книги / Электрооборудование одноковшовых экскаваторов

переходных процессов, используя вывод (1-16). Предпо­ ложим, что эта характеристика имеет форму аа'Ь'с (рис. 1-2,д), т. е. идеальную. В этом случае в процессе пуска привод развивает-при каждом значении частоты вращения момент в соответствии с этой характеристи­

Из (1-18) следует, что при ^зап=1 процесс разгона протекает при постоянном моменте МДШ1= М СТ—Мс,и, т. е. привод разгоняется с постоянным ускорением, как это показано на рис. 1-2,г, а кривая динамической механи­ ческой характеристики привода ОсЬ'а'а (рис. 1-2,д) при этом совпадает с кривой идеальной статической харак­ теристики.

Если характеристика будет иметь £3ап<1 (допустим, аа'с на рис. 1-2,д), то значение пускового момента не остается неизменным, а будет меняться от МП= М СТ до Afn=Afc,n. Тогда фактический пусковой момент опреде­ лится как среднее этих значений:

При этом поскольку Мп,ср<Мп, то время пуска со­ ставит

п' 2“ 375 ЛГп.ср-Мс

и будет больше tn,i. Поскольку tn,i<tn,2, отсюда следует, что равноускоренный характер протекания переходных процессов пуска и торможения является предпочтитель­ ным. Поэтому для некоторых приводов, например меха­ низма подъема драглайна, обеспечивают характеристики с высоким заполнением.

Следует отметить, что основное уравнение движения (1-5) позволяет рассмотреть механический переходный режим без учета электромагнитной инерции элементов привода и при допущении об абсолютной жесткой связи двигателями рабочего механизма, (считаем, что механиче­ ские элементы не обладают упругими свойствами). По­ этому фактическая длительность переходных процессов и реальные динамические характеристики (/—9 на рис. 1-2,д), построенные с учетом электромагнитной и

31

механической инерций, будут несколько отличаться от расчетных, т. е. имеет место расхождение динамических и статических характеристик, как это показано на рис. 1-2Д

1-7. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЭКСКАВАТОРОВ

Энергия к экскаваторам подводится гибким кабелем, подключаемым к воздушной сети трехфазного тока (рис. 1-6).

Строительные и карьерно-строительные экскаваторы, силовое оборудование которых сравнительно небольшой мощности (до 160 кВт), питаются от сети 380 В, а при 6000 В через передвижной понижающий трансформатор

Рис. 1-6. Схема электроснабжения экскаватора.

мощностью соответственно типам экскаваторов не менее 180 и 320 кВ «А. Применяется кабель типа КРПТ на на­ пряжение 500 В, сечением не менее 50 мм2, четырех­ жильный (три — токоведущие, одна — заземляющая).

Карьерные, вскрышные и шагающие экскаваторы являются мощными машинами с различным видом элек­ трооборудования значительной мощности. Например, силовое оборудование экскаватора типа ЭШ-14/75 состав­ ляют 47 электрических двигателей и генераторов с об­ щей мощностью 2800 кВт. Поэтому эти типы экскавато­

3*

ров получают в.забое Электроэнергию от сети 6000 или 10000 В непосредственно по кабельному отводу через передвижное распределительное устройство типа ЯКНО-6 по гибкому кабелю марки КШВГ сечением 16—90—95 мм2 в зависимости от мощности установлен­ ных двигателей на экскаваторе (рис. 1-6).

Кабели подводятся к вводному ящику, установленно­ му на нижней раме-экскаватора. Заземляющая жила ка­ беля в нем надежно подсоединяется к заземляющему болту, а три основные жилы подключаются к неподвиж­ ным щеткам, закрепленным на ходовой раме. Щетки плотно прижимаются к токосъемным кольцам, установ-- ленным на вращающейся платформе. Для обеспечения постоянного контакта щеток с кольцами и избежания искрения на каждое кольцо устанавливаются по две щетки, связанные пружиной, прижимающей их к кольцу (на рис. 1-6 показаны по одной щетке на кольцо). С ко­ лец через токосъемники (щетки) и такой же кабель ток подходит к станции управления на строительных экска­ ваторах и к распределительному устройству высокого напряжения на остальных типах экскаваторов, установ­ ленных внутри кузова экскаватора.

На экскаваторах, питающихся высоким напряжени­ ем, кольцевой токоприемник выполняют комбинирован­ ным, состоящим из двух частей ^напряжением выше 1000 и ниже 1000 В. Первая предназначается, как это опи­ сывалось, для передачи 6000 В с нижней рамы на вра­ щающуюся -поворотную платформу, а вторая — для пе­ редачи постоянного и переменного тока с поворотной платформы к электрооборудованию, установленному на нижней раме.

Длина гибких кабелей для питания экскаваторов не превышает 200—300 м. Сечение кабелей выбирают по плотности тока для прерывистой нагрузки и проверяют на токи к. з. (кабели на 6000 В)/а также на допустимую величину потерь напряжения.

В станции управления строительных и карьерно-строительных экскаваторов энергия распределяется, по двум направлениям: через установочный автомат к трансформатору, служащему для пита­ ния цепей управления и освещения, и через главный воздушный автомат — к главному приводному электродвигателю. В распредустройстве высокого напряжения мощных экскаваторов электро­ энергия также распределяется по двум* путям: через трубчатые предохранители высокого напряжения типа ПКЭ к силовому транс­ форматору типа ТМЭ, мощностью от 30 до 180 кВ-А, служащему для питания асинхронных двигателей вспомогательных механизмов

На станции управления сосредоточена пускорегули­ рующая и защитная аппаратура. Аппаратура оператив­ ного управления смонтирована на пульте управления, установленном в кабине машиниста.

Г Л А В А В Т О Р А Я

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭКСКАВАТОРОВ С ОДНОДВИГАТЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

2-1. ЭЛЕКТРОПРИВОД И КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Экскаваторный привод переменного тока нашел ши­ рокое применение только на строительных экскаваторах (типов Э-504, Э-1003, Э-1251, Э-2001, Э-2501 и др.). Ма­ лые габариты и масса таких экскаваторов при сравни­ тельно небольшоймощности двигателей (до 140 кВт), необходимых для привода механизмов, обусловили при­ менение в них группового электропривода.

Для защиты от перегрузки при стопорениях как ос­ новных механизмов, так и двигателя в их кинематиче­

с групповым электроприводом, приведенная на рис. 2-1, является типовой для рассматриваемого класса.экскава­ торов, поэтому ограничимся только ее описанием.

Асинхронный двигатель 1 через систему промежуточ­ ных передач приводит во вращение горизонтальный ре­ версивный вал 2 главной трансмиссии. Шестерня 3 ре-^ версивного вала главной трансмиссии постоянно соеди­ нена с шестерней 4 вала 5 главной двухбарабаниой лебедки.

Главная двухбарабанная лебедка является основным механизмом экскаваторов этого класса. При помощи ее осуществляются в зависимости от применяемого сменно­ го рабочего оборудования следующие рабочие движения: подъем и напор ковша (лопата); подъем и тяга ковша (драглайн); тяга ковша и подъем стрелы (обратная ло­ пата); подъем основного и вспомогательного крюков

34

Рис. 2-1. Кинематическая схема экскаватора типа Э -1251Б.

(кран); замыкание и подъем загруженного ковша (грейфер).

Управление рабочими движениями экскаватора-лопа­ ты Э-1251 осуществляется следующим образом. При включении правой ленточной фрикционной муфты 6 главной лебедки начинает вращаться подъемный бара­ бан 7, осуществляя подъем ковша. Если включить ле­ вую ленточную фрикционную муфту 8 главной лебедки, вместе с валом начинает вращаться звездочка 9 напор­ ного механизма, осуществляя выдвижение рукояти 10.

С включением конической фрикционной муфты 11 звездочки 12 горизонтального вала реверса .звездочка 9 главной лебедки уже вращается в обратную сторону, осуществляя возврат рукояти.

Вертикальный вал реверсивного механизма 13 соеди­ няется конической шестерней 14 с двумя коническими шестернями 15 горизонтального вала и в зависимости от включения фрикционных конических муфт 16 или /7 мо­ жет вращаться по часотвой.или против часовой стрелки.

Вертикальный вал 13 при помощи цилиндрической шестерни 18 передает вращение шестерне поворотного механизма. 19, от которой движение передается на вал 20 поворотного механизма, вал 21 ходового механизма и

а вала 22 — введением шестерни 25 в зацепление с ше­ стерней 18.

Двустороннее вращение вертикального вала 13 ре­ верса позволяет изменять направление вращения пово­ ротной платформы или поступательного движения экска­ ватора, а ..также осуществлять подъем и опускание стрелы.

Приводной асинхронный двигатель 1 в течение всей рабочей смены вращается непрерывно, и механизмы экскаватора включаются в работу специальными меха­ ническими органами управления (кулачковыми и фрик­ ционными муфтами). Последние приводятся в действие с помощью гидравлической или пневматической системы управления в зависимости от рабочих движений маши­ ниста.

Пуск электродвигателя осуществляется вхолостую, регулирование частоты вращения и реверсирование дви­ гателя во время работы экскаватора, как это следует из изложенного, не производятся. Поэтому на этих экскава-

36

торах чаще применяются асинхронные двигатели скорот- *козамкнутым ротором: Применение двигателей с фазо­ вым ротором в основном вызвано необходимостью получения мягких характеристик двигателя.

Простота управления и обслуживания, а также не­ большая стоимость оборудования являются достоинст­ вами группового привода. Однако механические переда­ чи получаются сложными и громоздкими, а фрикционные муфты требуют постоянного наблюдения и ухода в связи с быстрым износом их обкладок.

2-2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

На указанных однодвигательиых экскаваторах, в ка­ честве приводного двигателя используется асинхронный двигатель трехфазного тока, как наиболее простой по устройству, дешевый и не требующий особого ухода во время работы.

Рис. 2-2. Иллюстрация принципа габоты асинхронного двигателя.

а — модель двигателя; б — стальное кольцо с катушками; в — диаграмма трех­ фазного тока.

Принцип работы асинхронного двигателя можно по­ яснить на следующем примере (рис. 2-2,а). Приведем во вращение магнит N—S, против которого расположен на оси медный диск Д, тогда диск начнет увлекаться в сторону вращения магнита. Это объясняется возник­ новением в диске в результате пересечения его магнит­ ными полями индуцированной э. д. с. и, следовательно, вихревых токов, которые, взаимодействуя с полем маг­ нита, вызывают вращение диска.

Диск Д не может достигнуть частоты вращения маг­ нита, так как в противном случае диск не будет пере­ секаться магнитными силовыми линиями и в нем не бу-

37

дут наводиться э. д. с. й вйхревые тюки, т. е. доджей вращаться асинхронно (не в такт с вращающимся маг­

нитом).

Это явление положено в основу устройства совре­ менных асинхронных двигателей, в которых вращаю­ щееся магнитное поле создается не механическим,

аэлектрическим путем, сущность которого заключается

вследующем. На стальное кольцо (рис. 2-2,6) помеще­

ны три катушки I—///, сдв'инутые друг относительно друга в пространстве на угол в 120°. Через катушки проходит трехфазный ток (рис. 2-2,в), представляющий

Рис. 2-3. Иллюстрация вращения магнитного поля при питании об­ моток трехфазнымтоком.

систему из трех токов ii, к и к, каждый из которых из­ меняется строго периодически по величине и направле­ нию (по синусоиде). Время полного изменения тока, до­ пустим к,- называется продолжительностью периода то­ ка Т. Эти три тока сдвинуты один относительно другого на 4/з периода (см., например, точки А и а, соответст­ вующие началам изменения токов к и к). Такие токи не совпадают по фазе,, т. е. между ними существует сдвиг фаз. Сдвиг фаз выражают в частях периода или в элек­ трических градусах, считая, что весь период соответст­ вует 360°, а треть— 120°.

В момент а на рис. 2-2,в ток к = 0, ток к имеет поло­ жительное значение, а ток к — отрицательное значение.

Положительное направление тока (рис. 2-3) в катуш­ ке принято от начала ее к концу, отрицательное — от конца к началу. Тогда в катушке I первой фазы (мо­ мент а) ток идет от начала к концу, а в катушке III

38

третьей фазы — от конца к началу. В катушке II второй фазы ток равен нулю (рис. 2-3,а).

Создаваемые этими катушками магнитные силовые линии показаны штриховыми линиями, и направление магнитного поля Ф обозначено стрелкой, направленной сверху вниз. В момент б токил‘1 и i2 равны по величине и оба имеют положительное значение, а ток i3= ii+ i2— отрицательное значение. Найдем расположение полюсов N и 5 на рис. 2-3,6. Точно таким же образом найдем местоположение полюсов N и 5 для моментов, обозна­ ченных буквами в, гид.

Рис. 2-4. Устройство асинхронного двигателя.

а — с контактными кольцами; б — беличья клетка.

Очевидно, что на протяжении ‘одного периода изме­ нения токов магнитный поток Ф, изменяя непрерывно свое направление, совершает полный оборот, т. е. внутри

. стального кольца получается вращающееся магнитное поле. Если внутри этого кольца поместить диск Д, то он будет вращаться по-прежнему, как и в случае рис. 2-2,а. Действие этого вращающегося поля эквива­ лентно магнитному потоку вращающейся пары полюсов (N и S на рис. 2-2,а). Поэтому асинхронные двигатели с тремя катушками (с одной катушкой на фазу) счита­ ют двухполюсными, 2/?=2 (или с числом пар полюсов

/7 = 1 ) .

Если частота изменения питающего напряжения f составляет 50 периодов в секунду, то вращающееся магнитное поле в ЭТОМ случае совершает один оборот за

39

один период тока Т, равный 0,02 с, следовательно, за 1 с поле совершает 50 оборотов или 3000 об/мин.

Во многих случаях такая частота вращения является чрезмерно большой. Чтобы ее уменьшить, в статоре дви­ гателя размещают большее число катушек. Например, на рис. 2-4,а приведен двигатель с шестью катушками, так называемый четырехполюсный (2/7=4 или р = 2) двигатель, имеющий уже. частоту вращения магнитного поля 1500 об/мин. .Поэтому за тот же период тока Т здесь поле Ф поворачивается в пространстве вдвое мед­ леннее, чем в предыдущем случае, так как катушки сдвинуты на угол 60° (вместо 120° в первом случае).

Указанные зависимости частоты вращающегося маг­ нитного поля статора от числа пар полюсов (катушек) статорной обмотки р и частоты трехфазиОго тока, пи­ тающего статор /, выражаются формулой

(2-1)

Эта частота вращающегося поля статора называется

синхронной.

Число пар 2/7 отражается в обозначении типа двига­ теля. Так, например, в обозначении применяемого на экскаваторе Э-1251Б типа двигателя КО-52-4К послед­ няя цифра означает число полюсов (2/7= 4 ).

Разность между частотой вращающегося магнитного поля статора щ и частотой вращения ротора « называ­ ется отставанием или скольжением ротора.

Скольжение принято выражать в долях единицы или

Так, например, скольжение двигатели типа КО-52-4К при частоте.ротора «=1485 об/мин будет равно

40