Электропривод двигателя

1. Выбор электрооборудования

1.1 Выбор электродвигателя

электродвигатель передаточный электропривод перегрузка Эквивалентный момент сопротивления на валу механизма, за время работы в течение одного цикла.

Эквивалентный приведенный к валу двигателя момент сопротивления рабочего механизма.

Наибольшая требуемая угловая скорость и частота вращения электродвигателя .

Где — передаточное отношение редуктора = 9,

— высшая угловая скорость вращения механизма в течение времени tвс.

5. Эквивалентная мощность на валу двигателя, при .

6. Расчетная мощность на валу электродвигателя.

Коэффициент завышения мощности, определяем из (табл. П. 1.6), предварительно вычислив относительную продолжительность работы на пониженной частоте :

где = 2,5+0,7+2,3−1,65 = 3,85 мин.

Характеристика завышения мощности электродвигателей серии АОС2 при фазовом регулировании угловой скорости

При ,

Согласно нагрузочной диаграмме рис. 1 — время цикла tц = 9,5 мин. т.к. (t1 + t2 + t3 + to = 2,5+0,7+2,3+4 = 9,5 мин.), время паузы работы электродвигателя to = 4 мин., продолжительность включения расчётная (ПВрасч.) рассчитывается по формуле: (tц — to) 100% = (9,5 — 4) 100% = 55%. т. е. ПВрасч = 55%

ПВст — стандартное значение продолжительности включения, ближайшее к ПВрасч в% выбираем по таблице П. 1.5

Рэ = 2958 Вт,, следовательно

7. Выбираем двигатель по частоте вращения и мощности из условий:

(рассчитано в п. 4)

(рассчитано в п. 6)

Выбираем электродвигатель по (1 табл. П1.5) АОС2-61-6 у которого

Паспортные данные двигателя АОС2-61-6:

Момент инерции ;

Кратность пускового момента Кратность минимального момента Кратность максимального или критического момента ЭД Кратность пускового тока

Проверка электродвигателя по условиям перегрузки и пуска.

Проверить двигатель по условиям перегрузки.

Максимальный момент электродвигателя

где

наибольший за рабочий цикл приведенный момент сопротивления на валу двигателя.

Где з = 0,96, = 9 (см. табл. П 1.2 Данные редуктора) Где — минимальное напряжение в сети в относительных единицах;

= 0,9 В.

Значения см. паспортные данные двигателя АОС2 - 61 — 6

.

Проверим выбранный асинхронный двигатель по условию пуска.

где коэффициент запаса (1,1…1,3)

номинальный приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления рабочего механизма

= 370 Нм (см. нагрузочную диаграмму).

— кратность минимального момента двигателя (= 1,5 см. паспортные данные двигателя АОС2 - 61 — 6).

.

Обоснование применения замкнутой системы электропривода.

Абсолютное снижение угловой скорости электродвигателя, при номинальной нагрузке.

д — требуемый статизм регулирования угловой скорости, %;

д = 15% (см. исходные данные для проектирования пункт 6)

= 93,6 1/сек (см. расчёт п. 4);

D = 2,1 (см. исходные данные для проектирования пункт 2)

Абсолютное снижение угловой скорости в приводе в разомкнутой системе, при номинальной нагрузке.

Исходя из технических данных асинхронных электродвигателей, определяем синхронную частоту вращения .

Двигатели АОС2 — 11 — 2, АОС2 — 21 — 2, АОС2 — 22 — 2, АОС2 — 31 — 2, АОС2 — 41 — 2, АОС2 — 42 — 2, АОС2 — 51 — 2, АОС2 — 52 — 2 имеют 2 полюса (по последней цифре в обозначении двигателя) или одну пару полюсов, для них = 3000 об/мин.

Двигатели АОС2 — 11 — 4, АОС2 — 12 — 4, АОС2 — 21 — 4, АОС2 — 22 — 4, АОС2 — 31 — 4, АОС2 — 32 — 4, АОС2 — 41 — 4, АОС2 — 42 — 4, АОС2 — 51 — 4, АОС2 — 52 — 4, АОС2 — 61 — 4, АОС2 — 62 — 4, АОС2 — 71 — 4, АОС2 — 72 — 4 имеют 4 полюса (по последней цифре в обозначении двигателя) или две пары полюсов, для них = 1500 об/мин.

Двигатели АОС2 — 21 — 6, АОС2 — 31 — 6, АОС2 — 42 — 6, АОС2 — 61 — 6, АОС2 — 62 — 6 имеют 6 полюсов (по последней цифре в обозначении двигателя) или три пары полюсов, для них = 1000 об/мин.

Двигатели АОС2 — 41 — 8, АОС2 — 51 — 8, АОС2 — 62 — 8 имеют 8 полюсов (по последней цифре в обозначении двигателя) или четыре пары полюсов, для них = 750 об/мин.

Для двигателя АОС2 — 61 — 6 = 1000 об/мин.

= 44,57 1/с (см. пункт 1.3 Обоснование применения замкнутой системы электропривода) Выполняется неравенство,

Где ?= 7,87 1/с т. е. снижение скорости превышает допустимое значение, и для увеличения жесткости механических характеристик необходима замкнутая система регулирования с отрицательной обратной связью (ООС) по скорости.

Выбор электропривода

Технические данные станций управления переменного тока на напряжение 380 В

Технические данные тахогенераторов

Для увеличения жесткости механических характеристик и регулирования нашего электропривода выбираем Станцию управления серии ТРСУ-1014-УЗ на (станцию управления выбирают по номинальному значению тока электродвигателя;, выбираем станцию на) и Тахогенератор ТГ и. (Выбор тахометра осуществляется по номинальной частоте вращения; =1000 об/мин)

2. Расчет статики

Пользуемся описанием принципиальной схемы, приведённой в приложении. Электропривод построен по системе тиристорный регулятор напряжения (ТРН) — асинхронный двигатель. Угловая скорость двигателя регулируется изменением статорного напряжения от 380 В в сторону уменьшения. Силовая часть состоит из трёхфазного асинхронного электродвигателя с повышенным сопротивлением роторной обмотки и скольжением М, тиристорного регулятора напряжения ТРН и автоматического выключателя QS. Напряжение ТРН зависит от угла регулирования тиристоров и угла сдвига ваз между напряжением и током электродвигателя. Тиристоры открываются серией импульсов с учётом угла. Серии импульсов вырабатываются системой фазоимпульсного управления в состав которой входят управляющее устройство УУ1 — УУ6, усилитель У1 и У2. Входное напряжение первого усилителя U = U3 — Uoc, U3 — напряжение, устанавливаемое задающими устройствами ЗУ, а Uос — напряжение отрицательной обратной связи по скорости. Усилитель Уос и потенциометр П позволяют получить требуемый передаточный коэффициент или обратной связи по скорости. Датчиком угловой скорости двигателя является тахогенератор ТГ. Блок токоограничения БТО осуществляет отрицательную обратную связь по току двигателя при перегрузке. Пусковое устройство ПУ служит для ограничения пускового тока двигателя.

2.1 Построение статистических характеристик звеньев

Для расчёта статических механических характеристик двигателя замкнутой системы электропривода определим статические характеристики всех элементов системы.

Статические характеристики системы импульсно — фазового управления (СИФУ), управляющего устройства УУ, усилителя У1 — У2 заданы в (табл. П7) и тиристорного регулятора напряжения ТРН в (табл. П6).

Расчёт и построение естественной механической характеристики асинхронного электродвигателя.

Построим зависимость момента от скорости вращения по паспортным данным двигателя серии АОС для ПВ = 25%. (характеристику построить в интервале що > щ > 0,1 що) Расчёт выполняем по формуле Клосса:

Где е = 2, — активное сопротивление обмотки фазы статора;

— приведённое к статору активное сопротивление обмотки ротора;

Мк — максимальный (критический) момент;

S — скольжение при номинальном режиме S1 или режиме пуска S2;

Sк — критическое скольжение Характеристика может быть построена с погрешностью 10−15%, если для каких-либо двух режимов работы известны. Этими двумя режимами могут быть номинальный режим и режим пуска.

(для всех вариантов).

— нормированный момент в номинальном режиме

(т.к. для варианта 9310 выбран двигатель АОС2 — 61 — 6 из таблицы П. 1.5. Мп / Мн = 1,8)

— нормированный момент в режиме пуска;

(для всех вариантов) Составим уравнения для этих значений:

Принимаем .

Принимаем .

т.к. Из таблицы П. 1.5. Мк / Мн = 2,2;

Формула Клосса примет вид:

Угловая скорость:

Расчёт и построение искусственной механической характеристики асинхронного электродвигателя.

Рассчитываем и строим искусственную механическую характеристику электродвигателя в разомкнутой системе, проходящую через точку с координатами, где — среднее значение угловой скорости в переходном процессе Далее по зависимости при ранее определенном определяем угол, А по зависимости требуемое значение :

При найденном значении и рассчитываем координаты остальных точек регулировочной характеристики .

также можно определить графически из зависимости .

Таблица 1

На том же графике строим статическую характеристику

Зададимся значениями в окрестности :

Таблица 2

Полученные характеристики необходимы нам для дальнейших расчетов. А именно для расчета динамики, для чего мы определим используемые в расчетах углы .

2.2 Расчет обратных связей

Расчёт цепей обратных связей заключается в построении статических характеристик этих цепей, определении требуемых передаточных коэффициентов и установлении параметров настройки.

Построение идеальной линейной механической характеристики электродвигателя замкнутой системы.

Эта характеристика представляет собой прямую линию, проходящую через заданные точки, а и b.

Координаты точек:; .

определяем по стандартному справочному значению ПВ%, для которого выбран двигатель. При ПВ = 100% Р=14,5 кВт.

На характеристике отмечаем точки С1 и D1, соответствующие моментам:

.

Проецируем эти точки на ось S и определяем скольжения

Построение зависимости результирующего напряжения от скольжения .

Это построение выполняем графическим методом в двух координатах системах. В начале строим естественную механическую характеристику электродвигателя .

Отмечаем на характеристике точки С2 и D2 при скольжениях. Проводим вспомогательные линии в последовательности указанной на рисунке стрелками, и путем пересечений линий получаем искомые точки характеристики. Строим линейную характеристику по этим точкам и определяем угол .

Определяем задающее напряжение и передаточный коэффициент цепи обратной связи по скорости.

Характеристика описывается уравнением

,

где начальная координата определяемая по графику

где масштаб по напряжению , — масштаб по скольжению;

угол наклона графика зависимости результирующего напряжения от скольжения, определяется графически

где

передаточный коэффициент тахогенератора, определяется по его номинальным данным.

передаточный коэффициент усилителя обратной связи, настраивается в пределах от 0,1 до 0,5.

передаточный коэффициент потенциометра Окончательно получаем задающее напряжение:

3. Расчет динамики

3.1 Составление передаточных функций элементов

Составление передаточной функции электродвигателя по управляющему воздействию.

Асинхронный двигатель представляем апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией:

где

электромеханическая постоянная времени

где — приведённый к валу двигателя момент инерции;

модуль жёсткости механической характеристики электродвигателя разомкнутой системы.

Динамический передаточный коэффициент асинхронного двигателя — величина непостоянная из-за нелинейности характеристики. Его следует определить по той же угловой скорости, по тангенсу угла наклона касательной к оси абсцисс.

.

Определим приведённый к валу двигателя момент инерции:

где момент инерции двигателя момент инерции передаточного устройства момент инерции механизма (из задания) Передаточная функция:

Составим передаточную функцию тиристорного преобразователя.

Преобразователь ТРН вместе с устройством управления УУ имеют передаточную функцию с запаздыванием .

Время запаздывания где

f — частота питающего напряжения,

m =6 — число полупериодов преобразуемого напряжения в промежутке, тогда:

Динамический передаточный коэффициент

где

динамический передаточный коэффициент управляющего устройства УУ, определяется по кривой (Рис. 7),

динамический передаточный коэффициент тиристорного регулятора напряжения ТРН, определяется по одной из регулировочных характеристик (Рис. 6),

Передаточная функция:

Составление передаточной функции усилителя и фильтра.

Усилитель вместе с фильтром представляем апериодическим звеном с передаточной функцией:

где

постоянная времени фильтра .

Динамический коэффициент усиления усилителя определяется по статической характеристике (Рис. 7).

Передаточная функция Цепь обратной связи линейна, поэтому её передаточный коэффициент равен ранее рассчитанному статическому

.

3.2 Построение структурной схемы для расчёта динамики

Структурная схема представляет собой графическое изображение системы уравнений динамики всех звеньев участвующих в формировании динамических характеристик системы (Рис. 8).

Структурной схемы для расчёта динамики

3.1 Составление передаточной функции системы

Передаточная функция замкнутой системы Передаточная функция разомкнутой системы Возможность получения требуемого времени можно определить по полученной частоте среза, используя зависимость:

где

нелинейная функция перерегулирования.

Сравниваем наибольшее время регулирования с полученным в результате расчетов > .

Требуемые показатели качества переходного процесса обеспечены, поэтому коррекция системы не нужна.

3.2 Определение показателей качества переходного процесса

По переходной характеристике определяем фактические показатели качества переходного процесса:

;

Время регулирования ;

Число колебаний

Рассчитываем фактические значения максимального момента электродвигателя в переходном процессе M_{макс пф}

где

максимальный статический момент сопротивления

максимальный динамический момент (см. раздел 3.1.1);

максимальное ускорение, определяется по переходной характеристике? t),

;

.

Выводы

Для данной системы электропривода были заранее заданы следующие показатели процесса:

Перерегулирование ;

Время регулирования ;

Число колебаний Np<2,0.

Список литературы

1. О. Б. Бабаев, А. С. Поликарпов /Автоматизированный электропривод. Учебное пособие по курсовой работе для студентов сельскохозяйственных вузов. Ленинград-Пушкин, 1979.

2. Копылов И. П. Электрические машины: Учеб. Для вузов. — 4-е изд., испр — М.: Высш. Шк., 2004.

3. Кисаримов Р.А./ Электропривод: справочник. — М.:РадиоСофт, 2008