Розробка комплектного електроприводу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра автоматизації електромеханічних систем та електроприводу

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

З дисципліни: «Електромеханічні системи»

на тему: «Розробка комплектного електроприводу»

Студента

Любенка Андрія Романовича

Київ - 2016 рік



Вступ

Конвеєри залежно від їх призначення і області застосування можуть експлуатуватися в найрізноманітніших умовах і зокрема украй несприятливих: на відкритому повітрі, на висоті над рівнем моря, що перевищує 1000 м (стрічкові конвеєри гірничодобувних підприємств), а також в приміщеннях, що містять пари активних речовин і що характеризуються підвищеною вологістю, забрудненістю, високою температурою навколишнього середовища (фарбувальні і сушильні лінії, термічні цехи). Це визначає необхідність використання для даної групи механізмів електроустаткування, за типом і виконання того, що відповідає перерахованим умовам, і висуває жорсткі вимоги відносно безпеки і простоти його обслуговування, надійності роботи. Це в першу чергу відноситься до приводних двигунів, які, як правило, повинні бути закритого виконання і володіти підвищеним пусковим моментом.

Для конвеєрів залежно від їхньої конструкції, продуктивності й довжини використовуються різні системи електропривода як постійного струму так і змінного на базі асинхронних електродвигунів: від простих релейно-контакторних систем з асинхронними електродвигунами з короткозамкненим ротором (прямий пуск) і асинхронними електродвигунами з фазним ротором (плавний запуск із послідовним виведенням резисторів, що включаються в роторні ланцюги) до систем ПЧ-АД(перетворювач частоти-асинхронний двигун).

До електропривода конвеєрів великої продуктивності й великої довжини пред'являються вимоги не тільки забезпечення запуску із заданим моментом і прискоренням, що виключає виникнення неприпустимих статичних і динамічних навантажень на стрічку (пружна ланка) і металоконструкції, але й забезпечення заданого (необхідного) розподілу навантажень між приводними барабанами (електродвигунами).



1. Аналітичний огляд

1.1 Загальні відомості

Основним елементом сучасних електроприводів змінного струму є перетворювач частоти (ПЧ)[1]. Незважаючи на різноманіття існуючих на даний момент алгоритмів управління та варіантів апаратної реалізації перетворювачів частоти, можна говорити про типові рішення, що застосовуються більшістю виробників.

Виробництвом перетворювачів частоти займається досить багато фірм у всьому світі. Серед зарубіжних фірм можна виділити наступні групи:

1. Лідери, продукція яких характеризується приблизно однаковими якістю, функціональністю і високою надійністю. Таких фірм небагато: «ABB», «Danfoss», «Siemens», «Mitsubishi», «Yaskawa». Саме ці фірми задають моду в розвитку перетворювальної техніки.

2. Фірми «ControlTechniques», «Lenze», «SchneiderElectric», за якістю продукції практично не поступаються лідерам.

3. Фірми, що не задають тон розвитку, а лише наступні за лідерами і випускають досить надійну і якісну продукцію, - «Emotron», «Fuji», «GeneralElectric», «Hitachi», «Ansaldo», «KEB», «LG», «SEW».

4. Фірми, які розвиваються. Вони поступаються лідерам по функціональності і якості продукції. До них можна віднести фірми Тайвані, Південної Кореї, Польщі.

Частотні перетворювачі призначені для регулювання частоти обертання вала АД, змінюючи швидкість в широких межах. Частотні перетворювачі, що одержали широке поширення, є інверторами напруги, хоча ще також існують і використовуються інвертори струму. Це пояснюється тим, що інвертори напруги можуть працювати в багатодвигунному приводі, і, найголовніше, мають більш широкий діапазон зміни вихідної частоти. Остання обставина відкриває дорогу даних пристроїв не тільки у виробничу, але і в комунальну сферу, де, наприклад, навантаження на водогін вкрай нерівномірне. Частотні перетворювачі допомагають ефективно вирішити проблему необгрунтованої перевитрати - коли тиск у трубах нормалізується, інвертор автоматично знижує момент на валу насоса, заощаджуючи при цьому до 30% енергії. У промисловості при виробництві на конвеєрах так само часто використовуються частотні перетворювачі для керування транспортерами конвеєра. В результаті чого досягається синхронізація роботи двигунів транспортера, а внаслідок і всього конвеєра, економія електроенергії і підвищення продуктивності конвеєра.

Фактично, виробилися негласні стандарти на структуру перетворювачів частоти та виконувані ними функції.

У загальному випадку можна виділити два основні завдання, які вирішуються регульованим електроприводом: управління моментом і швидкістю обертання електродвигуна.

1.2 Вимоги до системи електроприводу

До електроприводу пред'являються жорсткі технічні та технологічні вимоги. Для нормального функціонування привода необхідно обмежувати момент і струм двигуна допустимими значеннями в перехідних процесах пуску, гальмування і прикладання навантаження. Для механізмів, що зазнають при роботі значні перевантаження аж до стопоріння робочого органа (наприклад, електоприводи млинів), виникає необхідність безперервного регулювання моменту двигуна в цілях обмеження динамічних ударних навантажень. У багатьох випадках потрібно також точне дозування зусилля на робочому органі (електроприводи металообробних верстатів, намотувальні машини та ін.)

Технологічні режими багатьох виробничих механізмів на різних етапах роботи вимагають руху робочого органу з різною швидкістю, що забезпечується або механічним шляхом, або шляхом електричного регулювання швидкості електропривода. При цьому вимоги до діапазону і точності регулювання швидкості можуть змінюватися в найширших межах залежно від галузі застосування електроприводу.

Сучасні перетворювачі частоти різноманітні за рівнем потужності: від кількасот ватт, що вміщується у долоні, до перетворювача мультимегаваттного класу, що потребує для розміщення спеціального приміщення. Розрізняються вони також за призначенням та функціональними можливостями (для насосів і вентиляторів, підйомних кранів та ліфтів, побутової техніки). Для спрощення монтажу та експлуатації невеличкі перетворювачі частоти спеціальної конструкції встановлюють безпосередньо на електродвигун.

1.3 Методи керування електроприводом

Для вирішення завдань регулювання швидкості і моменту в сучасному електроприводі застосовують два основні методи частотного керування[2]:

- скалярне управління;

- векторне управління.

Асинхронний електропривод зі скалярним керуванням є на сьогоднішній день найбільш поширеним. Він застосовується в складі приводів насосів, вентиляторів, компресорів та інших механізмів, для яких важливо підтримувати або швидкість обертання вала двигуна (при цьому використовується датчик швидкості), або технологічний параметр (наприклад, тиск в трубопроводі, при цьому використовується відповідний датчик).

Основний принцип скалярного управління - зміна частоти і амплітуди напруги живлення за законом U/fⁿ= const, де n ? 1. Конкретний вид залежності визначається вимогами, що пред'являються до електроприводу навантаженням. Зазвичай за незалежний вплив приймається частота, а значення напруги при даній частоті визначає вид механічної характеристики, значення пускового і критичного моментів. Скалярний закон управління забезпечує сталість перевантажувальної здатності електроприводу незалежно від частоти напруги, проте має місце зниження моменту двигуна при низьких частотах (при f <0,1 f_ном). Максимальний діапазон регулювання швидкості обертання ротора при незмінному моменті опору для електроприводів зі скалярним керуванням досягає 1:10.

Метод скалярного керування відносно простий у реалізації, але володіє двома істотними недоліками. По-перше, за відсутності датчика швидкості на валу двигуна неможливо регулювати швидкість обертання вала, тому що вона залежить від навантаження. Наявність датчика швидкості вирішує цю проблему, однак залишається другий істотний недолік - не можна регулювати момент на валу двигуна. З одного боку, і цю проблему можна вирішити установкою датчика моменту, однак такі датчики мають дуже високу вартість, часто перевищує вартість всього електроприводу. Але навіть за наявності датчика управління моментом виходить дуже інерційним. Більш того, при скалярному керуванні не можна регулювати одночасно і момент і швидкість, тому доводиться вибирати ту величину, яка є найбільш важливою для даного технологічного процесу.

Для усунення недоліків, властивих скалярному управлінню, фірмою SIEMENS ще в 1971 році був запропонований метод векторного керування. Перші варіанти електроприводів з векторним керуванням вимагали використання двигунів з вбудованими датчиками потоку. Це істотно обмежувало застосування таких приводів.

У сучасних електроприводах в систему управління закладається математична модель двигуна, яка дозволяє розраховувати момент на валу і швидкість обертання вала. При цьому необхідними є тільки датчики струму фаз статора двигуна. Завдяки спеціальній структурі системи управління забезпечується незалежне і практично безінерційне регулювання двох основних параметрів - моменту на валу і швидкості обертання.

На сьогоднішній день сформувалося два основні класи систем векторного керування - бездатчикові системи (без датчика швидкості на валу двигуна) і системи зі зворотним зв'язком по швидкості. Застосування того чи іншого методу векторного керування визначається областю застосування електроприводу. При невеликих діапазонах зміни швидкості (не більше 1:100) і вимогах до точності її підтримки не більше ± 0,5% застосовують бездатчикове векторне управління. Якщо ж швидкість обертання вала змінюється в широких межах (до 1:10000 і більше), маються вимоги до високої точності підтримки швидкості обертання (до ± 0,02% при частотах обертання менше 1 Гц) або є необхідність позиціонування валу, а також при необхідності регулювання моменту на валу двигуна на дуже низьких частотах обертання, застосовують методи векторного керування із зворотним зв'язком по швидкості.

При використанні векторного керування досягаються наступні переваги:

-висока точність регулювання швидкості навіть при відсутності датчика швидкості;

-плавне, без ривків, обертання двигуна в області малих частот;

-можливість забезпечення номінального моменту на валу при нульовій швидкості (при наявності датчика швидкості);

-швидка реакція на зміну навантаження: при різких скачках навантаження практично не відбувається стрибків швидкості;

-забезпечення такого режиму роботи двигуна, при якому знижуються втрати на нагрів і намагнічування, а отже, підвищується ККД двигуна.

Поряд з очевидними перевагами, методу векторного керування властиві і деякі недоліки, такі, як велика обчислювальна складність і необхідність знання параметрів двигуна. Крім того, при векторному керуванні коливання швидкості на постійному навантаженні більше, ніж при скалярному керуванні. Слід зазначити, що існують області, в яких можливе використання тільки скалярного керування, наприклад в груповому електроприводі, де від одного перетворювача живлятся кілька двигунів.

В даній роботі необхідно спроектувати систему керування для стрічкового конвеєра. У вугільній промисловості стрічкові конвеєри є одним з найбільш поширених засобів транспортування вугілля. Вантажопотік з лави не є постійною величиною, внаслідок чого значну частину часу конвеєр працює з неповним завантаженням. Використання системи ПЧ-АД дозволяє поліпшити енергетичні показники приводу, що в свою чергу призводить до зменшення витрат на електроенергію. Для вирішення цього завдання доцільно регулювати швидкість руху стрічки залежно від вантажопотоку. Використання частотно-регульованого приводу стрічкових конвеєрів є одним з найважливіших шляхів розвитку цього виду транспорту.

При використання частотного перетворювача в приводі стрічкового конвеєра досягається наступний технічний ефект:

· високий КПД конвеєра з частотним перетворювачем;

· вирівнювання моментів приводних двигунів конвеєра з живленням від частотних перетворювачів;

· менше роздроблення породи в місцях пересипу;

· оберігання електричних двигунів приводів від можливих перевантажень і пошкоджень;

· економія електричної енергії;

· зменшення зносу обкладинок гальм конвеєра;

· підвищення ресурсу частин, які обертаються (ролики, барабани), а також зменшення зносу стрічки за рахунок зменшення кількості обертів;

· можливість плавного пуску приводу конвеєра.



2. Розрахунок параметрів ад за даними каталогу

2.1 Розрахунок номінальних даних двигуна

Для заданого АД розрахуємо параметри номінального режиму та параметри схеми заміщення. Паспортні дані двигуна 4A160M8Y3[3] наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. Паспортні дані двигуна 4A160M8Y3

Номінальна потужність
Номінальна лінійна напруга статора
Число пар полюсів
Момент інерції
Коефіцієнт корисної дії
Коефіцієнт потужності
Перевантажувальна здатність
Номінальне ковзання
Критичне ковзання
Номінальна частота напруги статора
Параметри Г-подібної схеми заміщення (відносні одиниці)
Індуктивний опір розсіювання статора
Активний опір статора
Приведений індуктивний опір розсіювання ротора
Приведений активний опір ротора
Індуктивний опір намагнічуючого контуру

Розрахуємо параметри номінального режиму двигуна.

Кутова швидкість вектора напруги статора



Швидкість ідеального x.x.

Номінальна швидкість двигуна

Номінальний момент двигуна

Критичний момент двигуна (по перевантажувальній здатності з каталогу)

Номінальна фазна напруга



Номінальний потік

2.2 Розрахунок параметрів Т-подібної схеми заміщення

Математична модель АД записана з використанням параметрів Т-подібної схеми заміщення(рисунок2.1), в той час як приведені в таблиці 2.1 параметри відповідають Г-подібній схемі заміщення(рисунок2.2). Для перерахунку параметрів з Г-подібної схеми в Т-подібну скористаємося методикою наведеною в [4].

Рисунок 2.1 - Т-подібна схема заміщення

Рисунок 2.2 - Г-подібна схема заміщення АД



Коефіцієнт перерахунку між Т-подібною та Г-подібною схемами заміщення

Параметри Т-подібної схеми заміщення у відносних одиницях

;

;

Параметри Т-подібної схеми заміщення в абсолютних одиницях запишуться



Індуктивність намагнічуючого контуру

Індуктивності статора і ротора

На основі проведених розрахунків обчислені значення параметрів динамічної моделі:

Результати розрахунків параметрів двигуна зведені до таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 Параметри двигуна 4A160M8Y3

	9,2		0,533
	4,004		0,236
	125,6		0,057
	99,643		0,059
	0,073		0,054



• 3. Розрахунок та проектування схеми електричної принципової силової частини
• 3.1 Розрахунок варистора та вхідного фільтру радіочастот

Вибір елементів вхідного фільтру здійснюється за спрощеною процедурою проектування. Дана процедура передбачає вибір ємності Х-конденсаторів у діапазоні від 0.01 мкФ до 2.2 мкФ в залежності від потужності, в результаті обрано X-конденсатори (С1…С3) типу B32914A3155, клас X1[5] з ємністю 1.5 мкФ та номінальною напругою 330 В.Y-конденсатори розраховано в залежності від допустимого струму витоку за наступною формулою:

Вибрано Y-конденсатори (С4…С6) типу B32023A3334, клас Y2[5] з ємністю 0.33 мкФ та номінальною напругою 300 В.

Вибрано 3 варистори (R1…R3) типу B72210S0621K101 [6], які вибрані з умови , що розраховані на напругу .

На рисунку 3.1 показано структуру трифазного вхідного фільтру.

Рисунок 3.1 - Структура трифазного вхідного фільтру



3.2 Розрахунок та вибір випрямляча

1. Номінальне значення випрямленого струму:

2. Розрахунок діючого значення випрямленого струму діода. При m=3(m - кількість фаз напруги живлення перетворювач):

3. Розрахунок прямого струмучерез діод з урахування запасу:

де коефіцієнт перевантаження (для привода конвеєра приймаємо 2),

коефіцієнт запасу по струму діода (1.2…1.3).

4. Максимальна зворотна напруга діода визначається:

де k - коефіцієнт, що визначає величну пульсацій напруги, які виникають при комутації силових ключів.

На основі проведеного розрахунку було обрано 6 діодів Д122-32-12 [6] з наступними параметрами представленими в табл. 3.1.



3.3 Розрахунок фільтра ланки постійного струму

1. Амплітуда першої гармоніки для 3-фазної схеми мостового інвертора:

2. Повна потужність:

3. Реактивна потужність:

4. Струм першої гармоніки пульсацій через індуктивність:

5. Оскільки індуктивний та ємнісний опори мають різні знаки, то гармонічний струм конденсаторного фільтра буде дорівнювати сумі вхідного струму інвертора та гармонічного струму дроселя і тоді ємність конденсаторів може бути розрахована наступним чином:



де - середній струм фази двигуна; - амплітудне значення напруги першої гармоніки пульсації через індуктивний опір обмоток двигуна.

6. Розподілимо дану ємність на 6 конденсаторів, як вказано на рис. 3.2.:

тоді ємність кожного конденсатора складе:

Для забезпечення необхідної ємності фільтра обрано 6 електролітичних конденсаторів типу B43456A9478M [7] з ємністю 4700 мкФ кожен на напругу 400 В та з максимальним струмом .

Для нормальної роботи фільтра необхідно паралельно до конденсаторів встановити резистори. Відповідно до рекомендацій потужність кожного резистора має складати , тоді сумарна потужність 6 резисторів складає

.

.

Відповідно до схеми підключення резисторів (рис. 3.2) можемо записати їх сумарний опір



,

.

Вибрано 6 резисторів типу CF-25 (С1-4)[8]з опором 300КOм, 0.25 Вт.

Отриманий фільтр представлений на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 - Фільтр в ланці постійного струму

3.4 Розрахунок зарядного кола для заряду конденсаторів фільтра

При ввімкненні перетворювача необхідно забезпечити заряд конденсаторів фільтра з обмеженим струмом. Для цього включимо в ланку постійного струму резистор з шунтуючим контактом (рис. 3.3б). Схема керування реле представлена на рисунку 3.3а.

Рисунок 3.3 - Зарядне коло конденсаторів фільтра



Опір резистора R7 необхідно розрахувати таким, щоб зарядний струм не перевищував допустимого для діодів випрямляча значення

У відповідності з рекомендаціями вибрано резистор R7 типу SQP-10 [9] з опором 18 Ом та потужністю 10 Вт, R8 типу CRCW0805200RJNEA [10] з опором 200 Ом та потужністю 0.125 Вт та R9 типу CRG0402J10K/10 з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт [11].

Вибрано реле типу HE2AN24 [12] з значенням напруги та струму, що комутується 24 В та 30 А постійного струму відповідно. Пусковий струм реле складає . Для забезпечення протікання струму при розриві кола котушки реле вибрано діод типу 1N753 [13] на напругу 6.2 В та потужність 0.4 Вт.

По напрузі , та по максимальному струмі колектора, що відповідає пусковому струму реле вибрано транзистор типу 2N2218 [14] з номінальною напругою , струмом колектора .

3.5 Розрахунок автономного інвертора напруги

Для вибору силових ключів інвертора розраховуємо І_фпік на виході інвертора напруги:



де коеф. перевантаження (для конвеєра - 1.4..2), коеф. запасу (1.2..1.3).

3.6 Розрахунок драйвера та опторозв'язки для ключів інвертора

Для визначення вихідної потужності драйверу скористаємося характеристикою заряду бази ключа .

Потужність необхідна для керування IGBT визначається, як функція частоти комутації і енергії, яка необхідна для розряду та заряду силового ключа

де - значення напруги керування для відкривання транзистора, - значення напруги, при якій транзистор закривається, - значення частоти комутації транзисторів інвертора, виходячи з заданої потужності приводу та необхідних характеристик вихідного струму перетворювача приймаємо .

Драйвер повинен забезпечувати достатній струм для заряду та розряду вхідних ємностей IGBT, тим самим забезпечувати включення та виключення силового ключа. Струм бази може бути розрахований як

.

.

Вибрано резистор типу ЧИП [16] з опором 6.8 Ом та потужністю 0.125 Вт.

Вибрано 3 драйвери типу IR2213 [17] з номінальним вихідним струмом та напругою відповідно та . Максимальна напруга між колектором та емітером IGBTключа може складати 1200 В.

Паралельно до виводів живлення підключається конденсатор типу NCA1206X7R104K16TRPF [18] з ємністю 0,1 мкФ на напругу 20 В.

Оскільки драйвер IR2213 не передбачає наявність вбудованих систем захисту, додатково спроектуємо струмовий захист на основі компаратора та струмового шунта.

Для запобігання виходу з ладу ключів інвертора приймаємо струм, при якому буде виданий сигнал на рівні 90% від максимального

.

Для того, щоб усунути гальванічний зв'язок між платою керування та силовими елементами схеми використано опторозв'язку типу HCPL-2631 [21].

3.7 Розрахунок давачів напруги та струму

Вихідний максимальний струм давача складає

.

Вихідний максимальний струм давача складає



4. Розрахунок та проектування схеми електричної принципової керуючого контролера

4.1 Вибір цифрового сигнального процесора

Цифрові сигнальні процесори (ЦСП) призначені для швидкодіючих систем, які працюють в режимі реального часу. Перетворювач частоти, що розробляється, можна віднести до систем вказаного класу. ЦСП поєднується в собі високу обчислювальну потужність та широкі периферійні можливості.

Вибрано ЦСП типу TMS320F28069 [22] з параметрами наведеними в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 - Основні параметри ЦСП типу TMS320F28069

Розрядність, біт	32
Тактова частота, МГц	90
Минімальна напруга живлення, В	2.97
Максимальна напруга живлення, В	3.63
RAM, КБайт	100
PWM, Каналів	16
UART (SCI)	2
SPI	2
I2C	1
CAN	1
Таймери	3 32-Bit
GPIO	54
Корпус	HTQFP

Вибранокварцовий осцилятор типу HC-49S[23]з частотою 10 МГц, 2 конденсаториC1 та C2 типу кд2 з ємністю кожен по 15 пФ [24], та резистор R1типу С2-29в 0.25 Вт 470 Ом[24].

Вибрано 2 конденсатори С3 та С6 типу ECAP[25]з ємністю 47 мкФ, 2 конденсатори С4 та С5 типу к50-35[26] з ємністю 0,22 мкФ стабілітрон типу 1N4733A[27] номінальною напругою 5.1 В та потужністю 1 Вт.

Для зберігання даних вибрано енергонезалежну flash-пам'ять типу AT25040 [31] з об'ємом пам'яті 4Кб, з швидкістю передачі даних 10 мс та інтерфейсом SPI.

Вибрано регулятор напруги типу TPS75333[28] з напругою стабілізації 3.3 В та виходом , що примусово вимикає ЦСП коли напруга стає меншою за 95% від номінального значення.

Вибрано годинник реального часу типу DS1305 [29] з напругою живлення 3.3 В та інтерфейсом SPI. Для формування тактової частоти вибрано кварцовий осцилятор типу ABS07 [30] з частотою 32.768КГц.

4.2 Вибір фотоімпульсного давача кутової швидкості

Для реалізації зворотного зв'язку за кутовою швидкістю вибрано енкодер типуE40S6-2500-6-L-5[32] з параметрами наведеними в табл. 4.2.

Таблиця 4.2 - Основні параметри енкодератипу E40S6-2500-6-L-5

Напруга живлення,	5-24
Роздільна здатність, імп/об	2500
Вихідні послідовності	A, B, Z
Тип виходів	відкритий колектор
Максимальний вихідний струм , мА	50мА

Для приймання сигналів від давача вибрано 3 оптопари типу 6N137[33], параметри яких наведено в табл. 4.3.

Таблиця 4.3 - Основні параметри опторозв'язки типу 6N-137

Швидкість,	10
Вхідний струм	30
Вхідна зворотна напруга	5
Вихідний струм	50
Вихідна напруга	7

Для обмеження струму на виходах енкодера та на входах опторозв'язок знайдемо необхідний опір резисторів

.

Вибрано 3 резистори типу C2-29[34] з опором 100 Ом та потужністю кожен 0.25 Вт.

4.3 Підключення до ЦСП сигналів від давачів струму

Вибрано резистор R11 типу CF-25[35] з опором 150 Ом та потужністю 0.125 Вт.

Падіння напруги на резисторі R31 складає

.

Максимальна напруга АЦП складає та є уніполярною, тому на виході першого операційного підсилювача (ОП) отримано інвертовану біполярну напруга з максимальною амплітудою

.

.



Вибрано резистор R12 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R33 розраховано відповідно до коефіцієнту підсилення

.

Вибрано резистор R13 типу MF-25[36] з опором 4.7 кОм та потужністю 0.25 Вт.

На виході другого ОП сформовано уніполярну напругу шляхом додаванням постійної напруги . Коефіцієнт підсилення другого ОП прийнято , тому . Вибрано 3 резистори типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Вибрано операційний підсилювач типу TL084 [37] з параметрами наведеними в табл. 4.4.

Таблиця 4.4 - Основні параметри операційного підсилювача типу TL084

Напруга живлення ,	+18
Напруга живлення ,	-18
Вхідна напруга
Кількість підсилювачів, шт.	4

Коефіцієнт підсилення ОП складає

.

Вибрано резистор R26 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R27 розраховано відповідно до коефіцієнту підсилення

.

Вибрано резистор R27 типу CF-25[35] з опором 5.1 кОм та потужністю 0.125 Вт.

4.4 Підключення до ЦСП сигналу від давача напруги

Вхідне коло давача підключено в зворотній полярності до напруги , тому на виході ОП буде додатна напруга.

Відповідно до рекомендацій виробника вибрано резистор R24 типуCF-25[35] з опором 150 Ом та потужністю 0.125 Вт.

Падіння напруги на резисторі R23 складає

.

Коефіцієнт підсилення ОП складає

.

Вибрано резистор R23 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R25 розраховано відповідно до коефіцієнту підсилення

.

Вибрано резистор R25 типу CF-25[35]з опором 9.1 кОм та потужністю 0.25 Вт.

Вибрано операційний підсилювач типу TL084.



4.5 Організація аналогових входів 0..10 В та 4..20 мА

Коефіцієнт підсилення першого ОП складає

.

Коефіцієнт підсилення другого ОП прийнято .

Вибрано 3 резистори R28, R30, R31 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R29 розраховано відповідно до коефіцієнту підсилення

.

Вибрано резистор R29 типу CF-25[35] з опором 3.3 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R32розраховано з умови, щоб струму 20 мА відповідала напруга 10 В:

.

Вибрано резистор R32 типу CF-25[35] з опором 510 Ом та потужністю 0.125 Вт.

Аналогічно, як і для входу 0..10 В вибрано наступні резистори.

Вибрано 3 резистори R33, R35, R36 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та резистор R34 типу CF-25[35] з опором 3.3 кОм потужністю кожен по 0.125 Вт.

Коефіцієнт підсилення ОП складає



.

Вибрано резистор R39 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R40 розраховано відповідно до коефіцієнту підсилення

.

Вибрано резистор R40 типу CF-25[35] з опором 6.8 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Вибрано операційний підсилювач типу TL084[37].

4.6 Організація аналогового виходу 4..20 мА

Для формування аналогового сигналу вибрано цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) типу MAX550А [38] з параметрами наведеними в табл. 4.5.

Таблиця 4.5 - Основні параметриЦАПтипуMAX550А

Розрядів, біт	8
Інтерфейс	SPI/QSPI
Напруга живлення	+2.5..+5.5 В
Вихідна напруга	0..
Максимальний струм	50

На виході ЦАП використана схема (рис. 4.9), що перетворює сигнал напруги 0..3.3 В у 0..10 В. Коефіцієнт підсилення ОП складає



.

Вибрано резистор R37 типу CF-25[35] з опором 10 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Опір резистора R38 розраховано відповідно до коефіцієнту підсилення

.

Вибрано резистор R38 типу CF-25[35]з опором 3.3 кОм та потужністю 0.125 Вт.

Вибрано операційний підсилювачтипу TL084[39].

4.7 Організація дискретних входів

Для реалізації 6 дискретних входів вибрано 6 опторозв'язок типу PC817[40] на 2 канали з параметрами наведеними в табл. 4.6.

Таблиця 4.6 - Основні параметри опторозв'язки типу PC817

Час переключення	4
Час переключення	3
Вхідний максимальний струм
Вихідний струм	50
Вихідна напруга	-6..35

Для обмеження вхідного струму опторозв'язок розраховано опір резистора



.

Потужність резистора

.

Вибрано 6 резисторів типу CF-50[41] з опором 1.2 кОм та потужністю кожен 0.5 Вт.

4.8 Організація дискретних виходів

Для реалізації 3 дискретних виходів вибрано реле типу V23092-A1005-A301[42] з значенням напруги та струму, що комутується 5 В та 6 А постійного струму відповідно. Пусковий струм реле складає . Для забезпечення протікання струму при розриві кола котушки реле вибрано 3 діоди типу 1N4007[43].

По напрузі , та по максимальному струму колектора, що відповідає пусковому струму реле вибрано 3 транзистори типу 2N2222[44] з номінальною напругою та струмом колектора .

4.9 Розрахунок схеми підсилення сигналів ШІМ та сигналу скидання помилки драйвера

Вихідні сигнали ЦСП є малопотужними та лежать в діапазоні 0..3.3 В з максимальним струмом 2 мА. Для підсилення сигналів вибрано мікросхему типу 74HCT541[45] з параметрами наведеними в табл. 4.7.



Таблиця 4.7 - Основні параметри мікросхеми типу 74HCT541

Напруга живлення	4.5...5.5
Вхідна або вихідна напруга	0..
Вихідний максимальний струм	20
Час переключення	400
Кількість каналів, шт.	8

4.10 Організація інтерфейсів RS-485 та CAN

Для підсилення сигналів з виводів ЦСП SCITXD та CANTX вибрано мікросхему типу 74HCT541[45].

Щоб усунути гальванічний зв'язок між виводами ЦСП SCITXD, SCIRXD, CANTX, CANRX та IOPC0 (напрямок передачі даних для інтерфейсу RS-485) вибрано 5 опторозв'язок типу 6N137.

Вибрано приймач-передавач інтерфейсу RS-485 типу MAX13486E[46]з параметрами наведеними в табл. 4.8.

Таблиця 4.8 - Основні параметри мікросхеми типу MAX13486E

Напруга живлення	4.75...5.25
Напруга шини	-7...+12
Максимальна швидкість передачі даних	16
Кількість приймач-передавачів на шині, шт.	128

Вибрано контролер інтерфейсу CAN типу PCA82C250[47] з параметрами наведеними в табл. 4.9.

Таблиця 4.9 - Основні параметри мікросхеми типу PCA82C250

Напруга живлення	4.5...5.5
Напруга шини	-8...+18
Диференціал напруги шини	1.5...3
Максимальна швидкість передачі даних	1
Кількість вузлів, що можна підключити, шт.	110

4.11 Формування опорної напруги +3.3 В для АЦП та ЦАП

електропривод процесор сигнал струм

Вибрано регулятори напруги LM7805[48] з параметрами наведеними в табл. 4.10, що з напруги +15 В формує напругу +5 В та LM3940[49] з параметрами наведеними в табл. 4.11, що з напруги +5 В формує напругу +3.3 В.

Таблиця 4.10 - Основні параметри регулятора напруги LM7805

Максимальна вхідна напруга, В	35
Вихідна напруга	5
Вихідний струм, А	1

Таблиця 4.11 - Основні параметри регулятора напруги LM3940

Максимальна вхідна напруга, В	7.5
Вихідна напруга	3.3
Вихідний струм, А	1



Висновки

Виконання даного курсового проекту передбачало розробку комплектного електропривода на основі асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором. Деякі розрахунки проводились за спрощеним алгоритмом, що може нам дати тільки якісну оцінку проведеній роботі та доцільність розробки даної системи електроприводу для конвеєра.

Оскільки для сучасних конвеєрів визначальною вимогою до електроприводів є точність позиціонування, забезпечення номінального моменту при нульовій швидкості то спроектований перетворювач частоти повністю задовольняє дані умови. Його використання дозволяє реалізувати алгоритми векторного та скалярного керування. Для реалізації даних алгоритмів керування перетворювач частоти має внутрішні зворотні зв'язки за фазними струмами статора, а також за напругою ланки постійного струму. Зворотній зв'язок за швидкістю обертання ротора двигуна забезпечується шляхом використання фотоімпульсного давача швидкості.

В технічному завданні передбачені також наступні вимоги, які були реалізовані в даній роботі а саме: два аналогових входи 0…10 В та 4…20 мА, 3 дискретних виходи видачі сигналів про стан роботи зовнішнім пристроям, аналогових вихід 0…10 В, 6 дискретних входів для зовнішній сигналів завдання, інтерфейси CANтаRS-485.

Проектування схем електричних принципових, керуючого контролера, блока живлення та схеми з'єднань дозволяє чітко розуміти призначення кожного з елементів системи, та їхні взаємозв'яки, що на мою думку є важливим досвідом для проектування подібних систем в майбутньому. Вибір та пошук необхідної інформації, користування мережею Internetта іншими прикладними програмами - все необхідні навички при подальшому розвитку інженера-проектувальника.



Список використаної літератури

1. Danfoss Drives A/S. Преобразователи частоты - просто о сложном, М. - 2006, 165 ст.

2. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для вузов / Г.Г. Соколовский. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272 с.

3. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А90 А. Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В. И. Афонин, Е.А. Соболенская.- М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.

4. Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи для студентів заочної форми навчання напряму підготовки 6.050702 - "Електромеханіка" спеціальності "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод" / Уклад: С. М. Пересада, С. М. Ковбаса. -К.: НТУУ “КПІ”, 2011 р. - 96 с.

Размещено на Allbest.ru

...