Курсовая работа: Электропривод литейного крана по схеме "Преобразователь частоты – асинхронный короткозамкнутый двигатель"

8. РАСЧЁТ 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.

Рисунок 8.1 – 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.

Рассчитаем теперь переходный процесс спуска груза.

Для осуществления спуска груза предварительно меняют чередование напряжения, подаваемого в статор двигателя. Это приведёт к тому, что двигатель начнёт разгон в 3 квадранте.

Рисунок 8.2 – 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.

Рисунок 8.3 – 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.

Рисунок 8.4 – График изменения момента и скорости при рекуперативном торможении (режим спуска груза)

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

Рисунок 8.5 – Тахограмма двигателя

Рисунок 8.6 – Нагрузочная диаграмма двигателя

9. ПРОВЕРКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ И ПЕРЕГРУЗКЕ

Для проверки двигателя по нагреву воспользуемся методом эквивалентного нагрева:

Эквивалентный приведённый момент двигателя:

Номинальный момент двигателя:

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

          Для проверки двигателя на перегрузочную способность воспользуемся следующим соотношением:

.

Максимальный статический момент:

.

Критический момент:

.

Критический момент при снижении на 10% напряжения:

.

Таким образом, видно, что соотношение выполняется. Это значит, что при максимальном статическом моменте на валу перегрузочная способность сохранится даже при снижении напряжения на 10%.

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ

КПД электропривода можно рассчитать по формуле:

,

где  - кпд двигателя за период работы,

 - кпд редуктора за период работы,

 - кпд преобразователя.

Для определения кпд двигателя за период работы необходимо рассчитать следующие величины:

Номинальные полные потери в двигателе:

.

Номинальные переменные потери в двигателе:

.

Номинальные постоянные потери в двигателе:

.

Переменные потери в двигателе при различных моментах на валу двигателя:

,

,

,

.

Кпд двигателя за цикл работы:

.

Тогда кпд привода за цикл работы:

.

11. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ОПИСАНИЕ ЕЁ РАБОТЫ

          Принципиальная электрическая схема электропривода приведена в графической части

Описание схемы

Схема представляет собой систему управления привода по схеме «Тиристорный преобразователь частоты – Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». Преобразователь частоты питается от сети напряжением 380 В. Схема управления питается от напряжения в 220 В через понижающий трансформатор и выпрямительный диодный мост.

Ручное управление пуском и торможением.

Для пуска двигателя первоначально включаются автоматы QF1 и QF2, подключающие к сети силовую часть и схему управления. Для пуска в прямом направлении (режим подъёма груза) необходимо нажать кнопку SB1. Она подключит к сети контактор KM1 (о чём будет свидетельствовать загоревшаяся лампа HL1). Этот контактор замкнёт свои контакты к силовой цепи, подключив статор к сети, также подключит СИФУ выпрямительной и инверторной группы выпрямителя к сети. Также KM1 замкнёт свои контакты в цепи контактора КМ3, который в свою очередь разомкнёт свои контакты в цепи электромагнитного тормоза, что приведёт к растормаживанию двигателя. Начнётся процесс разгона двигателя и выход на необходимую характеристику. Также осуществится электрическая блокировка цепи обратного пуска (режим спуска груза). Торможение осуществляется путём понижения частоты на выходе преобразователя. При этом работаю вентили инверторной группы. Для окончательного останова необходимо нажать кнопку SB3, что приведет к подаче напряжения на контактор KM4, который разомкнёт свои контакты в питающей статор сети, и замкнёт контакты в сети источника постоянного тока. Начнётся процесс динамического торможения. Также контакты КМ4 замкнут цепь реле времени КТ1, которое после истечения уставки, разомкнёт свои контакты в цепи управления, что приведёт к её отключению, снятию напряжения с контактора КМ1 и включению электромагнитного тормоза.

Процессы при обратном пуске (режим спуска груза) аналогичны вышеописанным, за исключением того, что первоначально замыкаются контакты КМ2.

Автоматическое управление осуществляется путевыми выключателями SQ1,2. При нажатии кнопки SB3, подключается контактор КМ1, и процессы аналогичны рассмотренным ранее. При достижении двигателем необходимой высоты сработает конечный выключатель SQ1, который подключит контактор КМ4, и дальнейшие процессы буду аналогичны ранее рассмотренным.

 В схеме предусмотрен ряд защит. Максимально токовая защита силовой цепи и цепи управления обеспечивается с помощью автоматических выключателей QF1, QF2, а также с помощью плавких предохранителей FU1, FU2. Путевая защита осуществляется с помощью конечных выключателей SQ1 и SQ2. В схеме присутствует электрическая блокировка реверсивных контакторов KM1 и KM2, исключающая их одновременное включение.

Тиристорный преобразователь предусматривает следующие виды защит и режимы коррекции:

-защита от короткого замыкания на корпус

-максимально-токовая защита;

-защита от обрыва фаз, перекоса фаз;

-защита от понижения или повышения напряжения в звене постоянного тока;

-защита от неправильной работы входного тиристорного выпрямителя;

-тепловая защита;

-защита от потери питания контроллером.

-коррекция выходного напряжения в зависимости от напряжения питающей сети;

-коррекция интенсивности (при разгоне) и рабочей частоты (в установившемся режиме) при превышении допустимого тока;

-коррекция интенсивности торможения при превышении напряжения на звене постоянного тока.

Внешние опции тиристорного преобразователя:

-возможность подключения внешнего тормозного блока для приёма энергии торможения;

-возможность управления внешним механическим тормозом;

-подключение внешнего датчика температуры двигателя.

12. ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ, ЗАЩИТЫ И СИГНАЛИЗАЦИИ, СОСТАВЛЕНИЕ ПЕРЕЧНЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Выбор автоматических выключателей QF [12]

Для силовой цепи выбор был произведён в пункте 3

Для цепи с трансформатором выбираем двухфазный автоматический выключатель QF2 типа ВА 61-29Н с электромагнитным расцепителем на переменное напряжение 220 В, номинальный ток 8 А.

Выбор трансформатора TV

Выбираем трансформатор ОСЗР-0.040-83-УХЛ4. Номинальное напряжение первичной обмотки: 220В, номинальное напряжение вторичной обмотки: 24В;

Выбор диодов VD1-VD4 [13]

Выбор диодов производится по величине обратного напряжения и максимального значения среднего тока. Обратное напряжение, приложенное к диоду, должно быть больше 1.44 U2ф, где U2ф=24 В. Максимальный средний допустимый ток должен быть больше тока схемы управления. Так как ток в схеме управления не превышает 8 А, то выбираем диод Д 104-10-3-УХЛ4. Максимальный средний допустимый ток диода I =10 А.

Выбор кнопочных выключателей SB [10]

Кнопки выбираем по напряжению и току. Выбираем кнопки серии ВК43, рассчитанные на ток 10А.

Кнопочный выключатель SB1 серии ВК43-21-01110-54 УХЛ2, Uном = 220В. Число контактов: 1 замыкающий.

Кнопочный выключатель SB2 серии ВК43-21-01110-54 УХЛ2, Uном = 220В. Число контактов: 1 замыкающий.

Выключатели кнопочные SB3-SB5 серии ВК43-21-10110-54 УХЛ2, Uном = 24В.

Выбор контакторов KM [10]

Контактор КM1 типа КМ2000 с одним замыкающим контактом. Номинальный ток контактов 100А, катушка контактора на постоянное напряжение 220 В.

Контактор КM2 типа КТ6000/2 с одним размыкающим контактом. Номинальный ток контакта 630 А, катушка контактора на постоянное напряжение 220 В.

Выбор реле времени KT [10]

Выбираем реле времени КТ типа РСВ15-1-46131-0УХЛ-4 с одним замыкающим и одним размыкающим контактом. Диапазон регулирования уставки 1-10 мин. Катушка реле на постоянное напряжение 220 В.

Выбор плавких предохранителей FU [13]

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.

Выбор сигнальных ламп HL

Выбираем сигнальную лампу HL типа АС 12015 У2 ТУ 16-535.930-76 на напряжение 24 В.

13. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Булгаков, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями./ А.А. Булгаков. – 3-е перераб. изд. – М.: Энергоиздат, 1982. – 216 с.: ил.

2. Ключев, В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов / В.И. Ключев. – M.: Энергоиздат, 1985. – 560 с.: ил.

3. Ключев, В.И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов / В.И. Ключев, В.М. Терехов. – М.: Энергия, 1980. – 360 с.: ил

4. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода: Учебник для вузов / М.Г. Чиликин, А.С.  Сандлер. – 6-е изд., доп. и перераб. – М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с.: ил.

5. Чиликин, М.Г. Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов / М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. – М.: Энергия, 1974. – 568 с.: ил.

6. Кравчик, А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А. Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с.: ил.

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.

8. Яуре, А.Г. Крановый электропривод: Справочник / А.Г. Яуре, Е.М. Певзнер. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 344 с.: ил.

9. Стандарт промышленного предприятия. Проекты дипломные и курсовые. Общие требования к оформлению пояснительных записок и чертежей. СТП 1-У-НГТУ-2004/ НГТУ: Н.Новгород, 2004.

10. Реле управления и защиты /Н.В.Возняк. М., Информэлектро, 1998.

11. Аппараты защиты. т.1, ч.1. Предохранителя низкого и высокого напряжения. Справочник. М., Информэлектро 1999.

12. Автоматические выключатели общего применения до 630 А. Справочник. М., Информэлектро, 1996, 184с.: с илл. табл.

13. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник /О.Г.Чебовский Л.Г.Моисеев, Р.П.Недошивин -2-е изд., перераб. и доп. -М., Энергоатомиздат, 1985. -400с.,илл.

Спецификация