Автоматизированный электропривод мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Орский гуманитарно-технологический институт(филиал)

государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Механико-технологический факультет

Кафедра Электропривода и автоматики промышленных установок и технологических комплексов

Курсовой проект

дисциплина «Системы управления электроприводами»

Руководитель:

Косаченко В.П.

Исполнитель:

студентка гр.ЭП-41

Ильина О.В.

Содержание

электропривод нагрузка мощность двигатель

Введение

1. Назначение, устройство и принцип работы оборудования

2. Требования, предъявляемые к электроприводу и системе управления электроприводом

3. Перспективные направления в разработке и создании систем автоматизированного электропривода

4. Обоснование и выбор системы электропривода

5. Расчет статических нагрузок и выбор мощности двигателей ЭП

5.1 Расчет нагрузочной диаграммы

5.2 Расчет тахограммы

5.3 Выбор двигателя

6. Расчет параметров и выбор элементов силовой части

6.1 Выбор передаточного устройства

6.2 Расчет приведенных моментов статической нагрузки и моментов инерции

6.3 Предварительная проверка двигателя по нагреву

6.4 Проверка двигателя по перегрузочной способности

7. Разработка структурной схемы силовой части ЭП

7.1 Расчет параметров силовой части системы ПЧ-АД

7.2 Разработка структурной схемы силовой части

8. Синтез системы управления

8.1 Синтез контура регулирования тока статора

8.2 Синтез контура регулирования скорости

9. Расчет статических и динамических характеристик ЭП

9.1 Расчет естественных механических и электромеханических характеристик двигателя

9.2 Расчет статических характеристик в разомкнутой системе

9.3 Расчет статических характеристик в замкнутой системе

9.4.Расчет частотных (искусственных) характеристик

9.5 Расчет динамических характеристик электропривода

10. Расчет энергетических характеристик привода

11. Проверка правильности выбора двигателя

12. Выбор аппаратов управления и защиты

13. Оценка качества электропривода

Список литературы

Аннотация

Пояснительная записка содержит страницы, в том числе рисунков, таблиц, источников.

В данном проекте изложены основные положения, произведен расчет электропривода подъемного механизма крана, предназначенного для подъема и опускания груза и совершающий движение по заданному циклу, который включает в себя выбор электродвигателя, выбор структуры системы управления, выбор преобразователя частоты, расчет элементов силовой части, защиты, построение статических характеристик.

Так же произведена настройка контура тока на модульный оптимум и контура скорости на симметричный.

При настройке на модульный оптимум произведен синтез регулятора тока, а при настройке на симметричный - регулятора скорости.

Введение

Рассматривая все многообразие современных производственных процессов, в каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных отраслей народного хозяйства. К их числу относятся доставка сырья и полуфабрикатов к истокам технологических процессов и межоперационные перемещения изделий в процессе обработки, погрузочно-разгрузочные работы на складах, железнодорожных станциях и т. д.

Механизмы, выполняющие подобные операции, как правило, универсальны и имеют общепромышленное применение, в связи, с чем и называются общепромышленными механизмами. Общепромышленные механизмы играют в народном хозяйстве страны важную роль.

На промышленных предприятиях наиболее распространенным и универсальным подъемно-транспортным устройством является кран, основным механизмом которого является механизм подъема, который снабжается индивидуальным электроприводом.

Основные механизмы таких установок, как правило, имеют реверсивный электропривод, рассчитанный для работы в повторно-кратковременном режиме. В каждом рабочем цикле имеют место неустановившиеся режимы работы электропривода: пуски, реверсы, торможения, оказывающие существенное влияние на производительность механизма, на КПД установки и на ряд других факторов. Все эти условия предъявляют к электроприводу сложные требования в отношении надежности и безопасности. От технического совершенства электроприводов в значительной степени зависят производительность, надежность работы, простота обслуживания. Кран позволяет избавить рабочих от физически тяжелой работы, уменьшить дефицит рабочих в производствах, отличающихся тяжелыми условиями труда.

1. Назначение, устройство и принцип работы крана

Кран мостовой электрический КМЭ 125/20 представляет собой кран общего назначения и предназначен для выполнения ремонтных и монтажных работ, а так же для вертикального и горизонтального перемещения грузов.

Он относятся к кранам с несущими пролетными конструкциями.

Мостовой кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством -крюк. Мостовой кран представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках.

Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней части колонны цеха. Механизм передвижения мостового крана установлен на мосту крана. Управление всеми механизмами происходит из кабины прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.

В соответствии с требованиями безопасности, имеет для каждого рабочего движения в трех плоскостях, следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза, механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки). Механизм подъема представляет собой лебедку, связанную со сдвоенным полиспастом, т.к. грузоподъемность более 10 т. кран оснащен двумя самостоятельными механизмами подъема - главным и вспомогательным, имеющим грузоподъемность, равную приблизительно 0.25 основной- 25т, и используемым для подъема малых грузов с большой скоростью.

Режим работы мостового крана цикличен. Рабочий цикл крана состоит из трёх этапов:

захват груза;

рабочий ход (перемещение груза, разгрузка);

холостой ход (возврат грузоподъёмного механизма в исходное положение).

Рабочий и холостой ход на диаграммах движения имеют также три характерных участка: разгон, установившееся движение и торможение. Причем, очень важное значение имеют участки разгона и торможения, т.к. именно в эти моменты и возникают динамические нагрузки.

Техническая характеристика главного подъема крана мостового электрического КМЭ 125/20 представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика главного подъема крана мостового электрического КМЭ 125/20

Продолжительность включения ПВ	%	15
Грузоподъемность крана	т	125
Высота подъема главного крюка	м	20
Скорость подъема главного крюка	м/мин	0,86
Скорость движения крана	м/мин	25,7
Пролет крана	м	42
Вес крана	кг	154428
Вес основных частей: моста тележки с механизмами	кг кг	103750 30696
Давление колеса крана на рельс	Па/Па
Расстояние от головки рельса до настила	мм	50
Диаметр барабана	мм	1000
Диаметр блоков полиспастов	мм	1000
Диаметр уравнительных блоков	мм	600
Число ветвей полиспастов	-	4
Количество полиспастов	-	1
КПД полиспастов	-	0,98
	-
Диаметр каната	мм	45,5
Длина каната	м	120
Коэффициент запаса прочности	-	4,7
Масса крюка	кг	1680
Масса подвески	кг	4288
Число двигателей в механизме подъема	-	1
Данные двигателя
Тип	МТВ-412-8
Мощность	кВт	22
Количество оборотов	об/мин	720
Частота	Гц	50
ПВ	%	40
Соединение обмоток статора		220/380
Ток статора	А	100/65
Ток ротора	А	57
Напряжение ротора	В	243
Данные редуктора РТВ III
Модуль mн	5	8	12	24
Число зубьев шестерни zш	15	11	14	13
Число зубьев колеса zк	84	88	85	66
Ширина колес В, мм	100	160	240	340
Межцентровое расстояние с, мм	250	400	600	958
Передаточное отношение пары iн	5,6	8,0	6,07	5,077
Полное передаточное отношение	273Ч5,077=1380

Род тока - переменный

Механизм осуществляет подъем и опускание груза, а так же пустого крюка. Паузой для привода механизма подъема является время работы механизма перемещения моста и механизма передвижения тележки. За исходное положение принимаю положение поднятого крюка.

Т.к. ПВ=15%режим работы легкий(60…100 вкл. в час)

Рисунок 1 - Лебедка крана мостового электрического КМЭ 125/20

2. Требования, предъявляемые к электроприводу и системе управления электроприводом

ЭП крана должен быть реверсивным. При этом ЭП должен обеспечивать работу, как в двигательном, так и тормозных режимах работы. Диапазон регулирования скорости должен составлять 1:4 для универсальных кранов, для специализированных 10:1 и более. При контроллерном управлении диапазон регулирования скорости 1:2,5, при частотном регулировании скорости 1:30.

Величины скорости и ускорения должны иметь ограничения.

При разработке электропривода крана должны быть соблюдены следующие требования в отношении его характеристик:

обеспечение заданной рабочей скорости механизма при статических моментах на валу при подъеме и спуске;

возможность реверсирования;

обеспечение минимального времени переходного процесса;

обеспечение плавности пуска и регулирования;

Интенсивное повышение технологических требований к динамическим и точностным показателям электропривода, расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами, обуславливают возрастание сложности САУ электроприводами.

К требованиям также относится стремление к унификации элементной базы электропривода, созданию унифицированных комплектных электроприводов путем использования современной микроэлектроники.

3. Перспективные направления в разработке и создании систем автоматизированного электропривода

Современные технологии производства представляют повышенные требования к техническим характеристикам подъемно-транспортных средств (ПТС): козловым, мостовым и грейферным кранам, подъемникам и лифтам, различным кран-балкам. Несмотря на наличие ряда экономически и технически оправданных вариантов модернизации электропривода ПТС, применение частотно-регулируемого электропривода(ЧРЭ) на сегодняшний день представляется наиболее предпочтительным с позиций наибольшего удовлетворения технологическим требованиям, обеспечения низких эксплуатационных затрат, повышения безопасности и уровня капитальных вложений. Электрооборудование кранов является одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Подавляющее большинство грузоподъемных машин изготовляемых отечественной промышленностью, имеет привод основных рабочих механизмов, и поэтому действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового оборудования.

1. По технологическим требованиям:

- плавный разгон и торможение механизмов подъема и передвижения с регулируемым темпом;

- исключительные возможности по формированию, непосредственно машинистом, необходимой динамики движения механизмов ПТС за счет различных методов торможения;

- реализация режима серворегулирования (практически номинальный момент при нулевой скорости);

- при штатных механических передачах (редукторах) получение весьма низких скоростей перемещения и подъема (до 1мм/сек);

- возможность реализации режимов управления моментом либо скоростью, что позволяет максимально адаптироваться к технологическим требованиям производства;

- точная и быстрая реакция электропривода на внезапные увеличение или снижение момента нагрузки на валу.;

- получение диапазона регулирования скорости до 1000, ограничительным звеном может являться лишь разрешающая способность встроенного в ручной манипулятор задатчика скорости;

- максимальная статическая ошибка при регулировании скорости практически во всем диапазоне не превышает 10% от скольжения двигателя без датчика обратной связи и 0,05% при замкнутой системе;

- динамическая ошибка при 100%-ном скачке момента нагрузки не превышает 0,5%;

- возможность реализации постоянного визуального контроля и измерения веса на крюке механизма подъема;

- визуальный контроль скоростей перемещения и подъема, что способствует более тщательному выполнению машинистом ответственных операций с использованием ПТС.

2. В части обеспечения низких эксплуатационных затрат:

- отсутствие мощных коммутационных электромеханических аппаратов (кулачковых командоконтроллеров, реверсоров), работающих на большинстве ПТС в условиях непрерывной коммутации значительных токов, создает потрясающий эффект в снижении объемов профилактических и ремонтных работ, требующих помимо значительных материальных затрат, достаточно высокой квалификации электрослесаря. В условиях повального дефицита квалифицированных рабочих рук, данное обстоятельство должно заслуживать особое внимание руководителей технических служб предприятий при решении вопроса о модернизации;

- в случае интенсивной эксплуатации ПТС с приводом на основе асинхронных электродвигателей с фазным ротором, большой уровень эксплуатационных затрат объясняется необходимостью проведения регулярного технического обслуживания и ремонта щеточных узлов, коллекторов, пусковых сопротивлений. Опять же - качество работы может обеспечиваться только квалифицированным ремонтным персоналом. При использовании ЧРЭ данные проблемы остаются в прошлом, так как в качестве приводных электродвигателей используются стандартные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, доработанные по соответствующей технологии с установкой дополнительных элементов: энкодера, независимого вентилятора.

Кроме этого, в настоящее время рядом зарубежных и российских фирм производятся специализированные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, оборудованные встроенным электромагнитным тормозом, что дает реальную возможность отказаться от эксплуатации устаревших электрогидравлических тормозов, которыми пока еще оборудованы большинство ПТС. Какой эффект по снижению эксплуатационных затрат судить ремонтным службам;

- наличие серьезных диагностических возможностей всей приводной системы и каждого ЧРЭ в отдельности в значительной степени сокращает время простоя оборудования. В традиционных электроприводах, несмотря на достаточную простоту электрической системы ПТС, возможностей для поиска и оперативной диагностики неисправностей практически никаких;

- реальное снижение потребления электроэнергии не менее чем на 18-20%, особенно при интенсивной эксплуатации ПТС.

3. Повышение безопасности при эксплуатации и техническом обслуживании:

- постоянный контроль наличия достаточного крутящего момента на валу приводного электродвигателя перед отпусканием тормоза;

- эффективная функция контроля и управления электромеханическим тормозом;

- если в существующих приводных системах на базе крановых электродвигателей с фазным ротором определяющими факторами безопасной эксплуатации являлись навыки машиниста и тормозные устройства, то с ЧРЭ, в дополнение к ним - эффективные функции различных методов торможения и удержания ротора двигателя;

- отсутствие в кабине машиниста цепей силового напряжения, постоянно подвергающего изоляцию подводящих кабелей испытаниям от выбросов напряжения при коммутации высокоиндуктивных цепей контактами командоконтроллера;

- полностью исключаются пусковые режимы, броски токов, механические удары в связи с режимами плавного разгона и торможения;

- вводится жесткий контроль за качеством питающего напряжения и, как следствие, состоянием токосъема с троллейных шин (уровень, ассиметрия, перекос, наличие трех фаз);

- высокоэффективная защита оборудования без использования ненадежных токовых электромеханических реле прямого включения, широко используемых в большинстве ПТС;

- убираются громоздкие силовые электромеханические командо-контроллеры, требующие тщательного и частого технического обслуживания, неисправности в которых часто приводят к серьезным аварийным режимам.

4. Обоснование и выбор системы электропривода

Для осуществления автоматического регулирования предусматриваются управляемые преобразователи и регуляторы, позволяющие автоматически под воздействием обратных связей осуществлять регулирование координат электропривода - момента и скорости. Наиболее широко используются электромашинные и вентильные управляемые преобразователи напряжения постоянного тока и частоты переменного тока и соответствующие системы ЭП:

· система генератор - двигатель (Г-Д);

· система тиристорный преобразователь - двигатель (ТП-Д);

· система преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД).

Также скорость и момент можно изменять путем реостатного регулирования.

Выбор рационального способа регулирования из возможных является важной задачей, которая решается при проектировании электропривода.

Все вышеперечисленные системы имеют ряд преимуществ и недостатков, анализ которых при учете предъявляемых технических требований и специфики производственного механизма позволяет осуществить правильный выбор системы регулирования.

Так, в настоящее время продолжает успешно применяться система Г-Д. Ее основными достоинствами являются отсутствие искажений потребляемого из сети тока и относительно небольшое потребление реактивной мощности. При применении синхронного двигателя в преобразовательном агрегате путем регулирования тока возбуждения можно обеспечить работу ЭП с cos для компенсации реактивной мощности, потребляемой другими установками.

К сожалению, системе Г-Д присущи несколько серьезных недостатков, определяемых необходимостью трехкратного электромеханического преобразования энергии. Как следствие - низкие массогабаритные и энергетические показатели, и благоприятные регулировочные возможности достигаются ценой существенных затрат дефицитной меди, высококачественной стали и труда. Наряду с этим характерен низкий общий КПД системы.

Система ТП-Д в настоящее время широко используется. Она более экономична, обладает высоким быстродействием (постоянная времени Т_п при полупроводниковой СИФУ не превосходит 0,01 с), имеет довольно высокий КПД. Потери энергии в тиристорах при протекании номинального тока составляет 1-2% номинальной мощности привода.

Недостатками тиристорного преобразователя является изменяющийся в широких пределах coscos, и значительное искажение формы потребленного из сети тока.

Существенные преимущества асинхронного двигателя определяют несомненную перспективность системы ПЧ-АД.

В настоящее время самым распространенным двигателем в промышленных электроприводах является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Самым эффективным и самым распрострененым среди глубокорегулируемых асинхронных электроприводов является частотно регулируемый электропривод на основе преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Применение частотно регулируемого асинхронного электропривода в механизмах подъемно-транспортного оборудования является эффективным методом повышения технологичности производства. Использование системы ПЧ-АД позволяет

· Существенно снизить энергопотребление крана, что особенно актуально при постоянно растущих тарифах на электроэнергию

· Осуществить разгон и торможение двигателя плавно, по линейному закону от времени при варьировании временем разгона и временем торможения

· Повысить комфортные показатели при движении крана и долговечность механического оборудования благодаря плавности переходных процессов

· Защитить двигатель от перегрузок по току, перегрева, утечек на землю и от обрывов в цепях потания двигателей

· Снизить эксплуатационные расходы на капитальный ремонт оборудования за счет снижения динамических нагрузок в элементах кинематической цепи.

· Изменять скорости и ускорения движения механизмов крана применительно к конкретным технологическим задачам.

Недостаток данной системы - регулирование частоты технически более сложная задачу, чем регулирование выпрямленного напряжения в системе ТП-Д . Коэффициент полезного действия системы ПЧ-АД ниже, чем в системе ТП-Д

Рассматривая способ реостатного регулирования нельзя не отметить его низкую точность и диапазон регулирования, невысокую плавность, а также массогабаритные показатели (наличие резисторов, коммутирующей аппаратуры) и снижение КПД при увеличении диапазона регулирования. Однако данный способ привлекателен своей простотой и невысокими затратами на реализацию.

5. Расчет статических нагрузок и выбор мощности ЭП

Перед расчетом принимаю , ускорение /1/

Скорость для максимальной грузоподъемности определим из отношения

(1)

5.1 Расчет нагрузочной диаграммы

Статическая мощность для подъема и спуска

5.1.1 Статическая мощность для спуска крюка без груза

(2)

где - усилие силы тяжести при движении без груза, Н

- масса крюка, кг

- скорость линейного перемещения груза, м/с

Здесь, принимаем , т.к. имеет место силовой спуск.

5.1.2 Статическая мощность для подъема с грузом

(3)

где - усилие силы тяжести при движении с грузом, Н

- масса крюка, кг

- масса груза, кг

- скорость линейного перемещения груза, м/с

5.1.3 Статическая мощность для спуска с грузом

(4)

5.1.4 Статическая мощность для подъема без груза

(5)

Рисунок 2-Диаграмма мощностей

5.2 Расчет тахограммы

Таблица 2- Расчет тахограммы

Рассчитываемый параметр	Расчётная формула	Результат расчёта
		при подъеме	при спуске
Время пуска (торможения) до установившейся скорости с допустимым ускорением.
Путь, проходимый за время пуска (торможения), рабочей машины
Путь, проходимый за время пуска (торможения), рабочей машины
Суммарное время работы

Недостающие для построения временные параметры:

Суммарное время работы механизма подъема t_раб?:

(6)

Время цикла Т_Ц:

(7)

Время паузы t₀:

(8)

Рисунок 3 -Тахограмма линейной скорости.

5.3 Выбор двигателя

Определим расчетную мощность двигателя, для чего сначала с помощью диаграммы мощностей найдем среднеквадратичную мощность.

кВт(9)

Расчетная мощность двигателя

, (10)

где -коэффициент, учитывающий неучтенные динамические нгрузки электропривода.

=(1,3…2,0)

- фактическое значение относительной продолжительности включения

- ближайшее стандартное значение относительной продолжительности включения.

тогда,

кВт

Выбираем двигатель типа MTКH511-8 /2/

Таблица 3- Параметры двигателя MTКH511-8

Мощность Рном, кВт	34
Скорость вращения n, об/мин	680
Ток статора I1ном, А	82
cos ц	0,82
з, %	80
Ток ротора I0 при380В , А	336
Максимальный момент Mmax, Нм	1000
Маховый момент GD2, кг·м2	4,3
Масса двигателя m, кг	440

6. Расчет параметров и выбор элементов силовой части

6.1 Выбор передаточного устройства

Согласование скорости рабочей машины и скорости двигателя обеспечивает редуктор. Передаточное число редуктора:

(11)

где щ_ном - номинальная скорость вращения выбранного двигателя:

(12)

Исходя из расчетного значения передаточного числа, редуктор оставляем прежним типа РТВ III с передаточным числом i=1380

6.2 Расчет приведенных моментов статической нагрузки и моментов инерции

6.2.1 Статические моменты на валу двигателя при спуске и подъеме.

6.2.1.1Статический момент на валу при спуске крюка без груза

, (13)

где D-диаметр барабана, м

i=1380- передаточное число привода

(14)

6.2.1.2 Статический момент на валу при подъеме с грузом

(15)

(16)

6.2.1.3 Статический момент на валу при спуске с грузом

(17)

6.2.1.4 Статический момент на валу при подъеме без груза

(18)

Рисунок 4 -Нагрузочная диаграмма M=f(t)

Рисунок 5 -Нагрузочная диаграмма I=f(t)

6.2.2 Расчёт приведённых моментов инерции и статических моментов

6.2.2.1 Полный приведенный к валу двигателя маховый момент всех вращающихся и поступательно движущихся масс привода и груза

(19)

где - коэффициент, учитывающий маховый момент вращающихся частей;

-маховый момент двигателя, ;

- скорость, м/мин

-грузоподъемность,т

6.2.2.2 Полный приведенный к валу двигателя момент инерции всех вращающихся и поступательно движущихся масс привода и груза.

(20)

6.3 Предварительная проверка двигателя по нагреву.

(21)

(22)

т.к. выполняется условие выбранный двигатель проходит по нагреву.

6.4 Проверка двигателя по перегрузочной способности.

Проверку на перегрузочную способность производим по условию:

(23)

где - максимальный момент из нагрузочной диаграммы;

- максимальный момент электродвигателя;

1,3•574,4 ? 0,825•1128

746,72 ? 930,6

Как видно из условия выбранный электродвигатель проходит по перегрузочной способности.

7. Разработка структурной схемы силовой части ЭП

7.1 Расчет параметров силовой части системы ПЧ-АД

Таблица4 - Параметры схемы замещения.

Статор	Ротор	Коэф.трансформации сопротивления
I1	r1	x1
А	Ом	Ом	А	Ом	Ом	Ом	Ом
82	0,164	0,232	81	0,124	0,448	0,3355	1,2123	1,645

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

(24)

Для питания двигателя выбираю преобразователь частоты «Веспер» типа E2-8300 050H

Таблица5 - Параметры транзисторного преобразователя приведены

Наименование	Размерность	Значение
Напряжение питающей сети	В	380
Частота питающей сети ,	Гц
Число фаз, m		3
Номинальное напряжение выходное линейное U1	В	,
Номинальный ток I1	А	80
Диапазон выходных частот	Гц	0,1…650

В - силовой реверсивный диодно-транзисторный (IGBT) выпрямитель;

ФС - силовой LC фильтр звена постоянного напряжения;

ТК - транзисторный ключ реостатного торможения (тормозной ключ);

БТР - внешний блок тормозного резистора;

АИН - транзисторный (IGBT) автономный инвертор напряжения;

ДТ - датчик тока;

АД - приводной асинхронный двигатель;

ИП - источник питания (конвертор);

ДН - датчик напряжения;

ФИ - формирователь управляющих сигналов транзисторов (драйвер);

МК - микропроцессорный контроллер;

УВВ - устройство ввода/вывода (внешний интерфейс);

ПУ - пульт управления.

Рисунок 6 - Функциональная схема электропривода

7.1.1 Расчет и выбор элементов входного фильтра

Выбор входного фильтра определяется мощностью преобразователя частоты.

Входные фильтры применяются для сглаживания фронта и уменьшения амплитуды выброса всплесков силового переменного питающего напряжения.

Дополнительно они уменьшают амплитуду пульсаций тока, потребляемого частотным преобразователем от сети.

Технические характеристики

Входные фильтры устанавливаются при подключении преобразователя в сеть с большой мощностью (более 600 кВА), или при наличии мощных потребителей в этой сети.

Таблица 6 - Характеристика входных фильтров

Тип фильтра	Мощность ПЧ, кВт	Ток, А	Индукт., мГ
ED3N-0,29/78	37	78,0	0,29

7.1.2 Расчет и выбор элементов выходного фильтра

Выбор выходного фильтра определяется мощностью преобразователя частоты.

Выходные фильтры предназначены для сглаживания фронтов и уменьшения выбросов напряжения на зажимах электродвигателя при работе от частотного преобразователя. Дополнительно они защищают силовые выходные цепи преобразователя от перегрузки в случае возникновения токов короткого замыкания в электродвигателе или кабеле.

Фильтры устанавливаются между частотным преобразователем и электродвигателем. Установка рекомендуется при больших расстояниях между частотным преобразователем и электродвигателем (порядка сотен метров).

Технические характеристики

Основными характеристиками выходных фильтров являются индуктивность и рабочий ток.

Выбор выходного фильтра определяется мощностью преобразователя частоты.

Таблица 7 - Характеристика входных фильтров

Тип фильтра	Мощность ПЧ, кВт	Ток, А	Индукт., мГ
ED3S-0,8/72	37	72,0	0,8

7.2 Разработка структурной схемы силовой части

Силовая часть электропривода состоит из преобразователя частоты и электродвигателя.

Рисунок 7 - Структурная схема силовой части электропривода

Динамические свойства преобразователя частоты совместно с блоками измерения и преобразования координат могут быть упрощено, учтены апериодическим звеном с передаточной функцией

(25)

где -эквивалентный передаточный коэффициент преобразователя

(26)

-максимальное фазное напряжение на выходе преобразователя, В

-максимальное напряжение системы управления, В

-эквивалентная постоянная времени преобразователя, с

(27)

где -время затрачиваемое процессором на преобразование и вычисление сигналов

- время задержки ШИМ

с (28)

тогда,

с

Электродвигатель представляется передаточными функциями электромагнитной и механической частей, представленных апериодическим и интегрирующим звеньями, соединенными последовательно.

Электромагнитная часть представляет из себя передаточную функцию от напряжения статора к току статора:

, (29)

где - суммарное сопротивление двигателя

(30)

здесь -активное сопротивление выходного фильтра на выходе АИН, Ом

-активное сопротивление обмотки статора , Ом

-приведенное активное сопротивление обмотки ротора, Ом

-коэффициент электромагнитной связи ротора

Взаимная индуктивность асинхронного двигателя:

, (31)

где -индуктивное сопротивление между обмотками статора и ротора

, (32)

где -количество фаз статора;

-магнитная проницаемость воздуха;

-полюсное деление, мм

-расчетная длина машины, мм

-число витков фазы

-обмоточный коэффициент первой гармоники

-коэффициент воздушного зазора

-воздушный зазор, мм

Расчетная (внутренняя) мощность двигателя

Вт (33)

Внутренний диаметр сердечника статора

мм /1/

где мм - наружный диаметр сердечника статора/1/

, -значения электромагнитных нагрузок/1/

тогда,

расчетная длина сердечника статора

, (34)

где -обмоточный коэффициент

, (35)

где -коэффициент распределения

-коэффициент укорочения

, (36)

где -количество пазов на полюс и фазу; =3

,/2/

тогда

, (37)

где - укорочение шага при

тогда

предварительное значение магнитного потока

(38)

Предварительное число витков в обмотке фазы

(39)

предварительное количество эффективных проводников в пазу

, (40)

где а₁-количество параллельных ветвей обмотки статора

принимаем=12 тогда, уточненное значение количества витков

(41)

Полюсное деление

мм (42)

магнитный зазор

=0,6мм /1/

Коэффициент воздушного зазора

, (43)

где - коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления вследствие зубчатого строения статора

- коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления вследствие зубчатого строения ротора

, (44)

где -ширина шлица статора

мм, (45)

здесь мм /2/-высота оси вращения

мм, (46)

здесь -количество пазов сердечника статора

(47)

(48)

где - ширина шлица ротора

мм /3/,

, (49)

здесь -количество пазов сердечника статора

/2/

(50)

/2/

Ом

тогда взаимная индуктивность

Индуктивность рассеяния статора

(51)

Полная индуктивность фазы статора

(52)

Индуктивность рассеяния ротора

(53)

Полная индуктивность фазы ротора

(54)

Индуктивность рассеяния асинхронного двигателя

(55)

Коэффициент электромагнитной связи ротора

(56)

Суммарное сопротивление двигателя

Электромагнитная постоянная времени асинхронного двигателя определится

(57)

Электромагнитный момент двигателя формируется на основании уравнения

(58)

Механическая часть асинхронного двигателя

(59)

Структурная схема силовой части смоделирована в программе Simulink и представлена на рисунке 8

Рисунок 8 - структурная схема электропривода в числовом виде.

Рисунок9 - схема исследования по задающему воздействию

Момент статической нагрузки соответствует номинальному моменту двигателя, который определиться

(60)

где -номинальное скольжение

(61)

(62)

Рисунок10- Переходная характеристика по задающему воздействию

Переходная характеристика характеризует силовую часть электропривода как апериодическое звено с коэффициентом усиления 3,94. Время переходного процесса при приложении единичного задания равно 0,072с

Рисунок 11-Частотные характеристики по задающему воздействию

Частотные характеристики показывают, что система является статической, так как наклон низкочастотной части ЛАЧХ нулевой.

Система:

o обладает достаточным быстродействием

o устойчива с запасом по фазе 35,9є и запасом по амплитуде 13,5дБ

Исследование влияния возмущения - статической нагрузки на силовую часть системы ПЧ-АД осуществляется в соответствии со схемой, представленной на рисунке 10

Рисунок12-Схема исследования по возмущающему воздействию

Рисунок 13-Переходная характеристика по возмущающему воздействию

Время переходного процесса скорости при единичном скачке задающего сигнала мало отличается от времени переходного процесса по задающему воздействию. Низкое быстродействие системы связано с большим статическим моментом и моментом инерции, поэтому и коэффициент усиления в системе низкий

Рисунок 14 -Частотные характеристики по возмущающему воздействию

Система при возмущающем воздействии не устойчива, содержит статическую ошибку и обладает астатизмом первого порядка.

График приложения нагрузки качественно приведен на рисунке 15.

Рисунок 15- График приложения статической нагрузки.

8. Синтез системы управления

8.1 Синтез контура тока

Контур тока является внутренним и выполнен с отрицательной обратной связью по току. Настройку контура тока осуществляет регулятор тока. Регулятор тока статора на вход получает сигнал с выхода регулятора скорости и сигнал обратной связи u_дт с выхода датчика тока. На выходе он формирует напряжение управления u_у в ПЧ , Принципиальная схема представлена на рисунке 16.

Рисунок 16 - Структурная двухконтурная схема с внешним контуром регулирования скорости и внутренним подчиненным контуром регулирования тока статора.

Рисунок 17- Структурная схема контура тока

Регулятор тока является ПИ-регулятором. Передаточная функция регулятора тока:

, (63)

где - постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора;

(64)

где -эквивалентный передаточный коэффициент преобразователя

(65)

- коэффициент передачи ОС по току; (66)

- постоянная времени ПЧ;

с

Передаточный коэффициент регулятора тока:

(67)

Определение входных сопротивлений и сопротивлений ОС для регулятора тока, реализуемого на операционном усилителе:

Передаточный коэффициент регулятора:

; (68)

Постоянная времени интегрирования регулятора:

; (69)

Входное сопротивление R_вх в пределах от 10 до 200кОм. Сначала выбираем значение емкости в пределах от 0,1 до 1мкФ. Принимаем значение емкости в цепи обратной связи операционного усилителя С_ос=1мкФ. Тогда входное сопротивление:

; (70)

Значение сопротивления обратной связи ОУ определим из соотношения:

Из стандартного ряда сопротивлений Е24(ГОСТ 28884-90) выбираем резисторы:

R_вх=3,6кОм;

R_oc=7,5кОм.

Допускается ошибка 5%.

что приемлемо

Пересчет коэффициентов усиления и обратной связи по выбранным стандартным сопротивлениям:

Рисунок 18 - Структурная схема контура тока , реализованная в MatLab при настройке на модульный оптимум.

Рисунок 19- Переходные процессы при настройке контура тока на модульный оптимум

Время нарастания ;

Время достижения максимума ;

Время переходного процесса ;

Перерегулирование ;

Число колебаний n=1.

В действительности получили следующие параметры:

Время нарастания ;

Время достижения максимума ;

Время переходного процесса ;

Перерегулирование ;

Число колебаний n=1.

Рисунок 20 - ЛАЧХ и ЛФЧХ системы при настройке контура тока на модульный оптимум

Частотные характеристики показывают, что система является астатической, так как наклон низкочастотной части ЛАЧХ первого порядка.

Система:

o обладает достаточным быстродействием

o устойчива с запасом по фазе 17,7

8.2 Синтез контура скорости

Рисунок 21- Структурная схема контура скорости

Контур регулирования скорости является внешним по отношение к контуру регулирования тока, т.е. система является системой с подчиненным регулированием координат.

В системах подчиненного регулирования выходной сигнал регулятора скорости является сигналом задания тока u _зт для регулятора тока. Так как контур скорости, настроенный на модульный оптимум не дает необходимого статизма, то контур скорости настраивается на симметричный оптимум.

Передаточная функция ПИ-регулятора контура скорости

, (71)

где - передаточный коэффициент контура скорости;

Передаточная функция ПИ-регулятора контура скорости

, (72)

где Т_ИС - постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора;

коэффициент передачи ОС по скорости; (73)

здесь -механическая постоянная времени электропривода (74)

- жесткость основной характеристики электропривода (75)

-момент инерции привода (76)

(77)

Передаточный коэффициент регулятора скорости:

. (78)

Определение входных сопротивлений и сопротивлений ОС для регулятора скорости, реализуемого на операционном усилителе:

Передаточный коэффициент регулятора:

; (79)

Постоянная времени интегрирования регулятора:

; (80)

Принимаем значение емкости в цепи обратной связи операционного усилителя С_ос=0,1мкФ. Тогда входное сопротивление:

; (81)

Значение сопротивления обратной связи ОУ определим из соотношения:

(82)

Из стандартного ряда сопротивлений Е24(ГОСТ 28884-90) выбираем резисторы:

R_вх=3кОм;

R_oc=90,9кОм

Допускается ошибка 5%.

что приемлемо

Пересчет коэффициентов усиления и обратной связи по выбранным стандартным сопротивлениям:

Рисунок 22- Структурная схема контура скорости, реализованная в MatLab при настройке на симметричный оптимум без фильтра

Рисунок 23 - Переходные процессы при настройке контура скорости на симметричный оптимум

Время нарастания ;

Время достижения максимума ;

Время переходного процесса ;

Перерегулирование ;

Число колебаний n=2.

В действительности получили следующие параметры:

Время нарастания ;

Время достижения максимума ;

Время переходного процесса ;

Перерегулирование ;

Число колебаний n=2.

Рисунок 24 - ЛАЧХ и ЛФЧХ системы при настройке контура скорости на симметричный оптимум

Частотные характеристики показывают, что система является астатической, так как наклон низкочастотной части ЛАЧХ первого порядка.

Система:

o обладает достаточным быстродействием

o устойчива с запасом по фазе 20,4є

Большое перерегулирование обусловлено наличием форсирующего звена в числителе передаточной функции. Величину перерегулирования можно значительно снизить, если компенсировать числитель, установив на входе инерционное звено (фильтр)

Рисунок 25 -Структурная схема контура скорости при настройке на симметричный оптимум с фильтром

Рисунок 26- Структурная схема контура скорости, реализованная в MatLab при настройке на симметричный оптимум с фильтром

Рисунок 27- Переходные процессы при настройке контура скорости на симметричный оптимум с фильтром

Время нарастания ;

Время достижения максимума ;

Время переходного процесса ;

Перерегулирование ;

Число колебаний n=1.

В действительности получили следующие параметры:

Время нарастания ;

Время достижения максимума ;

Время переходного процесса ;

Перерегулирование ;

Число колебаний n=1.

Рисунок 28 - ЛАЧХ и ЛФЧХ системы при настройке контура скорости на симметричный оптимум с фильтром

Частотные характеристики показывают, что система является астатической, так ЛАЧХ имеет астатизм первого порядка, но в данном случае система не устойчива

Система:

o необладает достаточным быстродействием

o неустойчива

9. Расчет статических и динамических характеристик ЭП

9.1 Расчет естественных механических и электромеханических характеристик двигателя

Выражение для механической характеристики по точной формуле Клосса:

, (83)

где - критический момент , Нм

Нм (84)

(85)

(86)

Расчетное уравнение для механической характеристики имеет вид:

Задаваясь скольжением от до , определяются значения моментов для двигательного режима.

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя строится на основе механической путем пересчета по формуле

(87)

Результаты расчетов сведены в таблицу 8

Таблица8 - Результаты расчетов естественных механических и электромеханических характеристик двигателя

s	о.е.	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
w	рад/с	0	7,853	15,706	23,56	31,41	39,265	47,2	54,97	62,82	70,677	78,53
M	Нм	264,75	289,378	318,55	353,35	394,9989	444,32	500,03	552,53	564,48	427,36	0
I2'	А	143,72	142,54	141	138,92	135,9783	131,65	124,92	113,72	93,85	57,74	0

Рисунок 29 - Механическая естественная характеристика

Рисунок 30 - Электромеханическая естественная характеристика

9.2 Расчет механических и электромеханических характеристик разомкнутой системы

Выражение для механической характеристики по точной формуле Клосса:

,

где - критический момент , Нм

, Нм, (88)

где (89)

здесь =0,0194 Ом -активное сопротивление входного фильтра, Ом

=0,0708 Ом -активное сопротивление выходного фильтра, Ом

Ом

здесь (90)

Нм

(91)

(92)

Расчетное уравнение для механической характеристики имеет вид:

Задаваясь скольжением от до , определяются значения моментов для двигательного режима.

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя строится на основе механической путем пересчета по формуле

Результаты расчетов сведены в таблицу

Таблица9 - Результаты расчетов естественных механических и электромеханических характеристик разомкнутой системы

s	о.е.	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
w	рад/с<...

Подобные документы

• Автоматизированный электропривод механизма подъема мостового крана грузоподъемностью 20 тонн со скалярным управлением

  Выбор системы электропривода и автоматизации промышленной установки. Расчет нагрузок, построение нагрузочной диаграммы механизма. Анализ динамических и статических характеристик электропривода. Проектирование схемы электроснабжения и защиты установки.
  
  дипломная работа [3,0 M], добавлен 18.10.2013
  

• Электропривод подъемной установки мостового крана

  Предварительный выбор мощности и типа электродвигателя. Расчет и построение статических естественных механических характеристик электродвигатели для различных режимов его работы. Выбор электрической схемы электропривода и ее элементов, проверка двигателя.
  
  курсовая работа [426,9 K], добавлен 17.10.2011
  

• Система управления электроприводом БТУ 3601

  Расчет и выбор элементов силовой части электропривода. Построение статических характеристик разомкнутого электропривода. Синтез и расчет параметров регуляторов, моделирование переходных процессов скорости и тока электропривода с помощью MATLAB 6.5.
  
  курсовая работа [903,7 K], добавлен 10.05.2011
  

• Электрооборудование мостового крана

  Технические характеристики механизмов крана, режимы их работы. Требования, предъявляемые к электроприводам мостового крана. Расчет мощности и выбор электродвигателей привода, контроллера для пуска и управления двигателем, пускорегулирующих сопротивлений.
  
  курсовая работа [199,4 K], добавлен 24.12.2010
  

• Расчет электропривода для механизма подъема c кулачковым контролером и панелью управления

  Техническая характеристика технологической установки, классификация подъемных кранов по конструкции. Требования к электроприводу и системе управления и сигнализации, выбор величины питающих напряжений. Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя.
  
  курсовая работа [331,8 K], добавлен 19.03.2010
  

• Электропривод тележки мостового крана

  Технические данные механизма передвижения грузоподъемной тележки. Структура и основные элементы, назначение и принцип работы электропривода тележки мостового крана. Расчет, выбор номинальной мощности и характеристик электродвигателя, мощности генератора.
  
  курсовая работа [2,6 M], добавлен 13.01.2012
  

• Автоматизированный электропривод насосов холодного водоснабжения

  Назначение насосной установки, ее технические параметры и особенности. Выбор электродвигателя автоматизированного электропривода насоса. Разработка системы его защиты. Расчет статических характеристик турбомеханизма и преобразовательного агрегата.
  
  курсовая работа [145,3 K], добавлен 18.05.2012
  

• Проектирование электропривода ленточного конвейера длиной 400 м и шириной 1000 мм

  Условия работы и требования, предъявляемые к электроприводу ленточного конвейера. Расчет мощности и выбор двигателя, управляемого преобразователя. Определение структурной схемы электропривода. Синтез регуляторов системы управления электроприводом.
  
  курсовая работа [823,2 K], добавлен 09.05.2013
  

• Автоматизированный электропривод грузового лифта

  Выбор типа электропривода, узлов его силовой части. Проверка электродвигателя, разработка принципиальной электрической схемы силовой части. Расчет параметров математической модели силовой части электропривода. Регулятор тока, задатчик интенсивности.
  
  курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.10.2008
  

• Выбор и проектирование системы управления электроприводом

  Требования к системе управления электроприводом. Выбор принципиальной схемы главных цепей. Сравнение возможных вариантов и выбор способа управления. Математическое описание объекта управления. Анализ статических и динамических характеристик системы.
  
  курсовая работа [2,6 M], добавлен 30.04.2012
  

• Электропривод литейного конвейера

  Назначение, особенности устройства, принцип действия и выбор основных характеристик литейного конвейера. Требования, предъявляемые к исследуемому механизму и его электроприводу. Продолжительность включения, расчет мощности и выбор электродвигателя.
  
  курсовая работа [669,9 K], добавлен 29.07.2011
  

• Проектирование электропривода подъема мостового крана

  Особенности разработки силовой части электропривода механизма подъема мостового крана, в том числе его тепловой расчет и принципы обеспечения защиты от токов короткого замыкания. Количественная оценка вектора состояния или тахограммы процесса движения.
  
  курсовая работа [614,5 K], добавлен 08.11.2010
  

• Электропривод механизма передвижения тележки мостового крана

  Кинематическая схема и технические данные механизма передвижения тележки мостового крана. Расчет мощности двигателя электропривода, его проверка на производительность. Определение передаточного числа редуктора. Установка станции и аппаратов управления.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.06.2012
  

• Шагающий экскаватор ЭШ10-70

  Обзор и анализ систем проектируемого электропривода и структур управления электроприводом подъема экскаватора. Условия работы и требования, предъявляемые к проектируемому электроприводу. Расчет мощности и выбор двигателя, управляемого преобразователя.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.11.2014
  

• Проектирование электропривода толкателя методической печи

  Расчет моментов статического сопротивления, выбор редуктора, двигателя, преобразователя частоты. Требования, предъявляемые к электроприводу. Расчет приведенных статических моментов и коэффициента жесткости. Проверка двигателя по производительности.
  
  курсовая работа [651,4 K], добавлен 28.11.2012
  

• Разработка электропривода для лебедки-подъёмника

  Электропривод как неотъемлемая часть многих агрегатов и комплексов, выбор и обоснование его системы, выбор передаточного устройства. Предварительный выбор мощности электродвигателя и его параметров. Разработка схемы и выбор силовой цепи электропривода.
  
  курсовая работа [515,5 K], добавлен 09.01.2010
  

• Электропривод ведущего круга круглошлифовального станка

  Технологические и конструктивные особенности станка, требования к электроприводу. Расчет мощности, выбор электродвигателя. Расчет инвертора, выпрямителя, фильтра. Синтез системы автоматического регулирования электропривода, описание замкнутой системы.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.12.2011
  

• Разработка системы управления механизмом подъема мостового крана

  Разработка электропривода механизма подъема мостового подъемного крана с заданными параметрами скорости подъема, а также его система управления. Выбор двигателя постоянного тока и расчет его параметров. Широтно-импульсный преобразователь: расчет системы.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.09.2008
  

• Управление электроприводом грузоподъемного механизма

  Содержание основных этапов работы электропривода, предъявляемые требования; выбор электродвигателя. Расчет механической характеристики, построение нагрузочной диаграммы. Выбор аппаратов управления и описание работы. Принципиальная электросхема привода.
  
  курсовая работа [147,2 K], добавлен 10.12.2010
  

• Автоматизированный электропривод насоса ЭЦВ8-40-125

  Анализ система электропривода и выбор рациональной системы для типа ТПМ. Расчет основных параметров насоса и двигателя. Построение технологических характеристик механизма. Проектирование типовой схемы силовых цепей управления системы электропривода.
  
  курсовая работа [2,1 M], добавлен 18.05.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам