Техника расчета силовой части электропривода

Задание

Таблица 1 — Исходные данные

где G — зубчатый;

SMсервопривод;

TR — транзисторный;

ц — система управления с контурами скорости и положения.

Рисунок 1 — Схема механизма В отчете по работе должны быть представлены:

1) техническое задание с исходными данными;

2) расчет мощности механизма;

3) расчет и выбор редукторов;

4) расчет и выбор двигателей;

5) расчет и выбор преобразователя;

6) принципиальная схема;

7) расчет регуляторов и структурная схема системы управления;

8) исходные данные и результаты моделирования с диаграммами движения разомкнутой и замкнутой систем;

9) выводы по результатам проектирования.

Наиболее распространенными механизмами непрерывного транспорта являются конвейеры различных типов. Ленточными называются конвейеры, грузонесущим и тяговым органом, которого является гибкая лента. Движение ленты происходит благодаря силам трения, возникающим между поверхностью ленты и поверхностью приводного барабана.

Необходимое прижатие ленты к барабану обеспечивается предварительным натяжением ленты. Ленточные конвейеры применяют в карьерах и на производственных предприятиях промышленности строительных материалов. В угольной промышленности и для перемещения сыпучих порошкообразных, мелких и среднекусковых грузов, а также штучных грузов непрерывным потоком в горизонтальном и пологонаклонном направлениях. Эти конвейеры могут использоваться также в качестве элементов технологических машин, в погрузочных и перегрузочных устройствах.

Ленточные конвейеры отличаются высокой производительностью, простотой конструкции, малой массой на единицу производительности, надежностью, небольшим расходом электрической энергии.

В данной курсовой работе будет произведен расчет электропривода ленточного конвейера и его моделирование.

Цель контрольной работы заключается в освоении техники расчета силовой части электропривода, выбора электрооборудования, проверки корректности выбора и оптимизации состава системы, разработки принципиальной и структурной схем, определения параметров регуляторов моделирования.

1. Расчет диаграммы рабочего цикла

Зададимся величиной хода и временем движения [2]:

Определим угловую частоту вращения валков, 1/с.

Время разгона и торможения, с:

Определим длину участков разгона и торможения, м:

Путь движения с постоянной скоростью, м:

Определим время движения с постоянной скоростью, с:

Полное время движения, с:

Из этого можно определить время стоянки, с:

2. Расчет моментов и мощностей механизма. Выбор двигателя

Сила сопротивления движению ленты вверх, Н [2]:

где — небольшой угол трения шкивов, равный 0,7

Сила сопротивления сползанию груза вниз, Н:

где — значительный угол трения груза о ленту конвейера, равный 2

Статическая мощность механизма, Вт:

где — КПД механизма, равный 0,9.

Предварительно выберем двигатель по статической мощности:

Выбираем двигатель А90LA8 [3], его параметры представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Номинальные данные двигателя А90LA8

3. Расчет редуктора

Определим необходимое передаточное число редуктора:

где — номинальная скорость вращения двигателя, 1/с:

4. Определение моментов механизма

Статический момент, приведенный к валу двигателя, Нм:

Приведем к валу двигателя момент инерции линейно перемещаемой массы, [2]:

Момент нагрузки, Нм [2]:

где сумма сил сопротивления, Н.

Динамический момент, Нм [2]:

где — время разгона, с.

Динамический момент должен быть меньше, чем 130% номинального момента, обеспечиваемого преобразователем и рассчитанного по номинальной мощности, Нм [2]:

Уточним нагрузку двигателя с учетом момента инерции. Пересчитаем

где — перегрузочная способность двигателя.

5. Расчет и выбор преобразователя

механизм мощность редуктор преобразователь Требуемый ток преобразователя, А где — перегрузочная способность преобразователя.

По каталогу выбираем тиристорный преобразователь с векторным управлением фирмы Altivar типа ATV 11HU18M2E, его параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Номинальные данные преобразователя ATV 11HU18M2E

На рисунке 2 представлена функциональная схема системы регулирования скорости АД с векторным управлением.

Векторное управление частотно-регулируемого асинхронного электропривода связано как с изменением частоты и текущих значений переменных АД, так и со взаимной ориентацией их векторов в полярной или декартовой системе координат. За счет регулирования амплитудных значений переменных и углов между их векторами обеспечивается полное управление АД как в статике, так и в динамике, что дает заметное улучшение качества переходных процессов по сравнению со скалярным управлением. Именно этот факт и является определяющим при выборе систем с векторным управлением.

Вариант частотно-токового векторного управления является наиболее распространенным, поскольку при регулировании тока независимо от частоты питания АД обеспечивается регулирование и его момента. Это не только упрощает схему управления, но и одновременно ограничивает перегрев двигателя. При этом напряжения на обмотках статора АД устанавливаются автоматически в зависимости от его режима работы.

К числу основных допущений при математическом описании электромагнитных процессов в АД принято относить [5]:

1) синусоидальность распределения намагничивающих сил обмоток двигателя вдоль окружности воздушного зазора; отсутствие потерь в стали статора и ротора;

2) симметричность сдвига осей обмоток статора и ротора на 120?;

3) отсутствие насыщения магнитной цепи двигателя.

Подобные допущения и переход от трехфазной модели двигателя к эквивалентной ей двухфазной, когда текущие переменные статора и ротора заменяются их проекциями на взаимно перпендикулярные оси координат х, у, вращающиеся с синхронной скоростью магнитного поля двигателя, существенно упрощают математическую модель двигателя и позволяют на ее основе создавать системы векторного управления с подчиненным регулированием координат аналогично электроприводам постоянного тока.

Система имеет два внешних контура регулирования — модуля вектора потокосцепления ротора и угловой скорости двигателя, а также два подчиненных им внутренних контура регулирования составляющих тока статора и в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью поля двигателя. Система осуществляет независимое регулирование модуля вектора потокосцепления ротора и скорости ротора при сохранении прямой пропорциональности между моментом двигателя и составляющей намагничивающей силы статора, перпендикулярной вектору потокосцепления ротора. Сигнал задания потокосцепления ротора формируется в специальном вычислительном устройстве ВУ, использующем математическую модель АД и вводимые в нее реальные параметры двигателя: активные и реактивные сопротивления цепей статора и ротора, число пар полюсов, номинальные значения мощности, скорости, напряжения и тока статора, их частоты, КПД и мощности.

Рисунок 2 — Функциональная схема системы регулирования скорости АД с векторным управлением Для быстрой и точной остановки привода применяется динамическое торможение, при котором механическая энергия преобразуется в электрическую в замкнутом контуре, электрически не связанным с сетью.

6. Настройка системы регулирования

Обобщенная линеаризованная структурна схема электропривода, показанного на рисунке 2 приведена не рисунке 3. Схема содержит два одинаковых по параметрам внутренних контура регулирования составляющих и тока статора с коэффициентом обратной связи по потокосцеплению и внешний контур регулирования скорости двигателя с коэффициентом обратной связи

Схема также содержит внешний контур регулирования положением.

При настройке контуров регулирования на модульный оптимум определение параметров передаточных функций регуляторов тока потокосцепления, скорости и положения:

Коэффициенты структурной схемы:

— коэффициент обратной связи по току ;

— коэффициент обратной связи по скорости ;

— коэффициент обратной связи по потокосцеплению ;

— эквивалентный статический коэффициент передачи преобразователя

;

— коэффициент электромагнитной связи ротора ;

— эквивалентная постоянная времени цепи статора ;

— электромагнитная постоянная времени цепи ротора ;

— эквивалентная постоянная времени цепи управления преобразователем

;

— эквивалентное сопротивление цепи статора ;

— соотношение постоянных времени контуров ;

— взаимная индуктивность обмоток статора и ротора ;

— индуктивность обмотки ротора .

Определим параметры регуляторов.

Передаточный коэффициент пропорциональной части регулятора тока где — постоянная времени интегрирования регулятора тока, с:

Передаточный коэффициент пропорциональной части регулятора потокосцепления ротора где — постоянная времени интегрирования регулятора потокосцепления ротора, с:

Передаточный коэффициент регулятора скорости где — суммарный момент инерции двигателя и механизма,, равный где — суммарный момент инерции конвейера, :

Смоделируем структуру в пакете Matlab (рисунок 4). Графики переходных процессов показаны на рисунках 5 и 6.

Исследуем систему при перемещении заготовки по конвейеру на 10 м.

Рисунок 3 — Зависимость скорости перемещения от времени Рисунок 4 — Зависимость положения от времени

Заключение

Целью моделирования являлось то, чтобы проверить систему на устойчивость, а также удовлетворяет ли она качеству переходных процессов, времени переходного процесса, величине перерегулирования, отклонению частоте вращения двигателя — статической ошибке.

Согласно требованиям, предъявляемые к электроприводу конвейеров:

1. Регулирование скорости не требуется или требуется в небольшом диапазоне.

2. Требуется повышенный пусковой момент из-за большего по величине момента трения покоя относительно момента трения движения.

3. Необходимо обеспечение плавности переходных процессов — ограничение ускорения и рывка с целью исключения раскачивания или пробуксовки механизма и снижения динамических усилий при наличии упругих связей.

Из диаграмм переходных процессов видно, что автоматическая система удовлетворяет требованиям, предъявляемым к главным приводам конвейеров.

Время переходного процесса при разгоне и торможении двигателя равно 2 с. За это время двигатель достигает заданного значения угловой частоты вращения.

Также из диаграмм видно, что через 15,6 с перемещение заготовки достигло заданного значения — 10 м.

Таким образом, можно сделать вывод, что данная автоматическая система обеспечивает устойчивость, а также качество и быстроту протекания переходных процессов, при регулировании скорости и тока в заданных пределах.

Список использованных источников

1. Соколов М. М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов / М. М. Соколов. — М: Энергия, 1976. — 488 с.

2. Водовозов В. М. Курсовое проектирование электропривода / В. М. Водовозов. — СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. — 30 с.

3. Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором АИР, А: листок-каталог: производитель: ОАО Ярославский электромоторный завод — ОАО ELDIN.

4. Преобразователи частоты для асинхронных двигателей: каталог: Schneider Electric.

5. Системы управления электроприводов / Под общей редакцией В. М. Терехова. — М.: Академик, 2005. — 296 с.