Курсовая работа (т): Оптимизация двухмассовой системы электропривода ленточного конвейера

Оптимизация двухмассовой системы электропривода ленточного конвейера

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Теория автоматического управления и основы системного анализа»

на тему: «Оптимизация двухмассовой системы электропривода ленточного конвейера»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Схема замещения ленточного конвейера и расчет его параметров

.1 Расчет параметров механической части ленточного конвейера

.2 Расчет параметров электромеханической части ленточного конвейера

. Синтез САУ ленточного конвейера

.1 Математическое описание объекта управления

.2 Структурный синтез оптимальной САУ электроприводом методом АКР

.3 Структурная схема оптимальной САУ

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Ленточные конвейеры служат в настоящее время основным средством непрерывного транспорта на шахтах и рудниках. Только на угольных шахтах в нашей стране эксплуатируется около 15 тыс.ленточных конвейеров, при этом общая протяженность подземных выработок, оборудованных ленточными конвейерами, составляет около 5 тыс. километров. Возросшее применение ленточных конвейеров на магистральных штреках решает проблему полной конвейеризации шахт до околоствольного двора или до поверхности.

К основным достоинствам ленточных конвейеров следует отнести экономичность, простоту конструкции, высокую надежность работы, удобство полной автоматизации. Их основные недостатки заключаются в необходимости центрирования хода ленты, сравнительно быстром износе дорогостоящей ленты, сложности эффективного использования промежуточных приводов.

В Украине разработан и внедрен в горную промышленность типаж подземных ленточных конвейеров, обеспечивающих транспортирование угля и руды в самых разнообразных по горно-геологическим условиям подземных выработках.

Как уже указывалось, одним из основных недостатков ленточных конвейеров является сравнительно быстрый износ ленты, являющейся самым дорогостоящим элементом конвейерной установки. Снизить износ ленты можно путем уменьшения его холостого пробега. При этом необходимо применение регулируемого электропривода конвейерной установки. Регулирование скорости ленты осуществляется в функции грузопотока, поступающего на ленточный конвейер. Если существует несколько грузопотоков, то сигналы о их величинах должны суммироваться. Таковыми могут являться магистральные ленточные конвейеры, на которые поступают грузопотоки из нескольких добычных участков. Измерение грузопотоков может осуществляться от электронных весов, получивших большое распространение в последнее время. Конвейерная лента является упругим элементом с ярко выраженным колебательным процессом во время пуска. Колебательные процессы влияют на усталостную прочность ленты и являются одним из факторов дополнительного износа. Регулируемый электропривод позволяет демпфировать колебания в ленте. При этом устраняется еще один отрицательный фактор, влияющий на износ ленты - проскальзывание ленты относительно приводного барабана при колебательном процессе.

1. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА И РАСЧЕТ ЕГО ПАРАМЕТРОВ

Анализ электромеханического оборудования применяемого на ленточных конвейерах показывает, что для регулируемого электропривода могут использоваться статические преобразователи частоты на базе инвертора тока, серийно выпускаемые электротехнической промышленностью. Преобразователи частоты тина ЭКТ-250/660 и ЭКТ-400/660 охватывают весь диапазон мощностей приводных двигателей ленточных конвейеров и не требуют замены двигателя. При этом отпадает надобность в применении турбомуфты, так как защитные функции осуществляет регулируемый электропривод.

Применение регулируемого электропривода позволяет, кроме уменьшения износа ленты, экономить электроэнергию, осуществлять более высокую ступень автоматизации но при этом несколько увеличивается износ роликов и уменьшается надежность за счет применения дополнительного электрооборудования.

Таблица 1 - Технические характеристики конвейера 1ЛТ100

Таблица 2 - Технические характеристики электротехнического оборудования конвейера 1ЛТ100

Конвейерную ленту можно представить в виде однородного тела, состоящего из упругих стержней о распределенной массой, которые подвержены действию сухого и вязкого трения.

Распространение колебаний напряжений в данных стержнях описывается дифференциальными уравнениями второго порядка в частных производных:

где а_i - скорость распространения продольных волн деформации на i-том участке стержня;

u_i - деформация поперечного сечения;

x - пространственная координата;

ω_i - основная частота собственных колебаний;

τ_i, b_i - коэффициенты, учитывающие трение.

Анализ электромеханических свойств при таком математическом описании ленты аналитическим способом является практически невозможным. Анализ электромеханической системы конвейерной установки удобно производить при представлении конвейерной ленты в виде сосредоточенных масс.

При этом число сосредоточенных масс выбирается из условия совпадения основных собственных частот колебаний в системе с сосредоточенными массами и в системе с распределенными массами, исследования в этой области показывают, что при числе масс, равном шести, основные собственные частоты колебаний соответствуют системе с распределенными массами. Аналитический анализ при таком количестве масс является сложным из-за своей громоздкости. Если с помощью регулируемого электропривода будут демпфированы колебания в ленте и будет достигнут апериодический характер переходного процесса, то электромеханическую систему можно представить в виде двухмассовой, удобной для анализа.

Механическую часть двухмассовой системы конвейерной установки можно представить в виде системы дифференциальных уравнений:

где р - оператор;

J₁ - момент инерции двигателя;

J₂ - момент инерции второй массы;

ω₁ - угловая скорость двигателя, с^-1;

ω₂ - угловая скорость второй массы, с^-1;

М - электромагнитный момент двигателя, Нм;

М_У1 - момент упругих сил на набегающей ветви ленточного конвейера, Н·м;

М_У2 - момент упругих сил на обегающей ветви ленточного конвейера Н·м;

С₁ - приведенная круговая жесткость между первой и второй массами, Н·м;

С₂ - приведенная круговая жесткость между второй и первой массами, Н·м.

Рисунок 1.1 - Структурная схема механической части ленточного конвейера

Рисунок 1.2 - Структурная схема электротехнической части ленточного конвейера

Таблица 3 - Технические характеристики двигателя КО52-4К

.1 Расчет параметров механической части ленточного конвейера

Момент инерции двигателя:

где J₁ - маховый момент ротора, Н·м.

Приведенная круговая жесткость между первой и второй массами:

где J₁ - маховый момент ротора, Н·м;

Т₁ - постоянная времени основной частоты собственных колебаний, Т₁=1 с.

Суммарная приведенная круговая жесткость конвейера:М_G

где Е - модуль динамической упругости ленты конвейера, Н;

l_л - длина конвейера, м;

ρ - радиус приведения, м

Найдем угловую скорость двигателя:

тогда радиус приведения равен

Приведенная круговая жесткость между второй и первой массами:

Погонная масса груза:

где Q - производительность конвейера, т/ч;

Погонная масса ленты, кг/м

где q_л - масса 1 м² ленты, кг/м²;

В - ширина ленты, м.

Погонная масса роликов грузовой ветви:

где  - масса роликоопоры (желобчатая роликоопора), кг;

 - расстояние между роликоопорами, м:

Погонная масса роликов порожняковой ветви:

Приведенный момент инерции второй массы:

.2 Расчет параметров электромеханической части ленточного конвейера

Если представить систему «преобразователь частоты на базе инвертора тока - асинхронный двигатель» в виде динамического звена второго порядка с электромеханической и электромагнитной постоянными времени, то можно считать, что оно представляет собой упрощенное математическое описание данной системы. Согласно теории автоматического управления замена динамических звеньев высокого порядка звеном второго порядка является правомерной 0 ошибкой, не превышающей допустимой.

Учитывая, что механическая характеристика асинхронного двигателя в системе частотнотокового управления в рабочей зоне М=(0:0.25)М_н является линейной и что синхронная угловая скорость зависит от величины напряжения статора имеем:

где  - напряжение холостого хода на статоре двигателя, В;

 - ток холостого хода двигателя, А;

 - индуктивное сопротивление контура намагничивания двигателя, Ом;

 - индуктивное сопротивление обмотки статора, Ом;

 - относительная величина частоты,

 - угловая скорость магнитного поля статора при частоте 50 Гц, с^-1;

 - коэффициент передачи звена внутренней обраной связи по ЭДС двигателя, В·с.

В режиме холостого хода, когда М=0:

тогда

Коэффициент передачи звена момента двигателя:

где  - номинальное скольжение двигателя.

Номинальный момент асинхронного двигателя:

Номинальное скольжение:

Электромеханическая постоянная привода:

Электромагнитная постоянная времени определяется выражением:

Эквивалентное активное сопротивление системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель»:

где  - активное сопротивление дросселя в цепи постоянного тока преобразователя частоты, Ом;

 - коэффициент передачи инвертора тока;

 - активное сопротивление обмотки статора, Ом;

 - приведенное активное сопротивлении обмотки ротора, Ом;