Электропривод и обрабатывание фурмы
Введение
1. Краткая технология, механическое устройство, требования к электроприводу
2. Выбор рода тока и величины напряжения
3. Расчёт и выбор мощности двигателя
4. Выбор основного силового оборудования
5 Выбор САР , статический расчёт САР
6. Выбор релейной схемы, краткое описание работы
7. Расчёт и выбор аппаратуры управления и защиты
8. Расчёт и выбор питающих линий
9. Вопросы монтажа электр оборудования
10. Наладка электрооборудования
11. Техника безопасности при ремонтах и эксплуатации
Литература
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
В современном производстве огромную роль играют различные машины и механизмы, большая часть которых приводится в действие электроприводом. Это связано с определёнными удобствами электрической энергии и двигателей на её основе - простота получения, передачи, легкость трансформации и преобразованием в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую и тому подобное.
Основные виды управляющих аппаратов: рубильники, переключатели, контакторы, реле были изобретены сразу после появления первых электрических машин и в дальнейшем развивались в основном реле - появились многие их типы: реле на втягивание-отпадание, тока-напряжения, защитные и промежуточные, времени (в том числе и с часовым механизмом). На основе реле, контакторов, путевых и конечных выключателей строили большие релейно-контакторные схемы управления, могущие осушествлять даже некоторые функции автоматики (управление по шаблону, простейшие манипуляции и так далее).
Современные электропривода для исполнительных механизмов имеют следующие основные части: двигатель (или двигатели - для многодвигательного привода), управляющей системы (тиристорный преобразователь - двигатель, система генератор - двигатель, релейно - контакторная схема и так далее), передаточного механизма (редуктора). Дальнейшее развитие идет в сторону уменьшения размеров и расширения функций системы управления - путём внедрения микропроцессорной техники и цифровых систем, максимальным приближением двигателей к рабочему механизму и упрощения передаточного механизма. Особого прогресса в конструкции самих двигателей не наблюдается, так как всё здесь уже изобретено отцами -основателями и дальнейший прогресс может быть осуществлен в основном за счёт применения новых электротехнических материалов (сверхпроводников, материалов с ограниченной проводимостью, диэлектрических материалов и тому подобное).
1. КРАТКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, ТРЕБОВАНИЯ К ПРИВОДУ
Фурма предназначена для подачи кислорода в конвертер с интенсивностью до 1500 м3/мин и представляет из себя выполненную из меди (для лучшей теплопроводности) трубу. Каждый конвертер имеет две водоохлаждаемые фурмы. Каждая фурма снабжена независимым электроприводом. Одна фурма рабочая, другая резервная. Масса фурмы достигает 4 тонн, масса контргруза 2,5 тонн. Максимальная скорость перемещения фурмы равна 1 м/сек. При подходе фурмы к зеркалу металла (так называют поверхность жидкого металла) для её точной остановки на заданном уровне скорость опускания снижается до 0,2 м/сек.
На кинематической схеме обозначено: 1 - фурма, 2 - звёздочка обводная (на старых моделях конвертеров применялась цепная передача, сейчас применяется тросовая), 3 - звёздочка приводная, 4 - силовой редуктор, 5 - тормоз, 6 - двигатель, 7 - кинематический редуктор, 8 - командоаппарат, 9 - сельсин.
На приводе каждой фурмы установлен двигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа ДП-52 (32 кВт, 220 В, 760 об/мин). С приводом связаны многоцепной командоаппарат КАР-46 и два сельсина-датчика БД404А.
Электрооборудование приводов фурм относится к потребителям первой категории (запитывается от двух независимых линий) и должно обладать максимальной надежностью, так как при отказе возможны аварии вплоть до взрыва при попадании воды в конвертер (при перегреве и расплавлении фурм - они ведь сделаны из меди, а рабочая температура конвертора 1550 - 16000 С) водоохлаждаемых фурм. На зарубежных фирмах иногда применяются устройства бесперебойного питания двигателей на аккумуляторах.
2. ВЫБОР РОДА ТОКА И ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ
На металлургическом производстве применяются привода как переменного, так и постоянного тока. Каждый вид привода обладает своими достоинствами и недостатками.
Привод переменного тока прост и надёжен, удобен и нетребователен в эксплуатации, прост в подключении (основной род тока питающей сети: переменный 50 Гц), но возможности регулировки скорости вращения весьма ограничены и нет простого способа плавного регулирования частоты вращения.
Привод постоянного тока более гибок: двигатели по своему устройству допускают плавное регулирование скорости в широких пределах, большая допускаемая перегрузка по току позволяет создавать двигатели с высокой перегрузочной способностью, но за данные преимущества приходится платить большей сложностью двигателя (из-за наличия коллектора), трудностями в обслуживании и ремонте (машина постоянного тока слывет своенравной и капризной).
В соответствии с требованиями технологии, механизмы привода фурм должны позиционироваться с большой точностью (до нескольких сантиметров), что пока не могут обеспечить приводы переменного тока, хотя известны попытки замены приводов постоянного тока приводами системы ЧП-Д (частотный преобразователь - двигатель, например НПЧ - непосредственный преобразователь частоты). Таким образом для привода фурмы принимается привод постоянного тока.
Так как мощность двигателей привода невелика (менее 250 кВт), то для его питания потребуется напряжение < 1 кВ. Стандартный ряд напряжений допускает значения в 220, 440 и 660 В (на трамваях). Для крановых механизмов (и механизмов подьёма-спуска) применяются в основном 2 первых значения напряжения. Так как мощность двигателя по всей видимости, будет менее 100 кВт, для его питания хватит напряжения 220 В.
Вывод: применяется привод постоянного тока на напряжение 220 В.
3. РАСЧЕТ И ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Все данные берутся из задания.
В соответствии с заданной тахограммой выделяем 3 скорости: максимальную (0,6 м/с), среднюю (0,5 м/с) и минимальную (0,1 м/с).
4. ВЫБОР ОСНОВНОГО СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
4.1. Выбор тиристорного преобразователя
Учитывая, что использована однозонная система регулирования (т. к. максимальная скорость двигателя в относительных единицах nмах = 0,92 < 1), следовательно магнитный поток двигателя постоянный, определяем постоянную СмФ и строим нагрузочную диаграмму токов:
Величина СмФ безразмерная и представляет собой постоянную, на которую надо умножить значения моментов на нагрузочной диаграмме для преобразования её в диаграмму токов.
Выполнив эти действия, получим диаграмму токов (на рис. 4.1).
5. ВЫБОР САР, СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ САР.
5.1 В соответствии с заданием строим двухконтурную схему САР с внешним контуром скорости и внутренним контуром тока. Для обеспечения заданного темпа разгона использован задатчик интенсивности. Принципиальная схема САР представлена в приложении, лист1.
Некоторые пояснения и упрощения: на схеме тиристорный преобразователь представлен как пропорциональное звено с постоянным коэффициентом усиления (что справедливо, если привод работает только в режиме непрерывного тока - что обеспечивается индуктивностью цепи якоря, по пункту4.4). Так как система регулирования однозонная и магнитный поток постоянен, то есть момент двигателя пропорционален току якоря, а скорость вращения пропорциональна ЭДС, то двигатель может быть представлен упрощенной функциональной схемой.
При построении системы в качестве датчика тока использован датчик типа S402A,
в качестве датчика напряжения (ДНС) использован датчик типа S402 со стандартным коэффициентом усиления 1,
в качестве ячейки гальванической развязки (ЯРГ) использован датчик напряжения типа S402 со стандартным коэффициентом усиления 1,
в качестве делителей использованы делители типа S400 (ДНЗ, ДНОС).
Резисторы в делителях выбираются путём расчёта.
В качестве тахогенератора выбран тахогенегатор с крутизной характеристики ? = 0,15 В/об/мин.
Напряжение питания схемы составляет 24 В.
5.2 Расчёт датчика тока, ограничение регулятора скорости
По нагрузочной диаграмме максимальный ток 367 А. По [2], раздел 5, стр. 8, выбираем шунт типа ШС-75 на ток Iш ном = 500 А. Номинальное падение напряжения при номинальном токе для шунтов этого типа
9. ВОПРОСЫ МОНТАЖА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Развитие технологии монтажных работ приводит к их индустриализации, то есть к стремлению максимально ускорить и упростить монтаж, сделать его наподобие детского конструктора - чтобы так же легко собирать технологические линии, сети освещения, крупные установки, конвейеры и так далее. Индустриализация работ - это совокупность организационных и технических мероприятий, обеспечивающих выполнение как можно большего обьёма работ вне зоны монтажа. Она предусматривает сборку оборудования в крупные монтажные узлы, желательно сразу целые технологические блоки, стандартизацию оборудования и монтажных единиц (чтоб не путались в разнообразии), доведение оборудования до максимальной степени готовности вне монтажной зоны (для сокращения обьёма пуско-наладочных работ), а также и ряд других мер.
Современная технология производства монтажных работ предусматривает ведение их в 2 стадии: заготовка монтажных узлов в мастерских и монтажных участках (вне зоны монтажа) и непосредственно сам монтаж.
На первой стадии производятся следующие работы:
1) Непосредственно на строительной площадке производят разметку трасс электросетей и заземлений.
2) Закладывают трубы для кабелей, трасс заземления и тому подобное в фундаменты.
3) Контролируют установку закладных элементов (фундаментов, крепежных деталей, проемов, ниш и так далее).
4) Осуществляется контроль за образованием персонала во время строительства.
До начала второй стадии должны быть закончены строительные и отделочные работы в электромонтажных помещениях.
На второй стадии выполняется непосредственный монтаж на объекте:
1) На подготовленные места устанавливается электрооборудование.
2) По готовым трассам прокладывают готовые элементы электропроводок.
3) Подключают смонтированные электрические сети к установленному электроборудованию.
10. НАЛАДКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Наладка реверсивных преобразователей.
1. Внешний осмотр и паспортизация. Преобразователь осматривается внешне на предмет целостности деталей, комплектности, отсутствие видимых повреждений изоляции и приборов. При паспортизации проверяется соответствие данных поступившего преобразователя монтажному проекту.
2. Проверка сопротивления изоляции. Производится мегометром на 1000 В. Перед произведением измерений необходимо вынуть все электронные блоки, закоротить все тиристоры и автоматические выключатели. Преобразователь отключен от сети и заземлен. Проверяется сопротивление изоляции между силовой частью и корпусом, вторичными цепями и корпусом, силовой частью и вторичными цепями.
3. Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты. Uисп = 1,8 кВ. Напряжение плавно повышается до Uисп и удерживается на данном уровне 1 минуту, после так же плавно снижается до 30% Uисп , тогда отключается.
4. Проверка защит. Проверяется исправность реле защит, соответствие их данных и типа нужным, данные элементов защиты (межфазных емкостей, например).
5. Фазировка. Может производится специальным прибором - фазометром.
6. Проверка правильности подключения трансформатора собственных нужд. Проверка группы соединения трансформатора собственных нужд, обеспечивается ли угол сдвига фаз ? = 30 0.
7. Наладка СИФУ. Состоит из нескольких пунктов.
7.1. Внешний осмотр блоков СИФУ. Производится также и с такими же целями, как и внешний осмотр всего преобразователя.
7.2. Измерение сопротивления изоляции электронных блоков. Производится мегометром на 100 В. Из-за опасности повреждения дорогих электронных блоков обычно проверяются не они сами, а гнёзда, в которые они вставляются. А чаще всего проверяют просто тестером между корпусом и плюсовым входом питания, проверяя только отсутствие пробоев.
7.3. Проверка выходных напряжений источника питания, измерение величины пульсаций выпрямленного напряжения и регулирование (если необходимо) электролитического конденсатора на выпрямителе.
7.4. Наладка генераторов развертки. Проверятся для генератора синусоидальной развертки форма получаемой на выходе синусоиды, для генератора пилообразной развертки одинаковый угол наклона импульсов во всех каналах. Параметры генераторов развертки регулируются путем изменения значений R или C.
7.5. Наладка согласующего элемента. Изменение опорного напряжения - настройка ?мах , ?ном???мин . Производится настройкой потенциомеров в цепях СЭ.
7.6. Настройка формирователя импульсов. Проверяется (и настраивается) форма импульсов (наличие узкого и высокого фронта сигнала - для быстрого открывания тиристора, наличие небольшого отрицательного уровня сигнала в свободном состоянии - до импульса и после - для лучшей помехозащищенности и так далее).
7.7. Проверяется распределитель импульсов. Так как он представляет из себя импульсный трансформатор, то проверка сводится к определению его исправности.
8. Проверка регулировочного диапазона преобразователя, на холостом ходу, измерение статических уравнительных токов.
9. Испытание преобразователя в режиме короткого замыкания. Выход преобразователя закорачивается, ?мах = начальному углу. Токи плавно поднимают до номинальных и проверяется асимметрия фазных токов. Не должно быть больших искажений и фазные токи не должны сильно отличаться друг от друга.
10. Построение характеристик преобразователя при работе на нагрузку, причем нагрузка должна по характеру (соотношение активной - реактивной частей сопротивления) соответствовать номинальной (рабочей).
11. Если нужно, то производится проверка преобразователя на параллельную работу.
11. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕМОНТАХ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
Мероприятия по технике безопасности делятся на технические и организационные по [8].
К техническим мероприятиям, обеспечивающим безопасность оперативных и ремонтных работ относятся:
а) производство необходимых отключений (отключение рубильника на подстанции и автоматических выключателей силовых и оперативных цепей) и принятие мер, препятствующих подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммуникационной аппаратуры;
б) вывешивание плакатов: “Не включать - работают люди”, “Не включать - работа на линии”, “Не открывать - работают люди” и при необходимости установка ограждений;
в) присоединение к “земле” переносных заземлений. Проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, на которые должно быть наложено заземление (в нашем случае на силовых шинах преобразователя);
г) наложение заземлений (после проверки отсутствия напряжения), то есть включение заземляющих ножей (в нашей установке их нет), там, где они отсутствуют, наложение переносных заземлений;
д) ограничение рабочего места и вывешивание плакатов: “Стой - высокое напряжение”, “Не влезай - убьет”, “Работать здесь”, “Влезать здесь”. При необходимости, производится ограждение оставшихся под напряжением токоведущих частей, в зависимости от местных условий установка этих ограждений производится до или после наложения заземлений.
К организационным мероприятиям обеспечивающим безопасность работ в электроустановках относятся:
а) оформление работы нарядом или распоряжением;
б) допуск к работе;
в) надзор во время работы;
г) оформление перерывов в работе, переводов на другое рабочее место, окончания работы.
Правильное и четкое следование этим правилам позволит свести вероятность поражения работающих электрическим током до минимума.
ЛИТЕРАТУРА
1. Марголин Ш. М. “Электрооборудование конверторных цехов”. Москва, “Металлургия”, 1977.
2. Заслов А. Я., Тимофеев В. Л. “Проектирование электроприводов по системе ТП-Д”, метод-разработка, Н-Тагил, 1994.
3. Вешенский С. Н. “Характеристики двигателей в электроприводе”. Москва, “Энергия”, 1977.
4. “Комплектные тиристорные электроприводы”, справочник, под редакцией кандидата технических наук Перельмуттера В. М. Москва, “Энергоатомиздат”, 1988.
5. “Реле защиты и автоматики”, справочник, Какуевицкий Л. И., Смирнова Т. В., под редакцией Хейфица М. Э., Москва, “Энергия”, 1972 год.
6. “Электротехнический справочник“, том 2 . Москва , “Энергоатомиздат” , 1986.
7. “Правила устройства электроустановок”, шестое издание. Москва, “Энергоатомиздат” , 1987.
8. “Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей”. Издание третье. Атомиздат. 1975.