close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Электропривод и автоматика промышленных установок

код для вставкиСкачать
Aвтор: Байзигитов Айнур 2013,Челябинск,ЮУрГУ,5
 СОДЕРЖАНИЕ:
1. Аннотация
2. Введение
Задание
3. Выбор электродвигателя
4. Выбор структуры системы управления электропривода
5. Выбор комплектного тиристорного преобразователя
6. Выбор элементов силового электрооборудования
7. Функциональная и структурная схема ЭП. Переход к относительным единицам
8. Определение постоянных времени силового оборудования
9. Выбор типа регулятора
10. Построение статических характеристик замкнутой системы ЭП
11. Защиты в ЭП и расчет их уставок
12. Исследование качеств процессов в проектируемой системе ЭП
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы
2 ВВЕДЕНИЕ
По данным, выбран электродвигатель Д - 810 на номинальное напряжение 220В и номинальный ток 280А.
Исходя из величины допустимого значения статической ошибки, выбрали внешний контур регулирования с обратной связью по скорости.
Определили комплектный тиристорный электропривод. В качестве РТ взяли пропорционально- интегральный регулятор, поскольку наличие И-канала позволяет получить вертикальный наклон механической характеристики при работе привода на упор. П-канал даёт возможность увеличить быстродействие контура регулирования тока, что облегчает условие настройки последующего контура регулирования скорости и при резких перегрузках привода исключает в переходных режимах выбросы тока якоря сверх допустимых значений. В качестве РС взяли также ПИ - регулятор, так как он обеспечивает высокое быстродействие и минимум статической ошибки.
В курсовом проекте были построены статические характеристики замкнутой системы электропривода, а также переходные процессы контура регулирования скорости. Был сделан анализ влияния значения сопротивления R4 на показатели переходной функции контура регулирования скорости. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Таблица 1
№ОбозначениеНаименование показателяРазмерностьВариант - 31
-----Диапазон мощностей, в пределах которого следует выбрать двигатель
кВт
От 51 до 1002
JМ/JДМомент инерции механизма JМ в долях от момента инерции двигателя JД
------
0.63
МС/МНИзменение момента статической нагрузки МС в долях от номинального момента МН
-----
1.14ΔUC=ΔUC/UCКолебания напряжения сети-----0.1
5
D1=nН/nМИНДиапазон регулирования скорости вниз от номинала
-----
106D2=nМАСК/nНТо же вверх от номинала-----17
ΔnД=ΔnC/nМИНДопустимая статическая погрешность поддержания скорости при минимальной уставке
-----
0.18
μМ=IМАКС/IНВеличина токоограничения при упоре
-----
2.39
λ=IДИН/IНУскорение электропривода при пуске -----
1.2 3 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Выбирается двигатель постоянного тока независимого возбуждения на мощность из указанного в задании диапазона мощностей. Выбор электродвигателя произведем по каталогу двигателей.
Таблица 2 - Данные электродвигателя Д810
№ОбозначенияНаименования показателяРазмерностьДанные1РНМощность двигателякВт552nНЧастота вращения р/с53.43IНТок А2804
rЯСопротивление обмотки якоря
Ом
0.02345
IНВНоминальный ток обмотки возбуждения
А
3.96MКМаксимальный моментНм26007JМомент инерциикгм23.625 Вычислим номинальный момент MН
Нм, (3.1)
где кФН - коэффициент, вычисляемый по формуле:
. (3.2) 4 ВЫБОР СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Выберем схему с обратной связью по скорости. Так как в схеме с интегральным регулятором напряжения статическое падение скорости при приложении момента определяется выражением
, (4.1)
где (4.2)
КЯД - кратность тока короткого замыкания якорной цепи двигателя (без учета сопротивления силовой цепи).
Допустимая статическая ошибка при минимальной скорости
(4.3)
Схему источник тока двигатель не применяем, так как эта схема с умеренным быстродействием. Схема с обратной связью по скорости подходит, но возьмем схему обратной связью по скорости, чтобы обеспечить заданную точность по скорости.
5 ВЫБОР КОМПЛЕКТНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Выберем комплектный тиристорный электропривод КТЭ - 500/220 - 532 - 1ВМТД - УХЛ(04), с учетом максимального тока якоря.
6 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Номинальный ток комплектного электропривода соответствует номинальному току его тиристорного преобразователя и должен быть не меньше номинального тока двигателя
При выборе электропривода было учтено, что IМАКС = 2.3 . IН = 2.3 . 280 = 644 А (6.1) Номинальное напряжение выбирается из условия UНТП > UНД , где UНТП - номинальное напряжение тиристорного преобразователя;
UНД - номинальное напряжение двигателя. Выбираем тиристоры Т143-500, основные данные представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Основные параметры тиристора
Тип тиристораITAVm, АUDDr, ВUT(TO), ВrT, мОмТ143-5005004001.10.57 Выберем трансформатор согласно П5 [1]. Данные представлены в таблице 4
Таблица 4 - Паспортные данные для трансформатора ТСЭП - 160/07 - 74У3
ТипSH, кВАU1Л, ВU2Л, ВI2, АUd, ВId, АPxx, ВтPкз, ВтUk,%Ix, %ТСЭП - 160/07 - 74У3
143
380
202
408
230
500
795
2400
4.5
5.2 Вычислим активное и индуктивное сопротивление трансформатора:
Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора:
(6.2)
Полное сопротивление фазы трансформатора, приведенное ко вторичной стороне:
(6.3)
Индуктивное сопротивление рассеяния фазы трансформатора:
(6.4)
Тогда эквивалентное сопротивление, которое учитывает снижение выпрямленного напряжения, вызванное коммутацией тока между вентилями:
(6.5)
где m=6 - число пульсаций за период выпрямленного напряжения.
Индуктивность цепи якоря рассчитываем на основании эмпирической формулы:
(6.6)
где k - коэффициент равный 0.8
2р=4 - число полюсов двигателя
IН - номинальный ток двигателя
Индуктивность рассеяния фазной обмотки трансформатора
(6.7)
где f=50Гц - стандартная промышленная частота
Рассчитаем требуемую индуктивность по формуле
(6.8)
Так как , то установка дросселя не нужна.
Тогда суммарная индуктивность якорной цепи (6.9)
Суммарное сопротивление силовой цепи
(6.10)
Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная силовых цепей комплектного ЭП при токе якоря до 800А
7 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ПЕРЕХОД К ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ЕДИНИЦАМ
Рисунок 2 - Функциональная схема электропривода
Выберем базовые значения и занесем их в таблицу 5. В качестве базовых величин переменных принимаем:
- для напряжения и тока якоря, магнитного потока возбуждения - их номинальные значения;
- для момента на валу, электромагнитного момента двигателя - величину электромагнитного момента при номинальных значениях тока якоря и магнитном потоке двигателя.
- для скорости вращения двигателя - скорость его идеального холостого хода при номинальных значениях магнитного потока и напряжении на якоре;
- для напряжений на выходах тиристорных преобразователей - те приращения входных напряжений, которые для преобразователя с линеаризованной статической характеристикой создают изменение выходного напряжения, равное базовому напряжению на нагрузке;
- для напряжений на входах датчиков обратных связей - показания датчиков при базовом значении измеряемой координаты. При этом величины коэффициентов усиления датчиков обратных связей должны быть подобраны так, чтобы во всем возможном диапазоне изменение измеряемой координаты выходное напряжение датчика соответствовало работе его на линейном участке статической характеристики. Так для базового значения напряжения на выходе датчика тока якоря принято UДТЯ=4.3В с учетом того, что при максимально допустимом токе якоря IМ=2.3IН напряжение на выходе ДТЯ составит 10В.
- для задающих напряжений, сравниваемых на входах регуляторов с напряжениями датчиками обратной связи - их значения, эквивалентные базовым величинам сигналов обратных связей. При равенстве входных сопротивлений базовые значения напряжений равны. Номинальные напряжения операционных усилителей возьмем 10В.
Тогда абсолютные значения коэффициентов датчиков обратных связей равны:
(7.1)
(7.2)
Таблица 5
№Наименование переменнойОбозначениеРасчетная формулаЧисленное значениеРазмерность1Напряжение на якоре, ЭДС преобразователя и двигателя
UЯ, ЕП, ЕД
UН
220
В2Ток якорной цепиIЯIН280А3Момент двигателяМIН.kФН1092Нм4Скорость вращения двигателяn056.4р/c5Коэффициент пропорциональности между ЭДС и скоростью двигателя
kФ
kФН
3.9
6Напряжение на выходе регулятора тока якоря
UРТ
f(Eп)
10
В7Напряжение на выходе датчика тока якоря и регулятора скорости
UРС, UДТ
KДТЯ.IН
4.3
В8Напряжение на выходе датчика скорости и задатчика интенсивности
UДС, UЗИ
KДС.n0
10
В 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Механическая постоянная времени ТД двигателя, учитывающего на структурной схеме механическую инерцию вращающихся масс двигателя и механизма.
(8.1)
где JД, JМ - момент инерции якоря двигателя и рабочего механизма.
Электромагнитная постоянная времени ТЯЦ
(8.2)
Кратность тока короткого замыкания КЯЦ в относительных единицах:
(8.3)
Постоянная времени запаздывания вентилей, учитывающая полууправляемость вычисляется по формуле
(8.4)
где m = 6 - пульсность схемы
f = 50 Гц - частота сети. При частотах ω < 1/τ звено чистого запаздывания, можно заменить на апериодическое звено.
Постоянную времени фильтра СИФУ возьмем равной ТП=2.10-3
Тогда структурная схема в относительных единицах представлена на рисунке 4.
9 ВЫБОР ТИПА РЕГУЛЯТОРА
Для высокого быстродействия контура регулирования тока, чтобы не допустить в переходном процессе опасных выбросов тока якоря при резком приложении чрезмерной нагрузки, выберем ПИ регулятор.
Найдем желаемые величину параметров регулятора тока из правила технического оптимума.
Возьмем Т1=ТЯЦ=0.067с, так как ТЯЦ>τ>ТП
Тогда Т2 = КЯЦ.3.(τ+ТП) = 17.86.3.(0.003+0.002) = 0.268с
Реализуем регулятор тока на операционных усилителе согласно связи параметров передаточной функции и принципиальной схемы регулятора:
(9.1)
(9.2)
где UРТБ, UРСБ - базовые значения на выходе и входе регулятора тока;
Возьмем С6 = 1мкФ. Тогда из приведенных уравнений находим R6=67 кОм и R5 = R4 = 120 кОм.
Возьмем ПИ - регулятор скорости, для поддержания заданной точности скорости. Тогда коэффициент пропорциональности ПИ регулятора скорости равен:
(9.3)
где ТРТ = 3.(τ + ТП) = 0.015 с - постоянная времени регулятора тока.
Согласно правилу технического оптимума найдем величину Т4:
(9.4)
где ТРС = 3, ТРТ = 0.045с - постоянная времени регулятора скорости.
Тогда Т4 = 3.ТРС = 3.0.045 = 0.135с
Реализуем регулятор скорости на операционных усилителе согласно связи параметров передаточной функции и принципиальной схемы регулятора:
(9.5)
(9.6)
где UРСБ, UЗИБ - базовые значения на выходе и входе регулятора скорости;Т3 = КРС . Т4 = 6.67. 0.135 = 0.9 с
Возьмем С3 = 10мкФ. Тогда из приведенных уравнений находим R3 = 90 кОм и R1 = R2 = 30 кОм.
10 ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕНИСТИК ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Построим статические характеристики электропривода с ПИ регулятором скорости и тока. На рисунке "6,а" построена зависимость n=f(IЯ), которая представляет собой прямоугольник. Напряжение на якоре (рисунок 6,б) которое вычисляется по формуле:
UЯ = EД + IЯ.RЯД (10.1)
где EД = кФН.n - ЭДС двигателя;
RЯД - сопротивление якоря двигателя;
Регуляторная характеристика UРС = КДТЯ.IЯ представлена на рисунке "6,г".
Для построения регуляторной характеристики UРТ = f(IЯ) построим зависимость ЭДС преобразователя ЕП,
ЕП = ЕД + IЯ.RЯЦ (10.2)
где RЯЦ - сопротивление всей якорной цепи. Эту характеристику построим на рисунке 7. Как видно из рисунка тиристор ненасыщен, т.к. для данной схемы Еd0 = 248.3 В. Тогда по рисунку 8 зависимость ЕП = f(UРТ) строим UРТ = f(IЯ) (Рисунок 6,в).
Рисунок 8 - Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя
При сравнении этих графиков получаем, что IЯ>0, а ЕП всегда больше ЕД. Т.е. двигатель работает в двигательном режиме. Проведем проверку по запасу по напряжению:
(10.3)
Как видно по запасу напряжения ЭП не проходит. Следует выбрать трансформатор с большим напряжение вторичной стороны. В данном курсовом перерасчет делать не будем.
11 ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ И РАСЧЕТ ИХ УСТАВОК
В релейно-контакторной части электропривода выполнен ряд защит, исключающих аварийные режимы, обеспечивающих отключение двигателя при возникновении аварийных режимов в процессе работы (См. схему графической части).
Защита от аварийных режимов при сборке схемы
Защита выполнена на реле KV1, KV3 и предназначена для запрета сборки схемы, если на преобразователе или двигателе существует напряжение, превышающее порог срабатывания реле.
С целью снижения порога срабатывания катушки реле KV1 и KV3 выбираются на напряжение вдвое меньшее рабочего напряжения двигателя. Последовательно с катушками реле включены добавочные резисторы, обеспечивающие номинальный режим работы катушек при полном напряжении преобразователя. Добавочные резисторы зашунтированы размыкающими контактами реле. Таким образом, до момента включения на катушку реле поступает полное напряжение преобразователя. Напряжение втягивания реле UВТ=0.35.UН=0.35.110=40В.
Нулевая защита
Защита выполнена на блокировочном контакте KFV, в цепь катушки которого включены все остальные защиты от аварийных режимов. Контактор KFV обеспечивает контроль наличия оперативного напряжения и исключает самозапуск двигателя после исчезновения оперативного напряжения и его повторной подачи. Напряжение втягивания контактора KFV примем 145В.
Защита от перенапряжения
Реализован на KV2 и предназначен для отключения двигателя при подачи на него недопустимо большого напряжения от преобразователя.
Уставка реле KV2 рассчитывается по формуле:
UВТ=1.1.Uрасч=484В
где UВТ - напряжение втягивания KV2;
Uрасч - допустимое расчетное повышение напряжения на двигателе. Для выбранного двигателя Uрасч=440В.
Максимально токовая защита
Реализована на реле FA1. Защита предназначена для отключения двигателя при недопустимой технологической перегрузке.
Уставка реле рассчитываются по формуле:
IВТ = 1.2 . КМ . IН = 1.2 . 2.38 . 280 = 799.68 А (11.1)
где IВТ - ток втягивания реле;
КМ - перегрузочная способность двигателя;
IН - номинальный ток двигателя.
Максимальная защита цепи возбуждения
Защита выполнена на КА2 и предназначена для отключения двигателя при коротком замыкании в цепи обмотки возбуждения. Уставка реле рассчитывается по формуле:
IВТ = 1.1 . IВН = 1.1. 3.9 = 4.29 А (11.2)
где IВТ - ток втягивания КА2;
IВН = 3.9 А - номинальному значение тока возбуждения двигателя.
Защита от обрыва поля
Защита реализована на реле КА1 и предназначена для отключения двигателя при обрыве в цепи обмотки возбуждения. Ток втягивания равен:
IВТ = 0.7 . IВН = 1.1 . 3.9 = 2.73 А (11.3)
В таблице 6 приведены значение уставок защиты комплектного тиристоного электропривода.
Таблица 4
№Схемное обознач. релеТип релеНом. напряж. или катушки релеУставка срабат.1KV1, KV3РЭВ-825110 В40 В 2KFVМК1-22220 В145 В3KV2РЭВ-825220 В484 В4FA1РЭВ-571630 А800 А5KA2РЭВ-83054.29 А6KA1РЭВ-83052.73 А 12 ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССОВ В ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПИВОДА
Построим переходную характеристику скорости и тока якоря от времени с помощью программы MatLab 6.5. Используя структурную схему электропривода в относительных единицах. На рисунке 8 приведем эти зависимости. Зависимости построены Uвх = 0, IС = 0.
Рисунок 9 - Зависимость n(t) и I(t) Рисунок 10 - Зависимость n(t) для различных значений R4
Рисунок 11 - Зависимость IЯ(t) для различных значений R3
Показатели переходных процессов для различных R3 занесем в таблицу5. Таблица 5
Зависимость n(t)Показат.KДТ=10KДТ=2KДТ=1KДТ=0.5KДТ=0.2Время макс. ,c1.60.40.150.10.1Перерег. %0.250.100.250.75Зависимость I(t)Время макс. , c0.0050.0250.030.040.05Макс.1.146810 По данным таблицы 5 построим зависимости tm(R3) и hm на рис. 12 , рис. 13 для скорости и на рис. 14 , рис. 15 для тока якоря.
Рисунок 12 - Зависимость времени достижения максимума от сопротивления R3 Рисунок 13 - Зависимость перерегулирования от сопротивления R3 Рисунок 14 - Зависимость времени достижения максимума тока от сопротивления R3 Рисунок 15 - Зависимость максимума тока от сопротивления R3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе курсового проектирования был спроектирован электропривод на основе заданных технологией параметров.
Привод выполнен с применением двигателя постоянного тока , питающегося от тиристорного преобразователя.
Был выбран двигатель Д810, Pн=55 кВт; nн=53.4 р/с; Iн=280А.
Выбран комплектный тиристорный преобразователь по номинальному току и напряжению КТЭ -.
Выбран трансформатор ТСЭП-160/07-74У3, по комплектному тиристорному преобразователю. Также выбраны типы тиристора Т143-500.
В качестве РТ взяли пропорционально- интегральный регулятор, поскольку наличие И-канала позволяет получить вертикальный наклон механической характеристики при работе привода на упор. П-канал даёт возможность увеличить быстродействие контура регулирования тока, что облегчает условие настройки последующего контура регулирования скорости и при резких перегрузках привода исключает в переходных режимах выбросы тока якоря сверх допустимых значений. Рассчитаны необходимые сопротивления и емкости. Выбраны реле защиты в ЭП, а также проведен расчет их уставок.
Исследованы переходные процессы, и влияние на качество переходных процессов сопротивления R3.
По результатам проделанного проекта можно заключить, что спроектированной электропривод не выполняет необходимые условия, запаса по напряжению и требует выбора другого трансформатора.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1) Драчев Г.И. Теория электропривода. Учебное пособие к курсовому проектированию. -Челябинск, 1998, 158 стр
2) Двигатели серии Д. Каталог 01.19.01 -78.
3) Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. -М. -Л: Энергия, 1996. - 400с.
4) Усынин Ю.С. Системы управления ЭП: учебное пособие к курсовому проектированию. - Челябинск, ЮУрГУ, 1996, - 46с.
Документ
Категория
Технология
Просмотров
168
Размер файла
532 Кб
Теги
рефераты
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа