Проектирование привода наклона конвертора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский Федеральный Университет»

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

Кафедра «Автоматизация технологических процессов и систем»

Специальность: ЭЭПОУ

Группа: Т-490702

Курсовой проект

по курсу «Теория Электропривода»

тема: Проектирование привода наклона конвертора

Руководитель: Тимофеев В. Л.

Студенты: Буславьев А. С.

Нижний Тагил

2012



Задание на проектирование

Спроектировать систему управления скоростью механизма, имеющего следующие параметры:

Система регулирования скорости: одно зонная.

Тип электропривода: четырехдвигательный электропривод.

Проверка двигателя на нагрев методом эквивалентного момента.

Передаточное число кинематической цепи i - 664.

Регулирование скорости - плавно.

Кол-во оборотов конвертера при нормальной эксплуатации ,-0.15-1.

Кол-во оборотов конвертера при экстренной эксплуатации,-0.15.

КПД механической части - 0.85.

Общее число двигателей на конвертер - 4.

Минимальное число двигателей при нормальной эксплуатации - 3.

Минимальное число двигателей при экстренной эксплуатации - 4.

Момент разгона механики - 7100 кНм.

Допустимый перегруз двигателей при запуске: 1.5.

Допустимый перегруз преобразователя на примерно 10 сек.: 1.5.



Оглавление

Введение

1. Описание механизма

2. Описание технологического процесса

3. Расчётная схема механической части электропривода

4. Требования к системе управления электроприводом

5. Выбор рода тока

6. Предварительный выбор электродвигателя

7. Расчёт и построение упрощённой нагрузочной диаграммы и тахограммы

8. Предварительная (упрощённая) проверка выбранного двигателя на нагрев

9. Выбор комплектного электропривода

10. Разработка структурной схемы

11. Построение переходных процессов одного цикла работы электропривода

Заключение

Библиографический список



Введение

Конвертерный цех имеет в своём составе конвертерное отделение с четырьмя 160-тонными конвертерами; участок внепечной обработки стали, включающий в себя три установки "печь-ковш" и два циркуляционных вакууматора; отделение непрерывной разливки стали из четырех МНЛЗ. Работает установка десульфурации чугуна. Мощность конвертерного цеха 3.5 млн. т стали в год.



1. Описание Механизма

Привод наклона конвертера предназначен - для поворота груши конвертора, вокруг горизонтальной оси.

Механизм наклона конвертора представляет собой активную нагрузку, центр тяжести груши конвертора смещен к нижней части бочки. Сама бочка закреплена на цапфе, которую и приводит во вращение.

Конвертер представляет собой ёмкость, состоящую из трех частей: верхней -- шлема, средней -- цилиндра и нижней -- днища.

Конвертер -- аппарат (вид печи) для получения стали из передельного расплавленного чугуна и шихты продувкой технически чистым кислородом. Кислород подается в рабочее пространство конвертера через фурмы (под давлением около 1,5 МПа). Такой метод получения стали называют конвертерным или кислородно-конвертерным.

Внутри конвертор выложен большим количеством огнеупорных кирпичей (футеровка конвертора), которая имеет значительную массу.

2. Описание технологического процесса

Сначала чугун из доменных печей поступает в миксер, где он перемешивается, а равномерность перемешивания обеспечивается с помощью подачи аргона со дна емкости миксера. Вместительность бочки 800т., при этом после слива чугуна в ковши, в миксере должен остаться не сливаемый минимальный остаток 300т.

Далее чугун поступает в конверторное отделение по железно дорожному путепроводу в стальных ковшах. Потом из ковша переливают в грушу конвертера и там продувают кислородом, для удаления углерода и получения таким образом стали. Продувка осуществляется с помощью продувочной фурмы, которая опускается в рабочее положение, только если конвертор находится в положении 0. Всего над каждым конвертером находится две фурмы, но они используются не единовременно, а по отдельности (для этого есть специальное устройство не позволяющее одновременно опускать обе фурмы). Фурмы оснащены датчиками обрыва тросов - при обрыве троса два железных цилиндра, лежащих на этих тросах, падают в зону действия датчика, тем самым сигнализируя о обрыве троса и активируя аварийную систему торможения фурмы (датчики индукционные). Фурма кроме основного электрического привода подъема опускания, оснащена аварийным пневматическим приводом, для ее остановки в случае внезапного отказа электропривода. Фурма охлаждается системой водяных трубопроводов. Если фурма не будет охлаждаться, то она сгорит от высоких температур идущих от конвертора.

В конверторе осуществляется предварительная подгонка марки стали. Материалы поступают из шихтового двора по старому транспортеру, или по новому, называющемуся СИКОН. Далее примеси по системе конвейеров поступают в засыпочную машину, которая ездит над бункерами и засыпает нужное количество определенного материала в них. Приемный бункер сыпет на дозатор, на котором установлен датчик определяющий массу материала. Два дозатора засыпают прямо в общий бункер, а четыре других на СЛК (сборочный ленточный конвейер). Общий бункер сыпет на ТЛП (термостойкий ленточный питатель), который в свою очередь может подавать материал в грушу конвертора, либо в ковш.

Конвертер оснащен четырехдвигательным приводом наклона. В этом приводе используются частотные преобразователи SINAMICS, контроллеры S7 - 400 и двигатель SIEMENS. Он предназначен для поворота конвертора на необходимые позиции, для заливки чугуна, продувки кислородом, слива стали, продувки азотом, слива шлака.

Конвертерное отделение

Переработка ванадиевого чугуна в конвертерном цехе осуществляется по двухстадийной схеме ("дуплекс-процесс") с получением стали, микролегированной ванадием, и товарного ванадиевого шлака с содержанием 16-28% V2O5.

На первой стадии процесса проводится деванадация с получением ванадиевого шлака и углеродистого полупродукта с содержанием 3,0% С, 0,03% V и минимальным остаточным содержанием примесей (кремния, марганца, титана, фосфора и серы ). Технология переработки ванадиевого чугуна характеризуется низкими температурами процесса, что достигается путем присадки в конвертер охладителя (прокатная окалина). Степень перехода ванадия из чугуна в шлак превышает 85%.

На второй стадии, в другом конвертере, проводится продувка углеродистого полупродукта на сталь малошлаковым процессом с использованием до 8-10 % чистого от примесей оборотного металлолома.

В результате двухстадийной технологии переработки чугуна в конвертерном цехе выплавляется первородная сталь без внесения каких-либо нежелательных примесей из металлолома.

При переработке обычного передельного чугуна конвертерная сталь выплавляется традиционным LD- процессом.

Новые технологии

Технология нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера позволяет повысить стойкость футеровки конвертеров.

В конвертерном производстве комбината разработана и внедрена технология нанесения гарнисажа шлаком, сформированным в процессе плавки, на футеровку конвертера после слива стали путем раздува шлака азотом.

Использование данной технологии позволило повысить стойкость футеровки конвертеров в 2001 году, в сравнении с 2000 годом, на 50%.

Применение огнеупоров. Разработана схема футеровки стальковшей, позволяющая в условиях комбината с малой толщиной футеровки снизить тепловые потери через нее при использовании периклазоуглеродистых огнеупоров.

Внедрены ремонтные массы для восстановления локальных повреждений футеровки с использованием специального стенда поворота ковша.

Разработана конструкция стыковочной воронки погружного стакана с дозатором. Новое решение обеспечивает плотную стыковку стаканов и позволяет оперативно ликвидировать подтеки металла в случае их появления.

После конвертора сталь необходимо очистить от серы. Для этого применяют установку - десульфурация. На специальной машине подвозятся необходимые компоненты (оксиды кальция и магния), которые поступают в промежуточные бункеры, а часть реагентов поступает в суточные бункеры (запас реагентов на одни сутки). Далее эти реагенты поступают, с помощью пневматики, для продувки стали.

Сама установка состоит из колпаковой телеги, которая отъезжает при смене ковшей со сталью (а также для замены фурмы) и подъезжает для продувки. В ней установлена фурма, через которую и дуют оксидами кальция и магния (в соотношении 4:1). После десульфурации осуществляется скачивание шлака из ковша.

Для предотвращения пылеобразования в зоне нахождения людей, к фурме подводится аспирация, для удаления вредной пыли, которая впоследствии отправляется в специальный бункер и потом вывозится на самосвалах.

Далее сталь вновь продувают в конверторе.

После сталь отправляется в отделение МНЛЗ. Там марка стали окончательно доводится в установках печь-ковш (в ковши подают проволоку и ферросплавы, а потом разогревают при помощи дуговой печи).

Обработка стали на установках "печь-ковш" позволяет:

- обеспечить однородность химического состава и температуры стали в ковше;

- обеспечить серийную разливку металла на МНЛЗ;

- снизить расход ферросплавов.

Флокеночувствительные стали (рельсовая, колёсобандажная, трубные и др.) для снижения содержания водорода, азота и кислорода, обеспечения чистоты стали по неметаллическим включениям подвергаются вакуумированию на RH-вакууматоре. Предусмотрена продувка аргоном в сталеразливочном ковше и модифицирование порошковой проволокой после вакуумирования. Содержание газов в стали после обработки [Н] - менее 1,5 ppm, активный [О] - 8,0 - 8,5 ppm.

МНЛЗ № 1 (четырёхручьевая) - отливка колёсобандажного металла в заготовки круглого сечения, рельсового металла и стали марок специального назначения (шарикоподшипниковых, легированных и т.д.) в заготовки прямоугольного сечения.

МНЛЗ № 2 (комбинированная двух- и четырёхручьевая) - отливка слябовых заготовок и блюмовых заготовок для производства трубной заготовки.

MНЛЗ №3 (двухручьевая) - отливка фасонных заготовок сечением для универсально-балочного стана. Кроме того, имеется возможность отливки прямоугольных заготовок максимальным сечением.

МНЛЗ №4 (двухручьевая) - отливка слябовых заготовок.

Общий вид криволинейной двухручьевойслябовой МНЛЗ конструкции Уралмашзавода показан на рис. 2. В состав машины входит поворотный сталеразливочный стенд 7 для двух ковшей, обеспечивающий разливку методом "плавка на плавку", тележка 2 для подачи и подъема промежуточного ковша 3, медный водоохлаждаемый кристаллизатор 4, снабженный механизмом качания 5, две секции 6 и 7 неприводной роликовой проводки, роликовые секции 8 радиального участка тянущеправильного устройства (ТПУ), направляющие 9 для подъема и опускания роликовых секций 8, приводные роликовые секции 10 и 11 криволинейного и горизонтального участков ТПУ, механизм 12 разъединения затравки со слитком, машина 13 для ввода затравки в кристаллизатор. Выходящий из роликов тянуще-правильного устройства слиток поступает на приемный рольганг, над которым на эстакаде установлена машина для газовой резки слитка на заготовки (слябы) мерной длины. По отводящему рольгангу слябы выдаются к крану-перекладчику с клещевыми захватами, укладываются на рольганг-тележку и передаются на транспортно-отделочную линию для последующей резки, огневой зачистки, маркировки и штабелирования.

3. Расчётная схема механической части электропривода

Приложение 1.

4. Требования к системе управления электроприводом

Электропривод должен обеспечивать быстрый поворот конвертора в требуемое положение. С максимальной скоростью осуществляют поворот порожнего конвертора, а также груженого в зоне , близкой к вертикальному положению. В процессе слива металла и шлака поворот конвертора осуществляется с малой скоростью, но при этом должна соблюдаться высокая точность регулирования. Если во время выпуска стали произошло какое-либо нарушение технологического процесса, то конвертор должен быть поднят с максимально возможной скоростью. Для форсировки этого процесса двигатели должны иметь значительный запас по моменту.

При сливе стали через сталевыпускное отверстие производится толчкообразное включение привода; при этом осуществляется визуальное наблюдение за струей металла.

Точность поддержания частоты вращения в нижней части диапазона должна быть не ниже 2% при переменном статическом моменте. Время ускорения и замедления также должно мало меняться с изменением нагрузки на валу привода. Система электропривода должна обеспечивать плавный пуск с небольшими угловыми ускорениями (до 0.3 об/мин/с) и плавное торможение.



5.Выбор рода тока, типа электродвигателя и электропривода

Двигатели постоянного тока используются в электроприводе механизмов, требующих по технологическим условиям регулирование скорости. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором по сравнению с ДПТ НВ имеют меньшую потребляемую из сети реактивную мощность, простоту обслуживания (отсутствие коллектора), большую перегрузочную способность (при векторном управлении).

Привод поворота конвертора надежность и большую перегрузочную способность - это ответственейший механизм всего цеха, выход из строя которого повлечет за собой большие материальные затраты, поэтому выбираем электропривод переменного тока.

6. Предварительный выбор электродвигателя

Приложение 2-3.

7. Расчет и построение упрощенной нагрузочной диаграммы и тахограммы, приведенных к валу двигателя

Приложение 1.

8. Предварительная (упрощённая) проверка выбранного двигателя на нагрев

Предварительная проверка работоспособности электропривода производится на основе нагрузочной диаграммы.

Воспользуемся методом эквивалентного момента.

0 - коэффициент, характеризующий различия в условиях охлаждения двигателя при паузе и при номинальной частоте.

- для закрытых обдуваемых двигателей и двигателей постоянного тока, принимаем 0 = 0.5.

- коэффициент, характеризующий различия в условиях охлаждения двигателя при пуске, торможении и номинальной частоте вращения.

- коэффициент, характеризующий различия в условиях охлаждения двигателя при произвольной и номинальной частоте вращения.

Эквивалентный момент двигателя за время цикла (Нм)

;

;

Коэффициент загрузки двигателя по теплу

;

;

При предварительной проверке выяснилось, что по условию нагревания двигатели проходят Q < 1.

9. Выбор комплектного электропривода

Выбор комплектного электропривода .

При выборе комплектного электропривода исходят из того, что наиболее слабым звеном энергетического канала электропривода является двигатель.

В общем случае преобразователь выбирают по номинальным значениям тока и напряжения выбранного двигателя с учетом перегрузок преобразователя в переходных режимах. Поэтому при выборе комплектного электропривода переменного тока ориентируются на два основных условия:

.

Выбираем преобразователь частоты фирмы Sinamics S120 6SL3330-1TE34-2AA0

Технические данные приведены в таблице № 1

Таблица 1

Номинальный ток, А	365
Номинальная мощность, кВт	200
Номинальное напряжение, В	380
Степень защиты	IP00

На рис. 9.1 представлен пример функциональной схемы системы векторного частотного управления электропривода с отрицательной обратной связью по реальной скорости АД. Система имеет два основных канала управления -- угловой скоростью и модулем потокосцепления ротора АД, а также два подчиненных им внутренних контура регулирования составляющих тока статора I1х и I1y в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью магнитного поля двигателя.

Сигнал задания скорости АД предварительно поступает на вход задатчика интенсивности ЗИ, формирующего на выходе два сигнала управления. Основной сигнал определяет задание скорости АД с темпом, обеспечивающим ограничение рывков и ускорений в соответствии с технологическими требованиями к электроприводу и максимально допустимыми динамическими перегрузками по току и электромагнитному моменту АД. Дополнительный сигнал определяет с учетом коэффициента передачи пропорционального приведенному к валу АД результирующему моменту инерции двигателя, задание динамической составляющей электромагнитного момента Мдин. В результате его суммирования в сумматоре с сигналом Мс, пропорциональным статическому моменту сил сопротивления на валу АД, формируется сигнал задания электромагнитного момента АД Мз.р. При этом определение реального сигнала Мс и практическая реализация задания электромагнитного момента требуют наличия датчика статического момента на валу АД.



Рис. 9.1 Функциональная схема системы управления с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД

Однако техническая сложность, заметные метрологические погрешности существующих датчиков статического момента на вращающихся валах электрических машин и отсутствие серийного их выпуска, как правило, ограничивают их применение в системах электропривода.

Появляющийся на выходе сумматора сигнал рассогласования основного сигнала управления и сигнала реальной скорости АД с выхода тахогенератора ТГ, пропорциональный абсолютному скольжению АД, поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости РС. Выходной сигнал РС ирс формирует сигнал задания Мз электромагнитного момента, необходимого для полной компенсации скольжения АД. Результирующий сигнал на выходе сумматора определяет полное задание электромагнитного момента с учетом возможных изменений статической и динамической составляющих нагрузок на валу АД.

Подобная комбинированная система задания момента (по возмущению и отклонению) применяется в основном для электроприводов, в которых требуются повышенные динамические показатели качества регулирования. В наиболее распространенных электроприводах канал управления по возмущению, как правило, используется редко, поскольку требует дополнительной и не всегда точно известной информации о реальных значениях статической нагрузки и моментов инерции на валу двигателя. К тому же два параллельно действующих канала управления по отклонению и возмущению требуют более тщательной их настройки и взаимного согласования. С учетом этого в структурах управления электроприводом предусматривается возможность либо отключения всего дополнительного канала по возмущению, либо сохранения канала коррекции, лишь по динамической составляющей момента.

Результирующий сигнал ограничивается блоком БО1 на уровне задания, соответствующего выбранному максимальному значению электромагнитного момента АД. Задание этого значения определяется внешними сигналами управления и . В зависимости от энергетических режимов работы электропривода блоки MIN и МАХ обеспечивают ограничение минимальных и максимальных допустимых моментов АД.

Так, при отсутствии дополнительного блока рекуперативного торможения в силовой цепи выпрямителя на входе автономного инвертора напряжения преобразователя частоты ПЧ, для ограничения максимально допустимой рекуперируемой активной мощности Рак и, соответственно, ограничения перенапряжения на емкостном фильтре входного выпрямителя ПЧ в режиме рекуперативного торможения АД в блоке А2 в функции от скорости АД или частоты его питания формируются сигналы Мо1 и Мо2, уменьшающие уровень задания электромагнитного момента АД. Функциональная связь между мощностью Рак и частотой с учетом ее максимального значения , качественно отраженная в блоке А2, определяется математической моделью АД и корректируется при автоматической идентификации параметров электропривода.

Ограничение электромагнитного момента АД связано и с выбором максимально допустимого тока статора . С этой целью в блоке АЗ с учетом максимального значения напряжения питания АД и реального значения составляющей тока статора по оси х I1х определяется вектор максимально допустимой составляющей тока статора .

Выходной сигнал блока произведения на потокосцепление ротора пропорционален реальному максимально допустимому электромагнитному моменту АД и контролирует ограничение выходного сигнала .

Для постоянства задания электромагнитного момента при изменении потокосцепления ротора в соответствии с определением момента используется блок БД деления сигнала на выходе БО1 на сигнал, пропорциональный . На выходе БД формируется сигнал задания составляющей тока статора по оси у.

Сигнал задания потокосцепления ротора формируется в блоке А5. Функциональная связь между реальной частотой выходного напряжения преобразователя и потокосцеплением ротора АД определяет постоянство на уровне задания номинального потокосцепления ротора.

Сигнал , корректирующий допустимую максимальную частоту выходного напряжения ПЧ, формируется расчетным путем по модели АД в блоке А4 в зависимости от заданного максимально допустимого напряжения питания статора . Значение определяется напряжением на выходе силового фильтра выпрямителя ПЧ с коррекцией по сигналу мд, пропорциональному максимально возможной глубине модуляции выходного напряжения ПЧ.

Сигнал задания потокосцепления ротора с выхода блока А5 в результате перемножения на выходной сигнал блока А7 преобразуется в сигнал , изменяющийся во времени темпом, определяющим время возбуждения АД. Лишь по истечении этого времени, когда возбуждение АД достигает установившегося значения, в системе управления ПЧ появляется логический сигнал на разрешение управления преобразователем со стороны сигнала и3 управления электроприводом. Отметим здесь полное подобие условию подключения к питающему напряжению якорной цепи двигателя постоянного тока с независимым возбуждением лишь при наличии его магнитного потока. Значение времени возбуждения АД может быть задано внешним сигналом блока А7 или же определено при автоматической идентификации параметров АД.

В системе управления предусматривается возможность адаптации потока ротора к нагрузке АД, способствующая снижению суммарных магнитных потерь в машине при уменьшении нагрузки. С этой целью сигнал задания составляющей тока статора по оси у поступает в блок А8, где при заданных минимально допустимом значении потока ротора и коэффициенте адаптации формируется сигнал, определяющий поток ротора в зависимости от нагрузки АД. При включенном контуре адаптации потока ротора блок А9 выделяет минимальное значение сигнала задания .

В соответствии с заданием потокосцепления ротора в блоке А6 по математической модели АД определяется сигнал задания составляющей тока статора . Составляющие и тока статора сравниваются в сумматорах и со своими текущими значениями и , которые выделяются в блоке ВФ векторного преобразования токов и в цепи обмоток фаз А и С статора АД. Угол поворота осей координат х и у, вращающихся со скоростью электромагнитного поля АД, формируется в блоке А11 в соответствии с частотой .

Сигналы рассогласования задающих и реальных значений составляющих тока статора поступают на входы соответствующих регуляторов РТх и РТy. Выходные сигналы регуляторов после суммирования в сумматорах и с сигналами компенсации составляющих и учета внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, сформированными в блоке А12, поступают на координатный преобразователь К/Р. В зависимости от его входных сигналов, пропорциональных заданию составляющих выходного напряжения преобразователя в осях х, у, на выходе К/Р формируются сигналы и , определяющие соответственно амплитуду и фазу вектора напряжения в двухфазной системе координат , , неподвижной относительно статора АД. Регулятор напряжения РН, на входе которого сравниваются сигналы задания и реального значения напряжения на выходе выпрямителя ПЧ, обеспечивает стабилизацию выходных напряжений последнего. Сигналы задания выходного напряжения преобразователя и совместно с сигналом , определяющим частоту выходного напряжения ПЧ, трансформируются в преобразователе координат ПК в эквивалентные сигналы , , трехфазной системы координат, определяющие выходные напряжения ПЧ.

Формирование сигнала задания частоты выходных напряжений ПЧ обеспечивается суммированием в сумматорах и сигнала реального значения скорости АД, поступающего с тахогенератора ТГ, и сигналов , , определяющих частоту скольжения АД соответственно в функции тока и ЭДС двигателя. Вычисление осуществляется в блоке МТ математической модели двигателя по току, на вход которого совместно с текущими значениями и составляющих тока статора в осях х, у подается сигнал пропорциональный сопротивлению ротора АД.

В блоке ЭФМ математической модели АД, на вход которого кроме текущих значений и составляющих тока статора поступает сигнал , пропорциональный результирующему сопротивлению цепи статора, формируются два выходных сигнала -- , определяющий потокосцепление ротора, и , пропорциональный ЭДС двигателя.

На выходе ПИ-регулятора ЭДС двигателя (блок РЭ) формируются два сигнала (см. рис. 2.2) -- , пропорциональный частоте вращения ротора, и , определяющий коррекцию задания частоты .

В системе управления с помощью ключей К1 и К2 реализуется логика управления, обеспечивающая раздельную подачу сигналов и на входы и в зависимости от заданной частоты выходного напряжения ПЧ. При малых частотах , когда замкнут ключ К1 и разомкнут ключ К2, действует контур коррекции по току, обеспечивающий компенсацию падения напряжения на сопротивлении статора. При больших частотах , когда замкнут и ключ К2, дополнительно действует контур коррекции по ЭДС двигателя, обеспечивающий стабилизацию скорости АД. Выбор частоты , при которой переключаются контуры коррекции, определяется экспериментально по аналогии с настройкой соотношения в разомкнутых структурах скалярного управления АД. Максимально допустимая частота выходного напряжения ПЧ ограничивается сигналом блока БО2.

Сигналы и формируются в блоке А10 тепловой модели АД, в которой поступает совокупность сигналов , включающих в себя информацию о сопротивлениях цепи статора и ротора, определенных при автоматической идентификации параметров двигателя, степени влияния на них температуры собственно двигателя и окружающей среды, условий охлаждения двигателя, о наличии выходных фильтров преобразователя.

Представленные на рис. 3.2 функциональные блоки в основном реализуются программным путем в микропроцессорной системе управления электропривода. В микроконтроллере реализуются и интерфейсные функции по связи с датчиками токов, напряжений и скорости двигателя.

электропривод тахограмма нагрев нагрузочный

9. Система защит

Реализует две группы защит: быстродействующие, срабатывание которых мгновенно блокирует привод, сбрасывает флаг состояния «Готовность 1» (READY1), отключает силовое питание преобразователя, и медленнодействующие, мгновенно сбрасывающие флаг состояния «Готовность 2» (READY2) при достижении порога перегрузки (перегрева) и блокирующие привод с выдержкой времени в случае, если нагрузка (температура) не снижается (см. рис 3.9).

К 1 - ой группе защит относятся:

* максимально-токовая защита преобразователя;

* защита от превышения максимально допустимой температуры кристаллов IGBT;

* защита от недопустимых отклонений питающего напряжения;

* защита от аварии узла сброса энергии;

* защиты от ошибок системы управления;

* защита от несоответствия скорости заданной и неисправности датчика;

* защита от превышения максимального уровня скорости.

Защита от замыканий во входных цепях и внутренних замыканий выпрямителя на корпус выполняется внешним автоматическим выключателем или плавкими вставками.

Максимально-токовая защита инвертора - двухуровневая. Первый уровень срабатывания защиты выполняется программно, путем сравнения мгновенных значений тока в выходных фазах с максимально допустимым для установленного в преобразователе IGBT-модуля. Срабатывание первого уровня защиты диагностируется установкой флага X в строке состояния пульта ручного управления.

Второй уровень защиты - контроль насыщения IGBT, выполняется аппаратными средствами драйвера при возникновении режима короткого замыкания выходных фаз между собой или на «землю». Диагностируется установкой флага O в строке состояния.

Защита от превышения максимально допустимой температуры кристаллов IGBT реализуется на основе динамической тепловой модели.



Рис. 2.9 Структура формирования флагов защит



Модель, работающая в масштабе реального времени, выполняет расчет статических и динамических потерь и мгновенных значений перегрева кристаллов каждого из шести IGBT-ключей инвертора относительно корпуса модуля. Входными переменными модели являются мгновенные значения токов выходных фаз Iv, Iw, выпрямленного напряжения Udc, и температуры корпуса IGBT-модуля и сигналы управления, формируемые векторным модулятором. Срабатывание защиты при достижении расчетного значения температуры любого из IGBT предельно допустимой величины 1250С диагностируется флагом W в строке состояния.

Защиты от недопустимого повышения и понижения напряжения выполняются по сигналу датчика в звене постоянного напряжения. Порог срабатывания защиты от повышения напряжения составляет 700 В. Порог срабатывания защиты от понижения напряжения и обрыва фазы составляет -15% от номинального значения напряжения питающей сети. Срабатывание диагностируется соответственно флагами H и L. Защита выпрямителя от импульсных сетевых перенапряжений выполняется установленными на входе варисторами.

Защита от аварии узла сброса энергии выполняется путем контроля пределов использования балластного резистора. Для корректной работы защиты должны быть установлены параметры подключенного резистора , , , в меню «ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ / БАЛЛАСТНЫЙ РЕЗИСТОР». Срабатывание защиты диагностируется установкой флага R в строке состояния. Время выдержки до срабатывания защиты определяется по формуле:



Где - текущая кратность перегрузки по мощности резистора,

- текущее значение напряжения на конденсаторах фильтра,

- сопротивление подключенного балластного резистора,

- мощность подключенного балластного резистора,

- постоянная времени модели нагрева,

- нормированное время действия перегрузки (по умолчанию - 30 с),

- нормированная кратность перегрузки (по умолчанию - 1.5).

Защиты от ошибок системы управления диагностируются следующими флагами:

- отклонение напряжений питания цепей управления сверх допустимых пределов - флагом P;

- сбой в процессорном ядре - флагом C;

- ошибка аналого-цифрового преобразователя - флагом A;

- ошибка энергонезависимой памяти - флагом M;

- ошибка тестирования датчиков тока - флагом S;

- ошибка тестирования датчика напряжения - флагом U;

- ошибка управления по сети (превышено время ожидания кадра) - флагом F;

- потеря сигнала токовой петли (I<4mA) - флагом N;

- неисправность (отсутствие) микросхемы часов реального времени - флагом Z;

- разряд батарейки питания микросхемы часов реального времени - флагом G.

Защита от несоответствия скорости заданной, в том числе при неисправности датчика, некорректной установке его параметров или неправильном подключении (фазировке), диагностируется установкой флага D. Работа защиты блокируется в следующих случаях:

- отключен регулятор скорости параметром РегСкорости (меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ»),

- привод работает в режиме внешнего токоограничения,

- выполняется процедура автонастройки.

При превышении уровня максимально допустимой скорости устанавливается флаг E.

Ко 2 - ой группе защит относятся:

* температурная защита преобразователя;

* температурная защита двигателя;

* время-токовая защита двигателя.

Температурная защита преобразователя выполняется по сигналам датчиков, установленных в силовых модулях инвертора и выпрямителя, и настроена на максимально допустимую рабочую температуру. При достижении температуры корпуса любого из модулей 800С сбрасывается флаг «Готовность 2» (READY2=0), в строке состояния пульта ручного управления отображается мигающий символ T. При температуре 85.С привод блокируется, сбрасывается флаг «Готовность 1» (READY1=0), отключается силовое питание преобразователя, в строке состояния отображается немигающий символ T.

Температурная защита двигателя может быть активизирована, если в двигателе имеется встроенный PTC резистор (позистор). Для этого в меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / ПАРАМЕТРЫ ЗАЩИТ» устанавливается параметр Термозащита __ВКЛ. При достижении температурой двигателя порогового значения сбрасывается сигнал «Готовность 2» (READY2=0), в строке состояния пульта ручного управления отображается мигающий символ Q. Если температура продолжает расти, то через время, установленное параметром сбрасывается сигнал «Готовность 1» (READY1=0), в строке состояния отображается немигающий символ Q. Требуемый порог срабатывания защиты может быть скорректирован с помощью подстроечного резистора RV1 на интерфейсной плате.

Действие время-токовой защиты двигателя программируется параметрами I2T, K I2T и T I2T в меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / ПАРАРАМЕТРЫ ЗАЩИТ». Порог активизации защиты I2T задается в процентах от номинального тока двигателя Is ном (меню «НАБОР ПАРАМЕТРОВ / ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ»). В заводской настройке устанавливается на уровне 100%. При достижении током установленного значения сбрасывается сигнал «Готовность 2» (READY2=0) и отображается мигающий символ I. Если нагрузка не снижается, то преобразователь блокируется с выдержкой времени, определяемой формулой:

где - текущая кратность перегрузки по току двигателя,

- текущее действующее значение тока фазы статора двигателя,

- пороговое значение тока фазы статора двигателя, соответствующее уставке время-токовой защиты I2T,

- постоянная времени модели нагрева,

- нормированное время действия перегрузки (по умолчанию - 30 с),

- нормированная кратность перегрузки (по умолчанию - 1.5).

При этом в строке состояния отображается немигающий символ флага I.



Рис. 9.2. Характеристика время-токовой защиты двигателя

Разблокирование привода и сброс флагов защит выполняется входным логическим сигналом «Сброс защит» (ER_RST) или отключением питания. Флаги срабатывания защит второй группы могут быть сброшены только при снижении температуры преобразователя (двигателя) до установленного значения или с выдержкой времени, эквивалентной остыванию двигателя после перегрузки.

Состояние флагов защит для последних 4 отключений сохраняются в энергонезависимой памяти контроллера. Они отображаются в меню «ИСТОРИЯ ОТКЛЮЧЕНИЙ» с указанием даты и времени отключения.

10. Разработка структурной схемы

Определение параметров Асинхронного двигателя.

Приложение 3.

11. Построение переходных процессов одного цикла работы электропривода

С помощью функций программы Matlab построим структурную схему асинхронного двигателя с векторной системой управления:



Рис. 11.1 Структурная схема АД векторного управления

На рис. 11.2 представлены графики изменение скорости и нагрузочная диаграмма привода:



Рис. 11.2 а)Тахограмма б) Нагрузочная диаграмма

Рис. 11. 3. Механическая характеристика электропривода

Уточненная проверка работоспособности электропривода

Уточненная проверка работоспособности электропривода по условиям перегрузки:

По нагрузочной диаграмме выбираем наибольший момент за весь цикл работы

Определим перегрузочную способность:

Условие по перегрузке выполняется.

Уточненная проверка работоспособности электропривода по нагреванию:

Рассчитаем эквивалентный момент по реально полученной нагрузочной диаграмме:

;

;

Коэффициент загрузки двигателя по теплу

;

;

Двигатель по условиям перегрева подходит.

Оценка энергетической эффективности электропривода

Оценка КПД привода

Для оценки КПД воспользуемся формулой:

КПД электродвигателя находим по формуле:

КПД преобразователя частоты принимаем равным:

Напряжение находим по формуле:



I - принимаем активный ток из модели.

Собираем схему для определения КПД электропривода:

Рис. 11. 4. Модель нахождения КПД ЭП

После завершения переходного процесса определяем КПД



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта, мы рассчитали механическую часть, выбрали двигатель, а также комплектный электропривод (частотный преобразователь), проверили привод на нагрев и перегрузочную способность, а также построили математическую модель в пакете Matlab.

В результате расчетов и по результатам моделирования, мы можем сказать, что все предъявленные к электроприводу требования выполняются, он не перегревается, и может обеспечить все режимы управления необходимые в эксплуатации.



Список литературы

1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1985, 560с.

2. Проектирование электропривода: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине „Теория электропривода”/ В.Л. Тимофеев. Екатеринбург: УГТУ, 1996. 27 с.

3. Электрооборудование конверторных цехов. Марголин Ш. М., «Металургия», 1977. 248с.

Размещено на Allbest.ru

...