры 2 происходит отслеживание точности направления продавливания. Поворот инструмента осуществляется с помощью храпового колеса.

Заключение

Тематика работы посвящена разработке частотно-управляемого асинхронного электропривода грунтопроходческого станка. При решении этой задачи были:

o       проведен анализ работы грунтопроходческого станка;

o       составлены требования к электрооборудованию и приводу масляного насоса станка;

o       разработана методика  выбора преобразователя частоты для привода масляного насоса ГС;

o       разработаны рекомендации по  регламенту режимов работы ГС

o       разработана электрическая схема электрооборудования  ГС.

Отдельным пунктом является обоснование выбора ПЧ к данной установке. Приведены расчеты на основании которых производится выбор электропривода установки.

Материалы и полученные по результаты работы могут использоваться при проектировании аналогичных грунтопроходческих установок.

Список используемой литературы

1. Danfoss FCM 300 Series. – Danfoss trademark, 2004.-104 с.

2. Инструкции по эксплуатации FC 300 – Данфосс А/О, 2003.-68 с.

3. Технический каталог. Издание второе исправленное и дополненное – Владимирский электромоторный завод, 2003.-74 с.

4. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных  предприятий. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. - М., Энергоатомиздат, 1987.-368 с.

5. Правила устройства электроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2001.-928с.

6. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник.-М.: Издательство стандартов,1989.-325с.

7. Электротехнический справочник Т.2. Электротехнические изделия и устройства. М.: Энергоатомиздат 1986.

Страницы: 1, 2, 3