Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Институт энергетики

                УТВЕРЖДАЮ

Директор института энергетики

__________________И.Ю. Семыкина

«___» _____________ 2017 г.

Фонд оценочных средств

по дисциплине

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

^{(наименование дисциплины)}

Направление подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

^{(код и наименование направления подготовки)}

Профиль 02 «Электропривод и автоматика»
^{(наименование образовательной программы)}

Присваиваемая квалификация

"Бакалавр"

Формы обучения

очная

Кемерово 2017

Фонд оценочных средств составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 13.03.02, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 03.09.2015 № 955.

Фонд оценочных средств составил
доцент кафедры «Электропривод и автоматизация» _______________ А. В. Григорьев

ФОС обсужден
на заседании кафедры «Электропривод и автоматизация»

Протокол №____от «___»_____________ 2017 г.

Зав. кафедрой «Электропривод и автоматизация» ________________ А. В. Григорьев

Согласовано учебно-методической комиссией
по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Протокол №____от «___»_____________ 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ... 4

1.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНОК ЗА КОЛЛОКВИУМЫ И ПОРЯДОК ИХ ПРОВЕДЕНИЯ 4

1.2. КОЛЛОКВИУМ №1 «Термины и определения».. 4

1.3. КОЛЛОКВИУМ №2 «Электропривод подъемных кранов».. 4

1.4. ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 «Изучение работы мостового крана с приводом переменного тока по системе ПЧ-АД с управлением от программируемого логического контроллера».. 5

1.5. КОЛЛОКВИУМ №3: «Электропривод экскаваторов».. 5

1.6. ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2 «Изучение схем управления электроприводами экскаваторов».. 6

1.7. КОЛЛОКВИУМ №4: «Электропривод экскаваторов (продолжение)».. 6

1.8. КОЛЛОКВИУМ №5: «Электропривод лифтов».. 7

1.9. КОЛЛОКВИУМ №6: «Электропривод шахтных подъемных машин».. 7

1.10. КОЛЛОКВИУМ №7: «Применение защит и блокировок в электроприводах транспортных машин».. 8

1.11. КОЛОКВИУМ №8: «Типовые структурные схемы электроприводов транспортных машин».. 8

1.12. КОЛЛОКВИУМ №9: «Электроприводы общепромышленных вентиляторов» 9

1.13. КОЛЛОКВИУМ №10: «Электроприводы насосных станций».. 9

2. КУРСОВАЯ РАБОТА.... 11

2.1. Порядок выполнения курсовой работы... 11

2.2. Задания для курсовой работы... 14

Тема №1: «Автоматизированный электропривод высокоскоростного лифта» 14

Тема №2: «Автоматизированный электропривод подъема ковша экскаватора–мехлопаты».. 16

3. ПРОМЕЖУТОЧНАЯ АТТЕСТАЦИЯ... 20

3.1. Экзаменационные вопросы... 20

3.2. Экзаменационные задания.. 23

3.3. Примеры экзаменационных билетов.. 25

3.4. Критерии оценки на экзамене.. 25

1. ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ

1.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНОК ЗА КОЛЛОКВИУМЫ
И ПОРЯДОК ИХ ПРОВЕДЕНИЯ

Коллоквиум по теме предыдущей лекции проводится в начале следующей лекции в течение 10 минут. На ответ на один вопрос отводится 1 минута. Ответы на вопрос оцениваются по десятибальной шкале: 0 – абсолютно неверный ответ или отсутствие ответа, 10 – ответ абсолютно верный. Студент получает оценку:

ОТЛИЧНО, если сумма баллов > 90;

ХОРОШО, если сумма баллов > 70;

УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, если сумма баллов > 50;

НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, если сумма баллов ≤ 50.

1.2. КОЛЛОКВИУМ №1
«Термины и определения»

База контрольных вопросов для коллоквиума №1 составлена в соответствии с ГОСТ Р 50369-92 (действующий по состоянию на 07.02.2017):

1. Электропривод – это…

2. Что называют управляющим устройством (УУ) электропривода?

3. Приведите примеры механических передач электропривода?

4. Что представляет собой система управления электропривода (СУЭП)?

5. Регулируемый электропривод – это…

6. Автоматизированным электроприводом называют …

7. Электрический вал – это…

8. Электроприводы с электрическим и электромеханическим каскадами. Приведите схемы и характеристики.

9. Координата электропривода – это … Приведите примеры.

10. Одномассовая и многомассовая схемы электропривода. Отличительные особенности.

1.3. КОЛЛОКВИУМ №2
«Электропривод подъемных кранов»

База контрольных вопросов для коллоквиума №2:

1. Назовите диапазон регулирования электроприводов пассажирских лифтов.

2. Назовите диапазон регулирования электроприводов грузовых шахтных подъемных машин.

3. При диапазоне регулирования скорости 1,5:1 для кранового механизма электроприводу какого вида следует отдать предпочтение и почему: по системе «преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель», по системе «асинхронный вентильный каскад», по системе «тиристорный управляемый выпрямитель - двигатель»?

4. Перечислите состав и назначение элементов структуры мостового крана.

5. Расскажите о режимах работы электродвигателей электроприводов мостовых кранов.

6. Назовите характерные условия работы и особенности крановых электроприводов.

7. Опишите работу принципиальной электрической схемы стенда.

8. Какие основные проблемы возникают в электроприводах при использовании концевых выключателей в качестве флагов изменения режима движения.

9. Расскажите о возможных решениях проблемы «дребезга контактов» концевых выключателей.

10. Расскажите о достоинствах и недостатках релейно-контакторных систем управления крановыми механизмами.

11. Расскажите о достоинствах и недостатках схем управления крановыми механизмами на основе программируемых логических контроллеров.

1.4. ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1
«Изучение работы мостового крана с приводом
переменного тока по системе ПЧ-АД с управлением
от программируемого логического контроллера»

Отчет по лабораторной работе должен содержать цели и задачи работы, принципиальную электрическую схему стенда и описание ее элементов, описание последовательности работы с установкой; листинг программы в среде CoDeSys на любом удобном языке программирования; выводы. В качестве учебной задачи предполагается составление и отладка программы ПЛК для обработки входных сигналов с концевых датчиков и оформление ее в виде функционального блока, интегрированного в программное обеспечение стенда. Программа должна соответствовать блок-схеме алгоритма, изображенной в методических указаниях к Лабораторной работе №1. При написании программы необходимо обратить внимание на последовательную схему соединения концевых датчиков между собой.

1.5. КОЛЛОКВИУМ №3:
«Электропривод экскаваторов»

1. Для чего необходимо фазочувствительное выпрямительное устройство в электроприводе экскаватора.

2. Приведите упрощенную принципиальную электрическую схему фазочувствительного выпрямителя.

3. Приведите структурную схему системы регулирования напряжения в электроприводе по системе «генератор – двигатель» (Г-Д).

4. Для чего применяется нелинейная обратная связь по току якоря в электроприводе экскаваторов.

5. Назначение гибких корректирующих связей в электроприводе экскаватора.

6. Диапазон регулирования электроприводов экскаваторов.

7. Отличительные особенности генераторов для электроприводов по системе Г-Д.

8. Приведите структурную схему электропривода по системе «ПЧ-АД» с векторным регулированием координат.

9. Приведите структурную схему электропривода по системе «ПЧ-АД» с прямым управлением моментом.

10. Приведите расчет основных параметров выпрямителя регулируемого электропривода по системе «тиристорный управляемый выпрямитель – двигатель» (ТП-Д) на основе параметров двигателя и нагрузочной диаграммы.

1.6. ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2
«Изучение схем управления электроприводами экскаваторов»

Отчет по лабораторной работе должен содержать цели и задачи работы, принципиальную электрическую схему силовой части электроприводов подъема, напора и поворота карьерного экскаватора, упрощенную структурную схему системы подчиненного регулирования координат и системы управления с общим суммирующим усилителем для электроприводов подъема, напора и поворота карьерного экскаватора, а также часть принципиальной электрической схемы экскаватора, выданной преподавателем для изучения. Студент должен разобраться в назначении и работе выданной части схемы и привести описание в отчете.

1.7. КОЛЛОКВИУМ №4:
«Электропривод экскаваторов (продолжение)»

1. Приведите расчет и выбор дросселя для управляемого выпрямителя регулируемого электропривода по системе «тиристорный управляемый выпрямитель – двигатель» (ТП-Д) на основе параметров двигателя и нагрузочной диаграммы.

2. Назовите основные блокировки, используемые в электроприводах экскаваторов.

3. Назовите назначение экскаваторной механической характеристики.

4. Приведите пример принципиальной электрической схемы, позволяющей реализовывать экскаваторную механическую характеристику в электроприводе экскаватора.

5. Приведите принципиальную электрическую схему силовой части электропривода переменного тока экскаватора-драглайна с векторным управлением.

6. Приведите принципиальную электрическую схему силовой части электропривода переменного тока экскаватора P&H 4100C BOSS.

7. Назовите назначение цепи предзаряда в силовой части схемы электропривода экскаватора P&H 4100C BOSS.

8. Назовите способы параллельного соединения инверторов электропривода переменного тока с целью наращивания мощности (можно на примере экскаватора P&H 4100C BOSS).

9. Приведите обозначение на принципиальных электрических схемах скользящих силовых контактов, используемых для передачи электрической энергии на платформу экскаваторов.

10. Назовите основные требования к электродвигателям переменного тока в составе регулируемых электроприводов экскаваторов.

1.8. КОЛЛОКВИУМ №5:
«Электропривод лифтов»

1. Ограничение на ускорение для пассажирских лифтов.

2. Ограничение на рывок пассажирских лифтов.

3. Приведите типовую тахограмму электропривода пассажирского лифта.

4. Способы увеличение точности останова электропривода лифта.

5. Борьба с «дребезгом контактов» путевых и концевых выключателей.

6. Виды концевых выключателей, применяемых в электроприводах лифтов.

7. Режимы работы электропривода лифта.

8. Основы выбора мощности двигателя и преобразователя для электропривода лифта (последовательность, основные операции, формулы).

9. Блокировки в электроприводе лифта.

10. Защиты в электроприводе лифтов: перегрузка, отключение электроснабжения и др.

1.9. КОЛЛОКВИУМ №6:
«Электропривод шахтных подъемных машин»

1. Основные защиты и блокировки в электроприводах шахтных подъемных машин.

2. Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода шахтной подъемной машины по системе «ТП-Д».

3. Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода шахтной подъемной машины по системе «ПЧ-АД».

4. Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода шахтной подъемной машины по системе «АВК» (асинхронный вентильный каскад).

5. Слежение за положением сосудов в шахтных подъемных машинах.

6. Назначение ловителей в грузопассажирском шахтном клетевом подъеме.

7. Диапазон регулирования скорости шахтных подъемных машин.

8. Типовая тахограмма движения шахтных подъемных машин.

9. Выбор слабины каната шахтной подъемной машины.

10. Последовательность расчета и выбора двигателя и преобразователя энергии для электропривода шахтной подъемной машины.

1.10. КОЛЛОКВИУМ №7:
«Применение защит и блокировок в электроприводах
транспортных машин»

1. Защиты ленточных конвейеров: сход ленты, пересыпание, перегрузка.

2. Пуск ленточных конвейеров, работающих в цепочке: блокировки и защиты, последовательность запуска.

3. Останов ленточных конвейеров, работающих в цепочке: блокировки и защиты, последовательность останова.

4. Функциональная схема аппаратуры, предназначенной для управления цепочкой ленточных конвейеров.

5. Функциональная схема автоматизированного электропривода ленточного конвейера, обеспечивающая поддержание заданной погонной нагрузки конвейера не зависимо от расхода сыпучего материала.

6. Расчет и выбор электродвигателя и преобразователя для электропривода ленточного конвейера.

7. Натяжение ленточного конвейера при пуске.

8. Формула Эйлера для расчета проскальзывания на барабанах ленточного конвейера.

9. Особенности работы наклонных ленточных конвейеров.

10. Расчет момента сопротивления ленточного конвейера.

1.11. КОЛОКВИУМ №8:
«Типовые структурные схемы электроприводов
транспортных машин»

1. Структурная схема электропривода ленточного конвейера, обеспечивающая работу с заданной скоростью.

2. Структурная схема электропривода ленточного конвейера, обеспечивающая равномерную загрузку ленты.

3. Функциональная схема многодвигательного ленточного конвейера.

4. Приведение многомассовой структуры ленточного конвейера к двухмассовой.

5. Математическая модель многодвигательного ленточного конвейера.

6. Синтез регулятора скорости ленточного конвейера.

7. Синтез регулятора погонной нагрузки ленточного конвейера.

8. Доставка угля на поверхность при помощи цепочки шахтных ленточных конвейеров.

9. Доставка угля на поверхность при помощи ленточного конвейера и скиповой подъемной установки.

10. Синтез регулятора натяжения ленты ленточного конвейера и тахограмма его работы.

1.12. КОЛЛОКВИУМ №9:
«Электроприводы общепромышленных вентиляторов»

1. Диапазон регулирования электроприводов вентиляторов.

2. Напорная характеристика вентилятора.

3. Напорная характеристика вентиляционной сети.

4. Структурная схема электропривода вентилятора, обеспечивающего заданный напор.

5. Структурная схема электропривода вентилятора, обеспечивающего заданную производительность.

6. Линеаризация структурной схемы электропривода вентилятора.

7. Поддержание заданной концентрации CO₂ в помещении средствами регулируемого электропривода вентилятора.

8. Расчет мощности и выбор двигателя вентилятора.

9. Электропривод вентилятора по системе «ПЧ-АД».

10. Электропривод вентилятора по системе «ТРН-АД».

1.13. КОЛЛОКВИУМ №10:
«Электроприводы насосных станций»

1. Диапазон регулирования электроприводов насосов.

2. Механическая характеристика насосов.

3. Напорная характеристика насосов.

4. Напорная характеристика гидравлической сети.

5. Защиты и блокировки насосных станций.

6. Поддержание заданного напора в гидравлической сети средствами регулируемого электропривода.

7. Поддержание заданной производительности в гидравлической сети средствами регулируемого электропривода.

8. Синтез регулятора напора (давления) для электропривода насоса 2-го подъема городского водопровода.

9. Автоматическое поддержание уровня жидкости в резервуаре электроприводом по системе «ПЧ-АД».

10. Автоматическое переключение насосов на насосной станции в соответствии с заданным графиком работы.

2. КУРСОВАЯ РАБОТА

Целью курсовой работы является закрепление теоретических сведений, полученных в ходе изучения дисциплины «Автоматизированный электропривод», а также подготовка к дипломному проектированию. Курсовая работа выполняется в течение 8 семестра совместно с изучением теоретического материала.

Темы курсовой работы:

1. Автоматизированный электропривод высокоскоростного лифта.

2. Автоматизированный электропривод подъема ковша экскаватора–мехлопаты.

3. Тема предлагается студентом (работа должна быть посвящена также расчету автоматизированного электропривода и выполняться в соответствии с общим порядком выполнения курсовой работы).

Выбор темы 3 согласуется с преподавателем и руководителем дипломного проектирования студента.

Выбор тем 1 и 2 производится на основе последней цифры номера зачетной книжки: четная цифра – тема 2, нечетная – тема 1.

2.1. Порядок выполнения курсовой работы

1. Выбор рода тока и системы управления электроприводом, исходя из диапазона регулирования, мощности и ускорения.

На основе анализа этих показателей могут быть выбраны следующие системы электропривода:

- регулируемый электропривод постоянного тока по системе ТПД-Д или ШИП-Д;

- регулируемый электропривод по системе ПЧ-АД;

- регулируемый вентильный электропривод.

В отдельных специальных случаях, особенно при автономном энергоснабжении установки, возможно применение системы «возбудитель синхронный генератор – выпрямитель – двигатель постоянного тока независимого или последовательного возбуждения».

2. Предварительный выбор двигателя по максимальным значениям усилия нагрузки и скорости рабочего органа для определения передаточного числа редуктора и его КПД

Оценочная максимальная мощность установки:

P_max =V_max · F_max = ω_max · M_max,

где V_max, ω_max – максимальные линейная или угловая скорости движения рабочего органа установки; F_max , M_max – максимальные значения усилия или момента сопротивления на рабочем органе.

Значения V_max или ω_max определены техническими требованиями (указываются в задании), значения F_max или M_max рассчитываются для макси-мально возможного режима. Например, при поднятии груза:

F_max =g · m_max.

При линейном перемещении рабочего органа по направляющим скольжения

F_max = F_n ·(g·m_max + F_N ) + b · V_П,

где g – ускорение свободного падения; F_n, F_N – усилие сопротивления подаче и соответствующая нормальная составляющая усилия; μ, b – коэффициенты сухого и вязкого трения; V_П – скорость подачи (возможно, что V_П < V_max).

По выбранной оценочной мощности определяется номинальная мощность электродвигателя (ЭД) P_H ≥ P_max . Для выбранного ЭД по каталогу находятся значения номинальной скорости ω_н, момента инерции J_дв и КПД η_дв.

Если рабочий орган приводится в движение при помощи ведущего барабана (в подъемниках) или шестерни (при жестко связанных кинематических элементах), то угловая скорость барабана (шестерни) определяется по формуле:

ω₂ =V_Н / R₂,

где V_Н – номинальная линейная скорость рабочего органа; R₂ – радиус барабана (шестерни).

При поступательном движении рабочего органа от винтовой передачи, угловая скорость винта:

ω₂ =2π·V_Н / t_В,

где t_В – шаг винта [м/об].

Передаточное число редуктора:

i =ω_Н / ω₂.

КПД редуктора берется из каталожных данных.

3. Построение нагрузочных диаграмм и тахограмм для заданного цикла.

В задании установлен цикл работы установки, в котором определены отдельные этапы с соответствующими режимами (разгон, движение с установившейся скоростью, торможение, реверс и т.п.). Для построения нагрузочных диаграмм и тахограмм необходимо в каждом режиме определить значения времени t_i, скорости V_i, ускорения a_i, рывка ρ_i, перемещения S_i, момента сопротивления M_ci и динамического момента M_Дi.

4. Выбор электродвигателя по нагрузочным диаграммам методом эквивалентного момента (мощности).

Эквивалентный момент рассчитывается по всем i-м участкам нагрузочной диаграммы за все время цикла Тц :

,

На участках с ускорением ε_i =a_i ·i / R₂ ≠ 0 c моментом сопротивления алгебраически складывается динамический момент М_Дi = J_i · ε_i , т.е.:

M_i(t_i) = M_ci(t_i)+ M_Дi(t_i).

При выборе уточненного ЭД необходимо стремиться к тому, чтобы значение ω_н совпадало с соответствующим значением для предварительно выбранного ЭД (для исключения пересчета i, η_р и т.д.).

5. Разработка системы управления электроприводом и схем электро-автоматики логического управления технологической установкой.

Для выбранного типа и мощности ЭД выбираем комплектный преобразователь по справочной литературе. На чертежах системы управления электропривода (формат A4 или А3) приводятся:

- принципиальная электрическая схема силовой части электропривода;

- функциональная схема управляющей части электропривода;

- схема подключения электропривода к электрической сети и схеме управления.

Схема логического управления может быть реализована аппаратным путем на базе релейно-контактных или логических элементов, или программным путем на базе программируемого логического контроллера (ПЛК). В последнем случае приводится схема подключения ПЛК с необходимым набором согласующих элементов и алгоритм программы ПЛК.

6. Построение механических характеристик электропривода.

Механические характеристики электропривода ω = f(M)строятся при помощи расчета не менее, чем по 5-ти точек в двигательном и генераторном (если такой режим предусмотрен заданием) режимах работы. На механической характеристике обязательно должны быть характерные точки: точка холостого хода, точка короткого замыкания, точка критического скольжения (для асинхронного электродвигателя). Для асинхронного электродвигателя с преобразователем частоты при реализации обратной связи для построения статических механических характеристик рекомендуется выполнить компьютерное моделирование и фиксацию значений моментов и частот вращения при различных нагрузках в установившемся режиме.

7. Построение динамических характеристик системы электропривода.

Для выполнения данного пункта курсовой работы необходимо построить: переходные характеристики электропривода по скорости и электромагнитному моменту при ступенчатом изменении сигнала задания; динамическую механическую характеристику электропривода с системой управления; динамическую электромеханическую характеристику с системой управления; динамическую механическую характеристику на рабочем участке при колебаниях момента сопротивления от 0 до максимального значения.

Коррекция замкнутой системы управления электроприводом производится методами модального регулирования и подчиненного регулирования координат при настройке на технический и симметричный оптимумы.

Расчет точности останова, исходя из выбранных элементов системы электропривода для лифтовых установок, производится следующим образом:

1) на основе значений относительной точности регулирования скорости вычисляется абсолютное значение допустимого отклонения частоты вращения электропривода:

Δω = ω_нε_ω [рад / c];

2) ошибка перемещения оценивается по формуле:

ΔS = ΔωR₂t,

где t – время торможения.

В заключении делаются выводы о соответствии параметров и свойств системы электропривода техническим требованиям, предъявляемым к установке.

2.2. Задания для курсовой работы

Тема №1: «Автоматизированный электропривод
высокоскоростного лифта»

Расположение оборудования лифта представлено на рис. 1. Здесь приняты обозначения: 1 – электродвигатели лебедки лифта (М1) и открывания/закрывания дверей М2; 2 – редукторы электроприводов; 3 – ведущий барабан лебедки; 4 – кабина; 5 – противовес; 6 – двери кабины; 7 – двери шахты; 8 – ходовой винт дверей кабины; 9 – конечные выключатели хода дверей кабины.

Управление лифтом производится с пульта управления кабины или с кнопок вызова кабины на этаже. Схема управления должна обеспечивать собирательной принцип при движении в обоих направлениях (выполнение попутных вызовов), а также следующие режимы работы:

а) нормальная работа – смешанное управление лифтом из кабины и с этажей: выполняются попутные вызовы.

б) ревизия – управление производится только с поста ревизии на крыше кабины от кнопок «Вверх», «Вниз» и «Стоп» с исключением действия кнопок из кабины и вызовов, кнопок управления из машинного отделения.

в) аварийное перемещение осуществляется по команде из машинного отделения для снятия кабины с ловителей или ограничительных концевых выключателей.

г) тестовый прогон используется при обкатке лифта, проверки его работы, регистрации сбоев и отказов, локализации дефектных мест.

д) пожарная опасность – при поступлении сигнала от пожарной защиты кабина должна отправиться на этаж основной высадки с выходом на улицу, кнопки вызова и кнопки в кабине блокируются.

Расчетный период работы лифта состоит из следующих циклов: подъем пустой кабины с 1-го этажа на верхний – пауза – спуск загруженной кабины на 1-й этаж – пауза – подъем загруженной кабины на верхний этаж – пауза – спуск пустой кабины.

Применяемый коэффициент загрузки γ = m_г / m_гном = 0,75.

Тахограмма V = f(t) и графики ускорения a(t) и рывка p(t) приведены на рис. 2.

Рис. 1. Расположение оборудования в шахте лифта (a)
и схема механизма дверей (б): 1 – электродвигатели лебедки и дверей;
2 – редукторы; 3 – ведущий шкив лебедки; 4 – кабина; 5 – противовес;
6 – двери кабины; 7 – двери шахты; 8 – винтовая передача привода дверей;
9 – ограничители хода дверей

Рис. 2. Графики скорости V(t), ускорения a(t) и рывка p(t)
за один цикл (подъем)

Исходные данные приведены в табл. 1. Номер варианта определяется в соответствии с последней цифрой номера зачетной книжки.

Таблица 1

Исходные данные к расчету по теме №1

Здесь: Н – высота подъёма; D_ш – диаметр шкива лебёдки. Точность останова для всех вариантов ΔS ≤ 20 мм.

Тема №2: «Автоматизированный электропривод
подъема ковша экскаватора–мехлопаты»

Общий вид карьерного экскаватора-лопаты представлен на рис. 3.

Управление всеми механизмами (установка стрелы на нужный угол подъема, подъем ковша, напор рукояти, поворот корпуса, открытие ковша, ход экскаватора), осуществляется из кабины машиниста. В задании предусматривается расчет электропривода подъема ковша.

Схема управления каждым механизмом предполагает ручное регулирование скорости электроприводов при помощи командоконтроллеров или джойстиков (в случае микропроцессорной системы управления) и должна обеспечивать следующие режимы:

а) нормальная работа с управлением из кабины машиниста;

б) наладка (ревизия) – управление из кабины или при помощи вспомогательного пульта в машинном отделении;

в) аварийное торможение при больших нагрузках и исчезновении питания;

г) ограничение хода механизмов;

д) блокировки аварийных режимов и их индикацию.

Расчетный период работы механизма состоит из следующих циклов: подъем ковша из начального положения (t₁ на расчетной схеме по рис. 4; угол копания α₁ = 0), начало копания (t₂; α₂ = 15°), конец забора грунта (t₃; α₃ = 60°), окончание подъема ковша (t₄; α₄ = 75°), поворот корпуса, открытие люка ковша и высыпание грунта, поворот корпуса в исходное положение, опускание ковша в начальную точку. Несмотря на то, что копание осуществляется при небольшой скорости подачи рукояти (напора) для нормального забора грунта, длины вылета рукояти и стрелы следует считать постоянными и равными радиусу копания: l_P = l_C = R_K, т.е. траектория движения ковша совпадает с дугой окружности радиуса R_K. Коэффициент заполнения ковша k_З = 0,9. Тахограмма угловой скорости ЭД подъема ω(t) и график нагрузки приведены на рис. 5.

Рис. 3. Общий вид экскаватора–мехлопаты: 1 – ходовая часть; 2 – поворотная
платформа; 3 – корпус; 4 – стрела; 5 – шкив подъема ковша; 6 – рукоять; 7 – ковш;
8 – люк открытия ковша; 9 – кабина оператора; 10 – машинное отделение;
11 – противовес; электродвигатели Ml – хода, М2 – поворота, МЗ – подъема ковша,
М4 - подъема стрелы, М5 - напора рукояти, Мб - поворота, М7 - открытия люка ковша.

Рис. 4. Расчетная схема определения усилий копания и подъема ковша (а)
и номограмма определения коэффициентов приведения (б)

Рис. 5. Тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода
подъема ковша за цикл

Исходные данные приведены в табл. 2.

Таблица 2

Исходные данные к расчету курсовой работы по теме №2

Здесь: V – объем ковша; R_K – радиус копания; V_K, V_ОП – скорости подъема и опускания ковша; m_K, m_P – масса ковша и рукояти; а_max – ускорение; R_Ш – радиус шкива лебедки ковша.

Общие данные: углы подъема – α₁ = 0; α₂ = 15°; α₃ = 60°; α₄ = 75°; угол подъема стрелы β = 30°; удельный вес грунта γ=2 т / м3; удельный коэффициент копания К_УД=15 кН / м³.

3. ПРОМЕЖУТОЧНАЯ АТТЕСТАЦИЯ

Промежуточная аттестация проходит в форме экзамена. На экзамен допускается студент, выполнивший все лабораторные работы, предоставивший и защитивший отчеты по лабораторным работам, а также сдавший все коллоквиумы на оценки выше «неудовлетворительно». Экзамен проводится в комбинированной форме, включающей в себя письменный ответ на теоретические вопросы, выполнение 1-го задания и собеседование. Экзаменационный билет включает в себя два теоретических вопроса и одно задание. На письменный ответ отводится 60 минут, после чего проводится собеседование.

3.1. Экзаменационные вопросы

1. Требования, предъявляемые к электроприводам пассажирских лифтов: диапазон регулирования, динамические свойства, ограничения ускорения и рывка.

2. Система электропривода «Г-Д» в шахтных подъемных машинах: функциональная схема, кратко об основных элементах схемы.

3. Система электропривода «асинхронный вентильный каскад» в шахтных подъемных машинах: функциональная схема, кратко об основных элементах схемы.

4. Система электропривода «ПЧ-АД» в шахтных подъемных машинах: функциональная схема, кратко об основных элементах схемы.

5. Последовательность расчета автоматизированного электропривода лифтов и шахтных подъемных машин. Формулы для расчета мощности электродвигателя, формулы для расчета параметров двухмассовой механической системы электропривода, формулы для расчета параа

6. Структурная схема электропривода подъема и напора карьерного экскаватора: структурная схема и коротко о назначении, ограничениях и допущениях при описании элементов схемы типовыми динамическими звеньями.

7. Структурная схема электропривода поворота карьерного экскаватора: структурная схема и коротко о назначении, ограничениях и допущениях при описании элементов схемы типовыми динамическими звеньями.

8.  Характер нагрузок в электроприводах поворота, напора и подъема карьерных экскаваторов: зависимость момента сопротивления от времени, характер момента сопротивления (активный или реактивный), выражение для расчета момента сопротивления.

9. Электропривод экскаватора по системе «ПЧ-АД»: структурная схема; математические выражения, описывающие функции и назначение блоков СУЭП.

10. Математическая модель механической подсистемы электропривода экскаватора: система дифференциальных уравнений, описывающая процессы в двухмассовой механической подсистеме электроприводов экскаваторов; выражения для расчета параметров двухмассовых механических подсистем электроприводов экскаватора; примерный график переходных процессов скорости, электромагнитного момента и момента сопротивления в электроприводах экскаваторов.

11. Схемы автоматизированного электропривода одиночных ленточных конвейеров: функциональная схема системы регулирования производительности (скорости ленты); функциональная схема поддержания заданной погонной нагрузки ленты.

12. Схемы автоматизированных электроприводов многодвигательных ленточных конвейеров: функциональная схема регулирования скорости ленты; функциональная схема поддержания заданной погонной нагрузки ленты.

13. Защиты ленточных конвейеров: аппаратура АУК-1М и назначение ее блоков; защита от пересыпания, схода ленты, назначение кабель-троссовых выключателей и схема определения номера замкнутого КТВ; назначение защит и датчиков в конвейерах

14. Выражение для расчета мощности электродвигателей конвейеров, выражения для расчета параметров двухмассовой механической схемы замещения механической подсистемы электропривода конвейера.

15. Расчет номинального момента сопротивления конвейера, а также наклонного конвейера и формула выбора мощности электродвигателя ленточного конвейера.

16. Напорная характеристика вентиляторов и насосов: вид характеристики в осях системы координат Q-H, где Q – производительность, H – напор; вид напорной характеристики пневматической сети и гидравлической сети; выбор мощности двигателя вентилятора и насоса по напорной характеристике.

17. Система регулирования заданного расхода воздуха вентиляционной сети шахты: функциональная схема; краткое описание элементов схемы; структурная схема системы регулирования, определение типа и расчет параметров регуляторов.

18. Система поддержания заданной концентрации взрывоопасных газов в забойном пространстве при помощи вентиляторов главного проветривания: функциональная схема; тип регуляторов концентрации газов; алгоритм работы системы управления в нормальном режиме функционирования шахты и аварийном (при взрыве или пожаре).

19. Технические требования к автоматизированным электроприводам вентиляторов главного проветривания шахт: диапазон регулирования; точность регулирования; требования Правил безопасности; целесообразность регулирования производительности шахтных вентиляторов.

20. Структурная схема АЭП вентилятора: обобщенная структурная схема при регулировании производительности вентилятора (Q); линеаризованная структурная схема при регулировании производительности вентилятора (Q); математические выражения, описывающие процессы в пневматической сети, в вентиляторе, в механической подсистеме электропривода.

21. Параллельное и последовательное включение насосных агрегатов: возможные негативные последствия; напорная характеристика параллельно включенных насосных агрегатов; напорная характеристика последовательно включенных насосных агрегатов; возможные схемы регулирования (регулирование производительности и напора на выходе насосов); объяснение принципа частотного регулирования электроприводов насосов по напорным характеристикам гидравлической сети и насосов.

22. Структурная схема электропривода насосного агрегата при регулировании напора: полная структурная схема; линеаризованная структурная схема: выбор типа и расчет параметров регулятора напора; расположение датчика давления в гидравлической сети при регулировании напора.

23. Технические требования к электроприводу насосного агрегата: диапазон регулирования; точность регулирования; защиты и блокировки (защита от помпажа, защита от сухого хода, защита от гидроударов, защита по температуре подшипников, защита от перелива); явление кавитации и его устранение в насосе.

24. Функциональная схема насосного агрегата: функциональная схема; элементы схемы насосного агрегата (коротко); опишите работу схемы.

25. Технические требования к АЭП большегрузных автосамосвалов: диапазон регулирования; точность регулирования; механическая характеристика; структурная схема АЭП автосамосвала, учитывающая автономный характер источника питания.

26. Схема силовой части электропривода хода большегрузного автосамосвала БЕЛАЗ-75131: принципиальная электрическая схема; описание принципа работы в двигательном режиме на подъем; электромеханическая характеристика электропривода.

27. Схема силовой части электропривода хода большегрузного автосамосвала БЕЛАЗ-75131: принципиальная электрическая схема; описание принципа работы в генераторном режиме на спуск; электромеханическая характеристика электропривода.

28. Автоматизированный электропривод автосамосвала БЕЛАЗ-75600 CSGB: функциональная схема; структурная схема; описание работы схем; описание элементов схем (кратко).

3.2. Экзаменационные задания

1. Рассчитайте и постройте механическую характеристику M_c(ω) вентилятора с учетом моментов потерь ΔM_дв в двигателе и механизме ΔM_м. Дано: мощность двигателя P_вн = 10 кВт; частота вращения ротора двигателя в установившемся режиме ω_в = 105 рад/с; ΔM_дв =10Нм, ΔM_м =30Нм; момент сопротивления рабочего органа M_р.о.=3ω² о.е.

2. Рассчитайте и постройте механическую характеристику М_с (ω) подъемника с учетом моментов потерь в двигателе ΔМ_дв и механизме ΔМ_м на интервале изменения частоты вращения от +ω_н до -ω_н. Дано: частота вращения ротора двигателя в установившемся режиме ω_н = 105 рад/с; ΔM_дв =6 Нм, ΔM_м =5 Нм; момент сопротивления рабочего органа M_р.о.=30 Нм.

3. Вычислите суммарный приведенный к валу двигателя подъемного механизма момент статической нагрузки M_с’ и момент инерции J₁’. При этом известны: частоты вращения двигателя ω₁ и барабана ω_н; линейная скорость подъема груза V_м; моменты инерции двигателя J₁ и барабана J_м; масса линейного перемещающегося груза m; момент, созданный грузом на барабане М_с и к.п.д. механизма η. Изобразите расчетную механическую схему. Дано: ω₁ = 157 рад/с; ω_м = 10.5 рад/c; V_м = 0.5 м/с; J₁ = 0.5 кг*м²; J_м = 0.4 кг*м²; m = 100 кг; M_с = 30 Нм; η = 0.85.

4. Определите ускорение ε_u и время разгона привода t_п до номинальной частоты вращения ω_н при постоянном электромагнитном моменте М и моменте статической нагрузки М_с. Постройте график переходного процесса. Дано: номинальная частота вращения двигателя ω_н = 305 рад/с; J = 0.012 кг*м²; M = 1.4 Нм; M_с = 0.8 Нм.

5. По каталожным данным определите частоту вращения идеального холостого хода двигателя постоянного тока с независимым возбуждением ω₀. Постройте электромеханическую характеристику. Дано: U_ян = 110 В; I_ян = 20 А; ω_н = 100 рад/c; R_яΣ = 0.5 Ом.

6. Используя номинальные и каталожные данные, определите постоянную времени якорной цепи и коэффициент статической жесткости механической характеристики. Запишите передаточную функцию электропривода. Дано: U_ян = 110; ω_н = 100 рад/с; I_ян = 20 А; R_яΣ = 0.5 Ом; p_п = 2; коэффициент пропорциональности в эмпирической формуле индуктивности якорной цепи γ = 0.6.

7. Используя каталожные данные, определите постоянную времени цепи возбуждения двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Дано: Φ_н = 4 мВб; I_вн = 0.2 А; w_в = 6000; p_п = 1; R_вΣ = 700 Ом.

8. Используя данные каталога, рассчитайте и постройте электромеханическую характеристику асинхронного электродвигателя I₂’(ω). Дано: U_1ф = 380 В; R₁ = 0.3 Ом; X₁ = 0.4 Ом; X₂’ = 0.3 Ом; R₂’ = 0.4 Ом; p_п = 1.

9. Используя каталожные данные, рассчитайте и определите на механической характеристике асинхронного двигателя точки холостого хода, короткого замыкания, критическую. Постройте механическую характеристику. Дано: U_1ф = 380 В; R₁ = 0.3 Ом; X₁ = 0.4 Ом; X₂’ = 0.3 Ом; R₂’ = 0.4 Ом; p_п = 1.

10. Используя каталожные данные, определите параметры линеаризованной модели асинхронного двигателя. Дано: U_1ф = 380 В; R₁ = 0.3 Ом; X₁ = 0.4 Ом; X₂’ = 0.3 Ом; R₂’ = 0.4 Ом; p_п = 1.

11. Используя номинальные и каталожные данные, рассчитайте и постройте угловую характеристику синхронного двигателя. Считайте E_н = U_н. Определите параметры и изобразите передаточную функцию синхронного двигателя. U_н = 6000 В; p_п = 3; x_1d* = 1 о.е.; x_1q* = 0.6 о.е.; I_н = 120 А.

12. Используя данные из каталога, определите частоту свободных колебаний Ω_ЭМ и коэффициент затухания α для привода постоянного тока. Напишите выражение передаточной функции и изобразите структурную схему с численными значениями коэффициентов. L_яΣ = 0.05 Гн; R_яΣ = 0.075 Ом; J_Σ = 7 кг*м²; β = 100 Нмс.

13. Выберите двигатель, работающий в продолжительном режиме в соответствии с нагрузочной диаграммой со следующими параметрами: пусковой момент М_п = 1.5 Нм; момент сопротивления М_с = 0.5 Нм; тормозной момент М_т = 1.5 Нм; время пуска t_п = 0.5 с; время работы t_с = 0.3 с; время торможения t_т = 0.5 с; время останова t_o = 2 с; интенсивность охлаждения в режимах пуска и торможения β_т = 0.5.

14. Используя данные, определите диапазон регулирования скорости при абсолютно мягкой нагрузочной характеристике. Постройте механические характеристики. Дано: ω_ср = 80 рад/с; β = 250 Нмс; ω_0н = 3 рад/с; М_макс = 12 Нм; М_мин = 0 Нм.

3.3. Примеры экзаменационных билетов

Вопросы в билете формируются случайным образом, в соотвестии с заданиями и экзаменационными вопросами данного ФОС.

3.4. Критерии оценки на экзамене

ОТЛИЧНО получает студент, ответивший полностью на два вопроса билета и решивший правильно экзаменационную задачу. При ответе студент проявляет глубокие знания вопросов по дисциплине.

ХОРОШО получает студент, ответивший на один вопрос полностью и один вопрос частично и решивший правильно экзаменационную задачу. При ответе студент показывает твердые знания основного материала, знание и навыки применения основных формул по дисциплине.

УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО получает студент, ответивший на один вопрос полностью или два вопроса билета частично и решивший экзаменационную задачу. При ответе студент показывает знание только основного материала и незнание деталей.

НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО получает студент, не решивший задачу или решивший задачу, но не ответивший ни на один вопрос билета. Студент показывает незнание основного материала и отсутствие навыков применения основных расчетных выражений и формул.