双速电机在刮板输送机上的应用.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 双速电机在刮板输送机上的应用 邢祖江 哈尔滨煤矿机械研究所,哈尔滨150036 摘 要阐述了双速电机在刮板运输机上的应用,详细介绍了电机选型计算和电气控制及保护系统的设计原则,实 践证明应用双速电机拖动刮板输送机是较好的选择。 关键词双速电机;拖动;控制 中图分类号TD528 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200802 - 0012 - 03 Application of the Double Speed Electromotor in Scraper Conveyor XING Zu - jiang Harbin Coal Mining Machine Institute , Harbin 150036 , China AbstractThe article narrates the application of the double speed electromotor in scraper conveyor and de2 tailedly introduces the type choosing calculation of electromotor and design principle of electricity controlling and protecting system. Key wordsdouble speed electromotor; drive ; controlling 1 双速电机电力拖动 1. 1 双速电机二套绕组工作制与功率的选择 11111 高速绕组 现以普通小功率刮板运输机SGW - 40型可弯 曲刮板运输机为例,所需功率 大等优点。它的工作原理如图1所示 图1 张紧装置原理图 11 滑块 21 机尾滚筒轴 31 蜗轮 41 钢丝绳 51 机尾架 61 支腿 71 横撑 滚筒轴2匣在滑块1中,通过搅动蜗轮3使钢 丝绳牵引着滑块1带动滚筒移动,从而达到皮带涨 紧的目的,根据涨紧行程可调整尺寸。机尾架5由 16 槽钢组装成,各个槽钢之间均用螺栓连接,这样 操作起来简单快捷。 在皮带机运输系统的布置如图2所示 图2 皮带机运输系统图 2. 2 溜煤嘴的设计 原煤仓溜煤嘴直接流到刮板机底,把刮板机改 成皮带后,溜煤嘴的高度和角度都要做调整,而且原 流煤嘴是将铁板直接焊接到煤仓口预埋的铁板上, 煤仓和溜煤嘴是一体的,一旦出现溜槽锈蚀、 溜槽绑 和底出现开裂撒煤,维修起来就非常麻烦,劳动强度 很大,设备的使用寿命也很短,一般3 a就报废了。 再一个原因是原煤仓溜煤嘴的启闭靠人力拉杆来实 现,受现场环境的限制人站在操作台上控制拉杆操 作起来非常费力,而且还存在被拉杆反弹起来撞伤 的危险。 针对以上的原因,首先在煤仓口预埋的钢板上 用螺栓活接了一个矩形框用L7575角钢焊接而 成 , 由这个活框连接煤仓口和溜煤嘴,这样就便于 溜煤嘴的拆卸。其次,在溜煤嘴的侧板和底板增加 了两个活侧板和一个活底板,活侧板的宽度尺寸是 侧板宽度的一半,这样既减轻了溜槽的重量,也能起 到保护侧板的作用。加工时活侧板和活底板按M16 35沉头螺钉划膛,活侧板和侧板同时钻孔,活底 板和底板同时钻孔,板和板之间用沉头螺钉连接,这 样做的好处是如果溜煤嘴出现磨损和锈蚀需要更换 或是有积煤需清理就只需更换活侧板和活底板,维 护起来非常方便,并有效的增加了溜煤嘴的使用寿 命。最后,在溜煤嘴内增加了一个插板,插板与液 压推杆连接。 靠液压推杆来带动插板上下运动实现溜煤嘴的 启闭。工作人员只要按下操作按纽就可以进行操 作,大大减轻了工人的劳动强度,增加了工作的安全 系数,提高了溜煤嘴放煤效率。 3 使用效果 通过对精煤运输系统进行改造,使整个系统更 加合理,运行更加安全可靠,而且达到了降低电耗、 提高放煤效率、 提升运输速度、 加大精煤运输量、 加 快装车速度、 方便系统的维护、 减轻了工人的劳动强 度、 增加了流煤嘴的使用寿命等目的。在皮带机的 选型设计上,与千秋矿其他皮带运输系统达到了一 致,这样就大大节省了备件的材料费用和库存率,并 且为千秋矿安装皮带集控系统打下了基础。 收稿日期2007 - 09 - 03;修订日期2007 - 12 - 06 作者简介邢祖江1956 - ,男,黑龙江鸡西人,工程师,毕业于黑龙江科技学院成教院,现在哈尔滨煤矿机械研究所电器厂从 事技术工作,发表论文多篇。 第27卷第2期 2008年2月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol127 ,No12 Feb ,2008 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. PK1 Fv 102 η α 式中K1 带负荷起动的附加系数,K11.1～1.2; v 链板的直线速度,v 0. 854 mΠs; η α 传动效率,ηα 0. 82～0. 85。 代入数据后得P 0. 010 835～0. 012 25F 输送机主轴上的静阻力FWLWcm 式中 K 阻力系数,弯曲式输送机取1.25～1.3。 输送机重段阻力WLg0Lf1cosβsinβ g L f2cos β sinβ 输送机空段阻力Wcmg Lf1cos β” sinβ 式中β 输送机倾角; f1 载荷沿溜槽运动的磨擦系数,取0. 25 ～0. 45; f2 链板沿溜槽运动的磨擦系数,取0.3～ 0. 5 ; L 输送机长度SG W- 40型为L100 m; g 每米链板重量g 18. 8 kgΠm。 每米荷重g0QΠ3. 6v 150Π3. 60. 854 48179 kgΠm SGW - 40型额定运输量Q 150 tΠh 因此,在无倾斜、 各项系数均取最低值、 额定运 输量和额定运输距离的情况下,所需功率P 30. 52 kW 若各项系数均取最大值,则P63. 4 kW。必须 指出,按SGW - 40型溜槽实际断面充满煤的情况计 算,每小时运输量Q586. 7 tΠh ,为额定运输量的3. 91倍。这也是实际经常可能遇到的情况,是造成刮 板输送机经常过载、 起动困难的原因之一。为此,建 议功率增大到45～55 kW。 11112 低速绕组,短时工作制 1额定功率的确定 由于转速降低一半,刮板机属恒转矩负载,故额 定功率应为高速绕组的一半,即20 kW。 2短时工作制时间的确定 按刮板运转二周计算 t 2LΠv 2100Π0. 854 3. 9 min 根据实侧DSB - 40型隔爆电动机发热时间常 数T 45 min ,若按30 min短时工作制考虑,按常规 查表。 λ θf 30 Π45 1. 7 Pt 30Pλ Π λ θ 20Π1. 7 11. 76 kW 如按Pt 11. 76 kW设计低速绕组的起动转矩, 很难达到超过高速绕组长期工作40 kW的起动转 矩。 为此低速绕组功率可适当放大。如按30 min 短时工作制额定功率22 kW进行设计,其长期功率 为2. 2Π1. 7 13 kW。 3热过载能力 实际上低速绕组经常从热态开始工作,如果保 持电动机的发热裕量为25K温升此为DSB - 40型 隔爆电动机实测数据。F级绝缘允许温升为90K, 而电动机实际额定温升为65K ,则过温升系数α 90Π65 1. 4 ,发热时间常数TQ 45 min ,热态过载时 间tn45ln β 2 - 1 β 2 - 114 ,β 014 etnΠ45 114 当tn 30 min时,β 1. 35;tn 3. 9 min时,β 2. 412。 若确定低速绕组30 min短时工作制的额定功 率为22 kW ,那么其长期工作制的额定功率为2. 2Π 1135 16. 3 kW ,而刮板运行二周的3. 9 min短时工 作功率可达16. 32. 412 40 kW。 112 双速电机的机械特性与负载的配合 刮板输送机为恒转矩反抗性负载,起动时需克 服较大的静摩擦力,其负载转矩M-n特性曲线如 图1所示。 图1 M-n特性曲线 为了克服静摩擦力,必须要有较高的起动转矩。 一旦由静到动后阻力转矩即下降,系统加速度极大, 再加上刮板机负载波动极大,若遇空载起动,速度会 更大。其电力拖动系统运动方程式为 MD-MZ GD 2 375 dn dt 当MD大,MZ小,及GD 2 小时必然dnΠdt大,易 造成机械冲击及事故。 起动结束后电动机在额定转速时,为了使电动 机有较高的效率必须有较小的转差,即特性较硬。 为了使运行稳定,必须有一定的转矩过载能力,所 以电动机必须有较高的最大转矩,且临界转差率应 较小。 根据以上对起动段与工作段的分析,拖动电动 机的理想机械特性应如图1曲线 ② 所示。图1中曲 线 ①② 包围的阴影面积的大小和系统由0加速到 ne的起动时间tQ大小成反比,面积越小起动时间越 长,起动越平缓。转速曲线[nft ] 如曲线a。 第2期 邢祖江双速电机在刮板输送机上的应用 13 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 曲线 ② 所示的机械特性很难达到。采用单绕组 双鼠笼电动机,保证一定的起动转矩MQ和最大转 矩Mm,其机械特性如曲线 ③ 所示,它和曲线 ① 的包 围面积过大,起动时间嫌短,转速曲线如曲线b,加 速度过大,容易引起冲击。 如果采用双速电动机,则低速绕组机械特性可 以设计得较软,如曲线 ④,而高速绕组机械特性和一 般双鼠笼电动机特性类似,起动转矩略低于低速绕 组起动特性,如曲线 ⑤。曲线 ④、 ⑤ 与曲线 ① 的包围 面积较小,ΔMMD-MZ较均匀,且较小,因此起动 加速度较均匀且小,这是理想的。 2 双速电机拖动控制 2. 1 高低速绕组切换控制原则 双速电机高、 低速绕组自动切换的控制原则可 以是① 时间原则;② 电流原则;③ 速度原则。 采用电流原则,方法还算简单。电流传感器可 以直接装在防爆开关内,不需要另外解决防爆问题, 且异步电动机起动过程中的电流,和达到额定转速 附近很小转速范围时的电流有很大倍数的差别, 极易鉴别,因此只要判别电流下降即可确认速度在 额定转速附近。这里的电流原则实质上也就是速度 原则,刮板输送机双速电机电力拖动系统应优先采 用电流原则。 采用电流原则和时间原则结合的方法可供选择 的方案有① 以时间为主,附加电流校正。它尽管对 单纯时间原则有所改进,但较难调整合适,特别当特 重负载起动时,校正到数百秒钟的长延时更困难,最 后强行切换,相当于高速绕组直接起动,仍然有可能 引起冲击电流跳闸或机械冲击受损。因此并不比单 纯时间原则可取;② 以电流为主,附加时间校正。当 电流已经下降,延时就不再需要,因此不如单纯电流 原则来得简单;③ 电流与时间原则并列。延时不到 或电流未下降,均不进行切换。这对轻载起动基本 上为时间原则,对重载起动基本为电流原则,尽管复 杂了一些,但似乎较为保险。进一步分析可知,轻载 起动采用时间原则,延长了起动时间,给人的感觉似 乎是起动平稳了,实际上并不会减少冲击,因为系统 的加速度仅决定于转矩差ΔMMD-MZ。轻载 起动时转矩差较大,系统加速度较大,系统很快接近 低速绕组的同步转速,可能有冲击,至于以后延时期 间,系统转速则是稳定的。当切换时上升到接近高 速绕组同步速度,同样可能有第二次冲击,与延时长 短无关。因此认为在这里时间原则是没有必要的。 综上所述,建议刮板输送机双速电机拖动,高低 速绕组自动切换的控制,以采用单纯电流原则最为 合适。 2. 2 切换方式与切换时间 现仍以SGW - 40型刮板输送机用双速电机为 例,采用DSB - 40型隔爆电动机的有关数据和双速 电机的设计数据。 高速绕组Y接法,Ve 660 V ,Ie1 45 A ,IQ1 261 A ,cosφQ10. 5; 低速绕组Y接法,Ve 660 V ,Ie2 25. 7 A ,IQ2 128. 5 A ,cosφQ2 0. 4。 高速绕组起动时一相简化等值电路如图 2a 所示。低速绕组起动时一相简化等值电路如图2 b所示。 高速绕组W1在低速磁场中因二线圈电势相 抵消而没有感应电势,而低速绕组W2在高速磁场 中因不同极性下串联的线圈中电热相等相反而没有 感应电势。因此电源提供的最大冲击电流为二套绕 组起动电流之和。计算此电流的一相等值电路如图 2c 所示。 图2 电机起动时的一相简化等值电路 不难算出最大可能冲击电流IKmax 388. 55 A.。 相当于高速绕组额定电流的KIKmaxΠIe1 388. 55Π 45 8. 63倍。由于磁路的饱和,实际冲击电流还要 更大一些。这样大的电流短时间一般不至于对电动 机产生热破坏,但毕竟是一个较大的冲击,约是原低 速绕组的3倍,甚至有可能引起短路保护的误动作。 但由于不断电方式不会引起转速跌落,因此只要注 意选择合适的短路保护整定值,以及尽可能减小二 套绕组同时供电的重迭时间。那么采用不断电切换 方式是可能的,对这一问题有研究的必要。 2. 3 电力拖动系统的保护 由于取消了液压联轴节,电动机更需要加强保 护。目前采用了电子保护,保护包括电动机过载与 断相保护、 线路的短路保护及漏电闭锁。 3 结论 采用双速电动机拖动刮板输送机,优点很多。 首先在低速时输入较小的电流,能获得较大的转矩, 机械特性软,效率和功率因数忽略。高速时随电流 增大到额定值,获得最大的转矩,机械特性硬,效率 和功率因数也提高较大,因此应用双速电机拖动刮 板输送机是较好的选择。 14 煤 炭 技 术 第27卷