Гарантийный срок службы 3 года.

Срок хранения 4 года.

Назначенный срок службы 25 лет.

Непрерывный срок эксплуатации 24 ч.

Минимальное время между кап. Ремонтами 3 года.

1.6 Условия эксплуатации

Принцип работы схемы

Двигатель питается от сети 6 кВ. Релейно-контакторная схема управления питается напряжением 220 В. В схеме предусмотрены защита от токов короткого замыкания и защита двигателя от работы на двух фазах.

Для пуска привода, подключают силовую схему привода к сети 6000 В разъединителем QF. После нажатия кнопки “пуск” КП по цепи управления протекает электрический ток, под воздействием которого срабатывает катушка контактора Р1. Замыкаются контакты Р1.2 (шунтирует кнопку “Пуск”, после чего ее можно отпустить), Р1.3 (контактор подключает двигатель к сети 6000 В), Р1.1 (включается сигнальная лампочка работы двигателя). Двигатель разгоняется до своего номинального значения.

При застопоривании вала двигателя, по обмоткам протекает ток большой мощности. На две фазы двигателя поставлены трансформаторы тока, которые соединены с катушками реле токовой защиты Р3,Р5. При срабатывании Р3 замыкается контакт Р3.1 (включается сигнальная лампочка срабатывания токовой защиты, показывая, какое реле сработало), размыкается нормально замкнутый контакт Р3.2, обесточивая схему управления. На катушке Р1 пропадает напряжение, после чего размыкаются контакты Р1.1, Р1.2, Р1.3. Двигатель отключается от сети. Реле Р5 действует аналогичным образом.

При обрыве одной из фаз по двум другим начинают протекать токи большой мощности. При протекании через одну из фаз тока значительно превышающего свое номинальное значение плавкая вставка одного из предохранителей перегорит. Предохранители шунтированы катушками реле защиты двигателя от работы на двух фазах Р2, Р4. При срабатывании Р2 замыкается контакт Р2.1 (включается сигнальная лампочка срабатывания защиты от работы двигателя на двух фазах, показывая, какое реле сработало), размыкается нормально замкнутый контакт Р2.2, обесточивая схему управления. На катушке Р1 пропадает напряжение, после чего размыкаются контакты Р1.1, Р1.2, Р1.3. Двигатель отключается от сети. Реле Р4 действует аналогичным образом.

Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки “Стоп”, которая обесточивает схему управления. На катушке Р1 пропадает напряжение, после чего размыкаются контакты Р1.1, Р1.2, Р1.3. Двигатель отключается от сети.

Регулирование скорости вращения ротора двигателя осуществляется по схеме асинхронно-вентильного каскада.

3. Выбор двигателя для вентиляторной установки

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО НАЗНАЧЕНИЯ СЕРИИ АКН2 6000 В, 50 ГЦ

Электродвигатели переменного тока с фазным ротором серии АКН2 предназначены для привода шахтно-подъемных механизмов с частыми пусками.

Двигатели предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 6000 В.

Пуск двигателей от полного напряжения сети с включенными в цепь ротора пусковыми сопротивлениями с помощью станции управления.

Соединение двигателей с приводным механизмом осуществляется посредством упругой муфты.

Предусмотрена поставка двигателей с пристроенным тахогенератором (оговаривается при заказе).

Двигатели имеют подшипники скольжения с кольцевой смазкой.

Обмотка статора имеет шесть выводных концов, закрепленных на четырех изоляторах в коробке выводов. Обмотка ротора имеет три конца, выведенных на шины траверсы контактных колец. Соединение фаз обмоток статора и ротора - звезда.

Двигатели допускают правое и левое направление вращения. Изменение направления вращения осуществляется только из состояния покоя.

АКН - асинхронный двигатель с фазным ротором нормального исполнения

2 - номер серии

ХХ - условное обозначение наружного диаметра сердечника статора

YYY - длина сердечника статора в см

Z - число полюсов

М - модернизированные

УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения

3.1 Рассчитываем мощность двигателя:

кВт

3.2 Выбор двигателя

Степень защиты IP00

Способ охлаждения ICO1

Форма исполнения IM7311

Режим работы S5

Таблица 1

По расчетной мощности Р_ДВ из таблицы 1выбираем двигатель для вентилятора ВЦД -31,5: АКН2 18 53 16МУХЛ4

Паспортные данные двигателя АКН2-18-53-16МУХЛ4:

Мощность N, кВт 1250

Напряжение статора U, В 6000

Ток статора I_СТ, А 163

Скорость вращения n, об/мин 580

Частота вращения, об/мин 375

Угловая скорость, 1/с 62,83

Напряжение ротора U_Р, В 835

Напряжение на кольцах ротора 650

Ток ротора I_Р, А 650

Скольжение S, % 1,15

КПД (при нагрузке 1/1), % 94,7

(при нагрузке 1/1) 0,78

М_мах/М_min 2,4

Вращающий момент, кН·мІ 31,9

Масса, кг 10970

- Частота тока в сети, Гц 50

- Активное сопротивление обмотки статора, Ом 0,6

- Реактивное сопротивление обмотки статора, Ом 5,67

- Активное сопротивление обмотки ротора, Ом 0.01

- Реактивное сопротивление обмотки ротора , Ом 0.096

Рис. 2. Схема двигателя серии АКН2.

Приведем сопротивления АД к ротору. Коэффициент приведения будет равен:

Ом

Ом

Суммарные активное и индуктивное сопротивления фазы АД, приведенные к ротору:

Ом

Ом

Номинальный момент исполнительного механизма (вентилятора):

Нм

Номинальный момент двигателя:

Нм

Статический момент сопротивления на валу двигателя:

Нм

Момент трогания исполнительного механизма (вентилятора):

Нм

Статическая мощность вентилятора:

Вт

Так как момент двигателя больше момента сопротивления, то выбор двигателя можно считать окончательным.

3.3 Расчет и выбор элементов вентильных преобразователей

4. Каскадные регулируемые электроприводы переменного тока по схеме АВК

4.1 Каскадные регулируемые электроприводы переменного тока по схеме АВК

Каскадные регулируемые электроприводы переменного тока по схеме АВК предназначены для плавного регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Они применяются для механизмов, требующих регулирования частоты вращения в диапазоне ориентировочно 1:2.

В состав АВК входит следующее электрооборудование (см. рис. 3):

- асинхронный электродвигатель с фазным ротором (АД);

- выпрямитель роторный неуправляемый (1В);

- реактор сглаживающий, включенный в цепь выпрямленного тока (L);

- комплектный тиристорный преобразователь - инвертор (2В);

- силовойтрансформатор для согласования напряжения ротора двигателя при заданном диапазоне

- регулирования скольжения с напряжением питающей сети (Тр);

- пусковое устройство (ПУ);

- системы управления и регулирования (СУР).

Рис.3. Схема преобразователя АВК

Пуск двигателя от нуля до минимального значения частоты зоны регулирования обеспечивается с помощью традиционного резисторного пуска или включения в роторную цепь индукционного реостата.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором обеспечивается управлением вентильного преобразователя, включаемого в роторную цепь двигателя. Каскадный преобразователь, состоящий из последовательно включенных неуправляемого выпрямителя, сглаживающего дросселя и управляемого сетевого инвертора. Данный тип каскадного преобразователя обеспечивает однозонное, одноквадратное (вниз от синхронной скорости) регулирование частоты вращения, без реверса знака момента и направления вращения (рис. 3).

Для комплектования электропривода могут быть использованы специальные или серийные асинхронные двигатели с фазным ротором. В последнем случае максимальное значение скольжения определяется соотношением привод вентилятор ток каскадный

S_max=U_2conv/U_2motor

Трансформаторно-реакторное оборудование согласовывается при поставке исходя из номинальных роторных данных и диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя.

Экономическая эффективность использования АВК состоит в том, что регулирование асинхронного привода в каскадных схемах осуществляется путем полезного использования энергии скольжения (Р_S ).

Р_S = Р_эм * S , где

Р_эм - электромагнитная мощность;

S - скольжение асинхронной машины.

Р_S за исключением потерь в роторе, вентилях, трансформаторе возвращается (рекуперируется) в сеть.

Благодаря указанному свойству АВК КПД асинхронного привода существенно не снижается при работе спониженными скоростями вращения.

Новое поколение электроприводов переменного тока на базе АВК обладает лучшими технико-экономическими показателями и с точки зрения габаритно-установочных конструкций этих устройств. На рис.4 представлены габаритно-установочные размеры тиристорно-диодной части АВК для электропривода переменного тока мощностью 1600 кВт, а на рис.5 - мощностью 630 кВт.

рис.4

рис.5

4.2 Основные достоинства вентильных каскадов

· мощность преобразовательных устройств пропорциональна глубине регулирования. Это определяет наибольшую целесообразность применения каскадов в тех случаях, когда диапазон регулирования скорости невелик;

· преобразованию подвергается лишь часть энергии, потребляемая приводом, потери меньше, вследствие чего КПД системы оказывается наиболее высоким из всех регулируемых электроприводов;

· постоянство в установившихся режимах основного магнитного потока асинхронного двигателя определяет хорошее использование двигателя и хорошие динамические свойства привода;

· привод имеет высокую надежность, поскольку даже при отказах преобразовательного устройства, он может в работе без регулирования скорости;

· важным достоинством каскадных электроприводов является высокая степень унификации оборудования вентильного каскада с электрооборудованием для тиристорных приводов постоянного тока. Установки с использованием асинхронных двигателей могут быть оборудованы каскадной системой без замены существующего двигателя и остановки производства. Перечисленные достоинства вентильных каскадов позволяют сделать следующие выводы:

- на ближайшую перспективу (5 - 7 лет) наиболее целесообразным направлением модернизации электроприводов переменного тока является замена резистивно-контакторной системы управления на вентильно-каскадную;

- дополнительным достоинством вентильных каскадов является то, что при его внедрении существующая резистивно-контакторная система управления может быть сохранена в качестве резервной. Указанная

модернизация позволяет повысить КПД приводов и улучшить их управляемость.

4.3 Особенности регулирования скорости по схеме АВК

Точность регулирования при параметрическом управлении и минимальной ЭДС инвертора составляет в среднем 0,08 - 0,12 при изменении момента от холостого хода до номинального значения, понижаясь по мере регулирования вниз от основной скорости, что обусловлено возрастанием эквивалентного сопротивления роторной цепи с увеличением скольжения.

Рис.6. Зависимость относительной ошибки от диапазона регулирования

Диапазон регулирования скорости ограничен верхним пределом скорости, равной при номинальном моменте примерно 0,9₀. Минимальная скорость, при которой привод может нормально работать, определяется той точностью, которая может быть обеспечена в связи с возможными изменениями нагрузки.

Кривая, приведенная на рис. 6, дает представление о точности параметрического регулирования при различных диапазонах регулирования и изменениях нагрузки от 0,3 до 0,8 номинальной для двигателей до 100 кВт. Например, если минимальная скорость привода составит 0,6 синхронной, то точность регулирования составит около 0,2. Вентильные каскады, как и вентильно - машинные каскады, допускают только однозначное регулирование угловой скорости. Плавность регулирования практически не ограничена.

Рис.7. Механические характеристики АВК в зависимости от угла инвертирования

Вентильный каскад может быть использован для регулирования скорости с постоянным моментом нагрузки (при независимой вентиляции). Однако следует учесть, что с уменьшением угла инвертирования (ниже 50^о) перегрузочная способность каскада падает (рис.7).

Последнее обстоятельство и невысокая точность ограничивают диапазон регулирования скорости с постоянным моментом.
Для вентиляторного момента нагрузки диапазон регулирования теоретически не ограничен. Однако при этом возрастает установленная мощность силовых элементов, включенных в роторную цепь.

5. Моделирование электропривода с асинхронным двигателем переменного тока по схеме АВК

Асинхронные электродвигатели -- это электрические машины переменного тока, частота вращения ротора которых не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора, различаясь только за счет обмотки ротора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. В то время как двигатели с фазным ротором применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке или требующих плавного регулирования скорости.

Исследование переходных процессов, протекающих в электроприводе, проводились на персональном компьютере с помощью пакета прикладной программы MATLAB 6,5 в соответствии со схемой, представленной на рис.14.

Схема выполнена в физических единицах, приведенных в расчетах. Система настроена на технический оптимум, так как нет необходимости в высокой точности скорости, развиваемой двигателем. В системе присутствует статическая ошибка. Во внутренний контур тока включен ПИ - регулятор. Во внешний контур скорости включен П - регулятор.

В целях разработки математической модели электропривода, составим перечень элементов, входящих в состав функциональной схемы и подлежащих описанию:

1. Асинхронный двигатель с фазным ротором.

2. Дроссель.

3. Трехфазный неуправляемый выпрямитель.

4. Трехфазный управляемый инвертор.

5. Регулятор тока и регулятор скорости (ПИ и П - регулятор соответственно).

6. Трансформатор.

АД с фазным ротором - это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.

Дроссель - катушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, разделения или ограничения сигналов различной частоты. Дроссель включается в цепь последовательно с нагрузкой, электрическое сопротивление зависит от частоты тока:

Трехфазный неуправляемый выпрямитель - определяет направление потока энергии от ротора двигателя к сети, что обуславливает направление регулирования скорости тока вниз от номинальной

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного или постоянного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

5.1 Разработка математической модели

Уравнения, описывающие асинхронный двигатель в координатах , выглядят следующим образом:

Преобразовав их можно получить:

М_э = 3/2*L_mp(I_rI_s - I_rI_s)

M_э - электромагнитный момент машины; pn - число пар полюсов.

Систему управления электроприводом строим по принципу подчиненного регулирования, система статическая, так как регулятор скорости пропорциональный, и такая система получается однократно-интегрирующей по управляющему воздействию, т.е. ошибка по скорости будет проявляться при наличии сигнала возмущения. САР привода по схеме вентильного каскада содержит два контура:

- контур выпрямленного тока ротора двигателя.

- контур скорости двигателя.

Наша задача - составить структурную схему электропривода и определить передаточные функции регуляторов.

Для расчета параметров регулятора скорости, контур регулирования можно представить следующей передаточной функцией, рисунке 8.

Рис.8. Контур настройки регулятора скорости.

В этом контуре коэффициент усиления рассчитывается по формуле:

,

где - сигнал на выходе, - сигнал на входе.

Модель двигателя

Представляет собой стандартный блок Simulink, в который вносятся рассчитанные параметры двигателя. Это модель асинхронного двигателя мощностью 1250 кВт. (Рис.9.)

Рис.9. Модель двигателя

Модель вентиляторной нагрузки

Состоит из двух блоков и моделирует сопротивление вращению на валу двигателя от вентилятора, рисунок 10.

Рис.10. Модель вентиляторной нагрузки

Модель выпрямителя

Состоит из одного блока (рис. 11)

Рис.11. Модель выпрямителя

Модель тиристорного преобразователя

Состоит из одного блока (Рис.12)

Рис.12. Модель тиристорного преобразователя

Модель генератора импульсов

Состоит из одного блока, формирует прямоугольные импульсы. (Рис.13)

Рис.13. Модель генератора имульсов

5.2 Моделирование и построение диаграмм

Рис. 14. Смоделированная схема асинхронно-вентильного каскада

Рис.15. Диаграммы переходных процессов и изменения скорости

6. Результаты моделирования

Переходные процессы, полученные в результате моделирования, представлены на рисунке 15 Двигатель разгоняется до заданной скорости, равной 30 рад/с, за 2 сек. Через 1 секунду имитируется повышение скорости до 38 рад/с. В этот момент скорость вращения увеличивается на 26,6% от заданной. Спустя 1 секунду имитируется понижение скорости до 30 рад/с. Данное возмущение отрабатывается системой за 0,25 секунд. Через 0,75 секунд система отключается.

7. Программа для контроллера

Согласно заданию, для функциональной реализации алгоритма управления пуском привода, на микроконтроллере S7-200, разработана программа с помощью прикладной программе Micro WIN SP1 V3.1 STEP7. Микроконтроллер, встроенный в систему управления, по программе осуществляет: проверку блокировок, пуск привода с заданной интенсивностью разгона и торможения, останов.

К контроллеру подключена кнопка «пуск» (вход I0.0), кнопка «стоп» (вход I0.1),

контакты блокировок (входы I0.2, I0.3). Выходы контроллера Q0.1, Q0.2 соединены с сигнальными лампами. Выход контроллера Q0.0 управляет магнитным пускателем привода. Аналоговый выход контроллера AQW0 является сигналом задания по скорости для системы управления автономным инвертором.

Заключение

Переходные процессы, полученные в результате моделирования, представлены на рисунке 15 Двигатель разгоняется до заданной скорости, равной 30 рад/с, за 2 сек. Через 1 секунду имитируется повышение скорости до 38 рад/с. В этот момент скорость вращения увеличивается на 26,6% от заданной. Спустя 1 секунду имитируется понижение скорости до 30 рад/с. Данное возмущение отрабатывается системой за 0,25 секунд. Через 0,75 секунд система отключается.

Список литературы

1. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1994.-496 с.

2. Башарин А.В. Примеры расчета автоматизированного привода. Л.1990.

3. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с.

4. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и

А.В. Шинявского.- М.: Энергоатомиздат, 1983.- 616 с.

Размещено на Allbest.ru