Методичка-все лекции по КЭП_ver_9.09

Лекція №1. Призначення та склад комплектних електроприводів

1.Стуктура комплектних електроприводів

Електропривод являє собою електромеханічну систему, що складається з електродвигунного, перетворювального, передатного й керуючого пристроїв, і призначена для приведення в рух виконавчих органів робочої машини та управління цим рухом. Структура електроприводу наведена на рис.1

Рис.1.

Вона містить перетворювальний пристрій (1), який визначається як електротехнічний пристрій, що перетворює рід струму, напругу, частоту і змінює показники якості електричної енергії, призначений для створення керуючого впливу на електродвигунний пристрій; електродвигунний пристрій (2), що є електротехнічним пристроєм - електричної машиною, - призначеним для перетворення електричної енергії в механічну або механічної енергії в електричну; передавальний пристрій (3), призначений для передачі механічної енергії від електродвигунного пристрою електроприводу до виконавчого органу робочої машини (ВОРМ) та узгодження виду і швидкостей їх руху; управляючий пристрій (4), що є електротехнічним пристроєм, призначеним для управління перетворювальним, електродвигунним і передавальним пристроями. Керуючий пристрій, як правило, містить інформаційну частину, яка одержує інформацію від задатчиків (сигнал завдання) і датчиків зворотного зв'язку (сигнал про стан приводу) та відповідно до заданих алгоритмів виробляє сигнали управління.

2.Класифікація комплектних електроприводів.

Взалежності від типу електродвигуна розрізняють електроприводи постійного та змінного струму. Розрізняють також регульований електропривод, параметри руху якого можуть змінюватися за зовнішніми

3

командами, і нерегульований. Найбільш досконалим видом регульованого електроприводу на даний час все ще є електропривод постійного струму, в якому регулювання здійснюється зміною середнього значення напруги, прикладеної до якоря електродвигуна постійного струму і (або) до його обмотки збудження. Останнім часом в якості джерела регульованої напруги постійного струму використовують, як правило, тиристорні перетворювачі (ТП). Такі електроприводи називаються тиристорними.

Комплектні тиристорні електроприводи мають виконання: а) по струму і напрузі ТП;

б) за кількістю двигунів - однодвигунний, дводвигунний, багатодвигунний; в) за наявністю або відсутністю реверсу - нереверсивні, реверсивні зі зміною напрямку струму збудження, реверсивні зі зміною полярності

напруги на якорі; г) за діапазоном зміни швидкості двигуна - однозонний, двозонний;

д) за основним регульованим параметром - швидкість, ЕРС, напруга, положення, натяг, потужність;

е) за додатковим складом апаратури силового ланцюга - з лінійним контактором і без нього, з динамічним гальмуванням і без нього;

ж) по напрузі живильної мережі - 380 В, 6 або 10 кВ; з) за способом зв'язку з мережею живлення .- трансформаторний зв'язок,

реакторний зв'язок.

Комплектні тиристорні електроприводи мають також виконання по виду охолодження силових тиристорів - природне, повітряне, водяне; за видом обслуговування шаф з апаратурою - одностороннє або двостороннє і т. п.

Зазначені ознаки знаходять своє відображення в типі електроприводу, що присвоєний заводом-виробником.

3. Утворення типів комплектних електроприводів

Електропривод серії КТЭУ потужністю до 2000 кВт:

КТЭУ Iном Uном АБВГД УХЛ4 (О4)

Букви А, Б, В, Г, Д замінюють певні цифри, як це показано далі, УХЛ вказує на виконання для районів з помірним і холодним кліматом, О - загальнопромислове виконання, остання цифра 4 позначає категорію розміщення відповідно до ГОСТ 15150-69, тобто в закритих опалюваних приміщеннях. Букви А, Б, В, Г, Д мають таке значення:

А - кількість двигунів: 0 - без двигуна (у цьому випадку електропривод фактично являє собою комплектний перетворювальний агрегат без системи управління електроприводом), 1 - однодвигунний, 2 - із двома двигунами з паралельним з'єднанням якорів, 3 - багатодвигунний з паралельним

з'єднанням якорів, 4 - із двома двигунами з послідовним з'єднанням якорів.

Б- режим роботи: 1-нереверсивний, 2 - реверсивний зі зміною напрямку струму в колі обмотки збудження без режиму рекуперації, 3 - реверсивний зі зміною полярності напруги на якорі.

4

В - виконання ТП за способом зв'язку з мережею: 1 - з реактором, 2 - з трансформатором.

Г - основний регульований параметр: 0 - без системи регулювання, 1 - ЕРС або швидкість, однозонне регулювання, 2 - швидкість, двозонне регулювання, 3 - положення, 4 - синхронізація по положенню двох електроприводів, 5 - потужність, 6 - потужність, з прямим регулятором натягу і цифровим вимірювачем радіусу намотуваного рулону, 7 - натяг, 8 - спеціальна система регулювання, 9 - швидкість, для шахтних підйомних машин та спеціальні виконання.

Д - склад комутаційної апаратури силового кола: 0 - без апаратури, 1 - з динамічним гальмуванням, 2 - з лінійним контактором і динамічним гальмуванням, 3 - з лінійним контактором.

Приклад типу: КТЕУ-1000/440-13222-УХЛ4.

4. Визначення параметрів і характеристик електроприводу

Параметрами електроприводу є швидкість, навантаження, діапазон регулювання, жорсткість механічної характеристики і електромеханічна стала часу.

Швидкість електроприводу - швидкість електродвигунного пристрою і всіх рухомих мас, механічно з ним пов'язаних. Прийнято виділяти швидкість ідеального холостого ходу електропривода, при якій електромагнітний момент електродвигунного пристрою дорівнює нулю, і швидкість дотягання електроприводу - швидкість регульованого електроприводу, що забезпечує зупинку виконавчого органу робочої машини із заданою похибкою. Зручними розрахунковими параметрами є: статичне падіння швидкості електропривода - різниця значень сталих швидкостей електроприводу до і після програми заданого статичного навантаження і динамічне падіння швидкості електропривода - різниця між сталим початковим значенням швидкості електроприводу і найменшим миттєвим значенням швидкості до і після програми заданого статичного навантаження.

Навантаження електроприводу - електромагнітний момент або сила, що розвивається електродвигунним пристроєм (струм головного кола двигуна), яка розглядається як статична при сталій швидкості і динамічна, що викликається моментом інерції рухомих елементів електроприводу і машини при зміні швидкості.

Електроприводи характеризуються діапазоном регулювання, який визначається як можливі межі зміни сталого значення регульованого параметра електроприводу, при заданій точності регулювання і встановлених межах зміни збурень.

Жорсткість механічної характеристики електроприводу - це відношення різниці електромагнітних моментів, що розвиваються електродвигунним пристроєм, до відповідної різниці швидкостей електроприводу.

5

Електромеханічна постійна часу електроприводу - це час, протягом якого електропривод розганяється з нерухомого стану до швидкості ідеального холостого ходу під дією незмінного моменту, рівного моменту короткого замикання електродвигуна.

Характеристиками електроприводу називаються залежності швидкості від навантаження (моменту, струму головного ланцюга двигуна) і залежності швидкості і навантаження від часу.

Механічна характеристика електропривода - залежність швидкості електропривода від електромагнітного моменту, що розвивається електродвигунним пристроєм. Для широкого кола робочих машин використовується екскаваторна механічна характеристика електропривода, що має два різко відрізняються ділянки; перша ділянка - при менших значеннях електромагнітного моменту з більшою жорсткістю і друга ділянка - при великих значеннях електромагнітного моменту, з різко зниженою жорсткістю.

Електромеханічна характеристика електропривода - залежність швидкості електропривода від струму електродвигунного пристрою.

Характеристики, де навантаження та швидкість залежать від часу, називаються діаграмами. До них відносять навантажувальну діаграму електроприводу - залежність навантаження електроприводу від часу для робочих машин, що працюють в циклічному режимі, і діаграму швидкості електропривода - залежність швидкості руху виконавчого органу від часу для машин, що працюють в циклічному режимі.

6

Лекція № 2. Основи проектування електроприводів. Загальні вимоги до конструкції електроприводів.

1. Основи проектування електроприводів

Основними технічними даними при проектуванні комплектних тиристорних електроприводів є номінальний струм і напруга.

Номінальний струм електропривода вибирається по струму ТП і може бути більше номінального струму двигуна. При виборі електропривода слід перевірити, щоб максимальний струм двигуна не перевершував максимально допустимий струм електроприводу. Як правило, для найбільш відповідальних механізмів вибір електроприводу здійснюється з урахуванням реальних графіків навантаження електродвигуна. Для багатодвигунних електроприводів за номінальний струм електроприводу приймається сумарний струм двигунів.

Номінальна напруга електроприводу визначається номінальною напругою електродвигуна. Воно менше номінальної напруги ТП, визначається за ГОСТ 25953-83, на 5-10%, що забезпечує необхідний запас на регулювання швидкості і на безпечне інвертування при зниженні напруги мережі живлення. При живленні ТП через реактор від мережі 380 В в реверсивних електроприводах забезпечується напруга двигуна не вище 400 В, що призводить до його недовикористання.

Умови експлуатації електроприводів.

Електроприводи призначаються для експлуатації в районах з помірним і холодним кліматом (виконання УХЛ4) при температурі від 1 до 40 ° С. Відносна вологість не більше 80% при температурі 20 ° С. Висота над рівнем моря не повинна перевищувати 1000 м. Електроприводи в загальнокліматичному виконанні О4 призначені для роботи при температурі від 1 до 45 ° С.

Електроприводи призначені для роботи в закритих стаціонарних приміщеннях при відсутності безпосереднього впливу сонячної радіації; навколишнє середовище невибухонебезпечне, не містить агресивних газів і пари в концентраціях, що руйнують метали і ізоляцію, ненасичене струмопровідним пилом і водяними парами; вміст неструмопровідного пилу не більше 0,7 мг / м3. У частині впливу механічних факторів електроприводи мають відповідати групі умов експлуатації М2 за ГОСТ 17516-72.

Електроприводи обладнуються такими видами захистів:

від виходу з ладу тиристорів при зовнішніх і внутрішніх коротких замиканнях, відкриванні тиристора в непрацюючій групі, перекиданні інвертора;

від перенапруг на тиристорах; від аварійного перевантаження тиристорів;

від розвитку аварійних процесів при зникненні напруги власних потреб і силової напруги;

7

від неприпустимої тривалості роботи при зникненні примусової вентиляції (де вона застосовується);

від зниження струму збудження двигуна нижче допустимого;

від перевищення допустимого струму збудження;

від перенапруги на якорі двигуна;

від перевищення швидкості двигуна;

від неправильного порядку складання схеми;

від перевантаження двигуна, що перевищує задане протягом певного часу (до 20 с) або захист по середньоквадратичному струму;

від аварійних режимів маслонаповненого трансформатора (якщо він застосовується);

від включення ТП на обертовий двигун або при напрузі на виході ТП, не рівному нулю;

від порушення ізоляції елементів силового кола.

При всіх видах захистів забезпечується певна селективність захистів, що не допускає перегорання запобіжника або тиристора, якщо дана аварія може бути відключена автоматичним вимикачем або мережевим захистом ТП, переводить імпульси управління в інвертор.

Для полегшення експлуатації і пошуку несправностей електроприводи забезпечені аварійною та попереджувальною сигналізацією. Аварійні та попереджувальні сигнали реєструються з видачею їх на світлову індикацію і в зовнішнє коло.

2. Загальні вимоги до конструкції електроприводів

Компонування. Розрізняють два різновиди компонування функціональних модулів в електроприводах: моноблочну і функціонально-модульну.

Моноблочна компоновка - це така компоновка, при якій всі основні елементи електроприводів (трансформатор або реактор, силова частина, комутаційна, сигнальна і захисна апаратура, апаратура регулювання) розміщуються в одній шафі або на одному щиті, і являють собою єдине конструктивне ціле.

Функціонально-модульна компоновка - це компоновка, при якій всі основні елементи електроприводів представляють собою функціонально закінчені модулі, кожен з яких є окремим конструктивним цілим.

Електроприводи, побудовані за цим принципом, можуть компонуватися двояко:

1)функціональні модулі (трансформатор, вентильна шафа або секція, шафи управління, регулювання, силові) встановлюються впритул один до одного, сполучаються між собою механічно і електрично і являють собою єдиний конструктивний комплекс. Цей різновид компонування називається комплектним (поєднаним);

2)функціональні модулі монтуються безпосередньо на об'єкті (у місцях, для них передбачених), є мобільними у випадку необхідного демонтажу та

8

установки в новому місці і з'єднуються між собою за допомогою магістральних шинних трас. Цей різновид компонування називається вільним.

У моноблочному варіанті виготовляються електроприводи малої потужності (до 100 кВт), так як тепловий режим малопотужних елементів агрегату дозволяє розмістити їх в одній шафі і таким чином створити компактну, зручну в експлуатації конструкцію.

При виготовленні електроприводів більшої потужності, як правило, застосовують функціонально-модульну компоновку.

Конструкція. Елементи електроприводів (за винятком верстатних) розміщують в шафах. При постійній висоті шаф (оболонок) їх розміри по глибині і фронту різняться в залежності від функціонального призначення кожної шафи і скомпонованою в ньому апаратури, розміщеної з урахуванням дотримання електричних відстаней між частинами, що перебувають під різним потенціалом (і від них до заземлених частин), створення належних теплових та динамічних умов для роботи апаратури та електрообладнання, зручності монтажу і обслуговування.

На дверцятах шаф за функціональної необхідності встановлюються органи управління та контролю та інформативні елементи, а також скло - у разі встановлення в шафі блоків систем регулювання, управління і захисту з вимірювальними приладами або елементами світлової сигналізації.

Власне металева шафа є оболонкою кожного функціонального модуля, комплектуючого електропривод (крім тих модулів, у яких оболонка є специфічною, - захищені трансформатори, реактори і т. д.).

Щитова металоконструкція складається з декількох стикованих між собою шаф збірної конструкції і є базовим конструктивом підвищеної монтажної готовності порівняно з одиничними шафами.

Основним несучим модулем щита є корпуси одиночних шаф. Корпуси шаф скріплені між собою. Бічні площини корпусів крайніх шаф закриті металевими кришками.

Шафи виконуються з урахуванням одно-і двостороннього обслуговування електроприводів. Двері шаф (там, де вони передбачені) забезпечені замками, що замикаються на ключ, що запобігає можливість потрапляння всередину шаф та в зони високого потенціалу ненавченого персоналу чи випадкових осіб.

Шафи щитів управління та силових щитів забезпечуються знімними днищами, які виймаються вгору. У днищах передбачені прорізи, розташовані на загальній поздовжньої осі, для виведення кабелів, шин і підведення повітря.

Шафи, що входять до складу електроприводу, при виконанні у вигляді єдиного конструктивного цілого, а також окремі збірки шаф, що входять до складу електроприводів при вільному компонуванні, розташовують в одній площині з фасаду і допускають установку поруч один з одним без зазорів.

9

Уякості опорної конструкції збірки шаф мають жорсткі опорні рами з прокатних або гнутих профілів (швелерів на ребро), що дозволяють встановити шафи на кабельні канали, при цьому опорні частини опорних рам спираються на край каналів і несуть все навантаження від ваги шафи з обладнанням. Поперечні частини рами, що висять над каналом, тримають вага обладнання і розраховуються на цю вагу.

Ушафах, в яких потрібне підключення приладів та паяльників, встановлюються розетки на напругу 220 і 42 В. Підключення розеток здійснене до автоматичного вимикача через запобіжники і трансформатор.

Там, де це функціонально доцільно, шафи мають внутрішнє електричне освітлення.

Шафи електроприводу заземлені відповідно до вимог ПБЕ за допомогою елементів, передбачених у складі шаф.

Всі елементи систем керування і регулювання розміщуються в легкознімних блоках, які мають уніфіковану конструкцію.

Електроприводи поставляються замовнику транспортними секціями, кожна довжиною не більше 4м і вагою не більше 4т. Кожна транспортна секція електроприводу пофарбована в загальний для даного електроприводу колір. Всі електричні з'єднання в межах транспортної секції виконуються на заводі-виробнику.

Клемники кіл керування електроприводів відокремлені від клемників вводу. Клемники розташовані на висоті, що дозволяє зігнути і обробити кабель на об'єкті в межах половини глибини шафи, але не менш ніж на 300

ммвід рівня підлоги. Місця для кабельних розділок розташовуються в межах шаф.

Ступінь захисту всіх електроприводів, які мають шафове виконання, не менш ІР21 за ГОСТ 14254-80, крім місць виходу силової ошиновки, вентилятора і ящиків резисторів. динамічного гальмування (якщо вони встановлені на шафах), де ступінь захисту ІР00.

На шафах електроприводів великої потужності передбачені місця для установки кронштейнів, які підтримують зовнішню, підведену зверху, ошиновку; всередині шаф передбачені конструктивні елементи, що забезпечують закріплення введених зверху зовнішніх шин або кабелів.

Системи примусового охолодження виконуються або з вбудованим вентилятором і з забором повітря з навколишнього середовища, або через жалюзі, або через патрубок в днищі шафи, або з охолодженням від централізованої системи охолодження.

10