Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИВЕДЁННЫХ ЗНАЧЕНИЙ
СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ И МОМЕНТА ИНЕРЦИИ
ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
Расчет электропривода по заданной грузоподъемности в первом приближении начинают с определения моментов сопротивления на валу электродвигателя, которые зависят от от веса груза. Методику расчёта берём из [2].
Определим значение приведённого к валу двигателя статического момента Ms1 при подъёме груза:
(Н∙м), (1.1)
где G0 – вес клети, Н; G1 – вес груза, Н; Dб – диаметр барабана, м; im – передаточное число редуктора; ηm – кпд редуктора.
Определим значение приведённого к валу двигателя статического момента Ms2 при спуске:
(Н∙м), (1.2)
Определим значение приведённого к валу двигателя момента инерции исполнительного механизма Jm1 при подъёме груза:
(кг∙м2), (1.3)
где Jб – момент инерции барабана, кг∙м2.
Тогда значение приведённого к валу двигателя момента инерции исполнительного механизма Jm2 при спуске:
(кг∙м2) (1.4)
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
И ВЫБОР ЕГО ПО КАТАЛОГУ
По [2] рассчитаем максимальную угловую скорость вращения вала двигателя ωmax, которая обеспечивает максимальную линейную скорость перемещения груза:
(рад/с), (2.1)
где vmax – максимальная линейная скорость движения, м/с.
(об/мин). (2.2)
Приблизительное время подъёма tп и время спуска tс клети можно определить следующим образом:
(с), (2.3)
где H – высота подъёма, м.
В задании сказано, что длительность пауз равна длительности передвижения клети. Поэтому двигатель работает в повторно-кратковременном режиме с продолжительностью включений (ПВ) равной 50%.
Определим мощность электродвигателя при подъёме груза:
(Вт). (2.4)
Определим мощность электродвигателя при спуске:
(Вт). (2.5)
Для асинхронного электродвигателя (АД) с короткозамкнутым ротором выбираем расчётную мощность Ррас для продолжительного режима работы по максимальному приведённому статическому моменту Ms1 (Ррас = Ps1).
Если режим работы электродвигателя повторно-кратковременный, то расчетная мощность двигателя Р΄рас выбирается в зависимости от относительной продолжительности включения. Так для ПВ = 40% она составит:
(Вт). (2.6)
Из [6] выбираем двигатель с номинальной мощностью на 10-20% превышающей расчетную, т.е. Pном= (1,1÷1,2)∙Р΄рас:
(Вт). (2.7)
Выбираем двигатель 4А315S8У3.
Параметры выбранного электродвигателя:
Uс = 380 В – напряжение питающей сети,
f = 50 Гц – частота питающей сети,
Uфн = 220 В – фазное напряжение на статоре,
P2н = 90 кВт – номинальная мощность двигателя,
p = 4 – число пар полюсов,
n = 750 об/мин – синхронная скорость,
sн = 0.015 – номинальное скольжение,
mп = 1.2 – относительный пусковой момент двигателя,
синхронная скорость
(рад/с), (2.8)
номинальный момент двигателя
(Н∙м). (2.9)
пусковой момент двигателя
(Н∙м). (2.10)
Из полученного результата видно, что Mп < Ms1, поэтому данный двигатель не подходит. При поднятии максимальной нагрузки или незначительном снижении напряжения двигатель может не запуститься или «застрять», что крайне не желательно для подъёмного механизма.
Поэтому выбираем следующий двигатель. Это двигатель 4А315М8У3.
Параметры выбранного электродвигателя:
Uс = 380 В – напряжение питающей сети,
f = 50 Гц – частота питающей сети,
Uфн = 220 В – фазное напряжение на статоре,
P2н = 110 кВт – номинальная мощность двигателя,
p = 4 – число пар полюсов,
n = 750 об/мин – синхронная скорость,
sн = 0.015 – номинальное скольжение,
sк = 0.075 – критическое скольжение,
mк = 2.3 – максимальный момент двигателя,
mм = 0.9 – минимальный момент двигателя,
mп = 1.2 – относительный пусковой момент двигателя,
iп = 6.5 – пусковой ток,
ηд = 0.93 – КПД двигателя,
cosφ = 0.85 – коэффициент мощности двигателя,
Jдв = 5.8 кг∙м2 – момент инерции ротора двигателя.
С учётом этих данных находим:
синхронная скорость по (2.8)
(рад/с),
номинальная скорость
(рад/с), (2.11)
номинальный момент двигателя по (2.9)
(Н∙м),
пусковой момент двигателя по (2.10)
(Н∙м).
Из расчёта видно, что данный двигатель подходит по пусковому моменту.
Таблица 1 – Параметры схемы замещения
|
x’μ, отн.ед. |
r’1, отн.ед. |
x’1, отн.ед. |
r’’2, отн.ед. |
x’’2, отн.ед. |
|
2,4 |
0,023 |
0,10 |
0,019 |
0,12 |
3 РАСЧЁТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ
ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
3.1 Выбор преобразователя частоты (ПЧ)
Поскольку привод является частотно управляемым, то выбираем по [9] частотный преобразователь серии «Универсал» типа В предназначенный для регулирования скорости вращения различных механизмов, в том числе и подъёмных устройств.
Таблица 2 – Параметры преобразователя
|
Номинальное напряжение, В |
380 |
|
Номинальная частота, Гц |
50 |
|
Диапазон регулирования частоты, Гц |
2 – 512 |
|
Номинальная мощность двигателя, кВт |
110 |
|
Номинальный ток преобразователя, А |
216 |
3.2 Выбор автоматического выключателя
Номинальный ток автоматического выключателя будет равен номинальному току статора.
Рассчитаем номинальный ток статора I1н:
(А). (3.2.1)
Поэтому в качестве устройства включения электропривода выбираем автоматический выключатель типа АЕ 2063ММ, в котором имеется электромагнитный расцепитель, срабатывающий при токах перегрузки. Номинальный ток расцепителя Iнр = 250 А, способен пропускать через себя ток двигателя I1н = 210,84 А. Для того, чтобы определить ток уставки воздушного выключателя рассчитаем сначала пусковой ток Iп, кратность пускового тока берем по [3].
(А) (3.2.2)
Тогда ток уставки Iу будет равен:
(А) (3.2.3)
4 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Параметры схемы замещения даны в относительных единицах, поэтому по [4] производим пересчёт по переводу из относительных единиц в Омы.
Номинальное активное сопротивление статора r1:
(Ом). (4.1)
Номинальное индуктивное сопротивление статора x1:
(Ом); (4.2)
Номинальное активное сопротивление ротора, приведённое
к обмотке статора r’2:
(Ом); (4.3)
Номинальное индуктивное сопротивление ротора, приведённое
к обмотке статора x’2:
(Ом); (4.4)
Номинальное индуктивное сопротивление цепи намагничивания xμ:
(Ом); (4.5)
Уравнение механической характеристики для двигателя:
. (4.6)
Выражение зависимости скорости от скольжения:
. (4.7)
Теперь по [5] задаваясь значениями скольжения от 1 до 0 получаем зависимости скорости и момента и строим механическую характеристику. Однако данное уравнение механической характеристики для АД с короткозамкнутым ротором будет давать ошибку на интервале скольжения . Поэтому воспользуемся ещё одним уравнением механической характеристики. Чтобы её построить рассчитаем критическое скольжение sк и критический момент Mк:
, (4.8)
(Н∙м), (4.9)
Перегрузочная способность двигателя mk,будет равна:
. (4.10)
Задаваясь теми же значениями скольжения от 1 до 0, строим механическую характеристику по формуле:
,
где . (4.11)
Естественная механическая характеристика представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Естественная механическая характеристика двигателя
5 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРИ МАКСИМАЛЬНОМ, СРЕДНЕМ И МИНИМАЛЬНОМ
ЗНАЧЕНИЯХ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ
5.1 Параметры для расчёта искусственных механических характеристик двигателя
Для управления АД с короткозамкнутым ротором используем закон частотного регулирования скорости U/f = const – вырабатываемый ПЧ с учётом падения напряжения на активном сопротивлении – r1 обмотки статора, а также применяемый для того, чтобы критический момент оставался постоянным (Mк = const), т.е. для сохранения перегрузочной способности электродвигателя по моменту.
Управление происходит в диапазоне 5:1. Зная максимальную угловую скорость вращения исполнительного механизма ωmax, определим её минимальное значение ωmin:
(рад/с). (5.1.1)
Тогда средняя скорость будет:
(рад/с). (5.1.2)
Сделаем допущение, что жёсткость одинакова для всех искусственных характеристик. Определим скорости холостого хода искусственных характеристик, а значит и частот, обеспечивающих данные скорости.
При номинальном моменте привод должен работать на искусственной характеристике с максимальной скоростью ωmax = 75.24 рад/c. Определим синхронную скорость, где скольжение, с которым работает двигатель при номинальном монете равно sн:
(рад/с). (5.1.3)
Тогда минимальная и средняя скорость будут:
(рад/с), (5.1.4)
(рад/с). (5.1.5)
Пересчитаем скорости двигателя на соответствующие частоты ПЧ:
для максимальной скорости ω0max:
(Гц), (5.1.6)
для средней скорости ω0ср:
(Гц), (5.1.7)
для минимальной скорости ω0min:
(Гц), (5.1.8)
Чтобы рассчитать искусственные механические характеристики, необходимо сначала вычислить коэффициенты рассеяния для статора и ротора, общий коэффициент, а также коэффициенты, зависящие от параметров двигателя. Методика взята из [4].
, (5.1.9)
, (5.1.10)
τ = τ1 + τ2 + τ1∙ τ2 = 0,042 + 0,05 + 0,042∙0,05 = 0,094, (5.1.11)
b = r1∙(1 + τ2) = 0,024∙(1 + 0,05) = 0,025, (5.1.12)
c = xμ∙ τ = 2,504∙0,094 = 0,235, (5.1.13)
, (5.1.14)
e = 1 + τ1 = 1 + 0,042 = 1,042. (5.1.15)
5.2 Построение механической характеристики двигателя при максимальной скорости ω0max
По методике, изложенной в [4] определим относительную частоту напряжения статора α1 – отношение частоты тока статора к её номинальному значению:
. (5.2.1)
Найдём относительное напряжение γ1 на статоре:
(5.2.2)
Найдём критический момент Mк1:
(5.2.3)
Теперь найдём абсолютное критическое скольжение βкр1:
. (5.2.4)
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (5.2.5)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω1(β) = ω0max∙(1 – β). (5.2.6)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 2 – ИХ1).
5.3 Построение механической характеристики двигателя при средней
скорости ω0ср
Определим относительную частоту напряжения статора α2 – отношение частоты тока статора к её номинальному значению:
. (5.3.1)
Найдём относительное напряжение γ2 на статоре:
(5.3.2)
Найдём критический момент Mк2:
(5.3.3)
Теперь найдём абсолютное критическое скольжение βкр2:
. (5.3.4)
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (5.3.5)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω2(β) = ω0ср∙(1 – β). (5.3.6)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 2 – ИХ2).
5.4 Построение механической характеристики двигателя при минимальной скорости ω0min
Определим относительную частоту напряжения статора α3 – отношение частоты тока статора к её номинальному значению:
. (5.4.1)
Найдём относительное напряжение γ3 на статоре:
(5.4.2)
Найдём критический момент Mк3:
(5.4.3)
Теперь найдём абсолютное критическое скольжение βкр3:
. (5.4.4)
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (5.4.5)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω3(β) = ω0min∙(1 – β). (5.4.6)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 2 – ИХ3).
Рисунок 2 – Искусственные механические характеристики двигателя
Из графиков полученных искусственных механических характеристик видно, что при изменении частоты получаются характеристики с той же жёсткостью и тем же критическим моментом. При этом сохраняется перегрузочная способность двигателя.
6 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ
ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ (±15%) НА ПОЛУЧЕННЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РАБОТУ МЕХАНИЗМА
Управление двигателя происходит с использованием преобразователя частоты, поэтому увеличение или снижение частоты питающей сети никак не будет влиять на работу электропривода.
В отличие от частоты, напряжение питающей сети будет оказывать существенное влияние на работу привода. Формулы для расчётов аналогично берутся из [4].
6.1 Искусственные механические характеристики при снижении номинального значения напряжения питающей сети на 15%
Найдём значение напряжения при снижении его номинального значения на 15%:
Uфн1 = 0.85∙Uфн = 0,85∙220 = 187 (В). (6.1.1)
Произведём расчёт аналогично пункту 5.
6.1.1 Построение механической характеристики двигателя при максимальной скорости ω0max
Относительная частота напряжения статора – α1 = 0,973.
Относительное напряжение на статоре не зависит от напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним γ1 = 0,974.
Найдём критический момент:
(6.1.1.1)
Абсолютное критическое скольжение так же не зависит от значения напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним βкр1 = 0,087.
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (6.1.1.2)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω1(β) = ω0max∙(1 – β). (6.1.1.3)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 3 – ИХ1).
6.1.2 Построение механической характеристики двигателя при средней скорости ω0ср
Относительная частота напряжения статора – α2 = 0,584.
Относительное напряжение на статоре не зависит от напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним γ2 = 0,605.
Найдём критический момент:
(6.1.2.1)
Абсолютное критическое скольжение так же не зависит от значения напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним βкр2 = 0,087.
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (6.1.2.2)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω2(β) = ω0ср∙(1 – β). (6.1.2.3)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 3 – ИХ2).
6.1.3 Построение механической характеристики двигателя при минимальной скорости ω0min
Относительная частота напряжения статора – α3 = 0,195.
Относительное напряжение на статоре не зависит от напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним γ3 = 0,238.
Найдём критический момент:
Абсолютное критическое скольжение так же не зависит от значения напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним βкр3 = 0,077.
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (6.1.3.2)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω3(β) = ω0min∙(1 – β). (6.1.3.3)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 3 – ИХ3).
Рисунок 3 – Искусственные механические характеристики двигателя при снижении напряжения питающей сети на 15%
Из полученных характеристик видно, что при снижении напряжения питающей сети снижается значение критического момента, т.е. снижается перегрузочная способность двигателя, что крайне нежелательно для подъёмного электропривода.
6.2 Искусственные механические характеристики при повышении номинального значения напряжения питающей сети на 15%
Найдём значение напряжения при повышении его номинального значения на 15%:
Uфн2 = 1,15∙Uфн = 1,15∙220 = 253 (В). (6.2.1)
6.2.1 Построение механической характеристики двигателя при максимальной скорости ω0max
Относительная частота напряжения статора – α1 = 0,973.
Относительное напряжение на статоре не зависит от напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним γ1 = 0,974.
Найдём критический момент:
(6.2.1.1)
Абсолютное критическое скольжение так же не зависит от значения напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним βкр1 = 0,087.
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (6.2.1.2)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω1(β) = ω0max∙(1 – β). (6.2.1.3)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 4 – ИХ1).
6.2.2 Построение механической характеристики двигателя при средней скорости ω0ср
Относительная частота напряжения статора – α2 = 0,584.
Относительное напряжение на статоре не зависит от напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним γ2 = 0,605.
Найдём критический момент:
(6.2.2.1)
Абсолютное критическое скольжение так же не зависит от значения напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним βкр2 = 0,087.
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (6.2.2.2)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω2(β) = ω0ср∙(1 – β). (6.2.2.3)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 4 – ИХ2).
6.2.3 Построение механической характеристики двигателя при минимальной скорости ω0min
Относительная частота напряжения статора – α3 = 0,195.
Относительное напряжение на статоре не зависит от напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним γ3 = 0,238.
Найдём критический момент:
(6.2.3.1)
Абсолютное критическое скольжение так же не зависит от значения напряжения питающей сети, поэтому остаётся прежним βкр3 = 0,077.
Формула Клосса, преобразованная для случая с переменной частотой:
. (6.2.3.2)
Зависимость скорости от абсолютного скольжения выражается следующей зависимостью:
ω3(β) = ω0min∙(1 – β). (6.2.3.3)
Задаваясь значениями абсолютного скольжения от 0 до 1 строим искусственную механическую характеристику (рисунок 4 – ИХ3).
Рисунок 4 – Искусственные механические характеристики двигателя при повышении напряжения питающей сети на 15%
Из полученных характеристик видно, что при повышении напряжения питающей сети возрастает значение критического момента, т.е. перегрузочная способность двигателя увеличивается, но при этом двигатель не рассчитан на такие режимы, поэтому превышение напряжения выше номинального значения не желательно.
7 ОЦЕНКА НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБРАТНОЙ
СВЯЗИ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ
ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Жёсткость естественной характеристики βс по [4]:
, (7.1)
где D – диапазон регулирования (D = 5), а γ – относительное напряжение на статоре, равное:
(7.2)
О точности регулирования можно судить по перепаду скорости Δω при заданном изменении момента ΔM, т.к. момент в данном случае изменяется от 0 до номинального значения, то:
. (7.3)
Подставляя βс в это уравнение получим:
(7.4)
Полученное значение меньше 0.15 (15%), а поэтому нет необходимости предусматривать отрицательную обратную связь по скорости и рассчитывать требуемый коэффициент усиления обратной связи.
8 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ИЗМЕНЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, МОМЕНТА И ТОКА ПРИ ПУСКЕ И ОСТАНОВКЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
8.1 Расчет и построение кривых изменения угловой скорости, момента и тока при пуске электродвигателя
Т.к. в переходном процессе абсолютное скольжение β < sк и двигатель работает в области рабочего участка механической характеристики, то дальнейший расчет переходных процессов аналогичен расчету переходных процессов для электропривода постоянного тока с линейной механической характеристикой, взятой из [1] и [2].
Т. к. время работы электропривода равно времени паузы электропривода и равно (с), зададимся временем пуска и временем торможения равными 15,057 с.
Суммарный момент инерции электропривода:
(кг∙м2). (8.1.1)
Механическая постоянная времени электропривода:
(с). (8.1.2)
Модуль жесткости естественной характеристики:
(8.1.3)
Установившаяся скорость в конце пуска:
(рад/с). (8.1.4)
Время нарастания управляющего воздействия:
(с). (8.1.5)
Требуемая скорость нарастания управляющего воздействия по скорости:
(1/с2). (8.1.6)
Требуемая скорость нарастания управляющего воздействия по току:
(1/с2). (8.1.7)
Требуемая зависимость i(t) при пуске:
. (8.1.8)
Требуемая зависимость ω(t) при пуске:
. (8.1.9)
Статическое падение скорости:
(рад/с). (8.1.10)
Время запаздывания:
(с). (8.1.11)
Определяем ток отсечки преобразователя:
(А). (8.1.12)
Когда ток статора превысит значение статического тока, начинается вращение вала электродвигателя. С этого момента ток статора изменяется по следующему закону:
. (8.1.13)
По истечению времени t0 скорость также изменяется по экспоненциальному закону:
. (8.1.14)
Современные преобразователи частоты позволяют формировать изменение активной составляющей тока, т. е. формировать величину момента электродвигателя. В этом случае в переходных процессах приводах постоянного и переменного тока нет никакой разницы.
Зависимость момента от тока:
, (8.1.15)
где (8.1.16)
Задаваясь значениями времени, получим данные при пуске электродвигателя и занесем их в таблицу 3.
Таблица 3 - Значения полученные при расчете пуска электропривода
|
t, c |
ω , рад/с |
I , А |
М , Нм |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0,62 |
0,54 |
270,60 |
1824 |
|
1,25 |
3,7 |
383,24 |
2583 |
|
1,87 |
6,81 |
411,68 |
2775 |
|
2,5 |
9,97 |
419,13 |
2825 |
Таблица 3 (продолжение)
|
5 |
22,51 |
421,66 |
2842 |
|
10 |
47,58 |
421,67 |
2842 |
|
15 |
72,66 |
421,67 |
2842 |
|
15,62 |
74,57 |
280,48 |
1890 |
|
16,24 |
75,06 |
243,71 |
1592 |
|
17,5 |
75,22 |
231,63 |
1586 |
|
20 |
75,24 |
230,79 |
1586 |
I, А
t, с
Рисунок 5 - Кривая изменения тока при пуске АД
ω, рад/с
t, с
Рисунок 6 - Кривая изменения угловой скорости при пуске АД
M, Н∙м
t, с
Рисунок 7 - Кривая изменения момента электродвигателя при пуске АД
8.2 Расчет и построение кривых изменения угловой скорости, момента и тока при рекуперативном торможении электродвигателя
Рекуперативное торможение осуществляется плавным понижением частоты питающего напряжения двигателя до частоты около 5 Гц посредствам преобразователя частоты, при этом асинхронный электродвигатель переходит в генераторный режим, плавно снижает свою скорость до ωуст = 7,85 с-1. Окончательная остановка двигателя обеспечивается с помощью электромагнитного тормоза (электродвигатель останавливается мгновенно). Этим объясняется резкий спад скорости (тока, момента) до нуля в конце торможения.
Т. к. время работы электропривода равно времени паузы электропривода и равно (с), зададимся временем торможения равным 15,039 с.
Расчет переходных процессов по [2] при рекуперативном торможении аналогичен расчетам при пуске электродвигателя за исключением некоторых пунктов.
Установившаяся скорость в конце пуска:
(рад/с).
Требуемая скорость нарастания управляющего воздействия по скорости:
(1/с2). (8.2.1)
Требуемая зависимость ω(t) при пуске:
. (8.2.2)
Задаваясь значениями времени, получим данные при пуске электродвигателя и занесем их в таблицу 4.
Таблица 4 - Значения полученные при расчете рекуперативного торможения
|
t, c |
ω , рад/с |
I , А |
М , Нм |
|
0 |
75,24 |
229,38 |
1580 |
|
0,62 |
72,45 |
-252,05 |
-1699 |
|
1,25 |
69,62 |
-378,52 |
-2551 |
|
1,87 |
66,83 |
-410,45 |
-2766 |
|
2,5 |
64,01 |
-418,82 |
-2823 |
|
5 |
52,77 |
-421,66 |
-2842 |
|
10 |
30,31 |
-421,67 |
-2842 |
|
15 |
7,85 |
-421,67 |
-2842 |
|
15,62 |
7,85 |
60,93 |
-410,72 |
|
16,24 |
7,85 |
186,63 |
1258 |
|
17,5 |
7,85 |
227,93 |
1536 |
|
20,1 |
0 |
0 |
0 |
I, А
t, с
Рисунок 8 - Кривая изменения тока при рекуперативном торможении
ω, рад/с
t, с
Рисунок 9 - Кривая изменения скорости при рекуперативном торможении
M, Н∙м
t, с
Рисунок 10 - Кривая изменения момента электродвигателя при торможении
8.3 Построение кривых изменения угловой скорости, момента и тока за цикл работы электропривода
На основе данных по переходным процессам и нагрузочной диаграмме построим кривую изменения момента за цикл работы электропривода. На промежутке времени t1 будем рассматривать процесс при пуске, а так же установившийся процесс, на промежутке t2 рассматривается тормозная моментная характеристика.
M, Н∙м
t, с
Рисунок 11 - Изменения момента за цикл работы электропривода
Аналогично построим тахограмму электропривода. На промежутке времени t1 будем рассматривать процесс при пуске, а так же установившийся процесс, на промежутке t2 рассматривается тормозная скоростная характеристика.
ω, рад/с
t, с
Рисунок 12 - Изменения угловой скорости за цикл работы электропривода
То же самое для тока. На промежутке времени t1 будем рассматривать процесс при пуске, а так же установившийся процесс, на промежутке t2 рассматривается тормозная токовая характеристика.
I, А
t, с
Рисунок 13 - Изменения тока за цикл работы электропривода.
9 ПРОВЕРКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ПО НАГРЕВУ И ПЕРЕГРУЗКЕ
9.1 Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву
Для проверки двигателя по нагреву из [5] можно воспользоваться методом эквивалентного момента.
Эквивалентный момент сопоставляется с номинальным, и если Mэ ≤ Mн, то двигатель полностью используется по нагреву.
Определяем эквивалентный момент Mэ по формуле:
, (9.1.1)
где tц – время цикла работы механизма, с.
Исходя из расчётов, а также по нагрузочной диаграмме определяем необходимые данные и сводим их в таблицу 2.
Таблица 5 – Расчётные данные нагрузочной диаграммы
|
Mср, Н∙м |
ωср, рад/с |
t,с |
|||
|
M1 |
1421 |
ω1 |
5 |
t1 |
2,5 |
|
M2 |
2842 |
ω2 |
35 |
t2 |
12,5 |
|
M3 |
2199 |
ω3 |
66 |
t3 |
2,5 |
|
M4 |
1585 |
ω4 |
75,24 |
t4 |
131,56 |
|
M5 |
628 |
ω5 |
69 |
t5 |
2,5 |
|
M6 |
2842 |
ω6 |
36 |
t6 |
12,5 |
|
M7 |
628 |
ω7 |
7,85 |
t7 |
2,5 |
|
M8 |
0 |
ω8 |
0 |
t8 |
166,56 |
Получившийся эквивалентный момент меньше номинального, следовательно выбранный двигатель полностью подходит по нагреву.
9.2 Проверка предварительно выбранного двигателя по перегрузке
Чтобы двигатель подходил по перегрузке необходимо по [5]:
km ≤ mk,
где km:
, (9.2.1)
где Mстmax – наибольший приведённый к валу двигателя статический момент, Н∙м.
Перегрузочная способность двигателя mk = 2.5, следовательно, выбранный двигатель подходит по перегрузке.
10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ
Определим КПД электропривода за цикл работы в зависимости от скорости по методике изложенной в [5]:
, (10.1)
где Pс – мощность, потребляемая электроприводом из сети, Вт; Pв – мощность на валу электродвигателя, Вт.
Определим мощность, потребляемую электроприводом из сети:
Определим мощность на валу электродвигателя:
Полученные значения подставим в (10.1) и определим КПД электропривода:
.
11 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ОПИСАНИЕ ЕЁ РАБОТЫ
Принципиальная электрическая схема электропривода приведена в приложении А (рисунок А.1).
11.1 Описание схемы
Преобразователь частоты с помощью контактора КM1(KM2) и автоматического выключателя QF1 подключается к трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В. Сигнал задания скорости поступает на вход СИФУ от ступенчатого задатчика скорости RР1. Направление вращения асинхронного электродвигателя М задается контакторами КM1 и КM2, управление которыми осуществляется с помощью кнопок SB2 (вверх) и SB3(вниз). В схеме предусмотрены конечные выключатели SQ1 и SQ2, срабатывающие в самых крайних и опасных положениях пути. Останов электродвигателя осуществляется кнопкой SB1 (стоп). Схема управления получает питание от сети переменного тока напряжением 220 В.
11.2 Работа схемы
Автоматическое выполнение заданного режима работы электропривода осуществляется с помощью преобразователя частоты, который является программируемым устройством.
Включаем автоматы QF2,QF1.
При включении QF2 питание получает схема управления, при включении автоматического выключателя QF1 - силовая схема.
Направление вращения электродвигателя М задается нажатием кнопки SB2 (вверх) или SB3 (вниз).
При нажатии SB2 кнопка шунтируется вспомогательным контактом контактора КМ1, и кнопку SB2 можно опустить. Также замыкаются силовые контакты контактора КМ1. Одновременно с этим замыкается вспомогательный контакт КМ1 собирается цепь контактора КМ3, контактор КМ3 втягивает свой якорь, тем самым снимая тормоз с вала электродвигателя и начинается вращение электродвигателя М (подъем клети). При достижении клетью поверхности земли, электродвигатель переходит в режим рекуперативного торможения. Данный режим обеспечивается с помощью преобразователя частоты, который плавно снижает частоту питающего напряжения статора, двигатель переходит на искусственную механическую характеристику при условии ω меньше ω0. Далее двигатель снижает свою скорость до полной его остановки. При скорости срабатывания реле контроля скорости размыкает свой контакт, разрывающий цепь контактора KM1. Контактор отключает свои силовые и вспомогательные контакты, разрывая цепь тормозного контактора KM3. Срабатывает механический тормоз и двигатель стопорится. При аварийной ситуации, если реле контроля скорости не сработает предусмотрен конечный выключатель SQ1, который также разрывает цепь контактора KM1 и обеспечивает останов двигателя.
При нажатии SB3 запитывается катушка контактора КM2. Его силовые контакты подключают двигатель к сети, а вспомогательный контакт шунтирует реостат задания частоты RP1, тем самым устанавливая минимальную частоту напряжения питания. Электродвигатель, под действием статического момента на валу, переходит в генераторный режим (4 квадрант) и начинается спуск клети. Торможение и остановка электродвигателя происходит аналогично режиму подъема клети. Здесь также предусмотрен конечный выключатель SQ2, который на случай неисправности отключит двигатель в крайнем положении исполнительного механизма.
Экстренная остановка электродвигателя осуществляется нажатием кнопки SB1.
Схема управления обеспечивает автоматическое выполнение заданного режима работы, ручное регулирование скорости вращения с помощью задатчика скорости – потенциометра RP1.
В схеме предусмотрен ряд защит. Максимально токовая защита силовой цепи и цепи управления обеспечивается с помощью автоматических выключателей QF1, QF2. 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
12.1 Выбор аппаратуры управления
12.1.1 Выбор автоматического выключателя для цепи управления QF2
Основными параметрами автоматов являются номинальное напряжение и ток.
Номинальное напряжение равно 220 В. Максимальный ток схемы управления равен 9 А, выбираем ближайший больший номинальный ток 10 А. Выбираем автоматический выключатель RI 62.
12.1.2 Выбор контакторов КM1, KM2
Выбираем контакторы из условия коммутации их силовыми контактами номинального тока электродвигателя. Выбираем контакторы серии КТ 6023 на номинальный ток Iн=160 А.
12.1.3 Выбор кнопочных выключателей SB1, SB2, SB3
Кнопки выбираем по напряжению и току. Выбираем кнопочные выключатели серии ВК43, рассчитанные на ток 10 А.
12.1.3.1 Выбор кнопочного выключателя SB1
Кнопка SB1 обеспечивает функцию “Cтоп”.
ВК43-21-01110-54, Uном = 220В;
Число контактов: 1 размыкающий.
12.1.3.2 Выбор кнопочного выключателя SB2
Кнопка SB2 обеспечивает функцию “Ввверх”.
ВК43-21-10110-54, Uном = 220В;
Число контактов: 1 зaмыкающий.
12.1.3.3 Выбор кнопочного выключателя SB3
Кнопка SB3 обеспечивает функцию “Вниз”.
ВК43-21-10110-54, Uном = 220В;
Число контактов:1 замыкающий.
12.1.4 Выбор сигнальной лампы HL1
Выбираем сигнальную лампу на напряжение 220 В: TPN-142G.
12.1.5 Выбор сигнальной лампы HL2
Выбираем сигнальную лампу на напряжение 220 В: TPN-142G.
12.2 Защиты, обеспечиваемые в спроектированной схеме
12.2.1 Максимальная токовая защита
Обеспечивает защиту электродвигателя, преобразователя и элементов схем управления от токов короткого замыкания. Она реализуется автоматическими выключателями QF1, QF2. При аварийных режимах эта защита отключает потребителя от питающей сети, предохраняя установку от воздействия электродинамических и тепловых воздействий, возникающих при токах короткого замыкания.
Обеспечивает защиту исполнительного механизма от чрезмерных перемещений и вследствие этого его (механизма) поломки. Она реализуется конечными выключателями SQ1 и SQ2. При аварийных режимах эта защита отключит электродвигатель от питающей сети.
12.2.3 Сигнализация
Сигнализация обеспечивается сигнальными лампами HL1, HL2. Сигнальная лампа HL1 загорается при подъеме клети, HL2 – при спуске клети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
требования к оформлению пояснительных записок и чертежей. СТП 1-У-НГТУ-2004/
НГТУ: Н.Новгород, 2004.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
4
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
3
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
5
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
29
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
19
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
ист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
18
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
17
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
16
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
15
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
14
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
13
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
12
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
11
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
10
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
9
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
8
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
7
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
6
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
20
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
30
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
31
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
32
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
33
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
35
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
34
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
36
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
21
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
22
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
28
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
27
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
24
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
26
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
25
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
23
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
5
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
37
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
38
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
КП-НГТУ-140604-(05-ЭПА)-8.2-08
39
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.