CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 67 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1949 г.
РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РЕОСТАТОВ И НАСТРОЙКА КОНТАКТОРНЫХ ПАНЕЛЕЙ РУДНИЧНЫХ ПОДЪЕМ НЫХ
УСТАНОВОК
И. А. БАЛАШЕВ Методы расчета реостатов
*
В различное время было предложено несколько методов расчета металлических реостатов для трехфазных асинхронных электродвигателей.
Основными из них являются следующие:
1. Метод, основанный на использовании круговой диаграммы. Этот метод разработан проф. B.C. К у л е б а к и н ы м [1], а также другими авторами [4],
2. Метод механических характеристик, получивший в дальнейшем исключительное распространение. Этот метод имеет две разновидности: точный и упрощенный способы расчета.
Точный метод построен на использовании криволинейных механических характеристик асинхронного электродвигателя как естественных, так и реостатных.
Упрощенный метод построен на спрямлении упомянутых характеристик в виде прямолинейных лучей, исходящих из одного полюса—пересечения ост ординат и линии синхронной скорости.
Каждый из указанных методов имеет несколько модификаций, имеющих целью придать расчету простоту, наглядность и универсальность^ широко используя обобщения и графические построения.
Для расчета реостатов асинхронных электродвигателей, применяемых в подъемных установках, точный метод с использованием криволинейных механических характеристик разработан ХЭМЗ'ом (Харьковский электромеханический завод), изготовляющим реостаты, контакторные панели и электро двигатели для данной цели усиленной конструкции [5, 16, 17].
Применение точного метода построения криволинейных характеристик позволяет уменьшить число пусковых ступеней до пяти-шести, главным образом за счет увеличения толчков динамического момента, создавая условия неплавного пуска и трудности управления при остановке машины.
Кроме того во всех методах, претендующих на точность расчета и полное использование пусковых свойств электродвигателя, без оговорок принимается постоянство напряжения на зажимах статора. Это допущение ничем не оправдывается, так как шахтные сети практически не обеспечивают этих условий. Таким образом точный метод практически приводит к толчковому пуску и возможности перехода через опрокидывающий момент при понижении напряжения, и метод, претендующий на точность, оказывается далеко не точным.
Главным же недостатком как основных методов, так и метода ХЭМЗ'а следует считать тот факт, что расчет реостата производится без учета режима работы, т. е. диаграммы скорости и сил, имеющих место при выполнении подъемной установкой производственных операций. Это последнее условие конкретизируется так:
Ь Пусковые и замедляющие характеристики электродвигателя должны удовлетворять техническим условиям операции подъема и спуска грузов.
2. Подъемная установка представляет из себя систему с упругой связью сосуда с машиной, и поэтому должно быть удовлетворенб условие плавности пуска и остановки-
3. Должно быть обеспечено условие долговечности работы установки, что в значительной степени обеспечивается лишь в том случае, когда избыточный (динамический) момент имеет возрастающий характер.
Опыт эксплоатации и настройки подъемных установок, имеющих контак-торное управление, показывает, что весьма часты случаи несоответствия мощности электродвигателя и нагрузочного режима: мощность первого излишне велика. В этих случаях создаются условия не только трудного управления машиной, но и аварийного ее состояния. Толчки пускового момента при этом получаются настолько велики, что узлы механической части под-вергаются поломкам и происходит быстрый износ канатов.
Наблюдения и анализ опытных данных в конечном результате приводят к выводу, что расчет реостата для асинхронного электродвигателя подъемной установки по методу спрямленных характеристик, с учетом диаграмм режима работы установки (диаграммы скорости и сил), дает гораздо лучшие результаты, чем другие методы, претендующие на точность, но упускающие из виду более важные обстоятельства.
На основании изложенных соображений автором предложен графоаналитический метод расчета реостата с учетом диаграмм режима работы. Метод проверен неоднократно на практике, где он давал всегда хорошие результаты.
Как для проектируемой, так и для существующей установки диаграммы режима работы, т.е. диаграммы скорости и сил, известны. Так же известны номинальное напряжение и ток ротора и его номинальное скольжение или из каталожных данных или из паспорта электродвигателя. Этих данных достаточно для расчета реостата, обеспечивающего заданный режим работы. Условия эксплоатации: плавность пуска, возможность спуска груза, экстренный приподъем клети над кулаками, осмотр канатов и ствола и т. д.—надлежит учитывать дополнительно.
Графоаналитический расчет
Для графоаналитического расчета реостата асинхронного электропривода подъемной машины должен быть задан режим работы подъемной установки и режим эксплоатации для данных условий, а также номинальные величины напряжения и тока ротора и скольжение. *
Основными параметрами, которые определяют режим работы, являются:
1. Диаграмма скорости одного полного цикла подъема номинального груза.
2. Диаграмма крутящих моментов на валу барабана или диаграмма сил на радиусе навивки канатов, если барабаны цилиндрические.
Реостат должен быть спроектирован так, чтобы по возможности точнее обеспечить заданный режим работы при неустановившихся состояниях пуска м замедления, а также предусмотреть особенности технологического процесса подъемной операции.
В клетевых подъемных установках необходимо производить приподъем клети над кулаками, а в скиповых—возможность плавного схода и входа в разгрузочные кривые, плавную посадку скипа на каретку дозатора и закрывание последнего, а также в обоих случаях плавность натяжения каната, во избежание возникновения в нем недопустимо больших напряжений от колебаний.
Ступенчатые металлические реостаты из чугунных элементов, принятые в подъемных установках, не всегда полностью удовлетворяют указанным требованиям, особенно в тех случаях, когда число ступеней реостата мало, вследствие чего при пуске и остановке машины изменение крутящего момен-
та привода происходит толчками. Задачу проектирования металлического реостата необходимо подчинить существенному требованию эксплуатации— уменьшению вредного влияния толчкообразного приложения крутящего момента на элементы подъемной установки.
План расчета
~ На рис. 1 и 2 приведены типовые диаграммы режима работы подъемной установки со скипами, разгружающимися через дно. Для заданного режима
Щок
Упн
V*
-----Л- а3*
ПОУЭО
¿сек
О --
~Гц
-
--
6----6
Рис. 3. Диаграмма скорости и ускорения скипового подъема с разгрузкой через дно.
необходимо рассчитать металлический реостат, стремясь при этом максимально удовлетворить требованию выполнения заданного режима и плавност*
'■^Ь Г
Рис» 2. Диаграмма сил скипового подъема.
пусковых характеристик для смягчения толчков. На рис. 3 показана дна» грамма реостатных характеристик с учетом указанных выше требований.
61 '
Конкретно это выражается в том, что на диаграмму рис. 3 наносятся значения статических и движущих моментов (в данном случае—сил), а построение характеристик реостата подчинено вышеупомянутому требованию уменьшения начальных пусковых толчков и увеличения их по мере разбега.
Построение диаграммы характеристик поэтому производится в такой последовательности:
1. В координатных осях 5 — /г(М%) по данному номинальному скольжению проводится прямая автоматической характеристики электродвигателя.
Рис. 3. Реостатные характеристики электродвигателя.
2. На оси абсцисс наносится в масштабе номинальное значение крутящего момента, равное 100°/0, которое определяется по мощности электродвигателя.
Номинальный крутящий момент электродвигателя на его валу будет
975 Р(квт)
Мн =
п,
(кг — м).
Этот момент, приведенный к валу барабана, будет
Мпб = ли /.7)з (кг — м),
где г—передаточное число редуктора и \ — к. п. д зубчатой передачи-Номинальное усилие на радиусе навивки при этом будет
Р Мн6
(1)
(2)
(2')
Этому номинальному усилию на рис. 3 соответствует значение силы в ЮО°/0, отложенной на оси абсцисс, чем и определяется масштаб сил.
3. На рис. 3 наносим значение статических и движущих сил, взятых из диаграммы рис. 2 для всего цикла подъемной операции Точки построения указаны соответствующими буквами, как они построены на диаграмме режима—рис, 2.
4. Имей план заданных сил, строим очевидные и необходимые для выполнения режима реостатные характеристики /¿о, /?ь./?2 и подчиняя их в то же время условию постепенного нарастания движущей силы: меньших вначале, когда машина неподвижна, и больших—после начала движения, когда движущее усилие становится больше статического. Основанием для такого принципа построения характеристик является поло кение, которое обосяовы-
ъается законами движения и подтверждается экспериментальными данными и теоретическими исследованиями, показывающими, что при неподвижном сосуде (вследствие упругих деформаций в канате) и начавшемся движении барабана в канате возникает колебательный процесс, значительно увеличивающий напряжение.
5. Общее количество ступеней, кроме указанных в п. 4, производится последовательным графическим построением так, чтобы колебание динамической составляющей силы укладывалось в пределах нижней границы равной 1.2 МСт , называемой моментом или током переключения, и верхней границы, определяемой опрокидывающим моментом, равным около двукратного от номинального.
При этом построении ориентирующей будет нанесенная линия движущих сил, расположенная в указанных выше пределах линий момента (тока) переключения и опрокидывающего момента, а также тот же основной принцип, что возрастание толчков пускового момента (приращение момента при переходе с одной ступени на следующую другую) должно возрастать по мере увеличения скорости, когда указанные толчки становятся менее опасными.
6. Первые реостатные характеристики /?0 и /?1, кроме пусковых целей, также должны быть подчинены условию выполнения заданной тахограммы в третий период движения. Значение сил в этот период нанесено на рис. 3 и состоит из двух ступеней. Кроме того эти реостатные ступени используются для ремонтных целей в стволе и осмотра канатов при порожних скипах, а в некоторых случаях—для торможения противотоком. В последнем случае необходимо дополнительное условие наличия необходимого тормозного момента.
После окончательного размещения реостатных характеристик необходимо определить численное значение величины сопротивления для фиксирования характеристики в данном ее положении.
Для этого воспользуемся уравнением
<з>
Здесь Ян —номинальное сопротивление ротора, определяемое из номинальных значений напряжения и тока ротора, известных из паспорта электродвигателя, а именно:
я. • №
/з /нр
Значения величин скольжения—5°/0 и момента М°/0 берутся из построенной диаграммы рис. 3 для каждой данной характеристики. Величина сопротивления каждой ступени одной фазы ротора получается как разность предыдущего и последующего общего сопротивления цепи фазы ротора, т. е.
г\ — Ко — Яг
Г2 = /?!-
(5)
Время разбега
На рис. 1 время разбега машины определено, исходя из постоянства динамической силы. При ступенчатом изменении этой силы время разбега -определяется иначе.
Динамическая составляющая в уравнении динамики с цилиндрическими барабанами имеет вид
~ . ¿V ■
/7 = шу = т— • (6)
аг
Как видно из рис. 3, изменение динамической силы в функции скорости выражается отрезками прямых линий, т. е. имеет линейную зависимость, что позволяет определить аналитически продолжительность времени возрастания скорости от значения У\ до У2 под действием динамической силы» также изменяющейся линейно от до Г2у как показано на рис. 4.
Из уравнения (6) имеем
ТП
& =
у.
¿.V
¿V
(7)
Если динамическая сила постоянна,
то
¿1-2
ш
(V,- Уг).
(8)
Рис. 4. Изменение скорости под действием изменяющейся динамической силы.
При линейном изменении из подобия треугольников 2, 3, 4 и 1, 2, 5-рис. 4, имеем
или
А
(У2-У) = г2-
= У± у2
У
Уг
У2~Уг
Вводя краткие обозначения
л-г,
1/2_
К3— V,
V.
(9)
/Ч —Л
771 И —-- = 72,
получим
Г = т —тк/.
Подставив из (10) в уравнение (7) значение Г, получим
V,
-2 = т / —
J т
¿V т 7 т — пУI
-— —_ [п--
— пу п т — л У о
Ю)
(11)
V,
Подставив в полученное решение вновь значения тип, после преобразо вания получим
т(У,-У1) .
¿1-2 =
. 1п
(12)
Индексы 1 и 2 относятся к изменению скорости и динамической силы (отсчитанной от статической) на данной ступени реостата от момента замыкания данного контактора до замыкания следующего контактора. По этому уравнению производится подсчет времени разбега машины.
В том случае, когда время выдержки на данной ступрки реостата регулируется не одним реле времени, а комбинированно с помощью токового реле (типа РЭ-191) и реле времени (типа РЭ 100 или РЭ-180), отсчет значения динамической составляющей в формуле (12) производится не от точек пересечения горизонтальной линии с линией реостатных характеристик (точки 4я, 5Ну 6н и 7н на рис. 3), а от пересечения линии отпуска токового реле—/тр с линиями реостатных характеристик, т. е. от точек 4, 5, 6 и 7 до точек 4к9 Ък, 6к9 7к на рис. 3. Последние точки располагаются на линии тока переключения (/*Перекл ).
В изложенном выше в общем виде способе графоаналитического метода расчета реостата для рудничной подъемной установки предполагалось:
а) автоматическая и все реостатные характеристики электродвигателя представляют собой лучи прямых линий, идущих из одного центра синхронной скорости;
б) величина динамического момента (динамической силы) за период разбега и замедления изменяется по линейному закону;
в) переходные электромагнитные процессы в электродвигателе не влияют заметным образом на динамику ускоренного и замедленного движения установки.
Сделанные допущения делают расчет наглядным, позволяют учесть специфические особенности подъемной установки, но в то же время вносят неизбежные, как и при всяком ином методе расчета, погрешности* хотя бы даже потому, что величина сопротивлений при нагревании изменяется в зависимости от степени нагрева, при подборе ящиков сопротивлений неизбежны отклонения и т. д. Опыт показывает, что сделанные допущения, упрощая расчет, не вносят значительной погрешности, и результат расчета вполне удовлетворяет практическим требованиям.
ПРИЗЕР I. Подъемная установка, оборудованная 4-тонными скипами, производит подъем угля с глубины 250 м. Тип барабанов 2 ><5Х 1. 7, мертвый вес скипов 4.0т, масса движущихся частей, приведенных к радиусу навивки,—6000, коэффициент зубчатой передачи 1:10.2, максимальная скорость 6лг/сек, длина разгрузочного пути 6м.
Кинематический режим подъема представлен на рис. 5. Длительность цикла 7ц—67 сер. длительность движения 61 сек. На основании полученных кинематических элементов стро-
2С0
/00
Рис 5. Кинематика подъема 4-тонн. скипами.
ится диаграмма действующих сил во вре^я годтема, построение которой показано на рис. & Основанием для построения служит уравнение динамики при цилиндрических барабанах бе? хвостового каната
(13)
Здесл ¿ = 1.15, 0=4000 кг, Н~ 250 м, т — 6000 и ускорения / показаны ча диаграмме.
5* Изв. ТИИ, т. 67
65
На основании диаграммы сил определяем эффективное усилие и мощность на радиусе шавивки
Лф -V
Рэф =
102 тп
з
F /о
9
Г
а ^
6
¥
09
64
fíAs.«
Q7
5.23
Q^ODOkr Н-25Ом
m^soookr Tgg*60 9"
Ти= вВ 9"
пауза
Рис. 6. Диаграмма сил одного цикла подъема 4-тонн. скипами.
(14)
-где
/■эф
f1+0.5(/1 + #3) +
Значение сил показано на рис б.
В результате получаем /эф — 5900 кг,
и Рэф — 380 кет.
Строительная номинальная мощность мотора принята в 400 квть 250 об/мин, с данными ротора
/нр — 500 гг, £/Нр — 520 в, Sh = 5%.
Эти данные являются достаточными для расчета реостата.
Построение реостатных характеристик
Построение реостатных характеристик для данного конкретного случая показано на рис. 7. Точками 1 —10 показано значение действующих сил за весь цикл подъема, взятых из диаграммы заданного режима работы—рис. 6.
Положение характеристик и /?2 определяется необходимостью
обеспечить осуществление запроектированной диаграммы сил, как это показано на рис. 7.
Для построения дальнейших характеристик /?3, /?4 и т. д. необходимо определить пределы колебания ускоряющей динамической силы. Обычно ко-лебания динамической силы (или момента) определяют так:
а иг ж им предел, называемый током переключения (в масштабе токов статора или ротора), должен быть на 15 — 20°/о выше тока, необходимого для преодоле ния статической силы. Последняя на диаграмме показана величиной в 5.4 ш;
б) верхний предел или пик моментов определяется величиной опрокидывающего момента электродвигателя, принимаемого для крупных электродвигателей около 200°/0 от номинального момента.
Если исходить из этих пределов колебания моментов, то можно получить реостат, состоящий из 5 ступеней, но тогда толчки динамического момента при переходе с одной ступени нв другую будут доходить выше 8 т.
Уместно упомянуть, что в данной подъемной установке реостат был запроектирован проектной организацией с большими приращениями динамической силы, доходящими до 10 /п, вследствие чего при пробных испытаниях, после монтажа* были поломаны траверзы расцепного устройства свободного барабана, что вызвало длительный простой шахты. Чтобы уменьшить толчки при пуске, приращение динамического момента было уменьшено до 5 т, чего удалось достигнуть при 7 ступенях реостата. С семиступенчатым реостатом машина работает свыше 5 лет, без существенных аварий по вине реостата.
Эта часть в расчете металлического реостата является весьма существенной, и неосторожное назначение пределов изменения динамического момента приводит к аварийному состоянию оборудования, хотя при этом получается небольшое число ступеней реостата.
( Более подробный анализ опыта эксплоатации установок с металлическими реостатами дает основание утверждать, что число аварий механической части и быстрый износ канатов находят свое объяснение именно в малом числе ступеней пускового реостата. В подтверждение справедливости этого утверждения можно было бы привести большой фактический материал, говорящий не в пользу ступенчатого пуска крупных реверсивных подъемных машин.
В резолюциях технической конференции по восстановлению шахт Донецкого бассейна (г Сталино) изд. 1945 г. [21] также находим „В отношении улучшения стационарного оборудования" пункт 4, говорящий, что „необходимо пересмотреть число ступеней на магнитных станциях крупных подъемных ма-шиг; в сторону их увеличения, в связи с наблюдающимся неплавным пуском моторов на пятиступенчатых станциях".
Со сво' й стороны считаем целесообразным, в целях безаварийной и долговечной работы крупных подъемных установок, имеющих массу, приведенную к радиусу навивки, свыше 4—5 тыясч единиц, обеспечивать плавным пуском,
/2-/О 5 РКГ.
Г ПО "с* С7а
Рис. 7. Реостатные характеристики подъемного двигателя с 4-тонн. скипами.
чего удается достигнуть при 7, 8 ступенях реостата, в зависимости от номинального скольжения ротора. Последнее необходимо иметь порядка 4—5°/0, что в крупных тихоходных электродвигателях, с фазным ротором, не всегда имеет место.
Диаграмма реостатных характеристик, рис. 7, дает возможность определить величину сопротивления всех ступеней реостата и подобрать реостат из каталожного сортамента ящиков сопротивлений.
Расчет величины сопротивлений
Для расчета сопротивлений пользуемся уравнением (3)
Л = аР = 520 5% =06 57о (
У'61Нр " М"/о /3,500 ' уИо/о ' ЛР/0 '
Подставляя соответствующие значения скольжения и момента из рис. 7, получим
/Д = 0.6 = 2 ома
. ° 30
#1 = 0.6 —= 0.86 ома 70
0.6-1-0- = 0.50 ома 120
= 0.6 '-—= 0.274 ома 5 184
# =0.6-^—=0.171 ома 4 193
/?6 = 0.6 = 0.0794 олш 206
20
= 0.6 -—- = 0.0558 ома 215
/?7 = 0.6 = 0.030 ома. 220
Теперь определим сопротивление каждой ступени по формуле (5):
Г\ — /?0 — /?1 = 1.14 ол<« г, = Ну — = 0.36 олш г8 = /?2 — /?з = 0.226 о-и«
г< = /?3 — /?, =0.103 ома г& — /?4 — /?5 = 0.0916 олш г, = Яв —= 0.0236 олш г, = /?,— /?, = 0.0258 олш.
Сумма Ег= 1.970 ол1я
Время выдержки реле времени контакторов
Время нахождения ступени реостата под током определяется временем зыдержки реле времени контакторов.
Это время определяется по формуле (12) и по диаграмме характеристик рис. 7. Токовое реле отсутствует и выдержка времени на данной ступени регулируется только реле времени.
Для реле ускорения 1РУ и 2РУ, как предварительных ступеней, обеспечивающих плавное нарастание момента* время выдержки определяется собственным временем реле око* о 0.3 сек, Для последующих реле имеем—реле ЗРУ и 4РУ
6000*1 . 1800 6 сг
¿а—в =--------. !п —= -. 1.1 =0.0 сек,
1800—600 600 1.2
с-а
6000 (2.85 — 1)
5650 — 1850
1п
5650
1850
3.2 сек и т. д
Подсчитанные таким образом выдержки времени показаны на соответствующих характеристиках рис. 7.
Полное время разбега до выхода на автоматическую характеристику равно 13.6 сек, вместо расчетных 12.7 сек. по рис. 5.
Тепловой расчет сопротивлений
На оси абсцисс рис. 7 наносим в масштабе роторных токов силу тока ротора, имея в виду, что 100°/0 шкалы соответствует номинальное значение тока в роторе, равное
400*1000
нр —
1/3 -520-0.9
500 а.
За время пуска электродвигателя сила тока на ступенях меняется по величине, а также различно время пребывания данной ступени под током. Эти изменения показаны на рис. 8, построенном по данным рис. 7.
1000
600-
ГПзЬоз"|— —К 3.2'
Ряс. 8 Изменение тока на ступенях реостата во времени
Сначала определим эффективные значения токов на отдельных ступенях по формуле средне-квадратичных величин
/ЭФ = ]/_А!±Л!±А
(17)
Подсчет показывает, что можно в данном случае пользоваться средне-ариф метическим значением
л+/2 .
/эф =
(18)
Подсчитанные таким образом эффективные токи приведены на рис. 8 пунктиром.
Как видно из диаграммы, величина эффективных токов за время пуска меняется. Для оценки теплового действия этих токов необходимо определить эквивалентный ток на данной ступени.
Величина эквивалентного тока определяется по общей формуле
'—у-¿г
Для нашего случая формула будет иметь вид
V ь+и
2Э 12
2
(19)
(20)
Кроме того, необходимо определить относительную продолжительность нахождения данной ступени под током, которая определяется по формуле
/7Я®/о =
и-100
(21)
Так как в каталожных данных указывается допустимая величина тока при определенной продолжительности включения, например, 12,5 или 20°/0, то необходимо полученные по формуле (21) фактические продолжительности включения пересчитать на стандартные. Пересчет производится но формуле теплового баланса
Л2 = 42 (22)
т. е. при приведении к 12.5о/0 продолжительности включения будем иметь
/=/С|/ жёж:. (23)
V 12.5
Подсчитанные таким способом токи на ступенях приведены в табл. 1.
Таблица 1. Приведенное, токи на ступенях
л и
о
и
Н
О
Я.
Я.
4
Токи
на
ступени а
150 150
150 и 350
270 — 545 525— 760 613 — 780 650 — 810 670 — 815
Эквивален. ток
Длительн. нахождения стун. под током сек
ПВ
%
Привед. ток в а к
пв% =
- 12.50|о
270 525 618 650 670 678
Ступень выбирается по длительному То же
гоку
0.6 6.1 9.3 П.5 12.8 13.6
0.88 9.8
13.7 -16.9
18.8 20.0
445 646 755 821 1085
Примечание
15(3 а.
Длительность цикла 68 сек.
I
I
Подбор ящиков сопротивлений
Подбор ящиков сопротивлений по току и величине омического сопротивления показан на рис. 9.
Для облегчения подбора приводятся электрические характеристики в таблице 2 и допускаемые рабочие токи в таблице 3, для чугунных элементе;
ЛГ/О
рОЗЗКЖ>— аВОСЕБО—смжшж>—шжжи
грасч / Зрасч15Р ^ г под /. И Одсю
'О во
|Рис£9. Схема* комплектования ящиков сопротивлений.^
ящиков, причем данные приведены для ходовых типов, получивших^широкое применение в рудничных подъемных машинах.
, Таблица 2. Электрические данные стендартиыхГящиков сопротивлений изf20 элементов.
№ ящика ш Сопротив. ящика в ; омах Сопротив. одного элемента в омах Постоянн. времени нагрева сек. Тип элемента Примечание
5 0.1 0.005 850 1 СБ-5 В ящике 20 элементов
7 0.14 0.0(^7 820 СБ — 7 и 5 выводных башмакск
10 О.'Д) 0.010 635 СБ-10 Схема ящика 6-4-44"
)4 0.28 0.014 555 СБ —И +44- б
20 0.40 0 Ö20 575 СБ — 20
28 0.56 0.028 432 СБ — 28
40 0.80 0.0 Ю 547 СБ - 40
55 1.10 0.055 408 СБ - 55
80 1.60 0.080 550 СБ — 80
110 2.20 0.110 423 СБ - 1Ю
Таблица 3. Допускаемые рабочие токи в амперах для чугунных элементов ящиков сопротивлений (при температуре нагрева 300°С)
1 Л5® элементов
Рабоч. период сек. пв % 5 7 10 14 20 ! 28 40 55 1 1 80 110
0-30 ■я Длит. ! 12.5 20 100 1 / 1 580 1 465 216 490 392 181 410 328 152 ЩВМЬ. 346 277 128 289 232 107 1 245 Ь7 91 205 164 76 173 139 64 147 118 54 123 99 46
Для расчета реостата удобно пользоваться формуляром. Расчетный формуляр для рассмотренного выше примера приведен в таблицах 4 и 5.
Наименование элемента Обозначение Единица измере- Величина Примечание
ния
Н м 250
Полезно поднимаемый груз . . • 0 кг 4000 Два скипа
Мертвый вес сосуда...... кг 4200
— — 2X5X1.7
Приведенная масса к радиусу ш 6000
тем
— 10.2
Мощность электродвигателя 3 фазн. 400 Опред. по диагр. сил
р кет
Максимальная скорость подъема . V мсек 6.0 Опред. вз заданной
Номинальная сила тока роюра . Jlip а 500 производительности Опред. по мощности двигателя или из его
Номинальное напряжение ротора (линейное) ...... инр в 520 паспорта
Номинальное скольжение .... I % 5 То же
Экстренная перегрузка ..... 1 "»экс 1 отсутствует
Обозна- Единица измерения
чение
Величина
Примечание
Мертвый вес сосуда Барабаны—тип . . Приведенная масса
к радиусу
навивки
Зубчатая передача .......
Мощность электродвигателя 3 фазн. асинхронного.........
Максимальная скорость подъема .
Номинальная сила тока роюра .
Номинальное напряжение ротора (линейное) .........
Номинальное скольжение ....
Экстренная перегрузка .....
Н
О
(?м
т
г
Р V
Jнp
инр
5н
Тэкс
м
кг кг
тем
квтп мсек
в %
250 4000 4200 2X5X1.7
6000 10.2
400
6.0
500
520 5
отсутствует
Два скипа
О пред. по диагр. сил
Опред. вз заданной
производительности Опред. по мощности двигателя или из его паспорта
То
же
Таблица 5. Б. Расчет реостата
в
¡В
§8 »о ^ О £
¿?0
/?-
Л«
о о. с
О 2
° « *
Е- Й в
0
1 »
«о к н
ш
о,
2.0 0.86 0.50 0.274 0.171 0.0794 0.0558 0.030
п
я ъ* о си и о
о
1.14
0.36
О.'¿26
0.103
0.0916
0.0236
0.0158
п
Й ч О о
й В
® га
® «
п, ^ К н О
Сч о н
0.3 0.6 6.1 9.3
11.5 12.8
13.6
с?
из
ь; о
Н Г5
е 2
ё н
Л а
X
г« о н
Ч Ф К
к а, ИЗ
ю
С*
ЕЯ ,
<3 С
К О
к
со £
а «
ю й
о £
о ^ «
к
а к
«а О,
а;
С
£ ^ к
Е-. О
а, с
к
СО
В н
о ¡>>
К о
150 150 270
525 618 650 670 678
0.83 9.0
13.7 16.9
18.8 ^0.0
[лит.
445 646 755 821 1086
1.14 0.36 0 24 0.1-05 0.1
0.025 0.025
150
По длительному току 410 8 0 820 1060 1060
10
10
ЮХ2 10x2 5X2 5X2
1 970
>] — 1 995
Пояснения к таблицам формуляра—рис. 4 и 5.
1. Расчетная величина сопротивления на фазу ротора определяется по формуле
2. Время нахождения ступени под током находится во времени выдержки реле ускоре ння. Последнее подсчитываете* по формуле:
Ш(У3- Ц) Л
I = ----- 1п ——
гг-г,
3. Эффективный ток определяется по формуле
(25)
эф
+ + АА. , ^ +^
- ИЛИ 7эф = Г)
(26)
4. Эквивалентный ток на ступени реостата определяется по формуле
Уэкв —
I г •
(27)
5. Относительная продолжительность нахождения ступени под током находится по формуле
¿с 100
• (28) б» Приведенный ток к /7Б% = 12.5% определяется по формуле
^ — Лэкв
/ ПЩо [/ 12.5
(29)
7. При выборе заводских ящиков сопротивлений необходимо комплектовать их из одного или двух типов для удобства замены в эксплоатации.
ПРИМЕР 2. Расчет реостата для клетевой грузоподъемной установки (лебедка ПМ-16)
Характеристика установки
Подъемная установка состоит из двух одноэтажных клетей с полезно поднимаемым грузом 1000 кг и весом одной порожней вагонетки 700 кг. На уровне рудничного двора и на верхней приемной площадке клети становятся на кулаки.
£ сак
Рис. 10. Диаграмма скорости подъемной лебедки ПМ-16 2 X 2.5X 0.75.
Помимо основных грузовых операций производятся также вспомогательные операции спуска подъема людей, оборудования и материалоа, ремонт ствола VI др.
Режим работы подъемной установки приведен на рис. 10 и 11, на основании которых построена на рис. 12 диаграмма реостатных характеристик. Расчетные величины приведены в таблицах 6, 7, 8, 9 и 10.
Таблица 6,. Основные параметры установки
Наименование ЭлеМенТ0В ! [ Обозначения Единица измерения Величина
И м 150
Полезно поднимаемый груз...... <2 кг 1000
Мертвый вес сосуда......... (2м 9 2100
Барабаны—тип ПМ-16......... — — 2X2.5X0.75
Приведенная масса к радиусу навивки т тем 2400 .
Зубчатая передача ......... . / — 30
Мощность электродвигателя Р кет 75 .
Максимальная сксроеть........ у м\сек 3.-14
Номинальная сила тока ротора . . . а 12)
Номинальное напряжение ротора , . . £/нР в 400
Номинальное скольжение ротора - . . Ян % 4
Экстренное усилие (приподъем гружен- 3410
ной клети над кулаками) . . , , Гэкс кг
Экстренная перегрузка....... . Тэкс — 1.82
Таблица 7. Расчет величины сопротивлений
л
Я О И
>т» Н
О
2
а
Л, /г,
Скольжение
100 100 100 95 64 40 24 14 8
Крутящ.
момент
%
м
30 70 115 165 175 185 192 196 198
Сопротивл. фазы ротора Яом
6.4 2.68 1.67 1.04 0.7 0.415 0.24 0.137 0.0775
Сопроткв, ступени г ом
3.72 1.01 0.63 0.34 0.285 0.175 0/203 0.06
Примечание
Расчетная формула Я-- 400—. ^
/з.1?0 Щъ
192
Таблица 8. Время выдержки реле времени контакторов
0 0
0.15 1.03 0 75 0 52 0.33 0.2
Приращ.
скористи ДК м\с
Динамич. сила'кг
Л
1500 1700 1910 2040 2110
485 505 513 523 523
Разность ¿4 ~
1015 1195 1397 1517 1587
/н
Я
1.15 1 21 1.31 1.36 1.4
Время
¿сек
0.3 0.3 0.7 2.8 1.8 1.2 0.7 0.4
I1—8.2
Примечание
С обет, врем реле
Указание: 1) Приращение скорости на данной ступени берется по диаграмме 2) Расчетная формула для времени
2400 А V
Ъ К
3) Если применено токовое реле—РТ типа РЭ-191, время выдержки мг. реле времени определяется по формуле п. 2, но отсчет динамической составляющей—производится от линии отпуска токового реле до линии момента или тока переключения, как было указано выше.
Таблица 9. Тепловой расчет реостата
л а о
с >-»
н О
Сила
тока в амперах на ступени
Яо
к
а
к #7
/1 а
36 81 138 198 210 223 230 235
Ла
132 132 138
138 138
138
Эффект, ток а
36 84 135 170 175 180 185 190
Время на ступени сек.
0.3 0.3 0.7 2.8 1.8 1.2 0.7 0.4
! Эквив.
ток
а мп
36 84 109 153 161 164 166 168
Время пребывания
ступени под током сек.
Примечание
0.3 0.6 1.3 4.1 5.9
7.1 7.8
8.2
На ркье. 12" приведена дна грамма измене НИ Я ТОКОйЪ.
4) Расчетная формула для эффективного тока
Лф = |/--3-= 2
Для эквивалентного тока
лэкв ~ I /
+ *2
Таблица 10. Подбор ящиков сопротивлений
о к « а 3* м « £ т я л ® о о чО О & Расчет сопрот. фазы Р ом Сопрот. на ступени г ом Время нахождения ступени под током сек. к 0 к* - 1 ^ г ° ^* ф к ПВ % « о н «Э иП Я ем* •л . £Х С * « Подобр. сопрот. ом ь о с О £ а « о к & к Примечание
6.4 5 II
2.68 3.72 0.3 36 о.м 36 3.8 46 110+80
1.67 1.01 0.6 84 0.9 84 1.04 76 40
1.01 0.63 1.3 109 2.0 44 0.56 ?05 40
К, 0.7 0.34 4.1 153 6.1 107 0.40 205 40
0.415 0.285 5.9 161 8.8 135 0.28 205 40
0/24 0.175 7.1 164 10.6 151 0.20 205 40
0.137 0.203 7.8 166 11.6 160 0/20 205 40
0.0775 0.06 8.2 168 12.2 166 г 0.08 205 40
Таблица 11. Контакторы Харьковского электромеханического завода
ТИП Длительный ток а Нажатие контактов кг Включающая катушка 220 в
Начальное Конечное Число витков Ток включения а Рабочий ток а Сопротивление ом
КТ-1 40
КТ—2 75 0.68-0.9 0.9-1.15 1650 1.45 0.34 22.7
КТ--3 150 1.8 3.6 800 6.55 0.69 6.12
КТ—4 300 3.6 7.2 424 18.8 1.6* 1.42
КТ-6 600 7.2 14.5 232 56.5 3.34 0.33
Напряжение втягивания при нагретой катушке (Лшп^О.бШн
Настройка токового реле
Трехфазное токовое реле типа РЭ-191 включено параллельно каждой фазе последней ступени реостата. Назначение токового реле состоит в том, чтобы во время пуска создать выдержку времени по току, а реле времени в этом случае служит дополнительной выдержкой времени включения очередного контактора. Схема включения токового реле—РТ в схему управления показана на рис. 13.
Контакты токового реле РТ включены в цепь всех реле времени (1РУ—7РУ на рис. 13), Пока контакты РТ замкнуты» ни одно очередное реле времени не придет в действие. Когда сила пускового тока спадет до величины тока ротора, называемого током отпуска реле и который устанавливается в пределах Л™ = (1Л 1.6) Лом» контакты РТ разомкнутся и придет в
действие очередное реле времени.
Щ
По истечении времени уставки, реле времени своими блокконтактамм 1РУ2—7РУ2, рис. 13, замкнет цепь очередного роторного контактора» чем будет зашунтирована данная ступень реостата.
В момент срабатывания токового реле (РТ) имеем следующую связь между токами ротора—Лтп и токового реле—/р
ип = 1
от г
1т) Zп
(33)
В этих равенствах—£/р —падение напряжения на сопротивлении гс последней ступени фазы реостата, а —полное сопротивление цепи токового реле.
Полное сопротивление цепи реле состоит из дополнительного активного сопротивления установочного реостата—гд , включенного последователыш
/Терем. тйОРГ высокого напряж.
г т
£сг
Рис. 13. Схема коитакторного вправления подъемной машиной ХЭМЗ'а.
с обмоткой катушки токового реле и самого реле—гр и индуктивного сопротивления катушки реле—хр .
Из уравнения (33) получим ток отпуска реле
/отя = ~- . Zn = ~ |/ (гя + гр у+хр \ (зз )
За период разбега машин частота тока ротора меняется от 50 до Ш пер/сек, что вызывает уменьшение индуктивного сопротивления —хр . Кроме тоге величина индуктивного сопротивления в большой степени зависит от
зазора—о между полюсом и якорем реле. Этот зазор может регулироваться, яем достигается настройка реле.
На рис. 14 показана схема реле и зависимость Ъ^ ~ J\(c) и Zp =/2(8), т. е. зависимость полного сопротивления реле
^Р = К^Ч7^ (34)
3 функции частоты сети—с и величины зазора—3.
Настройка токового реле производится^ таком плане:
1. На диаграмме реостатных характеристик, рис. 3, наносится линия тока отпуска реле—Л™, для двух значений скольжения—ноль и единица.
2. Кратность тока отпуска реле при скольжении ноль выбирается в пределах (1.4 -ч- 1.6)Л . Эта кратность получается исходя из того, что
3» -М/
г» = 32р
200 ¿г;
ОЛ С»
5* 5
=
/ос
<1
зо
о
Усгсготсг г-о/гороторе/ (с)
8 огч
2 г -Ы*)
£ * 3 ¿Г а /чм
Рис. 14. Схе&а и характеристики реле тока типа РЭ-191.
нижний предельный ток переключения больше тока, соответствующего статической силе, на 15—20%. Увеличивая этот ток еще на 10—20%, чтобы «дать возможность работы реле времени с некоторой выдержкой, получим верхнюю точку тока отпуска.
3. Кратность тока отпуска при скольжении единица получим из уравнения (33)
к = Лги _|/^+Гр)а + лср18^УгГд» + ^р1^.2р1
Лтпо у(Гд + грр+хр72 ~ V гд +^27о (35)
Значение сопротивлений при скольжении равном единице—и скольжении равном нулю—берутся из характеристик реле—рис. 14.
4 Параметры токового реле подбираются наиболее благоприятные для его раб >ты, которые находится в следующих пределах: £/р — 13-4-15 вольт, Гд = 22ГР — Ю— '2 ом, § = мм и ток отпуска самого реле около 1.5а.
Правильность выбранных рабочих параметров корректируется по формуле (33) для тока отпуска при скольжении, равном нулю.
ш
По полученным двум значениям тока отпуска и наносится линия отпуска реле—РТ на диаграмме реостатных характеристик.
5. Корректировка настройки токового реле производится изменением натяжения пружины, т. е. изменением механической характеристики ^еле—РТ.
6. После нанесения линии отпуска токового реле, должна быть произведена настройка реле времени. Методика этой настройки остается такой же, как при схеме только с реле времени (см. формулы 7—12 и главу—Время разбега), с той лишь разницей, что отсчет динамической составляющей сил производится в пределах от линии отпуска токового реле до линии токов переключения, как было указано ранее.
После подсчета времени выдержки каждого реле времени должна быть произведена проверка работы автоматики комбинированного пуска с реле—РТ и реле времени—РВ на случай спуска нормального груза. Для этой проверки необходимо определить время разбега подъемной установки под влиянием опускающегося груза. Для этой цели должны быть построены диаграммы режима работы при спуске груза.
При этом суммарное время выдержки времени реле—РВ должно быть равным времени разбега под действием опускающегося груза, чем гарантируется правильная работа автоматики при спуске груза, т. е. вход асинхронного электродвигателя в генераторный режим после достижения синхронной скорости.
Без этой проверки теряется смысл и преимущества комбинированной автоматики пуска с токовым реле и реле времени.
В том случае, если общее время выдержки на реле времени окажется большим, чем время ускорения при спуске груза, необходимо линию токов отпуска токового реле сместить влево и снова сделать проверку.
Подбор контакторов
Включение контакторов и реостата производится по двухполюсной (рис. 3) «ли трехполюсной схеме, как показано на рис. 13.
В первом случае через контактор проходит линейный ток реостата, а во втором—фазный ток.
В таблице 11 приведены технические данные контакторов ХЭМЗ'а, по которым производится их выбор для данных условий.
Для примера 1, при номинальном токе ротора 500 а, достаточными будут трехполюсные контакторы типа КТ-4, пропускающие фазный ток 300 а или линейный—300. 1/3 = 520 а.
Для примера 2, где номинальный ток рогора 120 а, достаточными будут двухполюсные контакторы типа КТ-3 на 150 а, а при трехполюсной схеме, когда ток через контакторы будет 120: ]/3= 70а, достаточными будут контакторы типа КТ-2 на длительный ток 75а.
Все контакторы панели ставятся одинакового типа для упрощения ухода.
литература
1. Кулебакин В. С.—Электрическая аппаратура, т. 1. Пусковые И регулирующие
реостаты, Госэнергоиздат, М. —Л. 1932.
2. Е н ь к о В. В. — К вопросу о расчете пусковых реостатов, Вести, электропром. JV? 4, 1936.
3. Попов В К—Основы электропривода, Гоэнергоизд., М.—Л., 1945 (Библиография).
4. Фатеев А. В и Норневский Б. И. — Сборник примеров и задач по теории электрического привода, ГОНТИ, 19^9.
5 Россошанский И. А.—Расчет универсальных характеристики пускового сопротивления трехфгзных асинхронных двигателей, Вестн. элект> оаром. \19 3,1941.
D. Штейн И. М. Построение характеристики асинхронного эл двигателя с контактн. кольцами, Вестник электропром. № 8, 1940.
7. Франкфурт Я. Л. Построение механической характеристики асинхронного двигателя, Вестн. электропром. № 4, 1947.
8. Сорокер Т. Г.—О формуле для крутящего момента асинхронного двигателя, Вестн. электропром. № 9, 1939.
9. Гейлер Л. Б.—Формула для крутящего момента асинхронного двигателя, Вестн. электропром., № 12, 1938.
10. Бычков В. П.—Графические методы построения кривых асинхронного двигателя, Эл-во № 9, 1945. *
11. Коновалов Н. И.—Характеристики асинхронных двигателей в системе относительных единиц, Эл-во № 9, 1945.
12. Булгаков В. А.—Электрическая аппаратура управления, Госэнергоизд., М.—Л., 1947.
13. Шенфер К. И. и Свириденко П. А.—Рекуперация энергии в промышленности, Энергоизд, М.—Л., 1946.
14. X а ли зев Г. П.—Пуско-регулирующая аппаратура, Моск. энерг. ин-т, 1937.
15. Вешеневский С. Н.— Расчет сопротивлении для электродвигателей, ГОНТИ, 1938.
16. Шклярский Ф. Н.—Расчет пусковых сопротивлений и установок реле ускорения для асинхронного подъемного двигателя, Записки Ленинград, горн, ин-та, т. 14.
17. Россошанский А. И. —Асинхронный привод шахтном подъемной машины Вестник ХЭМЗ, № 4 (23), 1939. _
1б. Казовский Е. Я.—Переходные режимы в асинхронмашинах, Эл-во № б, 1947 (Библиография по теории асинхронных машин). * #
19. Horwood Р. В.—Control of electric motors, New Jork, 1944.
20. Бахарев В. М.—Об утомляемости стали при повторных перегрузках. Труды ЦИАМ N9 91, НКАП, 1945.
21. Резолюции технической конференции по восстановлению шахт Донецкого бсссейна, г. Сталине, 1945.
