Система управления двигателем переменного тока

Обоснование, выбор и описание функциональной и структурной схемы электропривода. Разработка и характеристика принципиальной электросхемы и конструкции блока, определенного техническим заданием. Расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

1. Анализ технических решений

1.1 Технические требования к электроприводу

1.2 Обоснование и выбор типа приводного двигателя

1.3 Обоснование, выбор и описание функциональной и структурной схем электропривода

2. Расчетная часть

2.1 Разработка и описание принципиальной электросхемы и конструкции блока, определенного техническим заданием

2.2 Расчет и выбор элементов электропривода

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Современные высокие требования к производительности различных механизмов и качеству изготовляемых изделий могут быть обеспечены только на основе автоматизации промышленных электроприводов. Успех автоматизации зависит в значительной мере от технических средств ее реализации, т.е. от индивидуальных свойств всех отдельных устройств или элементов, совокупность которых образует промышленную электромеханическую систему - автоматизированный электропривод. Элементная база, практически обеспечивающая автоматизацию и реализующая требуемые свойства системы электропривода, подлежит разработке в ходе выполнения данного курсового проекта.

Целью данного проекта является приобретение навыков математического описания взаимосвязи входных и выходных величин элементов автоматизированного электропривода, составления структурных и функциональных схем, определения параметров расчетных схем, анализа свойств элементов как звеньев динамической системы, а так же анализа возможных технических решений задачи автоматизации электропривода.

Анализ задания на курсовой проект показал, что реализация всех технических требований возможна при организации частотного управления электроприводом. Основу данного привода составляет преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока и двигатель переменного тока. При этом реверс привода обеспечивается возможностью реверса тока в схеме привода, обеспечиваемой управляемым выпрямителем. Рекуперативное торможение осуществляется путем плавного изменения частоты питающего приводной двигатель напряжения. При этом происходит постепенное переключение двигателя с одной механической характеристики на другую. Привод работает в тормозном режиме с отдачей энергии в сеть, пока его рабочая точка перемещается по участкам механических характеристик, расположенных во втором квадранте. Изменяя плавно и автоматически частоту, можно получить тормозной режим привода с малоизменяющимся моментом торможения.

К несомненным преимуществам частотного управления приводом относится тот факт, что при плавном регулировании частоты тока в статоре машины, можно получить плавное изменение скорости привода в широких пределах. При этом необходимо отметить, что потери от токов высших гармоник при частотном регулировании привода переменного тока оказываются значительно ниже, чем в современных регулируемых приводах постоянного тока, или в приводах переменного тока, регулируемых каким-либо иным способом. Этот факт дает высокую оценку частотно-регулируемым приводам переменного тока в плане энергетики. Однако у такой системы есть и недостатки, наиболее существенным из которых является проявление статизма высокого порядка в силовой части при разомкнутой архитектуре системы управления. Кроме того, при снижении скорости может возникнуть область статической неустойчивости, что неминуемо приведет к разрыву системы по силовому каналу. Учет данных недостатков при проектировании систем данного типа обуславливает сложность ее построения, однако, возможность рационального и эффективного использования электроэнергии при эксплуатации частотно-регулируемых приводов вносит экономическую целесообразность их внедрения при выполнении сложных, требующих точного регулирования производственных задач. Область применения данного типа приводов, в силу их универсальности, довольно широка. Организация эффективного регулирования возможна как при постоянном моменте нагрузки, так и в тех случаях, когда момент нагрузки является функцией скорости привода (крановая, вентеляторная, вязкая и т. д.). В любом случае частотное регулирование привода требует применения так называемых законов оптимального управления.

1. Анализ технических решений

1.1 Технические требования к электроприводу

В соответствии с техническим заданием, определим требования, предъявляемые к проектируемому электроприводу:

1 Тип двигателя - асинхронный двигатель.

2 Мощность двигателя - 0,1 кВт.

3 Диапазон регулирования при статизме 10% D=100

4 Пуск - управляемый.

5 Торможение - без торможения.

6 Реверс - отсутствует.

7 Наличие генераторного режима на регулировочных х-ках - отсутствует.

8 Наличие регуляторов - по необходимости.

9 Нагрузочная характеристика - М~щ² .

10 Приведенный момент инерции Ј_мех/Ј_р=4

11 Тип защит электропривода - перегрузка по току, от перенапряжения, тепловая, от токов нулевой последовательности

12 Виды блокировок - обрыв фазы.

13 Степень защиты от окружающей среды -IP-23.

14 Тип блока в преобразователе - силовой блок

15 Тип датчика в электроприводе - датчик давления в нагревательных установках

1.2 Обоснование и выбор типа приводного двигателя

В соответствии с техническим заданием, привод должен строиться на основе двигателя переменного тока. Задана так же и мощность двигателя - 0,1 кВт и скорость - 750 об/м. Необходимо учесть, что скорость привода должна регулироваться частотным преобразователем. В соответствии с заданием наилучшем выбором будет привод немецкой фирмы Siemens, так как отечественные аналоги с подобными параметрами отсутствуют. Выбираем привод следующей марки: - 1LA7073-8AB.

Характеристики выбранного двигателя:

Р_ном = 0,12 кВт ; U_ном = 220/380 В ; n₀ = 750 об/мин ; Ю_ном = 0,53 ; cosц_ном =0,64 ; S_ном = 0,05 ; S_к =0,27 ; м_к = 2,2 ; м_п =1,7 ; I_п/I_ном =2,2 ; J = 0,0009 кг*м²

Степень защиты - IP-55

Способ охлаждения - ICA0041 (ГОСТ 20459-75).

Исполнение по способу монтажа - IM1001 (ГОСТ 2479-79).

Необходимо проверить соответствие техническому заданию обеспечиваемую выбранным двигателем полосу пропускания.

При рассмотрении динамики привода переменного тока рассматриваются только механические процессы, без учета электромагнитных явлений. Анализируя механические процессы, тоже приходится идти на существенные упрощения, линеаризуя механическую характеристику на рабочем участке. В этом случае передаточная функция асинхронного двигателя может быть представлена апериодическим звеном первого порядка:

W_д(р) = К_д/ (1+ Т_мр) (1.1)

где: Т_эм = J_Ущ₀S_k / 2M_k - электромеханическая постоянная времени,

М_к, S_к - соответственно критические момент и скольжение,

щ₀ = 2рf_с =рn₀/30 - синхронная скорость двигателя,

J_У = J_{двигателя} + J_{механизма} - суммарный момент инерции привода.

К_д = Дf/Дщ - передаточный коэффициент двигателя при частотном регулировании.

При этом, предельная полоса пропускания, обеспечиваемая выбранным двигателем, может быть определена из соотношения:

 (1.2)

где: ?пр д, ?0 - соответственно предельная и нулевая частота полосы пропускания;

К - модуль АЧХ двигателя переменного тока.

Определим теперь модуль АЧХ:

(1.3)

В соответствии с (1.3) получаем:

При этом, очевидно, что .

В соответствии с (1.2) получаем:

(1.4)

После упрощений получаем выражение, по которому возможно определить значение предельной частоты полосы пропускания двигателя:

И окончательно, применяя методы решения биквадратных уравнений, получаем выражение для определения предельной частоты полосы пропускания двигателя:

 (1.5)

В выражении (1.5) учтено то, что частота - величина физическая и не может являться величиной отрицательной.

Для определения соответствия выбранного двигателя техническим требованиям решим (1.5) численно для параметров двигателя 4АХ80В4 - 04

Т_эм = J_Ущ₀S_k / 2M_k =

=

Т_эм =0,029;

(1.6)

где: , - синхронная частота вращения ротора двигателя,

, (Гц)- частота питающей сети,

- число пар полюсов.

Из формы записи (1.6) видно, что синхронная частота вращения двигателя зависит от частоты питающей сети по линейному закону, следовательно, возможен переход от малых прира...