Проектирование электропривода конвейера

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование электропривода конвеера. Техническая реализация проекта должна отвечать современным требованиям по энергосбережению, быть надёжной и дешевой. В то же время необходимо использовать достижения научно-технического прогресса, современные материалы и технологии. Однако все технические решения должны быть обоснованны.

1. Количественная оценка вектора состояния или тахограмма требуемого процесса двигателя

, (1.1)

. (1.2)

Принимаем: i=50,

, (1.4)

, (1.5)

. (1.6)

Расчёт тахограммы:

a=1

Расчёт времени разгона:

где -рабочая скорость, (1.7)

2. Анализ системы (электропривод-сеть и электропривод-оператор).

Электропривод подключается к трёхфазной сети переменного тока, напряжением 380 В, частотой 50 Гц через трансформатор. Двигатель питается через вентильный преобразователь, собранный на мостовой схеме. Влияние на работу привода могут оказывать колебания напряжения и частоты питающей сети. В свою очередь привод также оказывает влияние на сеть, потребляя из сети реактивную мощность и засоряя её высшими гармониками.

Анализ `'электропривод-оператор'': необходимо получить автоматическую систему для обеспечения требований по охране труда, соблюдения качества технологического процесса, выполнения производительности рабочей машины средствами автоматизированного электропривода.

2. Выбор способа регулирования координат электропривода

При использовании ДПТ пониженную скорость можно получить уменьшением напряжения питания якоря. В случае необходимости перехода на скорость ниже номинальной необходимо использовать двузонное регулирование. Для обеспечения регулирования скорости при использовании асинхронного двигателя с К.З. ротором, можно применить схемы частотного регулирования.

Оценка и сравнение выбранных вариантов:

Для окончательного выбора типа приводного двигателя необходимо сравнить технические, экономические и энергетические характеристики рассмотренных вариантов. Для этого построим оценочную диаграмму. Выделим наиболее важные показатели привода:

-стоимость(A),-оценим в 5 баллов, т.к. нужно экономить финансовые ресурсы;

-массогабаритные показатели(B),-оценим в 4 балла, т.к. желательно чтобы привод занимал мало места;

-эксплутационные расходы(C),-оценим в 4 балла, т.к. желательно, чтобы на техническое обслуживание уходило как можно меньше средств;

-энергетические показатели(D),-оценим в 5 баллов, т.к. нужно экономить электроэнергию;

-возможность обеспечения требуемого диапазона регулирования(E),- оценим в 5 баллов, т.к. система должна быть хорошо управляемой;

-критичность к снижению напряжения(F),-оценим в 4 балла, т.к. желательно чтобы система была достаточно устойчива к колебаниям питающего напряжения;

-надёжность и простота регулирования(G),-оценим в 3 балла, т.к. эти показатели не очень существенны для конвеера.

Для каждой характеристики задаёмся показателем качества qi и весовым коэффициентом xi. Выбор наилучшего варианта проводится путём определения суммы:

.

Наилучшим вариантом считается тот, у которого эта сумма наибольшая. Определим S для каждого из вариантов:

S1-система УВ-ДПТ,

S2-система ПЧ-АД,

S3-АД с фазным ротором,

S4-система ТРН-АД.

S1=4·5+5·4+5·4+3·5+3·5+2·4+4·3=110,

S2=2·5+4·4+3·4+4·5+5·5+4·4+3·3=108,

S3=5·5+5·4+4·4+3·5+1·5+3·4+4·3=105,

S4=4·5+4·4+4·4+3·5+3·5+2·4+4·3=102.

Из диаграммы следует, что предпочтительным для данной разработки является привод постоянного тока (УВ-ДПТ).

3. Расчёт параметров и выбор преобразователя

 (4.7)

.

Выбираем преобразователь ТЕ4-63-/440Н-2-2УХЛ4 со следующими параметрами: Iн=63А, Imax=141,75A, Uвх=380В.

Преобразователь имеет шестипульсную мостовую реверсивную схему. Преобразователь в своём составе содержит трансформатор ТТЕ-63/340-УХЛ4. Его основные параметры:

P=21кВт, Uс=380B, Pкз=120Вт, Рхх=45Вт, Uкз=5%, Iнтр=61А, U2=340B.

Находим активное сопротивление трансформатора:

. (4.8)

, (4.9)

где Uк.з.- напряжение короткого замыкания трансформатора. Индуктивное сопротивление трансформатора:

. (4.10)

. (4.11)

. (4.12)

Максимальное выпрямленное напряжение:

. (4.13)

Рассчитывается индуктивность необходимая для обеспечения пульсаций 5%:

, (4.14)

где , (4.15)

a=0.24- для мостовой схемы,

IДН - номинальный ток двигателя,

.

Отсюда индуктивность сглаживающего дросселя:

, (4.16)

где - индуктивность якоря. (4.17)

Выбираем дроссель cо следующими параметрами:Iн=60А, Lдр=18мГн.

Активное сопротивление дросселя:

. (4.18)

Суммарное сопротивление цепи якоря:

(4.19)

4. Расчёт статических механических характеристик и электромеханических характеристик двигателя и привода

, (5.1)

, (5.2)

где (kФн)- конструктивный коэффициент двигателя.

,

где RЯ - сопротивление обмоток по якорю.

.

Расчёт ведётся по двум точкам в силу линейности характеристик. Результаты расчёта сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Рассчёт статических МХ и ЭМХ двигателя.

. (5.3)

5. Расчёт переходных процессов в электроприводе за цикл работы

, (6.1)

Tn=0.01. Tn<TЯ, следовательно в качестве малой некомпенсируемой постоянной времени примем Tn=Tм. Кроме того известно, что обратная связь по ЭДС несущественно влияет на динамику системы, но существенно усложняет структуру регуляторов. Поэтому при выводе регуляторов её учитывать не будем.

Рассчитаем параметры системы.

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:

(6.2)

Коэффициент обратной связи по току:

(6.3)

Передаточная функция модульного оптимума:

(6.4)

Передаточная функция разомкнутого контура тока:

. (6.5)

Передаточная функция регулятора тока равна:

Настроим контур скорости на симметричный оптимум. Структурная схема контура скорости имеет вид:

, (6.7)

так как высшие порядки не оказывают значительное на переходные характеристики, используем упрощённую передаточную функцию контура тока:

. (6.8)

Тогда передаточная функция разомкнутого контура скорости имеет вид:

, (6.9)

где Tмc=2Tм - некомпенсируемая постоянная времени контура скорости, - коэффициент обратной связи по скорости. Передаточная функция симметричного оптимума имеет вид:

. (6.10)

Передаточная функция регулятора скорости имеет вид:

, (6.12)

(6.13).

Математическая модель системы, графики переходных процессов находятся в приложениях А-Д.

6. Проверка правильности расчёта мощности и окончательный выбор электропривода

По результатам расчёта переходных процессов за цикл работы можно рассчитать эквивалентный ток и, следовательно, проверить правильность выбора электродвигателя. Эквивалентный ток рассчитывается по следующей формуле:

. (7.1)

Пересчитываем полученный ток к стандартному времени включения выбранного двигателя.

. (7.2)

Проверяем правильность выбора двигателя по коэффициенту загрузки:

. (7.3)

Двигатель загружен на 83.5%, что свидетельствует о правильности его выбора.

7. Разработка схемы силовых цепей, цепей управления и защиты

Электропривод подключается к промышленной сети переменного тока через автоматический выключатель. Автоматический выключатель обеспечивает защиту от перегрузок и токов короткого замыкания. Далее напряжение подаётся через преобразователь, к которому подключается двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. В обмотку возбуждения включается реле минимального тока, которое при отключении обмотки возбуждения отключит двигатель. Формирование задающего воздействия осуществляется с устройства управления. Двигатель включается кнопками “Пуск” и “Стоп”, которые соответственно включают и отключают катушку контактора.

8. Выбор автоматического выключателя. Условия выбора

-UHOM>=UCETИ=380B,

-IHOM>=IdH=40A, (8.1)

-IУСТ.МАКС.РАСЦ.>3IdH=120A.

Выбирается автоматический выключатель типа: АЕ2020

U_HOM=380В, IH.АВТ.=63А, IМАКС.ОТК.>1кА.

Выбор магнитного пускателя. Условия выбора:

-UH.КАТ.>UCETИ=220B,

-IH.КОНТ.>=IHd=40A, (8.2)

-UH.КОНТ.>=UCETИ=380B.

UHOM=380В, IH=63А, PК=86 B·А.

Выбор выключателей. Условия выбора:

-UHOM>=UCETИ=220B, (8.3)

-IHOM>=I=РК/220=0.4A

Кнопка “Пуск”-КЕ1814 У2; кнопка “Стоп”-КЕ1815 У2, со следующими параметрами: UHOM=380В, IH=2.5А.