Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Асинхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую .

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным недостатком «беличьей клетки». Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие электрического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание. При специальной конструкции ротора, когда вращается в воздушном зазоре только полый цилиндр из алюминия, можно достичь малой инерционности двигателя.

В данном курсовом проекте используется система преобразователь частоты - асинхронный двигатель. Особенностью в этих переходных процессах является влияние на этот процесс, задержанной отрицательной обратной связью. В приводе ПЧ-АД задерживается обратная связь с отсечкой. Такая связь действует только тогда, когда контролируемый параметр превысит заданное значение. Если параметр имеет значение меньше заданного, то обратная связь не действует.

В данном курсовом проекте рассматривается электропривод волочильного стана чистового барабана.

1. Расчетная часть

1.1 Определение приведенных значений статического момента и момента инерции исполнительного механизма

Определим значение момента исполнительного механизма при скорости :

, (1.1)

где Fс - усилие волочения, Н;

DБ - диаметр барабана, м.

(Н·м).

Определим значение статического момента исполнительного механизма, приведенное к валу двигателя:

, (1.2)

где iр - передаточное число редуктора;

зм - КПД механизма, %.

(Н·м).

Определим значение момента инерции исполнительного механизма, приведенное к валу двигателя:

, (1.3)

где Jим - момента инерции механизма, кг·м2.

(кг·м2).

1.2 Предварительное определение мощности двигателя и выбор его по каталогу

Определим максимальную и минимальную угловые скорости исполнительного механизма:

, (2.1)

где нmax - максимальная скорость волочения, м/с.

(с-1).

, (2.2)

где нmin - минимальная скорость волочения, м/с.

(с-1).

Определим максимальную и минимальную угловые скорости двигателя:

, (2.3)

(с-1),

, (2.4)

(с-1).

Из рисунка 1 видно, что характер нагрузки допускает двухзонное регулирование скорости.

Рисунок 1 - Зависимость приведенного статического момента от угловой скорости двигателя: 1 - минимальная скорость щ = щд min; 2 - средняя скорость ; 3 - максимальная скорость щ = щд max

Граничную скорость между первой и второй зонами регулирования принимаем за номинальную расчетную скорость двигателя.

Режим работы двигателя - длительный. Исходя из этого, расчетную мощность определяем по формуле:

, (2.5)

(кВт).

Выбираем двигатель 4А220М4У3 мощностью Рд=55кВт [1].

Проверка двигателя

Характеристики выбранного двигателя:

Номинальная мощность - 55кВт.

Частота вращения - 1500 об/мин.

Номинальный КПД: .

Номинальный cos: .

Фазное напряжение питающей сети: .

Линейное напряжение питающей сети: .

Синхронная частота вращения: .

Номинальное скольжение .

Параметры схемы замещения:

,,,,

Номинальный ток статора:

.

Номинальная скорость вращения двигателя:

.

Тепловая проверка двигателя:

так как Мс=161,а Мн=350 двигатель проходит проверку.

асинхронный двигатель электропривод вращение

1.3 Расчет и выбор элементов силовой цепи электропривода

Преобразователь частоты:

Преобразователь частоты ES021-04-1100F.

Параметры преобразователя:

Мощность двигателя - ,

Номинальный ток - ,

Номинальное напряжение - ,

Номинальная частота - ,

Диапазон - .

Автоматический выключатель:

Расцепитель автоматического выключателя рассчитывается на номинальный ток преобразователя, который примерно равен номинальному току двигателя. Так как пуск происходит при пониженном напряжении и частоте, нет необходимости учитывать пусковой ток двигателя. [12]

Выключатель: АЕ 2063

Номинальный ток расцепителя .

1.4 Расчет и построение естественной механической характеристики электродвигателя

Предварительно необходимо рассчитать сопротивление первичной обмотки и сопротивление вторичной обмотки, приведённое к числу витков вторичной.



Диапазон значений скольжения: .

Уравнение механической характеристики двигателя:

Скорость электродвигателя в функции скольжения:

График естественной механической характеристики:



1.5 Расчёт механических характеристик двигателя при максимальном, среднем , минимальном значениях скорости исполнительного механизма

Минимальный статический момент:

.

Максимальный статический момент:

.

Средний статический момент:

- относительная частота тока статора

- относительное фазное напряжения на статоре АД

- угловая скорость вращения ротора

- абсолютное скольжение

В приведённых таблицах значения моментов в зависимости от скорости указаны :

1 столбец (минимальная частота)- каждая вторая точка (то есть для 0 рад/с , 2 рад/с ,4 рад/с ...),

2 столбец (номинальная частота)- каждая десятая точка (для 0 рад/с ,10 рад/с , 20 рад/с ...),

3 столбец (максимальная частота)- каждая десятая точка .



1.6 Оценка влияния изменения напряжения и частоты питающей сети (±15%) на полученные механические характеристики и работу механизма

Механические характеристики при изменении напряжения питающей сети на -15%



Уменьшение напряжения питающей сети на 15% приводит к уменьшению максимального момента .

Механические характеристики при изменении напряжения питающей сети на +15%



Увеличение напряжения питающей сети на 15% приводит к увеличению максимального момента .

1.7 Оценка необходимости применения обратной связи для стабилизации угловой скорости вала электродвигателя

При изменения момента на валу двигателя от 0 до номинального значения, изменение угловой скорости не должно превышать 15 %.

Определим относительное падение угловой скорости по формуле:

.

Изменение угловой скорости не превышеат 15 %.

1.8 Расчет и построение кривых изменения угловой скорости, момента и тока при пуске и остановке электродвигателя. Определение длительности переходных процессов

А). Разгон двигателя.

Так как двигатель питается от преобразователя частоты, то есть возможность создать линейный закон изменения выходной величины:

,

где - допустимое угловое ускорение двигателя.

Чтобы рассчитать его необходимо проделать следующие вычисления:

Пусковой момент:

.

Таким образом, допустимое угловое ускорение:

.

Очевидно, что выполняется условие .

Разгон двигателя можно разделить на 3 периода:

1. Момент увеличивается до Mc1. Скорость равна 0.

Длительность периода - время запаздывания:

Момент двигателя:

.

Скорость двигателя: Начальные и конечные значения момента и скорости: , , , ,

2. Второй период - момент экспоненциально увеличивается до , скорость увеличивается линейно.

Длительность периода - время , где - время, за которое входной сигнал увеличивается до .

.

Момент двигателя:

.

Скорость:

.

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

3. Третий период - разгон по искусственной характеристики до установившихся значений скорости и момента. Длительность периода - . Момент двигателя:

.

Скорость двигателя:

.

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

Полное время разгона:

Б) Рекуперативное торможение.

При переводе двигателя в режим рекуперативного торможения изменится допустимое угловое ускорение:

Торможение делится на 2 периода:

1. Момент экспоненциально увеличивается до , скорость уменьшается линейно.

Длительность периода:

.

По полученным значениям построим график изменения момента и скорости при разгоне.



График изменения момента и скорости при пуске

Момент двигателя:

.

Скорость двигателя:

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

2. Момент и скорость уменьшаются до 0 на характеристики динамического торможения.

Длительность периода - .

Момент двигателя:

.

Скорость двигателя:

.

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

Полное время торможения:

На основании расчётов построим график изменения скорости и момента при торможении.

График изменения момента и скорости при рекуперативном торможении

Пусковой момент:

.

Таким образом, допустимое угловое ускорение:

.

Условие выполняется.

Так как действует условие , то синхронная скорость в этом случае будет равна:

Время первого этапа равно:

Разгон двигателя можно разделить на 2 периода:

1. Первый период - момент экспоненциально увеличивается до , скорость увеличивается линейно.

Время первого этапа равно:

Момент двигателя:

Скорость:

.

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

2. Второй период - разгон по искусственной характеристики до установившихся значений скорости выше синхронной и момента. Длительность периода - .

Момент двигателя:

.

Скорость двигателя:

.

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

Полное время разгона:

По полученным значениям построим график изменения момента и скорости при разгоне.



График изменения момента и скорости при пуске (режим спуска груза)

Б) Рекуперативное торможение.

При переводе двигателя в режим рекуперативного торможения изменится допустимое угловое ускорение:

.

Выполняется условие .

Торможение делится на 2 периода:

1. Момент экспоненциально увеличивается до , скорость уменьшается линейно.

Длительность периода:

.

Момент двигателя:

.

Скорость двигателя:

Начальные и конечные значения скорости и момента: , ,, .

2. Момент и скорость уменьшаются до 0 на характеристики динамического торможения.

Длительность периода - .

Момент двигателя:

.

Скорость двигателя:

.

Начальные и конечные значения скорости и момента: , , , .

Полное время торможения:

.

На основании расчётов построим график изменения скорости и момента при торможении.



График изменения момента и скорости при рекуперативном торможении (режим спуска груза)

После расчёта переходного процесса можно построить тахограмму и нагрузочную диаграмму двигателя.



Тахограмма двигателя

Нагрузочная диаграмма двигателя

1.9 Проверка выбранного двигателя по нагреву и перегрузке.

Мс=161 Н м

Номинальный момент двигателя:

Соотношение соблюдается, следовательно, перегрева двигателя выше допустимого значения не происходит.

1.10 Разработка принципиальной электрической схемы электропривода и описание ее работы

Трехфазное напряжение, подаваемое из сети, поступает на выпрямитель сформированный из диодов VD1 … VD6, в котором происходит выпрямление этого напряжения.

За счет IGBT транзистора VT1 и диода VD7 имеется возможность ограничивать напряжение, подаваемое на автономный инвертор напряжения, собранный на IGBT транзисторах VT1.1 … VT3.2 и диодах VD8 … VD13. Для уменьшения пульсаций преобразования тока, в схеме установлен дроссель L с достаточно большой индуктивностью, а с помощью конденсатора С происходит уменьшение пульсаций напряжения.

Так же имеется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с помощью магнитного пускателя : Q - выключатель; F - предохранитель. Состав схемы двигателя: КМ - магнитный пускатель, КК1, КК2 - тепловое реле; SBC - кнопочный выключатель включения двигателя; SBT - кнопочный выключатель отключения двигателя. Магнитные пускатели широко применяются для двигателей мощностью до 100 кВт. Они применяются в продолжительном и повторно кратковременном режиме работы привода. Магнитный пускатель позволяет осуществлять дистанционный пуск. Для включения электродвигателя М первым включается выключатель Q. Пуск двигателя в работу осуществляется включением кнопочного выключателя SBС. Катушка (электромагнит включения) магнитного пускателя КМ получает питание от сети и замыкает контакты КМ в главной цепи и в цепи управления. Вспомогательный контакт КМ в цепи управления шунтирует кнопочный выключатель SBС и обеспечивает продолжительную работу привода после снятия нагрузки нажатия с кнопочного выключателя.

Для защиты электродвигателя от перегрузки в магнитном пускателе имеются тепловые реле КК1 и КК2, включаемые в две фазы электродвигателя. Вспомогательные контакты этих реле включаются в цепь питания катушки КМ магнитного пускателя. Для защиты от коротких замыканий в каждой фазе главной цепи электродвигателя устанавливаются предохранители F. Предохранители могут устанавливаться и в цепи управления. В реальных схемах неавтоматический выключатель Q и предохранители F могут быть заменены автоматическим выключателем. Отключение электродвигателя осуществляется нажатием на кнопочный выключатель SBТ.

1.11 Выбор аппаратуры управления и защиты

Выбираем автоматические выключатели для силовой цепи и цепи управления QF.

Выбираем преобразователь частоты ES021-04-1100F на 55 кВт, с номинальным током - , номинальным напряжением - ,номинальной частотой - .

Выключатели кнопочные SBТ-SBС выбираем на номинальный ток цепи управления 10 А. Используем выключатели кнопочные серии ВК43-21-10110-54УХЛ2, они способны коммутировать цепи управления с током от 10 А до 0,01 А.

Контактор КM типа КТ6000/2 с одним замыкающим контактом. Номинальный ток контакта 630 А, катушка контактора на постоянное напряжение 220 В.

Выбор плавких предохранителей FU. Предохранители ставятся в цепь управления, где отсутствуют большие скачки тока. Поэтому выбираем номинальный ток плавкой вставки предохранителя в 2 раза превосходящий ток цепи. Выбираем предохранители ПП57 - 3127 с номинальным током плавкой вставки 25 А и номинальным напряжением переменного тока 220 В.

Выбираем тепловые реле КК1 и КК2.Выбираем реле РТТ - применяются встройки в магнитные пускатели целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

Список литературы

1). Асинхронные двигатели серии 4А.Справочник.А.Э.Кравчик.1982.

2). Вешневский С.Н., Характеристики двигателей в электроприводе, 1977.

3). Крупович В.И. Справочник по проектированию АЭП и АСУТП,1982.

4). Ключев В.И. Теория электропривода : учебник для вузов.2001.

5). Справочник по электрическим машинам : В 2 т.Т.1/Под общ. Ред. И.П. Копылова,Б.К. Клокова.1989.

6). Асинхронные двигатели серии 4А:Справочник/А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин.1982.

7). Онищенко, Г.Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок: Учеб. пособие для студентов вузов Под общ. ред. Г.Б. Онищенко. М.: РАСХН, 2001. - 520 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru