Модернизация электроснабжения системы электропривода подъемной установки ствола СС-3 рудника "Таймырский" (стр. 8 из 21)
4.1.Обоснование принятого способа и аппаратуры автоматизации
Поскольку для подъемных установок накладываются ограничения по скорости и ускорению, вызванные требованием снижения динамических нагрузок в канатах и обеспечением комфорта при перевозке людей, то не требуется быстрого изменения величины и знака электромагнитного момента двигателя. Нет также необходимости в быстром реверсе скорости в технологических и аварийных режимах. Реверс скорости производится только из состояния покоя после остановки электродвигателя. Поэтому оказывается желательным и возможным применение для шахтных подъемных машин привода по системе ТП—Д с нереверсивным силовым ТП и реверсивным ТВ. Такой привод является экономичным и надежным, может обеспечивать требуемую плавность изменения скорости, ускорения и момента двигателя.
Преимущества систем подчиненного управления применительно к приводам подъемных машин.
Реализация систем подчиненного управления как многократно интегрирующих позволяет обеспечить минимальные ошибки регулирования по управлению и нагрузке. В таких системах статическая ошибка равна нулю при изменении в широких пределах статической нагрузки подъемных установок, весьма малыми оказываются динамические ошибки регулирования. На основе построения САУ как многократно интегрирующей с астатизмом второго порядка обеспечивается удовлетворение технологических требований по точности и быстродействию подъемных установок всех типов и исполнении.
Уменьшение времени цикла и повышение производительности подъемной установки обеспечивается:
- гарантированной линейностью изменения скорости; уменьшением периода трогания машин;
- четкостью повторения заданной диаграммы скорости при оптимальном использовании перегрузочной способности двигателя; большой точностью поддержания максимальной скорости, а также сниженной скоростью дотягивания;
- повышением точности остановки машины и подъемных сосудов в конце пути; исключением пауз для маневров при, ручном управлении и неточной остановке
Применением систем подчиненного управления достигаются:
- достаточная точность задания скорости и высокая точность регулирования скорости и отработки заданной диаграммы;
- стабильность программы скорости с помощью задатчика интенсивности, заменяющего программно-профильное устройство, практическое исключение разрегулирования устройства задания скорости, исключение необходимости его подстройки и возможности неквалифицированного вмешательства для изменения заданной программы движения;
- повышение безопасности эксплуатации подъемной установки;
- после аварийной остановки подъемной машины, когда участок пути от места остановки до точки нормального замедления оказывается меньше пути разгона, дальнейший разгон ограничивается точкой нормального замедления; после аварийной остановки машины на пути замедления продолжение движения возможно только на сниженной скорости дотягивания;
- линейность изменения заданной и действительной скорости;
- замена линии рыскания прямолинейным изменением скорости повышает к. п. д. установки, уменьшает эффективную мощность двигателя и расход электроэнергии;
- возможность ограничения пусковой мощности привода и улучшения работы высоковольтной сети;
- более высокие показатели формирования диаграммы движения;
стабильность скорости, ускорения, скорости нарастания тока якорной цепи привода, рывка, ограничение предельного тока; ограничение параметров диаграммы движения при пуске с середины ствола после аварийной остановки подъемной машины.
Применение систем подчиненного управления позволяет получить оптимальные диаграммы по нагрузкам на кинематические звенья подъемной установки (на машину и подъемные канаты). При этом увеличивается надежность машины за счет улучшения динамических свойств привода, снижается темп усталостного износа, повышается срок службы оборудования. При улучшении режима работы оборудования уменьшаются затраты и время ухода за оборудованием.
При автоматическом выполнении цикла подъема существенно улучшается работа подъемной установки, так как выбор оптимальной диаграммы скорости осуществляется применением электронного программного устройства — задатчика интенсивности и САУ — УБСР.
Принцип подчиненного регулирования заключается в том, что выходное напряжение регулятора является входным сигналом для следующего внутреннего контура управления. Характер переходного процесса в системе определяется типами звеньев в системы.
Задача всех регуляторов сводится к формированию определенного переходного процесса. Каждый регулятор должен произвести компенсацию максимальной постоянной времени, которая входит в данный контур регулирования. Так как на практике невозможно абсолютно компенсировать постоянную времени, то система настраивается на определенный оптимум.
Настройка системы заключается в обеспечении минимального времени регулирования и не превышения величиной перерегулирования допустимого критического значения. Это означает, что передаточная функция замкнутой системы состоящая из двух звеньев оптимизируется к следующей передаточной функции:
, (4.1)где отношение постоянных времени T2/T1=m=2 – условие настройки на технический оптимум.
Регулирование тока якорной цепи.
Согласно общему методу синтеза систем подчиненного регулирования расчет параметров систем подчиненного регулирования производят путем последовательной оптимизации отдельных контуров регулирования, заключающейся в приведении передаточной функции замкнутого контура в соответствии с поставленными требованиями.
В системе регулирования скорости соподчиненным является контур регулирования тока якорной цепи. Общепринятый принцип оптимизации из условия технического оптимума базируется на упрощенной структурной схеме двигателя постоянного тока, не учитывающей обратной связи по э.д.с., на постоянстве параметров и линейности характеристик элементов, входящих в контур регулирования тока.
Объектом регулирования для контура тока является тиристорный преобразователь и ДПТ-НВ, передаточная функция которых:
; (4.2)где КТП – коэффициент усиления ТП,
КТ – коэффициент обратной связи по э.д.с.,
R – сопротивление якорной цепи,
Tm - постоянная времени ТП,
TЯ – постоянная времени якорной цепи.
При Tm>TЯ внутреннюю обратную связь по э.д.с. не учитывают.
Передаточная функция замкнутого контура тока:
; (4.3)По условию технического оптимума принимается T1= Tmи аТ=2 – коэффициент демпфирования.
При этом обеспечивается оптимальное качество регулирования в смысле минимума перерегулирования при высоком быстродействии, но не учитывается скорость нарастания тока якорной цепи, которая регламентируется рядом технологических условий работы электропривода подъема.
Одно из требований к системе регулирования тока – необходимость ограничения скорости нарастания тока якорной цепи. Для этого используют двухконтурную систему регулирования тока якорной цепи с дополнительным контуром ограничения его производной. При этом настройка внутреннего контура (значение аТ) определяется уже не требованиями ограничения diЯ/dt, а из условия согласования работы внутреннего и внешнего контуров, что достигается при выполнении неравенства
tР.ВН =<tР.ВШ
в котором время регулирования внешнего контура превышает время регулирования внутреннего.
На основании этого можно записать:
; (4.4)где Tm - эквивалентная некомпенсируемая постоянная контура тока.
Регулирование скорости.
При синтезе контура регулирования скорости необходимо учитывать, что САУ должна быть двукратноинтегрирующей и обеспечивать требуемую точность отработки заданной диаграммы скорости.
Задача синтеза контура регулирования скорости – определение оптимальных его параметров, т.е. коэффициентов аС и bС из условия обеспечения требуемого быстродействия при заданных параметрах внутреннего контура регулирования тока.
Передаточная функция замкнутой САУ скоростью имеет вид:
; (4.5)Для определения желаемой передаточной функции задаются масштабом времени:
Z = tрег / tн
Где tн – нормированное время переходного процесса, вычисляемое по нормированным переходным функциям:
tрег = 5dvmax/amax
Здесь tрег – время регулирования, определяемое по величине допустимой динамической ошибки d, максимальной скорости движения подъемных сосудов vmax, максимальному ускорению в период разгона и замедления аmax.
Подбирая параметры системы аТqmи Z добиваются удовлетворительного качества регулирования при малых значениях аТqmи больших значениях Z. При увеличении аТqm и уменьшении Z увеличиваются перерегулирование и колебательность процесса.
Особенность статических систем автоматического регулирования координат электропривода — возникновение статической ошибки, характеризующей различие между заданным и действительным значениями регулируемого параметра в статически режимах . Применительно к системам автоматического регулирования электроприводом рудничных подъемных установок, под статическим режимом понимают режим движения с установившейся скоростью.