Анализ регулирования скорости асинхронных электроприводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение, конструкція и принцип действия лен точного конвейера

Конвейеры являются основным видом транспортных, устройств для перемещения массовых потоков сыпучих материалов различной крупности в горной, металлургической, строительной индустрии и других отраслях промышленности.

Наибольшее применение в промышленности получили ленточные конвейеры с прорезиненной лентой в качестве несущего и тягового органов.

Ленточные конвейеры не сложны по конструкции, надежны в работе, обладают большой производительностью и более экономичны, чем другие транспортные устройства (пластинчатые конвейеры, электровибрационные транспортные установки и т. д.).

1.1 Классификация

Существует много признаков, по которым можно классифицировать существующие ленточные конвейеры на отдельные типы (группы):

а) по характеру установки различают конвейеры стационарные и передвижные;

б) по профилю (поперечному_ сечению) рабочей ветви-конвейеры с плоским и с желобчатым профилем;

в) по расположению грузовой ветви ленты -- конвейеры с верхней, нижней и с двумя рабочими ветвями (последние вменяются относительно редко);

г) по типу ленты -- конвейеры с лентой, имеющей прорезиненную основу из синтетического волокна; с лентой имеющей из резины, имеющей основу из металлических тросиков или металлической сетки; со стальной лентой; с рифленой резиновой лентой;

д) по типу привода -- конвейеры с однобарабанным и двух- барабанным приводами.

Конвейеры различаются также по месту расположения приводных станций, типу натяжных устройств, характеру тяговых органов, углу установки и по производительности.

Очевидно, классификацию ленточных конвейеров необходимо производить по какому-нибудь одному, всеобъемлющему признаку. Таким признаком является производительность конвейерной установки. Остальные параметры и конструктивные особенности конвейера связаны с его производительностью.

Основным фактором, определяющим производительность конвейера, является ширина его ленты. Скорость движения ленты, профиль ее рабочей ветви, угол наклона конвейера изменяются в довольно узких пределах и эти факторы играют второстепенную роль.

Классификация ленточных конвейеров, применяемых в горнорудной промышленности, подразделяющая их на три типа:

средний -- конвейеры общего назначения с лентой, шириной 500 - 1400мм. мощность привода до 80;

тяжелый - конвейеры с лентой шириной 800 - 2000мм. мощность привода 60 - 350кВт;

сверхтяжелый - конвейеры с лентой шириной 1400 - 2000мм. мощность привода 300 - 1200кВт;

1.2 Схема конвейера

Ленточный конвейер (рис.1) представляет собой транспортное устройство непрерывного действия, несущим и тяговым органом которого является бесконечная гибкая лента 1, огибающая приводной 2 и хвостовой 3 барабаны и поддерживаемая роликами 5 и 6, оси которых закреплены на специальных кронштейнах, монтируемых на неподвижной станине (раме) 7 конвейера. Для увеличения угла обхвата барабана служит отклоняющий барабан 4. Натяжение ленты производится натяжным устройством 10, оттягивающим хвостовой барабан при помощи груза. Приводной барабан получает вращение от электродвигателя через редуктор. Тяговое усилие от барабана на ленту передается трением.

Рис.1.1. Ленточный конвейер

Транспортируемый материал подается на ленту через загрузочную течку 8, устанавливаемую вблизи натяжного барабана или в промежуточных пунктах, по длине конвейера. Разгрузка материала может производиться с приводного барабана через направляющий желоб 9 или в любом месте по ходу движения ленты конвейера специальными сбрасывающими устройствами.

Ветвь ленты, несущая груз, называется рабочей или грузовой, а ветвь, свободная от материала, -- холостой или порожней.

Рабочая ветвь ленты имеет плоский или желобчатый профиль, который придается ей роликовой опорой, холостая ветвь, плоская. Обычно рабочей является верхняя ветвь, но иногда она может, быть и нижней ветвью ленты.

Все многообразие существующих, и разрабатываемых ЭП отражает общая структурная схема, включающая все функционально необходимые для его работы устройства. Практическая реализация этих устройств приводит к делению ЭП на классификационные группы, появление и развитие которых определяется научно-техническим прогрессом промышленного производства и техники.

1.3 Классификация электрических приводов

ЭП включает в себя ряд электротехнических, электронных и механических устройств, в результате чего он представляет собой электромеханическую систему. Общая структурная схема ЭП приведена на рис. 2, где утолщенными линиями показаны силовые каналы энергии, а тонкими линиями -- маломощные (информационные) цепи.

Основным элементом любого электропривода, является электрический двигатель 1, который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой электрической энергии (ЭЭ), являясь электромеханическим преобразователем энергии.

От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство 9 (механическое, гидравлическое, электромагнитное) подается на исполнительный орган 7 рабочей машины 8, за счет чего он совершает механическое движение. Функция передаточного устройства заключается в согласовании движения электродвигателя и исполнительного органа 7. Прогрессивным направлением развития ЭП является непосредственное соединение электродвигателя с исполнительным органом, что позволяет повысить технико-экономические показатели работы комплекса «электропривод -- рабочая машина».

Электрическая энергия потребляется ЭП от источника 3 электроэнергии. Для получения электроэнергии требуемых для электродвигателя параметров и управления потоком этой энергии, что необходимо для управления движением исполнительного органа, между двигателем и источником электроэнергии включается силовой преобразователь 2.

Управление преобразователем 2 осуществляется от маломощного блока 4 управления с помощью сигнала управления Uy, который в общем случае формируется из сигнала Uз, задающего характер движения исполнительного органа, и ряда дополнительных сигналов Uдс, дающих информацию о реализации технологического процесса рабочей машины и характере движения исполнительного органа, работе отдельных узлов ЭП, возникновении аварийных ситуаций и т. д. Преобразователь 2 вместе с блоком 4 управления образуют систему 5 управления.

Рис. 1.2. Общая структурная схема ЭП

Итак, электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабой машины и управления этим движением.

В ЭП наиболее характерным является использование следующих типов:

- электродвигателей: постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения" асинхронных, синхронных, вентильных, шаговых, линейных постоянного и переменного тока;

- механических передаточных устройств: цилиндрических, червячных и планетарных редукторов, передач винт -- гайка, цепная и ременная, гидро- и электромагнитных муфт;

- силовых преобразователей: управляемых выпрямителей, инверторов тока и напряжения, регуляторов частоты и напряжения и импульсных регуляторов напряжения;

- блоков управления: кнопок управления, командо-аппаратов, реле, логических элементов, регуляторов, усилителей, микропроцессоров и управляющих электронных машин.

Реализация ЭП может быть весьма разнообразной, что находит отражение в классификации ЭП. ЭП классифицируется по характеру движения, видам и реализации силового преобразователя, количеству используемых электродвигателей, видам источников электроэнергии, способам управления, наличию или отсутствию механической передачи и т. д.

По характеристике движения различают ЭП вращательного и поступательного движения при этом скорость исполнительного органа может быть регулируемой или нерегулируемой, а само движение -- непрерывным или дискретным, однонаправленным, двунаправленным (реверсивным) или вибрационным (возвратно - поступательным).

По количеству используемых двигателей различают групповой, индивидуальный и взаимосвязанный электропривод.

Групповой ЭП характеризуется тем, что один двигатель приводит в движение несколько исполнительных органов одной или один исполнительны орган нескольких рабочих машин. Индивидуальный ЭП обеспечивает движение одного исполнительного органа рабочей машины.

Взаимосвязанный ЭП представляет собой два или несколько электрически или механически связанных между собой индивидуальных ЭП, работающих совместно на один или несколько исполнительных органов. Если двигатели связаны между собой механически и работают на общий вал, то такой взаимосвязанный ЭП называется многодвигательным, а если двигатели связаны электрическими цепями, то такой взаимосвязанный ЭП называется электрическим валом.

По виду силового преобразователя ЭП отличается большим многообразием. Если в качестве признака взять характер преобразования напряжения источника электроэнергии, то можно выделить четыре вида силовых преобразователей: управляемые и неуправляемые выпрямители, которые преобразуют напряжение переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока; инверторы, выполняющие обратное преобразование; преобразователи частоты и напряжения переменного тока, изменяющие параметры напряжения переменного тока; импульсные преобразователи напряжения постоянного тока с различным видом модуляции выходного напряжения постоянного тока.

Названные виды силовых преобразователей могут быть выполнены на различной элементной базе, а именно, с использованием электрических машин, магнитных усилителей, ионных и полупроводниковых элементов. Современные силовые преобразователи являются, как правило, полупроводниковыми, в которых используются главным образом силовые транзисторы, диоды, тиристоры и их разновидности.

Как видно из рассмотренной далеко не полной классификации, конкретная реализация ЭП может быть очень разнообразной. Тем не менее работа ЭП подчиняется некоторым общим закономерностям, связанным с процессом преобразования энергии, определением характера механического движения и его управлением.

2. Обоснование и выбор системы электропривода

2.1 Задачи автоматизации

При автоматизированном управлении конвейерною линией решаются две основные задачи:

- Первое задание сводится к выполнению определенного порядка включения двигателей отдельных конвейеров в противоположном грузопотока направлении, чтобы предотвратить завала неработающих конвейеров во время пуска загруженной линии. Для выполнения этой задачи применятся блокировки, исключающую возможность включения дальнейшего конвейера при неработающем переднем, которая осуществляется реле скорости, контролирующим исправность несущего органа конвейера и номинальную скорость его движения;

- Второе задание заключается в устранении бросков тока в сети, пусковых токов нескольких двигателей, которые возникают при наложении, и предупреждении срабатываний максимального токового защиты путем смещения во времени пуска отдельных конвейеров.

Основные требования, которые предъявляются к автоматизации подземных конвейерных линий:

- Пуск конвейерной линии должен осуществляться быстродействием на элемент управления;

- Перед пуском линии по всей ее длине должен автоматически подаваться звуковой предупредительный сигнал продолжительностью не менее 5 сек;

- Включение каждого последующего конвейера в линии должно осуществляться автоматически после установления номинальной скорости движения тягового органа предыдущего конвейера;

- При управлении конвейерною линией с центрального пульта управления должен обеспечиваться контроль числа работающих конвейеров неразветвленной линии центрального направления и ответвлений;

- Должны предусматриваться блокировки, исключающие возможность дистанционного пуска конвейера при его работе в режиме местного управления;

- Оперативный останов конвейерной линии должен осуществляться с пункта управления, а экстренные прекращение пуска и останову из любой точки по длине линии.

Аппаратурой и схеме должно обеспечиваться аварийное автоматическое отключение при:

- Неисправности цепей управления и контроля, которые приводят к потере управляемости;

- Срабатывании защит в аппаратуре управления приводом конвейера; обрывы или пробуксовки несущего органа конвейера;

- Длительном пуска двигателя конвейера;

- Недопустимому снижении или превышении скорости движения ленты;

- Востоке ленты сторону; завали перегрузочного устройства;

- Недопустимому перегреву барабанов.

При оперативном или аварийном останови конвейерной линии отключение всех конвейеров должно осуществляться за время, исключающее завал в любом месте пересыпу груза. Аварийное отключение конвейерной линии должно сопровождаться подачей сигнала на пункт управления.

Рассмотрим наиболее распространенные типы регулируемого асинхронного электроприводу ленточных конвейеров: электропривод с реостатным управлением, электропривод частотным управлением и электропривод с импульсным управлением.

Применение регулирования активного сопротивления роторному цепи асинхронного двигателя фазным ротором (рис. 2.1) решает проблему пуска мощных конвейеров, при этом достигается ограничения пусковых токов и обеспечивается формирование необходимой пусковой характеристики привода.

Регулирование величины сопротивления осуществляется релейноконтакторным управлением по кнопковыми станциями или силовыми контроллерами. Предварительные степени 1n и 2n ограничивающих ускорение двигателя в режиме выбора зазоров и в начале процесса пуска конвейера. Переключение ступеней пусковых сопротивлений в процессе разгона двигателя вызывают скочкообразные изменения его момента в тем больших пределах, чем меньше число степеней. Это может явиться причиной возникновения упругих механических колебаний и нарушить плавность переходных процессов. Поэтому при реостатному управлении двигателем плавность пуска обеспечивается только за счет увеличения числа пусковых ступеней, что снижает величину ДМ = М1 - М2. Это вынуждает использовать громоздкие релейно-контакторные панели с большим количеством тяжелой коммутирующей аппаратуры. Учитывая малую величину пуска конвейера, по сравнению с его общим временем работы, можно говорить о нерационального использования такого большого числа коммутационных аппаратов, неоправданных эксплуатационных расходов на их обслуживание, ремонт и т.п.

Достоинства асинхронного электропривода с реостатным управлением:

- Удовлетворительной ограничения пусковых токов;

- Достаточный диапазон регулировки относительно электропривода конвейера (Д = 2:1);

- Простота использованной аппаратуры.

Недостатки асинхронного электропривода с реостатным управлением:

- Недостаточная плавность пуска;

- Уменьшение стабильности скорости при ее снижении;

- Большие потери энергии при пуске в роторному цепи;

- Большие эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт коммутационных аппаратов;

- Большие габариты панелей управления и пусковых реостатов.

При больших диапазонах регулирования (Д> 2:1) и высоких требованиях к жесткости механических характеристик электропривода, перспективная система, преобразователь тиристора частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (ТПЧ-АД). Для ленточного конвейера используют две схемы регулируемого электропривода переменного тока с частотным преобразователем тиристора: схему с непосредственным преобразователем частоты и схему с промежуточным звеном постоянного тока. Вторая схема обеспечивает регулирование частоты в более широком диапазоне и, следовательно, плавнее изменение скорости движения конвейерной ленты. На рис. 2.2а. приведена схема регулируемого привода тиристора переменного тока с промежуточным звеном постоянного тока. Она состоит из частотного преобразователя тиристора и асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, к статора которого подводится трехфазный ток с переменной частотой. Частотный преобразователь включает выпрямитель тиристора В инвертор. При помощи выпрямителя регулируется то, что подводится к двигателю напряжения, а с помощью инверторов частота переменного тока. Сочетание регулирования напряжения, который подводится к электродвигателя, с изменением частоты тока дает возможность получить семейство характеристик приведенных.

Основные достоинства приводов с частотными преобразователями следующие:

- Возможность использования короткозамкнутых асинхронных двигателей для приводов любой мощности;

- В процессе регулирования скорости исключены потери в реостатах, что повышает экономичность поводу;

- При пуске электродвигатель все время работает в пределах рабочей части характеристик;

- Появляется возможность осуществления регулируемого пуска с необходимой степенью плавности;

- Обеспечивается стабильное и экономическое регулирование скорости в сталом режиме без потерь на скольжение.

Главной причиной малого распространения электропривода с частотным преобразователем является отсутствие в настоящее время достаточно надежных частотных преобразователей, которые работают от сети напряжением более 600В. По этому необходима установка понижающего трансформатора и использования низковольтных, асинхронных, короткозамкнутых электродвигателей, которые менее экономические, чем высоковольтные. К недостаткам относятся также сложность реализации системы и ее дороговизна.

Импульсный способ регулирования (рис.2.3), целесообразен относительно коммутации дополнительного сопротивления в роторной цепи. При этом механические характеристику поводу обеспечивают устойчивую работу в немалой диапазоне скоростей при разомкнутой системе электропривода. По своим характеристикам данный способ аналогичный реостатному. Его достоинство в сравнении с реостатным способом - возможность плавного, бесступенчатого регулирования сопротивления.

Выделим достоинства асинхронного электропривода с импульсным регулированием:

- Значительное ограничение пусковых токов;

- Плавное бесступенчатое регулирование скорости в диапазоне до 150 и более;

- Высокие эксплуатационные показатели;

- Простота и надежность электропривода.

Основной недостаток импульсного регулирования скорости двигателя с короткозамкнутым ротором - большие потери энергии, которые выделяются непосредственно в двигателе, а с фазным ротором - тщетного рассеивания мощности скольжения в опорах цепи ротора.

В роторный цепь асинхронного двигателя включен неуправляемый выпрямитель. Регулирование частоты вращения двигателя основано на введении дополнительной ЭДС в ротор и осуществляется изменением угла опережения открытия инверторов. При регулировании скорости рабочего механизма энергия скольжения не теряется, а за вычетом потерь возвращается в сеть. Механические характеристики асинхронного двигателя в приводного по схеме АВК (рис. 2.4б) имеют достаточно высокую жесткость, и при изменении импульсов, которые управляют, перемещаются почти параллельно вдоль оси ординат.

Пусть двигатель работает, в устойчивому режиме, с определенной скоростью и нагрузкой. При увеличении угла опережения в уменьшается напряжение инвертора и возрастает ток в промежуточном цепи. Соответственно увеличивается и ток ротора, а значит, и момент двигателя. Скорость электропривода начинает возрастать. С ростом скорости снижается скольжения и вместе с ним напряжение ротора. Это приводит к уменьшению тока и ускорения двигателя. Наступает новый постоянный режим при большем значении скорости. Меньшая жесткость характеристик в сравнении с естественной характеристикой двигателя объясняется дополнительными падениями напряжения в выпрямитель и инвертор. Если энергия скольжения превышает потери в обмотках ротора двигателя, а также в силовых вентилях и тиристорах, то происходит ее рекуперация в сеть, которая улучшает энергетические показатели привода.

К достоинств электропривода по схеме АВК можно отнести:

- Возможность прямого включения в сеть электропривода;

- Хорошие регулирующие свойства;

- Высокий КПД системы благодаря рекуперации энергии скольжения в сеть;

- Достаточный диапазона регулировки относительно электропривода конвейера (D = 2:1);

- Обеспечивает плавную регулировку скорости и момента, не требует большого количества силовой контактной аппаратуры:

- Имеет малую мощность управления, легко поддается автоматизации, обладает хорошими динамическими свойствами.

К недостаткам привода по схеме АВК относятся:

- С увеличением диапазона регулирования скорости, растет установленная мощность трансформатора и вентилей;

- Низкий коэффициент мощности;

- Снижение перегрузочных способности АД.

Анализируя возможные варианты систем управления электроприводом ленточного конвейера, можно прийти к выводу, что наиболее рациональной и обоснованной является система с частотным преобразователем.

3. Выбор элементов силовой цепи

3.1 Выбор электродвигателя

Параметры двигателя:

· Тип электродвигателя: АЕ - 113 - 4М;

· мощность - 250 (кВт);

· напряжение питания - 6 (кВ);

· ток статора - 29,5 А;

· скорость вращения - 1500 (об/мин);

· к.п.д. - 94,5 %;

= 2,5;

= 6,3;

= 1,3;

· момент инерции ротора - 51 (кг•м2);

· индуктивное сопротивление двигателя (Ом);

Номинальная скорость вращения двигателя:

(рад/с)

Определяем номинальный момент двигателя:

(Нм)

3.2 Выбор преобразователя частоты

Выбор преобразователя частоты производим исходя из условий (1.1-1.2):

;

;

Этим условиям удовлетворяет преобразователь частоты СПЧР 300/6. Устройство СПЧР предназначено для плавного пуска и экономичного регулирования производительности путем изменения частоты вращения приводного электродвигателя. При этом исключаются 6-7 кратные пусковые токи, уменьшается воздействие на сеть собственных нужд 6 кВ, сохраняется высокое значение к.п.д. конвейера и двигателя во всем диапазоне работы.

Экономичное регулирование производительности обеспечивается изменением частоты вращения приводного электродвигателя с помощью устройства СПЧР (далее ТПЧ).

Устройство управления ТПЧ предусматривает возможность управления электроприводом как непосредственно с ШУ ТПЧ (местное управление), так и с пульта диспетчера (дистанционное управление). В последнем случае сигналы управления и задания производительности насоса могут формироваться управляющей ЭВМ.

ТПЧ позволяет регулировать в широких пределах значения частоты, тока и напряжения на статоре асинхронного двигателя (АД).

Сохранение высокого к.п.д. АД во всем диапазоне изменения его частоты вращения обеспечивается с помощью ТПЧ реализацией такого закона частотного регулирования, когда при любой частоте вращения и нагрузке поддерживается постоянным значение угла сдвига между первыми гармониками тока и напряжения статора.

ТПЧ серии СПЧР преобразует параметры электрической энергии питающей сети 6000 В, 50 Гц в систему трёхфазных токов регулируемой частоты для питания цепей статора АД.

ТПЧ серии СПЧР представляет собой двухзвенный преобразователь, состоящий из управляемого выпрямителя (В) и инвертора тока (И). В и И выполнены высоковольтными и предназначены для непосредственного, без согласующих трансформаторов, подключения к питающей сети 6 кВ и к статору приводного АД. Управляемый выпрямитель В позволяет преобразовать электрическую энергию трёхфазной сети 6 кВ, 50 Гц в регулируемое выпрямленное напряжение. Регулируемый по величине с помощью В постоянный ток затем преобразуется инвертором в систему трёхфазных токов регулируемой частоты для питания цепей статора АД.

Для электромагнитного согласования ТПЧ с питающей сетью на его входе в каждую фазу включен трехфазный токоограничивающий реактор РТСТ.

Основные параметры устройства СПЧРС приведены в табл. 1.1.

Табл. 1.1. Основные параметры устройства СПЧР.

Наименование параметра	Норма
Номинальная выходная мощность выпрямителя, к Вт	300
Номинальная выходная мощность инвертора, к Вт	300
Номинальная мощность приводного электродвигателя, кВт	250
Номинальный выходной ток, А	50
Номинальная выходная частота, Гц	50
Номинальное напряжение на входе, В	6000
Номинальное напряжение на выходе, В	6000
Частота питающей сети, Гц	50
Диапазон регулирования частоты, Гц	5-50
Коэффициент полезного действия в номинальном режиме, %	94.5
Коэффициент мощности в номинальном режиме, не менее	0,9

Устройство управления (УУ) ТПЧ предназначено для реализации функций управления, регулирования, защиты, автоматизации и обеспечения надёжной работы электропривода насоса в режимах его эксплуатации, с обеспечением нижеследующих возможностей:

· формирование импульсов управления ТПЧ по заданным алгоритмам работы управляемого выпрямителя и инвертора тока;

· автоматическое формирование процессов пуска и отключения ТПЧ, а также формирование команд управления выключателями как на входе ТПЧ, так и на выходе и шунтирующим ТПЧ выключателем в тех случаях, когда предусмотрен режим переключения АД на непосредственное питание от сети;

· регулирование выходной частоты ТПЧ по сигналам технологического регулятора, а также в режиме ручного управления;

· диагностику состояния тиристоров и других элементов силовой схемы ТПЧ и выявление неисправности в работе этих элементов, предотвращая тем самым развитие аварийных процессов; защиту ТПЧ при возникновении аварийных ситуаций в нём, а также при снижении напряжения питающей его электросети ниже 80% номинального значения;

· отображение информации о режимах работы, неисправностях и причинах аварийного отключения ТПЧ;

· автоматическое формирование обобщённых сигналов о состоянии ТПЧ и их передачу на диспетчерский пульт (эта функция согласовывается отдельно при разработке общей системы автоматизации технологического процесса);

· сохранение работоспособности при глубоких посадках напряжения и перерывах питания в электросети с последующим самозапуском.

Система управления выпрямителя (СУВ) формирует импульсы управления тиристорами. С её помощью производится регулирование выходного напряжения выпрямителя в зависимости от значения аналогового входного сигнала путем изменения фазы импульсов относительно напряжений питающей сети.

Система управления инвертора (СУИ) формирует импульсы управления тиристорами инвертора согласно заданному алгоритму, обеспечивающему нормальную коммутацию тиристоров. С её помощью также реализуется экономичный режим работы синхронного двигателя путем стабилизации угла сдвига между первыми гармониками напряжения и тока статора АД. конвейер привод дроссель реактор

3.3 Выбор сглаживающего дросселя

Выбор сглаживающего дросселя производим исходя из условия:

Вибираємо згладжуючий дросель з наступними параметрами:

Параметры:

Тип ДФ - 9

Номінальний струм, 200 А

Індуктивність, 0,25 Гн

3.4 Выбор токоограничивающего реактора

Выбор токоограничивающего реактора производим исходя из условия:

Из каталога выбираем реактор: РТСТ - 41.

Параметры:

· номинальный ток - 41 (А);

· индуктивность - 0.763·10-3 (Гн);

· активное сопротивление - 0.0708 (Ом).

3.5 Расчет постоянной времени

Механическую и электромагнитную постоянные времени найдем по формулам (1.5-1.6)

Общее сопротивление цепи формула:

где - активное сопротивление токоограничительного реактора;

- коммутационное сопротивление инвертора;

- коммутационное сопротивление выпрямителя;

- активное сопротивление дросселя;

- активное сопротивление фазы асинхронного двигателя.

Активное сопротивление токоограничительного реактора РТСТ-41 (Ом) (из паспортных данных).

Активное сопротивление фазы асинхронного двигателя:

где - номинальное напряжение асинхронного двигателя;

- номинальный ток статора асинхронного двигателя;

- номинальное скольжение;

- коэффициент трансформации;

(Ом);

Активное сопротивление дросселя примем:

(Ом);

Коммутационное сопротивление выпрямителя определим по формуле (1.9):

где - пульсность схемы ();

- индуктивное сопротивление токоограничительного реактора:

;

где - частота питающей сети;

- индуктивность токоограничительного реактора (из паспортных данных);

Тогда:

(Ом);

(Ом);

Коммутационное сопротивление инвертора:



где - индуктивное сопротивление асинхронного двигателя:

(Ом);

Тогда суммарное сопротивление будет равно:

(Ом)

Суммарную индуктивность найдем из формулы:

Индуктивность фазы АД равно:

;

(Гн).

(Гн).

Электромагнитная постоянная времени будет равна:

· коэффициент момента двигателя:



· коэффициент ЭДС:

· коэффициент передачи двигателя по управлению:

· коэффициент усиления тиристорного преобразователя:



Электромеханическая постоянная времени будет равна:

Переходный процесс будет апериодическим так как .

4. Расчет статических характеристик разомкнутой системы

Определим погрешность регулирования, исходя из основного уравнения динамики:

1) (рад/с);

2) (рад/с)

Статизм характеристик :

верхней: ;

нижней:

где - диапазон регулирования.

Структурная схема для моделирования разомкнутой системы ПЧ-АД и графики скорости и тока приведена на рис (2.1 - 2.3):

Рис. 4.1. Структурная схема для моделирования разомкнутой системы ПЧ-АД.



Рис.4.2. Переходной процесс по скорости в разомкнутой системе.

Рис.4.3. Переходной процесс по току в разомкнутой системе.

Как видно из графиков разомкнутая система не обеспечивает заданного время регулирования . Переходной процесс по току превышает максимально допустимый ток. Поэтому проведем расчет замкнутой системы с общим сумматором

5. Определение устойчивости системы

Передаточная функция по управляющему воздействию:

> 0

Так как и определитель , то система устойчива.

Разделим характеристическое уравнение системы на :

;

;

;

;

Коэффициентом передаточной функции по управляющему воздействию при р3 пренебрегаем и разделим её числитель со знаменателем на свободный член знаменателя:

;

Частота ожидаемыз колебаний:

Коэффициент затухания:

.

Тогда аналитическое выражение графика переходного процесса в относительных единицах будет иметь вид:

Рис. 5.1. График переходного процесса.

Структурная схема и статические характеристики системы приведены ниже на рис. (3.2 - 3.4).

Рис. 5.2. Структурная схема с общим сумматором.

Рис. 5.3. Переходной процесс по скорости в замкнутой системе по схеме с общим сумматором.

Рис. 5.4. Переходной процесс по току в замкнутой системе по схеме с общим сумматором.

Схема с общим сумматором обеспечивает работу системы с номинальной скоростью и током. Система отрабатывает экскаваторную характеристику с током упора равным 59 А, но не удовлетворяет заданному времени переходного процесса и не обеспечивает качественных показателей тока.

6. Расчет системы подчиненного регулирования

6.1 Расчёт обратной связи по току и регулятора

Оптимизация производится для обеспечения в замкнутой системе показателей не хуже заданных. Необходимо до минимума снизить постоянную времени электропривода. Для этого задаемся масштабным множителем Tм=0.01 с, который не влияет на форму переходного процесса и служит обобщенной мерой быстродействия системы.

Коэффициент обратной связи по току:

(В/А)

Коэффициент обратной связи по скорости:

(В*с/рад)

Поскольку Тм>4Тэ то допустим условный разрыв внутренней обратной связи по противо-ЭДС.

Постоянную времени относим к внешнему контуру скорости, некомпенсированная постоянная времени которого равна

(с).

Принципиальная схема регулятора тока представлена на рис. 4.

Рис. 6.1. Регулятор тока.

Значение сопротивлений и емкостей рассчитаны по формулам:

примем С0=1мкФ, тогда

где Rт - согласующий резистор, если используются элементы с различными унифицированными выходами.

6.2 Расчёт обратной связи по скорости и регулятора

Статизм регулятора скорости, синтезируемого по модульному оптимуму:



Поскольку статизм замкнутой системы по модульному оптимуму удовлетворяет поставленному заданию, синтезируем регулятор на модульному оптимуму.

Ограничение тока в таких системах наиболее просто выполняется регламентацией выходного напряжения регулятора предыдущего контура, в данном случае - контура скорости.

Uзтмах2IнKдт=9,944 В.

Расчет задатчика интенсивности.

Структурная схема системы подчиненного регулирования и графики переходных процессов приведены на рис. (4.1. - .4.3)будут иметь вид:

Рис. 6.2. Структурная схема системы подчиненного регулирования.



Рис. 6.3. График переходного процесса по скорости.

Рис. 6.4. График переходного процесса по скорости

Данная система предпочтительней схемы с общим сумматором тем, что в ней каждый регулятор можно настроить отдельно. Это обеспечивает более качественные показатели: время регулирования; статизм.

Выводы

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования скорости АД. Этот способ обеспечивает плавное регулирование, в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения, оказываются небольшими, в связи, с чем частотный способ наиболее экономичен.

Для лучшего использования АД и получения высоких энергетических показателей его работы -- коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности -- одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо изменять и значение этого напряжения. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки.

Частотное управление является экономичным, так как регулирование скорости АД в этой системе не сопровождается выделением больших потерь скольжения в роторной цепи, ухудшающих КПД электропривода и приводящих к необходимости завышения мощности АД.

Регулирование в этой системе, может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т. е. АД, может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.

Из рассмотренных способов регулирования скорости асинхронных электроприводов самым эффективным является частотное регулирование, отличающееся высокими энергетическими показателями, возможностью управления скорости в большом диапазоне со значительной перегрузочной способностью.

Развитие в настоящее время полупроводниковой техники и создание на этой базе преобразователей частоты будет способствовать широкому внедрению электроприводов переменного тока с частотным управлением.

Список использованной литературы

1. Вольдек А. И. „Электрические машины”. Л., Энергия, 1974 - 840 с.

2. Методические указания к курсовому проектированию по теории электропривода / Родькин Д. И., Величко Т. В., Каневский В. В., Захаров В. Ю., Осадчук Ю. Г. - Кривой Рог, 2002 - 30 с.

3. Башарин А. В. Примеры расчета автоматизированного электропривода. - Л.,Энергия, 1971 - 440 с.

4. Чиликин М.Г. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1971 - 42 с.

5. Андреев В.П. Сабинин Ю.А. Основы электропривода. М. - Л., Госэнергоиздат, 1963 - 772 с.

6. Башарин А.В. Управление электроприводами. - Л.: Энергоиздат,1982 - 392 с.

7. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. - М.: Энергоатомиздат; 1986 - 416 с.

8. Сандлер А.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.:Энергия. 1974 - 328 с.

9. Справочник по преобразовательной технике/ Под общей редакцией С. Чиженко. - К.: Техніка. - 1978

10. Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. - М.: Высшая школа, 1979.

Размещено на Allbest.ru