Проектирование электропривода. 
Проектирование электропривода

Задание № 1

Мощность нагрузки на третьем участке нагрузочной диаграммы: Р_сэ, кВт — 10.

Синхронная скорость двигателя: щ₀, рад/с — 78,6.

Момент инерции механизма: , — 0,5.

Кратность пускового момента, — 1,25.

Для привода производственного механизма, работающего в повторно-кратковременном режиме, применен трехфазный асинхронный электродвигатель серии, предназначенный для работы в указанном режиме.

Технологический процесс, осуществляемый электроприводом, протекает при работе на естественной механической характеристике, в соответствии с нагрузочной диаграммой, приведенной на рис. 1.

Рисунок 1. Нагрузочная диаграмма двигателя.

На рисунке 2 приведена схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором, в цепь которого введен пусковой резистор. Управление двигателем осуществляется с помощью электромагнитных реле времени, включенных через вентили V1-V4.

Для защиты цепей двигателя от коротких замыканий служит максимальное реле времени Л, от перегрузки — тепловое реле РТ, нагревательные элементы которых включены через автоматический выключатель, имеющий максимальную токовую защиту.

Рисунок 2. Схема автоматического управления пуском асинхронного двигателя в функции времени.

Подготовка схемы к пуску двигателя осуществляется подачей напряжения переменного тока: включаются выключатели 1А и 2А. При этом после включения 2А получит питание реле 1РУ и размыкающий контакт 1РУ разомкнется и выключит цепь катушек контактов ускорения 1У, 2У и 3У.

Если нажать кнопку пуск, то включается контактор Л, и будет подано напряжение на обмотку статора двигателя АД; в обмотку ротора при этом включены все пусковые резисторы — начинается пуск привода на первой реостатной характеристике. При включении контактора Л один из его замыкающих вспомогательных контактов шунтирует кнопку пуск, и отпадает необходимость длительно удерживать ее в нажатом состоянии. Размыкающий вспомогательный контакт Л отключит цепь реле 1РУ; так как оно отпускает якорь с выдержкой времени при отключении ее катушки, то РУ2 сразу не включится и его размыкающий контакт РУ2 будет открыт. Следует отметить, что размыкающий контакт РУ1 остается еще открытым; по истечении выдержки времени реле РУ1 его замыкающий контакт откроется, а размыкающий — закроется.

В результате этих переключений в схеме управления включается контактор КУ1, и будет шунтирована первая пусковая ступень резистора — двигатель с первой (реостатной) характеристики перейдет на вторую, разгоняясь до большей угловой скорости. Кроме того, выключится реле времени РУ2, и его размыкающий контакт с выдержкой времени замкнет цепь катушки контактора КУ2 — шунтируется вторая пусковая ступень резистора — двигатель переходит на третью реостатную характеристику.

Наконец, после размыкания с выдержкой времени замыкающего контакта РУ2 выключится реле РУ3 — с выдержкой времени, на которое настроено реле РУ3 (соответственно времени пуска двигателя на последней реостатной характеристике), замкнется его контакт РУ3, и включится контактор КУ3, обмотка ротора М окажется замкнутой накоротко, и двигатель начнет разгоняться в соответствии с его естественной характеристикой. Этим заканчивается ступенчатый пуск асинхронного двигателя, контролируемый в функции времени электромагнитными реле времени РУ1, РУ2, РУ3.

Остановка двигателя производится нажатием кнопки Стоп. Рассмотренная схема может быть использована для привода механизмов, не требующих изменения направления вращения, длительность торможения которых после отключения двигателя не имеет существенного значения.

Исходные данные.

На основании заданной нагрузочной диаграммы определим продолжительность включения двигателя ПВ:

где — время работы двигателя, с,.

— время цикла, с,.

— время паузы, с.

Вычислим эквивалентную мощность Р_эк на рабочем участке нагрузочной диаграммы:

кВт где, , — время работы двигателя с мощностями нагрузки на валу соответственно, .

Пользуясь техническими данными крановых электродвигателей серии МТF с фазным ротором 50 Гц. 220/380 и 500 В, выбираем двигатель таким образом, чтобы его мощность навалу при рассчитанной в пункте 1 продолжительности включения была больше или равна Р_эк, а его скорость вращения в об/мин соответствовала скорости (синхронная скорость поля выбираемого двигателя в об/мин), которая равна:

об/мин Так как асинхронный двигатель вращается всегда немного медленнее своего магнитного поля, выбираем такой двигатель, скорость которого чуть меньше.

Рассчитаем и построим естественную механическую характеристику двигателя, пользуясь упрощенным уравнением механической характеристики:

где Мк — критический или максимальный момент в Н*м, (1 кгс*м = 9,8 Н*м);

Sк — критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту;

S — текущее скольжение, изменяющееся в двигательном режиме от 1 до 0;

М — текущий момент двигателя соответствующий скольжению S.

Н*м.

рад/с Н*м,.

Подставляя в уравнение механической характеристики значения S в диапазоне от 1 до 0, рассчитываем соответствующие значения М, сводим расчеты в таблицу и строим механическую характеристику S=f (M).

Вертикальную ось разбиваем также в значениях n по уравнению .

Вертикальную ось разбиваем также в значениях n по уравнению .

5. Принимая механические характеристики прямолинейными рассчитываем аналитически величину момента переключения М2:

Н м.

Н м.

Принимаем б = 2,04.

Графическое построение пусковых сопротивлений АД представлено на рисунке 3. По построенным характеристикам определяем сопротивление секции пускового реостата:

ас = 80 мм, се = 35 мм, еg = 20 мм, gh = 20 мм.

где — масштаб сопротивлений:

где — активное сопротивление одной фазы обмотки ротора, которое можно определить по формуле:

здесь — напряжение между кольцами двигателя при неподвижном роторе,.

— ток ротора при выбранном значении ПВ.

Выполним приведение момента инерции механизма к валу двигателя по формуле:

где — момент инерции двигателя.

();

— момент инерции механизма (табл. 1);

= 42 рад/с — номинальная частота вращения механизма;

где — скорость вращения двигателя.

Определяем приближенно время пуска двигателя из неподвижного состояния до рабочей скорости (), считая, что двигатель разгоняется под действием среднеарифметического момента:

.

Момент статического сопротивления:

Время пуска двигателя равно:

Задание № 2.

Тип двигателя: ПБСТ 42.

Номинальная мощность Рн, кВт -2,9.

Номинальная скорость вращения: щ_Н, рад/с — 230.

Номинальное напряжение: U_н, В — 220.

Номинальный ток якоря: I_н, А — 15.

Номинальный момент: М_н, Н*м — 12,6.

Номинальный КПД: з — 88,0.

Коэффициент двигателя: С, В*с -0,9.

Коэффициент усиления системы, Кс = К_ус*К_ув — 600.

Скорость вращения идеального холостого хода: щ₀, рад/с — 90.

Сопротивление якорной обмотки нагретого двигателя: R_Я, Ом — 1,1.

Для привода станка применен тиристорный электропривод с управляемым выпрямителем и электродвигателем типа ПБСТ. Для обеспечения требуемого диапазона регулирования скорости и жесткости механических характеристик использована отрицательная обратная связь по скорости.

Рисунок 4. Схема силовой части системы УВ — Д.

ТГ, выходное напряжение которого U_ТГ, пропорциональное скорости ДПТ щ, является сигналом обратной связи. Коэффициент пропорциональности носит название коэффициента обратной связи по скорости и определяется данными тахогенератора.

Сигнал обратной связи U_ТГ = U_ОС, сравнивается с задающим сигналом скорости Uзс и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) U_ВХ полается на вход дополнительного усилителя У, который с коэффициентом kу усиливает сигнал рассогласования U_ВХ и подает его в виде сигнала управления U_У на вход преобразователя П.

В целях получения формул для характеристик ДПТ в замкнутой системе воспользуемся выражением характеристик разомкнутой системы, а также следующим соотношением:

Так как kс>0, всегда, т. е. жесткость получаемых характеристик замкнутой системе. Отметим, что абсолютно жесткая механическая характеристика на практике не реализуется из-за существенного ухудшения при этом динамики электропривода.

Предельные коэффициенты усиления и обратных связей ограничиваются по условиям получения заданных динамических свойств электропривода.

Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предложим, что ДПТ работает в установившемся режиме с некоторой скоростью и по каким — то причинам увеличился момент нагрузки Мс. Так как развиваемый ДПТ момент стал меньше момента нагрузки, его скорость начнет снижаться и соответственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости Uтг.

Это в свою очередь вызовет увеличение сигналов рассогласования Uвх и управления Uу и приведения к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, и скорости ДПТ.

При увеличении момента нагрузки обратная связь действует в другом направлении приводя к снижению ЭДС преобразователя. Таким образом, благодаря, наличию обратной связи осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя и тем самым подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего получаются более жесткие характеристики электропривода.

В разомкнутой системе при изменении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в результате чего жесткость характеристик электропривода оказывается меньше.

Исходные данные:

Суммарное сопротивление якорной цепи принять равным:

где Rя — сопротивление якорной обмотки нагретого двигателя.

Задающее напряжение в замкнутой системе вычисляем из соотношения:

В где Кс = К_УС К_УВ — коэффициент усиления системы электропривода;

С = КФ — коэффициент двигателя;

— коэффициент обратной связи по скорости, = 0,04.

Задающее напряжение в разомкнутой системе вычисляем из соотношения:

В которое вытекает из соотношения для UЗЗС при =0 (при =0 обратная связь отсутствует и замкнутая система, следовательно, превращается в разомкнутая).

Уравнение механической характеристики в разомкнутой системе:

Механическую характеристику для разомкнутой системы можно построить по двум точкам, так как она представляет собой прямую линию. Координаты первой точки М=0, координаты второй.

Уравнение механической характеристики в замкнутой системе:

двигатель асинхронный сопротивление напряжение Механическую характеристику для разомкнутой системы можно построить по двум точкам, так как она представляет собой прямую линию. Координаты первой точки М=0, координаты второй Д:

Из рис. 5 можно определить статизм:

В разомкнутой системе.

В замкнутой системе.

М.Г. Чиликин «Общий курс электропривода». М, «Энергия», 1981 г.

В.В. Москаленко «Автоматизированный электропривод». М, «Энергоатомиздат», 1986 г.

«Электропривод», Методические указания по выполнению курсовой работы, КГТУ, 2007 г.