Асинхронно-вентильный каскад

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Анализ схем управления

3. Составление функциональной и структурной схем

3.1 Разработка функциональной схемы

3.2 Разработка структурной схемы

4. Расчет параметров силовой части системы ПЧ - АД 11

5. Расчет и получение механических характеристик

6. Техническая реализация электропривода

6.1 Комплексный подход к вопросам энергосбережения

6.2 Выбор асинхронного двигателя

6.3 Выбор трансформатора

6.4 Разработка СИФУ

7. Разработка электрической схемы

8. Современные преобразователи частоты. Методы управления и аппаратная реализация

9. Расчетная часть

Спецификация

Заключение

Используемая литература



Введение

Создание высокоэффективного автоматизированного электропривода, отвечающего требованиям технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства, является весьма актуальной задачей, стоящей перед исследователями и инженерами-электромеханиками.

В настоящее время все большее внимание уделяется разработкам и внедрению управляемых электроприводов переменного тока, которые в ряде случаев по своим показателям превосходят электроприводы с двигателями постоянного тока. Такое положение сложилось благодаря чрезвычайно удачному сочетанию в асинхронных двигателях комплекса эксплутационных и конструктивных характеристик, способности автоматически изменять момент вращения в соответствии с изменением момента сопротивления на валу и высокому к. п. д., с одной стороны и относительной простоте и низкой стоимости - с другой.

К электроприводам переменного тока, имеющим высокий к. п. д. и плавное регулирование угловой скорости, относятся асинхронно-вентильных каскады, в которых полезно реализуется энергия скольжения. Развитие силовой полупроводниковой техники (в частности, мощных вентилей) способствует широкому использованию асинхронно-вентильных каскадов.



1. Постановка задачи

металлорежущий электродвигатель асинхронный каскадный

В данном курсовом проекте требуется спроектировать привод металлорежущего станка с бесступенчатым регулированием.

В основе станочного привода следует использовать асинхронный двигатель. Включение асинхронного электродвигателя необходимо произвести по каскадной схеме, которые, обеспечивая регулирование частоты вращения, позволяют использовать энергию скольжения. В данном курсовом проекте следует использовать асинхронно-вентильный каскад с отрицательной обратной связью по скорости и положительной по току.



2. Анализ схем управления

Каскадные схемы включения асинхронных двигателей позволяют полезно реализовать энергию скольжения при регулировании скорости, в отличие от ранее рассмотренных схем, где она рассеивалась в сопротивлениях роторной цепи.

По способу реализации энергии скольжения различают два вида каскадных соединений: электрические и электромеханические.

В электрических каскадах энергия скольжения, исключая потери в промежуточных элементах системы, после соответствующего преобразования возвращается в питающую сеть; в электромеханических каскадах энергия скольжения возвращается на вал асинхронного двигателя.

На рис. 1, а и б представлены схемы электромеханического и электрического каскадов с указанием направлений главных потоков энергии и взаимной связи элементов этих систем.

Рис.1-а

Ток ротора асинхронного двигателя имеет частоту, пропорциональную скольжению, т. е. изменяющуюся при изменении угловой скорости двигателя; э. д. с. ротора также пропорциональна скольжению. Для возвращения энергии в сеть необходимо, чтобы частота э.д.с. была равна частоте сети, следовательно, в роторной цепи двигателя требуется преобразователь частоты, связанный с сетью.

Возвратить энергию скольжения на вал главного двигателя можно только с помощью дополнительного двигателя. Если в качестве последнего применяется двигатель постоянного тока, то энергию переменного тока в цепи ротора необходимо преобразовать в энергию постоянного тока, которая и будет реализована этим двигателем.

Рис.1-б

В каскадах с непосредственной реализацией энергии переменного тока в роторной цепи может быть использован коллекторный двигатель переменного тока (или коллекторный преобразователь частоты). В таком каскаде энергия скольжения с помощью двигателя переменного тока сразу преобразуется в механическую и возвращается на вал главного двигателя, если имеет место электромеханический каскад или с помощью преобразовательного агрегата, состоящего из коллекторного двигателя и вспомогательной бесколлекторной машины, возвращается в питающую сеть. Преимущество каскадных схем заключается также в том, что преобразовательное устройство можно выполнить, исходя из мощности скольжения, в отличие от других систем регулируемого электропривода (например, системы частотного управления в статорной цепи асинхронного короткозамкнутого двигателя), где преобразовательное устройство рассчитывается из условия пропускания полной первичной мощности.

По типу преобразовательного устройства каскадные схемы делятся на две основные категории: схемы с промежуточным звеном постоянного тока и схемы с непосредственной связью. Преобразовательное устройство может быть либо электромашинным, либо статическим - на управляемых или неуправляемых вентилях.

Далее будем рассматривать каскад, где энергия скольжения возвращается в сеть, т.е. асинхронно-вентильный каскад с промежуточным звеном постоянного тока, в котором преобразовательное устройство выполнено на основе вентилей.3. Составление функциональной и структурной схем



3. Составление функциональной и структурной схем

3.1 Разработка функциональной схемы

Рис. 2. Функциональная схема асинхронно-вентильного каскада с отрицательной обратной связью по скорости и положительной по току.

Ток нагрузки Iн задается выходным напряжением Uрт регулятора тока РТ, пропорциональный разности напряжений Uзт на выходе функционального преобразователя ФП и Uот датчика тока ДТ. Стабилизация скорости АД обеспечивается за счет регулятора скорости РС, на входе которого сравниваются напряжения задания скорости Uзс и обратной связи Uос. с выхода тахогенератора ТГ. Особенность схемы в том, что здесь автоматически формируются сигналы, пропорциональные абсолютному скольжению и заданию синхронной скорости АД.

Сигнал, пропорциональный Sa, формируется на выходе РС, поскольку Uзс, пропорционального заданию скорости щ0 идеального холостого хода АД, а Uо.с. текущей скорости ротора щ. Если передаточный коэффициент формирователя частоты скольжения ФЧС выбрать таким образом, что чтобы с учетом щ0ном его выходной сигнал Uфчс был пропорционален (щ0з- щ), то после суммирования этого сигнала с выходным сигналом Uсу согласующего устройства СУ пропорциональным текущему щ, на выходе сумматора устройства задания частоты ЗЧ инвертора тока ИТ преобразователя ПЧТ будет сформирован сигнал Uc = Uфчс+ Ucу =(щ0з- щ) + щ = щ0з.

В итоге на выходе ЗЧ будет сигнал задания частоты выходного тока ПЧТ Uзf?Uзс? щ0з,орпеделяющей задание синхронной скорости АД.

3.2 Разработка структурной схемы

Структурная схема асинхронно-вентильного каскада с ООС по скорости и ПОС по току, соответствующая функциональной схеме, изображена на рис. 8.

Рис. 3. Структурная схема асинхронно-вентильного каскада с отрицательной обратной связью по скорости и положительной по току при линеаризации.



4. Расчет параметров силовой части системы ПЧ - АД

Рассмотрим более подробно систему частотно-регулируемого привода.

Дан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А100L4У3, приводящий в движение рабочую машину с моментом статической нагрузки Мс=26,7 Н·м и моментом инерции Jрм=0,1 кг·м2.

Таблица 1 - Технические данные двигателя 4А100L4У3

Таблица 2 - Параметры схемы замещения в относительных единицах

Номинальный фазный ток статора определяется по формуле:



Значение параметров схемы замещения в именованных единицах определяются по формулам:

где x, r - сопротивление, Ом

X, R - сопротивление, отн. ед.

Результаты расчета сопротивлений в именованных единицах представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Параметры схемы замещения в именованных единицах

В силовую часть электропривода входят асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и комплектный преобразователь частоты.

Условием выбора преобразователя частоты является соответствие номинального напряжения и тока тиристорного преобразователя номинальным параметрам двигателя, т.е.

Для питания двигателя выбран комплектный электропривод типа АТО4 -5,5. Данный преобразователь является транзисторным электроприводом с автономным инвертором напряжения.

Параметры транзисторного преобразователя представлены в таблицу 4.

Таблица 4 - Основные данные комплектного электропривода АТО4 - 5,5

Рис. 4. Функциональная схема электропривода АТ05



Электропривод АТО4 -5,5 предназначен для высокодинамичных электроприводов механизмов с высокими требованиями к регулированию параметров при четырехквадрантном управлении.

Силовой канал В-ФС-АИН осуществляет двухступенчатое преобразование электрической энергии - выпрямление сетевого напряжения с помощью нерегулируемого выпрямителя В и последующее инвертирование выпрямленного постоянного по величине напряжения посредством автономного инвертора напряжения АИН. Алгоритм ШИМ обеспечивает взаимосвязанное регулирование частоты F и величины U выходного напряжения по заданному закону, а также формирует синусоидальную форму кривой тока приводного АД.

Для реализации режима динамического (реостатного) торможения в звено постоянного тока электропривода включён тормозной транзисторный (IGBT), ключ ТК и внешний блок тормозного резистора БТР. Датчики тока ДТ и напряжения ДН в силовом канале электропривода служат для контроля, регулирования и измерения электрических параметров электропривода, в т.ч. для защиты от токов перегрузки и короткого замыкания, недопустимых отклонений напряжения.

Многоканальный источник питания ИП преобразует сетевое переменное напряжение или выпрямленное напряжение звена постоянного тока в систему напряжений постоянного тока требуемых уровней и степени стабильности, гальванически связанных и не связанных между собой, для питания устройств управления.

Микропроцессорный контроллер МК осуществляет формирование режимов работы электропривода с заданными параметрами с помощью сигналов управления: сигналов ШИМ-управления транзисторами АИН, сигналов защиты и аварийного отключения электропривода, приёма и передачи внешних управляющих, задающих и информационных сигналов.



5. Расчет и получение механических характеристик

Асинхронно-вентильный каскад состоит из асинхронного двигателя АД, вентильного преобразователя В, инвертора И и сетевого трансформатора Тр (рис. 1).

Рис. 5. Схема асинхронно-вентильного каскада

Эта схема относится к категории каскадов с промежуточным звеном постоянного тока и работает по тому же принципу, что и электрический вентильно-машинный каскад. Вентильный преобразователь В является неуправляемым и предназначен для выпрямления тока ротора, имеющего частоту скольжения. Затем выпрямленный ток с помощью инвертора И преобразуется в переменный ток частотой, равной частоте сети. Для сглаживания выпрямленного тока включен дроссель Др.

Принцип действия каскада заключается в следующем. В цепь выпрямленного тока ротора вводится с помощью инвертора И регулируемая добавочная э. д. с.

Как и в ранее рассмотренных каскадах, выпрямленный ток определяется по формуле



Если выпрямитель и инвертор включены по трехфазной мостовой схеме, то: -- суммарное падение напряжения в вентилях роторной и инверторных групп;

где -- реактивное и активное сопротивления трансформатора, приведенные к его вторичной обмотке; в -- угол регулирования инвертора. В двигательном режиме при угловой скорости ниже синхронной поток энергии направлен от выпрямителя к инвертору и ток и напряжение выпрямительной цепи имеют одинаковое направление.

Момент АД равен:

где Iр -- ток ротора, а так как магнитный поток пропорционален э. д. c., то

В (10-58) произведение представляет собой активную мощность фазы ротора двигателя, или электромагнитную мощность, передаваемую вращающимся магнитным полем в расчете на одну фазу ротора.

Пренебрегая в первом приближении высшими гармониками тока ротора, можно выразить момент АД в вентильном каскаде (в пределах первого режима работы выпрямителя) следующим образом:



Определив ток в схеме в предположении, что , и проинтегрировав (10-59), получим:

Подставив в (10-60) значение cos г, найдем:

или

Выражение для момента АД оказалось таким же, как при вентильно-машинном каскаде.

Зависимость Id от s для вентильного каскада можно записать в виде

или

Из (10-55) при Id = 0, пренебрегая , имеем 

где , -- скольжение идеального холостого хода (при Id = 0), определяемое из режима непрерывных токов;

При подстановке выражения Id из (10-63) в (10-61) окончательно получаем зависимость

где

Формула (10-65) дает приближенное аналитическое выражение для механической характеристики АД в схеме вентильного каскада, так как не учитывает моментов от высших гармоник тока и искажения формы механических характеристик в области прерывистых токов.

Скорость холостого хода и соответствующее ей скольжение зависят от угла в; при в = 90° s0мин = л.

Примерные механические характеристики АД в относительных единицах в схеме вентильного каскада при различных углах в приведены на рис. 2.



Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя в схеме вентильного каскада

Максимальный момент АД в естественной схеме включения

Тогда относительное значение момента

Воспользовавшись выражением момента (10-65), взяв производную по s и приравняв ее нулю, найдем критическое скольжение

где

Подставив (10-68) в (10-65), получим выражение критического момента



Момент Мк0 может быть назван идеальным максимальным моментом, так как в реальных условиях такого момента двигатель не развивает. Значение идеального максимального момента, как видно из сопоставления формул (10-66) и (10-69), меньше максимального момента АД в обычной схеме включения примерно на 4,5% из-за дополнительного падения напряжения в цепи выпрямленного тока.

Формулы механической характеристики, идеального максимального момента, так же как и структура формулы критического скольжения для вентильного каскада, совершенно идентичны формулам для вентильно-машииного каскада. Повышенное падение напряжения в цепи выпрямленного тока обусловливает меньшую жесткость его механических характеристик.



6. Техническая реализация электропривода

6.1 Комплексный подход к вопросам энергосбережения

Известно, что примерно 70% электроэнергии, потребляемой промышленным предприятием, приходится на электродвигатели переменного тока - синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Асинхронные машины просты, надежны и сравнительно дешевы, но обладают одним недостатком, существенно влияющим на экономичность: у них постоянная частота вращения, практически не зависящая от нагрузки, в то время как большая часть нагрузочных механизмов, особенно таких, как центробежные вентиляторы, насосы, компрессоры, работают в переменном режиме. В большинстве случаев электроприводы переменного тока неуправляемы, поэтому в настоящее время производительность этих механизмов регулируют чаще всего клапанами или заслонками. Экономическая эффективность подобных методов крайне низка.

Устройства частотного регулирования позволяют управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в соответствии с характером нагрузки, следовательно - реализовать наиболее экономичный режим любого процесса. Оснащение электродвигателей преобразователями частоты, внедрение частотно-регулируемого привода достаточно перспективное направление, как с точки зрения энергосбережения, так и для автоматизации технологических процессов. ЧРП повышает управляемость электромеханических систем по технологическим требованиям, позволяет минимизировать установленные мощности и оптимизировать энергопотребление. Система «преобразователь частоты -асинхронный двигатель» (ПЧ-АД) позволяет оптимизировать рабочие графики и энергопотребление технологических комплексов и систем. Кроме того, преобразователь частоты, помимо регулирования скорости электродвигателя, выполняет функцию защиты электродвигателя (контроль фаз питающей сети, контроль фаз электродвигателя, перегрузка по току, перенапряжение, низкое напряжение в сети, короткое замыкание на входе, замыкание на землю) и приводного механизма (от заклинивания электродвигателя, исполнительного механизма, от недогрузки, защита от перегрева электродвигателя).

Современные преобразователи частоты позволяют анализировать пусковые и рабочие характеристики электродвигателя, отслеживать изменения в работе исполнительных механизмов в течение их жизненного цикла. Это значительно увеличивает ресурс работы электродвигателя, исполнительных механизмов. За счет функции плавного пуска величина пускового тока может не превышать величины номинального тока двигателя, что снижает нагрузки на пускорегулирующую аппаратуру и электрическую сеть. Все это способствует тому, что уже сегодня регулируемый асинхронный электропривод успешно конкурирует и вытесняет с рынка регулируемый привод постоянного тока.

Основные направления использования частотно-управляемых электроприводов:

1. Замена традиционных регулируемых приводов постоянного тока.

2. Модернизация релейно-контакторных приводов переменного тока, например, подъемно-крановые механизмы и электрический транспорт.

3. Модернизация традиционно нерегулируемых электроприводов переменного тока для таких механизмов, как вентиляторы, компрессоры, насосы, транспортеры.

4. Создание принципиально новых непосредственных линейных электроприводов технологических и транспортных механизмов.

Принцип работы преобразователей частоты

Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (см. рис.7.).



Рис. 7. Частотно-регулируемый электропривод

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма. Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.

Название «частотно-регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.

На протяжении последних 10 -15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.

6.2 Выбор асинхронного двигателя

Основной характеристикой двигателя является мощность. Выбрать двигатель - значит определить мощность и тип двигателя. Для определения мощности двигателя необходимо знать его нагрузку в установившемся и переходном режимах.

Когда известны постоянный момент сопротивления MC и частота вращения ( или ) вала нагрузки, задаются КПД редуктора и мощность двигателя рассчитывается по формуле

где P - в Вт; MC - в Н*м; - в рад/с.

Кроме того, мощность двигателя можно найти по формуле

где P - в Вт; MC - в кГм; - в об/мин.

Начальные данные:

Воспользуемся первым соотношением и в соответствии с начальными данными рассчитаем мощность двигателя

По каталогу выбираем двигатель, номинальная мощность которого равна найденной или несколько больше ее. Pном>P. Рассчитанная мощность соответствует диапазону двигателей серии 4А. Наиболее близок по значению мощности двигатель 4А80А2У3.

Технические данные двигателя 4А80А2У3 приведены ниже



Таблица - 5

Тип двигателя	4А80А2У3
Номинальная мощность, кВт	1,4
Номинальная частота вращения, об/мин	3000
Номинальный момент, Н*м	5,0
Перегрузка по моменту,	6,5
Момент инерции якоря, кг*м2	73*10-4
Температурная постоянная, мин	120
Длина, мм	300
Диаметр, мм	186
Масса, кг	17,4

По номинальной частоте вращения двигателя определим общее передаточное число редуктора по формуле

Подставляя значения получим

КПД редуктора с цилиндрическими жесткими передачами следует принимать

при РД<=100 и при РД>=100.

Т.к. у нас мощность двигателя получилась 400 Вт, то берем к.п.д. редуктора .

6.3 Выбор трансформатора

Номинальное линейное напряжение вторичных обмоток (расчетное):

Номинальный линейный ток вторичных обмоток (расчетный):

Выбираем трехфазный автотрансформатор TSGC-15K. Его технические характеристики приведены в табл.3

Таблица 6

Параметр	Значение
Модель	TSGC-15K
вых. ток, А	20
вход. напр., В	220/380
Номинальная мощность, кВт	15
Вес, кг	56.0

6.4 Разработка СИФУ

Алгоритм формирования фазных напряжений в трехфазном инверторе заключается в управлении одними вентилями фаз инвертора по интервалам превышения опорного напряжения треугольной формы (для получения двусторонней модуляции) над соответствующим фазным синусоидальным модулирующим сигналом и другими вентилями фаз инвертора - по интервалам, заполняющим паузы в указанных интервалах.

Реализация такого алгоритма обеспечивается в базовой структуре вертикальной системы управления (рис 4).

Здесь трехфазный генератор модулирующего напряжения синусоидальной формы имеет два задающих входных сигнала. Первый сигнал задания Uзч определяет частоту модулирующего напряжения, а значит, и частоту выходного напряжения инвертора, второй сигнал задания UзА - глубину модуляции длительностей импульсов в такте ШИМ и величину первой гармоники выходного напряжения инвертора. Генератор опорного напряжения ГОН симметричной треугольной формы имеет частоту, определяющую частоту коммутации при ШИМ. При малых кратностях коммутации, т.е. при малых значениях (15 и меньше) отношения частоты опорного напряжения к частоте модулирующего напряжения Кт, используют кратные (трем) отношения указанных частот, синхронизируя опорное и модулирующие напряжения, как подчеркивает это пунктирная связь двух генераторов. Это устраняет субгармоники в кривых фазных напряжениях инвертора. Устройства сравнения в каждом канале для соответствующих вентилей катодной группы инвертора и импульсы управления для вентилей анодной группы инвертора получаются на выходах схем инверсии (схемы НЕ). Это обеспечивает как бы режим 1800 управления вентилями, что приводит к независимости формы выходного напряжения инвертора от вида и параметров нагрузки, так как исключается режим прерывистого тока.



7. Современные преобразователи частоты

7.1 Методы управления и аппаратная реализация

Основным элементом современных электроприводов переменного тока является преобразователь частоты (ПЧ). Несмотря на многообразие существующих на данный момент алгоритмов управления и вариантов аппаратной реализации преобразователей частоты, можно говорить о типовых решениях, применяемых большинством производителей. Фактически, выработались негласные стандарты на структуру преобразователей частоты и выполняемые ими функции.

В общем случае можно выделить две основные задачи, решаемые регулируемым электроприводом: управление моментом и скоростью вращения электродвигателя.

Необходимость регулирования момента диктуется предъявляемыми к электроприводу техническими и технологическими требованиями. Для нормального функционирования привода необходимо ограничивать момент и ток двигателя допустимыми значениями в переходных процессах пуска, торможения и приложения нагрузки. Для механизмов, испытывающих при работе значительные перегрузки вплоть до стопорения рабочего органа (например, электоприводы мельниц), возникает необходимость непрерывного регулирования момента двигателя в целях ограничения динамических ударных нагрузок. Во многих случаях требуется также точное дозирование усилия на рабочем органе (электроприводы металлообрабатывающих станков, намоточные машины и др.)

Технологические режимы многих производственных механизмов на разных этапах работы требуют движения рабочего органа с различной скоростью, что обеспечивается либо механическим путем, либо путем электрического регулирования скорости электропривода. При этом требования к диапазону и точности регулирования скорости могут изменяться в широчайших пределах в зависимости от области применения электропривода.

Методы управления электропривода

Для решения задач регулирования скорости и момента в современном электроприводе применяют два основных метода частотного управления:

скалярное управление;

векторное управление.

Асинхронный электропривод со скалярным управлением является на сегодняшний день наиболее распространенным. Он применяется в составе приводов насосов, вентиляторов, компрессоров и других механизмов, для которых важно поддерживать либо скорость вращения вала двигателя (при этом используется датчик скорости), либо технологический параметр (например, давление в трубопроводе, при этом используется соответствующий датчик).

Основной принцип скалярного управления - изменение частоты и амплитуды питающего напряжения по закону U/f = const. Конкретный вид зависимости определяется требованиями, предъявляемыми к электроприводу нагрузкой. Обычно за независимое воздействие принимается частота, а значение напряжения при данной частоте определяет вид механической характеристики, значения пускового и критического моментов. Скалярное управление обеспечивает постоянство перегрузочной способности электропривода независимо от частоты напряжения, однако имеет место снижение развиваемого двигателем момента при низких частотах (при f=0,1fном) Максимальный диапазон регулирования скорости вращения ротора при неизменном моменте сопротивления для электроприводов со скалярным управлением достигает 1:10.

Метод скалярного управления относительно прост в реализации, но обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, при отсутствии датчика скорости на валу двигателя невозможно регулировать скорость вращения вала, так как она зависит от нагрузки. Наличие датчика скорости решает эту проблему, однако остается второй существенный недостаток - нельзя регулировать момент на валу двигателя. С одной стороны, и эту проблему можно решить установкой датчика момента, однако такие датчики имеют очень высокую стоимость, зачастую превышающую стоимость всего электропривода. Но даже при наличии датчика управление моментом получается очень инерционным. Более того, при скалярном управлении нельзя регулировать одновременно и момент и скорость, поэтому приходится выбирать ту величину, которая является наиболее важной для данного технологического процесса.

В современных электроприводах в систему управления закладывается математическая модель двигателя, которая позволяет рассчитывать момент на валу и скорость вращения вала. При этом необходимыми являются только датчики тока фаз статора двигателя. Благодаря специальной структуре системы управления обеспечивается независимое и практически безынерционное регулирование двух основных параметров - момента на валу и скорости вращения.

На сегодняшний день сформировалось два основных класса систем векторного управления - бездатчиковые системы (без датчика скорости на валу двигателя) и системы с обратной связью по скорости. Применение того или иного метода векторного управления определяется областью применения электропривода. При небольших диапазонах изменения скорости (не более 1:100) и требованиях к точности ее поддержания не более 0,5% применяют бездатчиковое векторное управление. Если же скорость вращения вала изменяется в широких пределах (до 1:10000 и более), имеются требования к высокой точности поддержания скорости вращения (до 0,02% при частотах вращения менее 1 Гц) или есть необходимость позиционирования вала, а также при необходимости регулирования момента на валу двигателя на очень низких частотах вращения, применяют методы векторного управления с обратной связью по скорости.

При использовании векторного управления достигаются следующие преимущества:

высокая точность регулирования скорости даже при отсутствии датчика скорости;

плавное, без рывков, вращение двигателя в области малых частот;

возможность обеспечения номинального момента на валу при нулевой скорости (при наличии датчика скорости);

быстрая реакция на изменение нагрузки: при резких скачках нагрузки практически не происходит скачков скорости;

обеспечение такого режима работы двигателя, при котором снижаются потери на нагрев и намагничивание, а следовательно, повышается КПД двигателя.

Наряду с очевидными преимуществами, методу векторного управления присущи и некоторые недостатки, такие, как большая вычислительная сложность и необходимость знания параметров двигателя. Кроме того, при векторном управлении колебания скорости на постоянной нагрузке больше, чем при скалярном управлении. Следует отметить, что существуют области, в которых возможно использование только скалярного управления, например в групповом электроприводе, где от одного преобразователя питаются несколько двигателей.

7.2 Выбор преобразователя частоты

В качестве преобразователя частоты был выбран комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь (КВИП). Выбор обусловлен тем, что данный преобразователь предназначен для работы в составе электропривода переменного тока, выполненного по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК). Преобразователь используется для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя с фазным ротором (АД) с отдачей энергии скольжения ротора в сеть.

Функции, выполняемые преобразователем:

«Плавный» пуск двигателя от нуля до требуемой скорости вращения;

длительная работа с установившейся частотой вращения в пределах указанного диапазона регулирования;

стабилизация установленной частоты вращения;

торможение механизма с заданы темпом;

при использовании реверсоров в цепи статора - реверс направления вращения;

торможение без реверса;

дотяжка без переключения статора.

Технические характеристики

Параметр	Размерность	Значение
Напряжение питающей сети статора	кВ	0,22, 0,38; 0,4; 0,415; 0,6; 0,66; 0,69; 6; 6,3; 6,6; 10; 11
Номинальный ток статора АД	А	50, 100, 160, 200, 315, 400, 630, 1000
Частота питающей сети	Гц	50±1, 60±1
Линейное напряжение ротора АД	В	230, 315, 380, 400, 600, 750, 825, 910, 1140, 1260
Номинальный выпрямленный ток ротора	А	50, 100, 160, 200, 315, 500, 800, 1000, 1600, 2000, 2500
Эквивалентная схема: - выпрямителя - инвертора		6-пульсная мостовая 6-, 12-пульсная мостовая
Диапазон регулирования скорости, не менее		1:10
К.П.Д, не менее	%	95
Допустимая перегрузка по току	%	150% - 120 сек 175% - 60 сек 200% - 15 сек
Степень защиты по ГОСТ 14254		IP21
Климатическое исполнение по ГОСТ 15543.1.		УХЛ, У
Категория размещения по ГОСТ 15543.1.		4, 3

Принцип действия

Преобразователь обеспечивает выпрямление напряжения ротора электродвигателя выпрямителем В, сглаживание выпрямленного напряжения дросселем Др и последующее преобразование в переменное напряжение частотой 50 Гц тиристорным инвертором И. С выхода инвертора преобразованная мощность скольжения электродвигателя возвращается через разделительный высоковольтный трансформатор Тр в сеть 6 (10) кВ. Благодаря этому схема электропривода имеет высокий коэффициент полезного действия. Регулирование величины скольжения ротора электродвигателя осуществляется путем введения регулируемой противо-ЭДС в цепь ротора.

Рис.7. Силовой блок КВИП



Рис.8. КВИП-1000/825-6-50-1-1100-1-1-П002-УХЛ4

8. Разработка электрической схемы

На рис.9 приведена принципиальная схема асинхронно-вентильного каскада. Асинхронно-вентильный каскад состоит из асинхронного двигателя АД, вентильного преобразователя В, инвертора И и сетевого трансформатора Тр. Эта схема относится категории каскадов с промежуточным звеном постоянного тока. Вентильный преобразователь В является неуправляемым и предназначен для выпрямления тока ротора, имеющего частоту скольжения. Затем выпрямленный ток с помощью инвертора И преобразуется в переменный ток частотой, равной частоте сети. Для сглаживания выпрямленного тока включен дроссель Др.

Принцип действия каскада заключается в следующем. В цепь выпрямленного тока ротора вводится с помощью инвертора И регулируемая добавочная э. д. с.

Рис 9. Электрическая схема асинхронно-вентильного каскада с ООС по скорости и ПОС по току.

Обозначение	Наименование	Колич.	Примечание
М	4А80А2У3	1
T	TSGC-15K	1
UZ1	КВИП-50/230-1-0,22-50-1100-1-1-П002-УХЛ4	1
BR	ТП-75-20-0,2	1
S1,S2	ПКУ-3	2



9. Расчетная часть



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был разработан и спроектирован асинхронно-вентильный каскад с отрицательной обратной связью по скорости и положительной по току. Построена и рассчитана функциональная и структурная схемы. Выбраны элементы.



Используемая литература

1. Чиликин М. Г., В. И. Ключев, А. С. Сандлер - Теория автоматизи- рованного электропривода: Учеб. Пособие для вузов, М.: Энергия, 1979 - 616 с.

2. Сандлер А. С., Тарасенко Л. М. - Динамика каскадных асинхронных электроприводов. М.: Энергия, 1977

3. Волков Н.И., Миловзоров В.П. - Электромашинные устройства автоматики, М. Высш. шк., 1986 - 335с

Размещено на Allbest.ru

...