Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Исследование частотного регулирования скорости асинхронного двигателя - файл Курсовой проект.doc


Исследование частотного регулирования скорости асинхронного двигателя
скачать (517 kb.)

Доступные файлы (1):

Курсовой проект.doc2783kb.27.01.2006 12:25скачать

содержание
Загрузка...

Курсовой проект.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




План
Введение…………………………………………………………………….2

1. Характеристика технологического процесса и описание механизма установки бурильной УБШ 501 АК……………………………………4

1.1. Характеристика технологического процесса……………………..4

1.2. Технические и эксплуатационные характеристики механизма…6

1.3. Сравнительный анализ различных систем электроприводов…………………………………………………….11

2. Обоснование системы электропривода………………………………..17

2.1. Предварительный расчет электродвигателя……………………..17

2.2 Разработка структурной схемы электропривода…………………17

2.3. Выбор электрооборудования для силовой части привода………18

3. Характеристика статических режимов работы электропривода……………………………………………………...22

3.1. Составление схемы замещения электропривода и расчет недостающих параметров………………………………………....22

3.2. Расчет скоростных характеристик электропривода……………..23

3.3. Расчет механических характеристик электропривода…………..25

4. Энергетические характеристики электропривода…………………….27

4.1. Расчет потерь в электроприводе…………………………………..27

4.2. Расчет КПД…………………………………………………………28

4.4. Расчет коэффициента мощности………………………………….29

5. Исследование системы электропривода в динамических режимах работы………………………………………………………………………31

5.1. Математическая модель привода…………………………………31

5.2. Выбор машинной модели и моделирование переходных
процессов на ПК…………………………………………………...31

Литература………………………………………………………………….39

Введение
Основой черной и цветной металлургии является минерально-сырьевая база. Разработка крепких руд связанна с большими затратами труда, времени и средств, на бурение взрывных скважин и шпуров. При современном уровне развития горной техники взрывной метод отбойки крепких руд остается по существу единственным, и от его эффективности зависят технико-экономические показатели и темпы ведения горных робот.

Улучшению состояния буровзрывных работ способствует применение более мощных взрывчатых веществ и новых эффективных методов взрывания.

Для дальнейшего совершенствования технологии добычи руды требуется создание более производительных буровых машин. С применением мощных, безопасных в обращении взрывчатых веществ и появлением высокопрочных легированных буровых сталей появилась реальная возможность использования скважин уменьшенного диаметра. Переход на бурение скважин малого диаметра в крепких породах является одним из важнейших технических достижений последнего времени.

Характерной особенностью техники отбойки руды за рубежом является применение скважин малого диаметра (28-50 мм); средняя глубина скважин 15-20 м. Линия наименьшего сопротивления составляет 1,5-1,8 м и очень редко 3 м. Выход руды с 1 м скважины 10 –12 т.

Для бурения глубоких скважин применяют колонковые бурильные молотки и станки алмазного бурения. При проходческих работах, преимущественно с США, применяют мощные перфораторы с гидравлическими манипуляторами, которые монтируются на буровых каретках или других транспортных и погрузочных машинах. Такие буровые агрегаты имеют централизованное управление. В Швеции для проходческих работ применяют высокопроизводительные ручные бурильные молотки на пневмоподдержках.

На открытых горных разработках за рубежом широкое распространение получили станки шарошечного бурения, а также станки с пневмоударниками.

На малых карьерах для бурения наклонных скважин применяются буровые установки с мощными колонковыми перфораторами.

^ 1. Характеристика технологического процесса и описание механизма установки бурильной УБШ 501 АК.


    1. Характеристика технологического процесса.


Механический способ бурения шпуров и скважин в горных породах является самым распространенным. По характеру работы инструмента на забое скважины и приложения силовых нагрузок механическое бурение можно разделить на четыре способа: вращательный, вращательно-ударный, ударно-вращательный, и ударный.

При вращательном бурении порода разрушается при движении резца по винтовой линии. Вращательно-поступательное движение резца осуществляется в результате приложения к буровому инструменту значительного крутящего момента и больших осевых усилий. Ударные нагрузки при этом отсутствуют.

Порода может разрушаться также под воздействием сминающих и раздавливающих усилий бурового инструмента, как, например, при дробовом и алмазном бурении. При бурении шарошечными долотами также наблюдается процесс смятия и раздавливания, однако разрушение породы однако разрушение породы сопровождается вибрацией колонны труб, вследствие чего на инструмент действуют дополнительные нагрузки, приближающие его работу к ударному бурению. Тем не менее указанное обстоятельство не позволяет отнести бурении шарошечными долотами к ударному способу бурения, так как зуб шарошки в момент соприкосновения с забоем скважины перемещается со скоростью 0,6-1,5 м/сек; при ударном бурении скорость приложения нагрузок составляет 5-10 м/сек.

При ударном бурении инструмент внедряется в породу под воздействием кратковременной ударной нагрузки, направленной по оси скважины. При этом осевая нагрузка отсутствует (ударно-канатное бурение) или она мала и обеспечивает контакт инструмента с породой в момент удара. После удара инструмент отскакивает от забоя и, вращаясь, наносит удар по новому месту забоя скважины. Крутящий момент при ударном бурении незначителен.

В большинстве машин ударная масса и бур разъединены. В этом случае ударник получает ускорение под воздействием приложенной к нему силы и наносит удар по инструменту. Построенные по этому принципу машины носят название молотковых.

Машины, в которых механизм вращения бурового инструмента совмещен в одном корпусе ударным механизмом, называются бурильными молотками (перфораторами).

Машины ударного действия, например, станки ударно-канатного бурения могут не иметь специальных механизмов вращения бурового инструмента. При этом виде бурения снаряд вращается благодаря раскручиванию каната при натяжении и за счет сил сопротивления, возникающих при движении снаряда в скважине. Такое вращение можно назвать произвольным.

У бурильных молотков механизм вращения приводится в движение энергией поршня при обратном или прямом его ходе с помощью геликоидального механизма. Однако имеются молотки, у которых вращение производится от отдельного двигателя. Такие машины называются перфораторами с независимым вращением бура. Ударные механизмы могут перемещаться в скважине вместе с буровым инструментом. В этом случае бурильные молотки называются погружными (пневмоударниками).

По роду потребляемой энергии машины молоткового типа разделяются на пневматические, гидравлические и электрические.

При вращательно-ударном бурении режущая часть коронки внедряется в породу вследствие одновременного действия значительного осевого момента, ударной нагрузки и крутящего момента.


^ 1.2. Технические и эксплуатационные характеристики механизма.
Установка бурильная УБШ 501 АК (рис.1.1) предназначена для вращательного бурения фронтальных шпуров в гипсе с коэффициентом крепости 1,5 – 2.0 ед. по шкале проф. Протодьяконова; в гипсе возможны прослойки пород толщиной до 0,1 м, крепостью до 10 ед. Установка также обеспечивает возможность бурения радиальных шпуров в кровлю и в бок выработки при поперечных размерах выработки не менее 6,5 Х 6,5 м.

Климатическое исполнение «У», категория размещения – «5» по ГОСТ 15150-69, при этом температура окружающего воздуха при эксплуатации от +20 С до +260 С.

Установка может передвигаться в выработках шириной не менее 4,2 м, высотой не менее 3,3 м.

Установка предназначена для эксплуатации в горных выработках не опасных в отношении взрыва газа и пыли.

Относительная влажность рудничной атмосферы – до 98%.



^ Рис.1.1. Установка бурильная УБШ 501 АК

Бурильная установка является передвижной, с дизельным приводным двигателем, пневмоколесном ходу, и состоит из тягача и полуприцепа, соединенных шарниром. На тягаче располагается шкаф с силовым электрооборудованием, дизельный двигатель, экструдер, маслобак, электроприводы маслостанций, аккумулятор и рабочее место водителя. К прицепу крепятся пульт операторов, гидробаки и манипуляторы с закрепленными на них электродвигателями. Обуривание забоя производится шнековыми либо цилиндрическими штангами, которые закрепляются на валу электродвигателя. На другом конце штанги, собственно которым производится бурение, закрепляется режущая коронка из твердосплавного материала, в результате бурения получается отверстие (шпур) диаметром до 40 мм и глубиной до 4,5 м.

^

Техническая характеристика установки приведена в табл. 1.1.




Табл.1.1


Наименование параметров

Величина и размерность

Зона бурения (высота от опорной поверхности х ширина) максимальная

8,0 х 12,0 м

Габаритные размеры установки в транспортном положении:
ширина
высота, не более
длина, не более

2,5+0,05 м
2,8 м
14,5м

Масса, не более

23,0 т

Ход подачи бурильной головки (максимальный)
(промежуточный фиксированный)

4,5 ± 0,1 м
3,0 ± 0,1 м

Максимальная длина податчика, не более

6,4 м

Техническая скорость бурения шпуров диаметром 42-50 мм в гипсе с коэф. крепости 1,5-2,0 ед. по Протодьяконову, не менее

2,5 м/мин

Максимальная скорость передвижения по горизонтальному пути при коэффициенте сопротивления движению 0,04, не менее

12 км/час

Угол подъема, преодолеваемый установкой в транспортном положении, не менее

12 град.

Минимальный внешний радиус поворота установки, не более

12 м

Ресурс до первого капитального ремонта, не менее:
буровой головки
податчика
установки, кроме буровой головки и податчика

5000 час
8000 час
10000 час

Количество обслуживающего персонала при бурении

2 чел.

Установка обеспечивает автоматизацию нижеперечисленных операций:

- автоматическое сохранение параллельного перемещения податчика при переходе от одного шпура к другому в пределах зоны бурения;
- автоматическую подачу бурильной головки на забой и от забоя после ручного включения;
- автоматический возврат бурильной головки в исходное положения после бурения шпура на полную глубину;
- автоматический реверс подачи при увеличении нагрузки на электродвигатель бурголовки сверх установленных величин (по току и времени действия нагрузки)




Установка имеет возможность ручного регулирования скорости вращения бура




Шасси:




двигатель

BF4M1013C фирмы «Дойтц» (Германия); 107 кВт (145 л.с.)
при 2300 об/мин

коробка передач

Трехскоростная гидромеханическая реверсивная 3WG-150 фирмы «Цанрад-фабрик» (Германия)

тормоза
рабочие
стояночный



4 колодочных тормоза с пневмоприводом
4 колодочных тормоза с пружинным энергоаккумулятором

рулевое управление

гидравлическое с приводом от насоса НШ-32А-3

колесная формула

4 х 4

подвеска мостов
переднего (тягача)
заднего (полуприцепа)

балансирная
жесткая

шины

14.00-20 модель
В-168 НС 20

Электрооборудование шасси:
- номинальное напряжение
- система проводки

24 В
(«-» - «масса»)

Манипулятор (левого и правого исполнения):
- ход телескопа
- ход надвигания податчика
- угол вращения (поворота) податчика

2000 мм
1250 мм
270 град

Бурильная головка левого и правого исполения:
- номинальная мощность электродвигателя
- номинальная частота вращения выходного вала


7,5 кВт
15+1 об/сек
(900+60 об/мин)

Электрооборудование буровое:
- номинальное напряжения питания
- общая установленная мощность потребителей электроэнергии

380 В

53 кВт

Вместимость заправочных емкостей:
- топливный бак
- бак гидросистемы
- система охлаждения двигателя
- система смазки двигателя
- гидросистема и система смазки коробки передач
- мост ведущий
- воздушно-масляный резервуар компрессора
- бак жидкостного нейтрализатора ОГ
- баки системы подачи водовоздушной смеси (общая вмести-мость)

180 л

220 л

21 л

14 л

35 л

2 х 25 л

11 л

140 л
392 л



Установка состоит из шасси и установленного на нем бурового оборудования.

Пневмоколесное шасси обеспечивает перемещение установки по горным выработкам.

В состав бурового оборудования входят бурильные машины, манипуляторы, система управления и энергообеспечения и электрооборудование.

Бурение шпуров производится бурильной головкой вращательного действия с приводом от электродвигателя.

Бурильная головка с салазками, рама податчика, механизм подачи с гидроприводом и коммуникации образуют бурильную машину (рис.1.2).


Рис.1.2. Бурильная машина
Бурильная машина закреплена на манипуляторе, который перемещает ее в пределах зоны бурения, а также фиксирует в определенных положениях для обеспечения необходимого направления шпура.

Управление перемещением бурильной головки по раме податчика и в составе манипулятора в пределах зоны бурения, создание необходимого усилия подачи, включение и выключение вращения бурголовки и другие операции процесса бурения выполняет система управления и энергообеспечения. Основные элементы системы: маслостанции, гидроблоки с распределительной и регулирующей аппаратурой, гидроцилиндры, фильтры, гидробак, гидрокоммуникации.

Буровое электрооборудование обеспечивает привод электродвигателей и управление гидроэлементами с электроуправлением. Его основные элементы расположены в шкафу и пульте управления.

Кабель, которым установка подключается к шахтной электросети, размещен на кабельном барабане с гидроприводом.

Установка позволяет бурить шпуры без продувки шнековым буром (типа витого ромба) и с воздушной продувкой с помощью штанги и коронки с продувочным отверстием. Для бурения с продувкой на установке имеется система подачи водовоздушной смеси.
^ 1.4. Сравнительный анализ различных систем электроприводов.
Для управления процессом бурения в буровых станках и установках применяют различные виды приводов, как электрических, так и пневматических, гидравлических и др.

Довольно длительный период времени, вплоть до недавнего прошлого, в буровой технике преобладали неэлектрические по характеру потребления энергии типы приводов основной рабочей машины (особенно в угольно-добывающей промышленности), что связанно с большей безопасностью использования пневмодвигателей с взрывоопасными материалами и их большая устойчивость к агрессивной среде. В настоящее же время, с появлением взрывобезопасных типов электродвигателей, благодаря совершенствованию изоляционных материалов и систем защиты, наметилась тенденция постоянного увеличения доли электроприводов среди других типов приводов в буровом оборудовании.

Для управления механизмами буровых станков, не требующими регулирования скорости вращения бура, используют магнитные или тиристорные пускатели, а для управления станками, требующими регулирования скорости, чаще свего используют системы «генератор — двигатель» (Г – Д), «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП – Д), «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ПЧ-АД).

Автоматизация производственных процессов на электротехнической основе требует электроприводов с регулированием скорости в широком диапазоне.

Наиболее полно удовлетворяют требованиям различных механизмов в отношении регулирования скорости являются электроприводы постоянного тока, особенно система генератор-двигатель.

Наряду с широким диапазоном регулирования скорости, достигающим в отдельных случаях значений 100200 и более, система генератор-двигатель обеспечивает возможность получения специального вида механических характеристик электропривода и необходимый характер протекания переходных процессов — форсирование пуска, плавное и интенсивное торможение и т. п.

Несмотря на высокие технические свойства, постоянного тока по экономическим и эксплуатационным показателям во многом уступают асинхронным двигателям.

Сравнение технико-экономических показателей двигателей постоянного тока общепромышленной серии П и асинхронных двигателей единой серии А, показывает, что при одинаковой мощности и скорости вращения двигатели постоянного тока по весу в 1,2— 1,5 раза тяжелее, в 3 раза дороже асинхронных, их маховой момент в 1,5—2 раза больше. Динамические свойства двигателей постоянного тока также менее благоприятны; так, отношение шагового момента к номинальному вращающему моменту двигателей постоянного тока в 2—2,5 раза больше, чем у асинхронных. Двигатели постоянного тока конструктивно сложнее, требуют значительно большего расхода цветного металла и более трудоемки в изготовлении.

Наличие в двигателе постоянного тока коллектора — элемента, требующего постоянного и тщательного ухода — осложняет эксплуатацию и снижает надежность работы. Нельзя не отметить, что полезного действия даже весьма крупных приводов по системе не превышает 0,75—0,80, а в отдельных случаях опускается до 0,6—0,65 и даже ниже.

Из-за этого двигатели постоянного тока заменены более простыми по конструкции и дешевыми асинхронными двигателями.

Методы регулирования скорости электроприводов с асинхронными двигателями делятся на две группы:

а) параметрические методы (изменение активного сопротивления

ротора, полного сопротивления статора или ротора, переключение числа пар полюсов, импульсное включение);

б) регулирование при питании двигателя от отдельного источника энергии (питание двигателя от источника переменной частоты, каскадные установки с введением добавочных э.д.с. во вторичную цепь двигателя).

Для привода современных технологических установок применяют наиболее надежные и высокоэкономичные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Такой привод значительно проще и надежнее электропривода постоянного тока и асинхронного двигателя с фазным ротором.

Для плавного пуска и регулирования скорости часто применяется реостатное управление асинхронным двигателем с фазным ротором.Однако при реостатном способе управления двигателем плавность пуска обеспечивается только за счет увеличения числа пусковых ступеней, что вынуждает использовать громоздкие релейно-контакторные панели с большим количеством тяжелой коммутирующей аппаратуры.

На всем диапазоне регулирования обеспечивается постоянный допустимый по нагреву момент.

Регулирование скорости введением активного сопротивления в цепь ротора обладает следующими недостатками:

а) механическая характеристика приобретает значительную крутизну;

б) предел регулирования скорости зависит от степени загрузки двигателя, суживаюсь при уменьшении нагрузки;

в) при холостом ходе регулирование скорости практически невозможно;

г) расход энергии во вторичной цепи двигателя при регулировании скорости определяется диапазоном изменения последней и характером зависимости статического момента приводимого механизма от скорости.

Данный способ используется в тех случаях, когда продолжительность работы с пониженной скоростью невелика и не требуется высокой точности регулирования скорости. Этот ряд недостатков делает не целесообразным использование этого метода управления для электропривода конвейера.

Широко распространенный параметрический способ регулирования скорости и момента двигателя осуществляемый с помощью регуляторов напряжения статора и тока ротора позволяет осуществить пуск конвейера с заданным ограниченным ускорением. Но не позволяет получить широкий диапазон регулирования скорости конвейера, при использовании серийных асинхронных электродвигателей.

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования скорости АД. Схема приведена на. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту 6 питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением изменять его синхронную скорость , получая тем самым различные искусственные характеристики

Этот способ обеспечивает плавное регулирование, в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения, оказываются небольшими, в связи, с чем частотный способ наиболее экономичен.

Для лучшего использования АД и получения высоких энергетических показателей его работы — коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности — одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо изменять и значение этого напряжения. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки.

Частотное управление является экономичным, так как регулирование скорости АД в этой системе не сопровождается выделением больших потерь скольжения в роторной цепи, ухудшающих КПД электропривода и приводящих к необходимости завышения мощности АД.

Регулирование в этой системе, может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т. е. АД, может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.

Во многих случаях хорошие показатели регулирования могут быть достигнуты в разомкнутой системе. При повышенных требованиях к электроприводу необходимо использование тех или иных обратных связей, т.е. применение замкнутой системы регулирования. Получаемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет 5—10, а в замкнутых его значение может достигать 1000 и более.

Частотный способ управления находит в настоящее время все более широкое применение. Более того, можно назвать случаи, где использование частотно-управляемого асинхронного электропривода является единственно возможным, например привод высокоскоростных электрошпинделей, электроверетен, вентиляторов высокоскоростных аэродинамических труб, различных испытательных стендов и т.д.

Из рассмотренных способов регулирования скорости асинхронных электроприводов самым эффективным является частотное регулирование, отличающееся высокими энергетическими показателями, возможностью управления скорости в большом диапазоне со значительной перегрузочной способностью.

Развитие в настоящее время полупроводниковой техники и создание на этой базе преобразователей частоты будет способствовать широкому внедрению электроприводов переменного тока с частотным управлением.

^ 2. Обоснование системы электропривода
2.1. Предварительный расчет электродвигателя.
Ориентировочная расчетная мощность электродвигателя, и расчетная продолжительность включения (ПВр) рассчитывается по методу эквивалентного момента исходя из тахограммы его работы во время проведения технологического процесса. Двигатель системы привода выбирается для ближайшего стандартного ПВк по зависимости:

, (2.1)

где Pp, Pк – расчетное и каталожное значение мощности двигателя. Для ПВр>0,6 двигатель выбирается из условия продолжительного режима работы.

Методом эквивалентного момента определяется эквивалентная мощность электродвигателя Рэ и сравнивается с мощностью заранее выбранного двигателя, если , то двигатель выбран правильно, в противном случае необходимо повторить расчет для двигателя с ближайшей большей мощностью.

По причине отсутствия тахограммы работы двигателя и числовых данных о выполняемом технологическом процессе невозможно произвести расчет ориентировочной мощности двигателя указанным способом.

Принимаем мощность электродвигателя равной мощности двигателя из паспортных данных механизма:

P=7,5 кВт.
^ 2.2 Разработка структурной схемы электропривода.

Наиболее подходящей системой электропривода бура для бурильной установки УБШ 501 АК была выбрана система ПЧ-АД, включающая преобразователь частоты со звеном постоянного тока и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Такая система позволяет регулировать скорость вращения бура в пределах от 0 до 970 об/мин в зависимости от твердости породы, благодаря чему можно будет достигнуть максимальной скорости бурения.




Рис. 2.1. Структурная схема силовой части привода
^ 2.3. Выбор электрооборудования для силовой части привода
Выбор электродвигателя:

Наиболее подходящим для использования в буровой установке является взрывобезопасный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа АМУ 160 М6Т2.

Паспортные данные электродвигателя приведены в табл. 2.1.

Табл. 2.1.

Наименование параметра

Величина и размерность

Номинальная мощность, Рн

Синхронная частота вращения ротора, ω0

Номинальная частота вращения ротора, ωн

Номинальное питающее напряжение, Uн

Номинальная частота питающего напряжения, fн

Номинальный ток статора, I

Активное сопротивление статорной обмотки, R

Индуктивность статорной обмотки, L

Момент инерции двигателя, J

Номинальный КПД, η

Номинальный коэффициент мощности, cosφ

Ток намагничивания статора, Iμ

Iп/Iн

Mп/Mн

Mкр/Mн

7,5 кВт

1000 об/мин

970 об/мин

380 В

50 Гц


15,5 А

0,507 Ом

6,67 мГн

0,15 кг·м2

0,86

0,91

7,3 А

5,5

1,4

2,2



Выбор преобразователя частоты:
Выбор преобразователя частоты производим исходя из условий:

; (2.2)

; (2.3)

Условиям (2.2) и (2.3) удовлетворяет преобразователь частоты VSI  7,5 CX4A2N0. Это устройство предназначено для плавного пуска и экономичного регулирования производительности путем изменения частоты вращения приводного электродвигателя. При этом исключаются 6-7 кратные пусковые токи, уменьшается воздействие на сеть, сохраняется высокое значение КПД буровой установки и двигателя во всем диапазоне работы.

Экономичное регулирование производительности обеспечивается изменением частоты вращения приводного электродвигателя с помощью устройства VSI  7,5 CX4A2N0 (далее ПЧ).

ПЧ позволяет регулировать в широких пределах значения частоты, тока и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

ПЧ серии VSI преобразует параметры электрической энергии питающей сети 380 В, 50 Гц в систему трёхфазных токов регулируемых напряжения и частоты для питания цепей статора АД.

ПЧ серии VSI представляет собой двухблочный преобразователь частоты: первый блок – диодный мост преобразует переменное напряжение в однонаправленное, пульсирующее. Далее напряжение фильтруется в промежуточной цепи на емкостном фильтре и поступает на блок преобразователя в переменное напряжение на IGBT транзисторах. IGBT преобразователь подает трехфазное симметричное переменное напряжение регулируемой амплитуды и частоты на электродвигатель. Мощность, которую преобразователь потребляет из сети, является почти полностью активной.

Трехфазный дроссель фильтрует помехи, идущие из сети к преобразователю частоты, а также от преобразователя в сеть. Также дроссель улучшает форму кривых сетевого тока.

Блок сопряжения и управления электродвигателем основан на программируемом микропроцессоре. Микропроцессор управляет электродвигателем на основе полученных данных измерений, установленных параметров и сигналов управления, приходящих с управляющей панели и I/O платы. В свою очередь блок сопряжения и управления управляет цепью СИФУ, которая выдает требуемые управляющие импульсы на IGBT транзисторы. Усилитель усиливает управляющие импульсы, поступающие с СИФУ на IGBT транзисторы.

Основные параметры устройства VSI  7,5 CX4A2N0 приведены в табл. 2.2.
Табл. 2.2.

Наименование параметра

Величина

Номинальная выходная мощность ПЧ, к Вт

7,5

Номинальный ток нагрузки, А

18

Номинальное напряжение на входе, В

380(+10%-15%)

Диапазон регулирования напряжения, В

0 – Uсети

Частота питающей сети, Гц

50±5%

Диапазон регулирования частоты, Гц

0,5 – 60

Коэффициент мощности в номинальном режиме, не менее

0,94

Кратность тока перегрузки

1,5Iном


Блок сопряжения и управления электродвигателем предназначен для реализации функций управления, регулирования, защиты, автоматизации и обеспечения надёжной работы электропривода, с обеспечением следующих возможностей:

  • формирование импульсов управления ПЧ по заданным алгоритмам работы управляемого выпрямителя и инвертора тока;

  • автоматическое формирование процессов пуска и отключения ПЧ, а также формирование команд управления выключателями как на входе ПЧ, так и на выходе и шунтирующим ПЧ выключателем в тех случаях, когда предусмотрен режим переключения АД на непосредственное питание от сети;

  • регулирование выходной частоты ПЧ по сигналам технологического регулятора, а также в режиме ручного управления;

  • отображение информации о режимах работы, неисправностях и причинах аварийного отключения ПЧ;

  • автоматическое формирование обобщённых сигналов о состоянии ПЧ и их передачу на диспетчерский пульт.

^ 3. Характеристика статических режимов работы электропривода.
3.1. Составление схемы замещения электропривода и расчет недостающих параметров.
Выражения для построения скоростных и механических характеристик в разомкнутой системе привода можно получить на основании схемы замещения АД:



Рис. 3.1. Схема замещения АД с короткозамкнутым ротором.
- активное сопротивление статора АД;

- активное приведенное сопротивление ротора АД;

x1- индуктивное сопротивление статора АД;

x2- индуктивное сопротивление ротора АД, приведенное к статорной обмотке;

- фазное напряжение питания АД.
Воспользуемся следующими формулами для определения недостающих параметров схемы замещения:

Номинальное скольжение:

; (3.1)

Критическое скольжение:

; (3.2)

Индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания:

(Ом); (3.3)

^ 3.2. Расчет скоростных характеристик электропривода.
Скоростные характеристики можно получить, исходя из выражения для тока . Рассчитаем скоростную характеристику для различной частоты питающего напряжения и занесем результаты в табл. 3.1.
, (3.4)

где S(f) – это скольжение при заданной частоте, которое можно найти по формуле:

, (3.5)

где ; (3.6)

- номинальная скорость вращения;

- заданная частота питающего напряжения;

- изменяющаяся частота;
В результате подстановки выражения (3.5) в (3.4) получим окончательное выражение для скоростной характеристики:

; (3.7)

(рад/с);

Подставив различные значения частоты питающего напряжения и скорости от 0 до ω0(f) в формулу (3.7), получим значения момента для скоростных характеристик при различных частотах (табл. 4.1).
Табл. 3.1.

50

Гц

ω

0

15

30

45

60

75

85

95

104

I2

51,03

50,79

50,42

49,82

48,69

46,11

41,88

30,64

4,08

40

Гц

ω

0

10

20

30

40

50

60

70

80

I2

56,19

55,86

55,41

54,76

53,73

51,98

48,53

40,31

16,90

30

Гц

ω

0

10

20

30

40

45

50

55

60

I2

62,86

62,01

60,70

58,47

54,12

50,20

43,85

33,06

14,90

20

Гц

ω

0

5

10

15

20

25

30

35

40

I2

71,03

69,74

68,03

65,68

62,32

57,26

49,15

35,45

12,34

10

Гц

ω

0

4

8

10


12

14

16

18

20

I2

74,79

69,80

62,72

58,00

52,16

44,84

35,57

23,76

8,80




Рис. 3.2. Скоростные характеристики
^ 3.3. Расчет механических характеристик электропривода.
Запишем выражения для момента АД, подставляя в него значения параметров с учетом частоты питающего напряжения:

(3.8)

В результате элементарных преобразований выражения (3.8), подставив в него (3.5), получим окончательное выражение для построения механической характеристики:

(3.9)

Подставив различные значения частоты питающего напряжения и скорости от 0 до ω0(f) в формулу (3.9), получим значения момента для механических характеристик при различных частотах (табл. 3.2).
Табл. 3.2.

50

Гц

ω

0

15

30

45

60

75

85

95

104

M

37,73

43,59

51,56

62,92

80,14

107,81

133,38

142,80

25,33

40

Гц

ω

0

10

20

30

40

50

60

70

80

M

57,17

64,14

72,97

84,45

99,80

120,86

149,25

176,52

108,54

30

Гц

ω

0

10

20

30

40

45

50

55

60

M

95,41

110,36

130,32

157,55

193,71

212,91

224,93

207,82

112,62

20

Гц

ω

0

5

10

15

20

25

30

35

40

M

182,71

199,92

219,96

243,02

268,54


293,33

306,19

273,08

115,73

10

Гц

ω

0

4

8

10

12

14

16

18

20

M

405,16

435,96

460,29

465,14

459,74

436,83

384,78

286,11

117,68




Рис. 3.3. Механические характеристики и статический момент Mc(f)=0,45Mкр(f)

^ 4. Энергетические характеристики электропривода
4.1. Расчет потерь в электроприводе.
Суммарные потери состоят из постоянных потерь, и потерь переменных.
Суммарные потери:

(4.1)

где – постоянные потери;

– переменные потери.
К постоянным потерям отнесем потери механические и потери в меди статора от намагничивающего тока:

Механические потери:

, (4.2)

где ;

- найдем из формулы (3.5);

- номинальная паспортная мощность двигателя.
Потери в меди статора:

(Вт); (4.3)
Переменные потери определим из выражения:

; (4.3)
^ 4.2. Расчет КПД

К. п. д. системы рассчитаем по формуле:

; (4.7)

где М – момент нагрузки;

ω – скорость рабочей точки;

– суммарные потери в системе.

Результаты расчетов занесем в табл. 4.1.
Табл. 4.1.

50

Гц

ω

5

15

30

45

60

75

85

100

104

η

0,016

0,052

0,117

0,198

0,304

0,450

0,580

0,853

0,895

40

Гц

ω

5

10

20

30

40

50

60

70

80

η

0,027

0,055

0,119

0,193

0,281

0,387

0,517

0,679

0,877

30

Гц

ω

5

10

20

30

40

45

50

55

60

η

0,047

0,097

0,209

0,341

0,496

0,584

0,682

0,787

0,892

20

Гц

ω

1

5

10

15

20

25

30

35

40

η

0,018

0,091

0,188

0,291

0,401

0,519

0,644

0,776

0,896

10

Гц

ω

2

6

8

10

12

14

16

18

20

η

0,087

0,264

0,355

0,447

0,540

0,634

0,727

0,816

0,867




Рис. 4.1. Зависимость КПД=f(ω) при Mс(f)=0,45Mкр(f)
^ 4.4. Расчет коэффициента мощности.
Рассчитаем по формуле

(4.12)

и занесем полученные результаты в табл.4.2.
Табл. 4.2

50

Гц

ω

5

15

30

45

60

75

85

100

104

cosφ

0,930

0,934

0,940

0,948

0,957

0,966

0,971

0,930

0,523

40

Гц

ω

5

10

20

30

40

50

60

70

80

cosφ

0,935

0,938

0,944

0,950

0,957

0,964

0,971

0,973

0,918

30

Гц

ω

5

10

20

30

40

45

50

55

60

cosφ

0,947

0,950

0,958

0,966

0,973

0,975

0,976

0,969

0,898

20

Гц

ω

1

5

10

15

20

25

30

35

40

cosφ

0,960

0,964

0,968

0,972

0,975

0,978

0,978

0,971

0,862

10

Гц

ω

2

6

8

10

12

14

16

18

20

cosφ

0,976

0,979

0,979

0,979

0,979

0,976

0,969

0,947

0,785




Рис. 4.2. Зависимость cosφ от скорости при Мс(f)=0,45Мкр(f)




Рис. 4.3. Зависимости КПД и cosφ от нагрузки на валу при частотах питающего напряжения f=50 Гц (а), f=30 Гц (б) и f=10 Гц (в).
^ 5. Исследование системы электропривода в динамических режимах работы.
5.1. Математическая модель привода.
Для определения характера прохождения переходных процессов системы в переходных режимах необходимо определить коэффициенты характеристического уравнения системы в операторной форме:

, (5.1)

где ТМ – механическая постоянная времени системы,

ТЭ – электромагнитная постоянная времени;

Определить постоянные времени можно с помощью следующих выражений:

(с); (5.2)

(с), (5.3)

где (рад/с).

(с), ,

а это значит, что переходные процессы в системе должны иметь колебательный характер.
^ 5.2. Выбор машинной модели и моделирование переходных процессов на ПК

В качестве программного пакета для моделирования полупроводниковых электроприводов наиболее подходящей считается система MatLab (матрич­ная лаборатория) со своими пакетами расширения (Toolboxes), повсеместно при­нятая в качестве основного инструмента изучения полупроводнико­вого электропривода.

Основными пакетами расширения, которые использованы при исследовании полупроводникового электропривода, являются Simulink и Power System Blockset.

Пакет Simulink со своими дополнениями — основной инстру­мент изучения различных электромеханических систем. Практически не существует задачи, связанной с исследованием систем электропривода, которую нельзя было бы решить в этом пакете.

Simulink предоставляет исследователю самые различные воз­можности, начиная от структурного (математического) представ­ления системы и кончая генерированием кодов для программиро­вания микропроцессора в соответствии со структурной схемой модели.

Библиотека Simulink представляет со­бой набор визуальных объектов, используя которые можно иссле­довать практически любую систему автоматического регулирова­ния. Практически для всех блоков существует возможность на­стройки параметров. Параметры настройки отражаются в панели окна настройки выбранного блока.
В исследуемую модель (рис. 5.1) вошли такие элементы:

  • Asynchronous Machine SI Unit – готовая модель асинхронного двигателя параметрами, соответствующими номинальным паспортным данным двигателя АМУ 160 М6 Т2;

  • 3 источника синусоидального напряжения AC Voltage Sourse с номинальными параметрами: f=50 Гц, Um=311 В; сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1200, моделируют трехфазную систему напряжений с номинальными значениями: Uф=220 В, Uл=380 В.

  • Three-Phase V-I Measurement – трехфазный мультиметр для осуществления замеров сетевого тока и напряжения.

  • 2 элемента типа Scope – модели осциллографов для просмотра графиков сетевых тока и напряжения, а также изменения во времени частоты вращения ротора двигателя и момента на его валу.

  • 2 элемента типа Display для контроля установившегося значения тех же параметров.

  • Step – элемент, с помощью которого, возможно смоделировать наброс нагрузки на вал двигателя в определенный момент времени.



Рис.5.1. Модель системы ПЧ-АД для программного пакета MatLab 6.5

Моделируем пуск двигателя без нагрузки при трех различных частотах питающего напряжения f1=50 Гц, f2=37,5 Гц, f3=25 Гц, используя закон частотного регулирования .
Значит при f=50 Гц Uл=380 В;

при f=37,5 Гц Uл=329 В;

при f=25 Гц Uл=269 В.

При частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении Uл=380 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м).



Рис. 5.2. Графики ω=f(t) и Mв=f(t) при f=50 Гц
После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:

ω =104,7 рад/с

I1=7,266 А

Mв=0,517 Н·м
При частоте питающей сети f=37,5 Гц и линейном напряжении Uл=329 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м).



Рис. 5.3. Графики ω=f(t) и Mв=f(t) при f=37,5 Гц
После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:

ω =78,53 рад/с

I1=7,608 А

Mв=0,3883 Н·м
При частоте питающей сети f=25 Гц и линейном напряжении Uл=269 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м).



Рис. 5.4. Графики ω=f(t) и Mв=f(t) при f=25 Гц

После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:

ω =52,36 рад/с

I1=10,29 А

Mв=0,036 Н·м

При частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении Uл=380 В смоделируем переход системы из одного установившегося состояния (Мв = Мн = 73 Н·м, ω = ωн = 101.7 рад/с, I1 = I = 15,65 А) в другое после наброса нагрузки на вал двигателя (Мс.доп.= 0,3Мн = 22 Н·м).



Рис. 5.5. Наброс нагрузки Мс.доп.=0,3Мн
После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:

ω =99,7 рад/с

I1=20,06 А

Mв=95,5 Н·м
Для более детального изучения переходного процесса на рис. 5.6. приведена увеличенная часть графиков ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м), охватывающая только момент замедления двигателя после наброса дополнительной нагрузки.



Рис. 5.5. Наброс нагрузки Мс.доп.=0,3Мн (фрагмент)

Литература
1. Иванов К.И. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1966.

2. Супрун Ю.И. Установка бурильная УБШ 501 АК: Руководство по эксплуатации. – Кривой Рог: НИПИрудмаш, 2002.

3. Самохин Ф.И. Горная электротехника. – М.: Недра, 1972. – 384 с.

4. Донченко А.С. Справочник механика рудной шахты. – М.: Недра, 1978. – 583 с.

5. Методические указания к курсовому проектированию по теории электропривода / Родькин Д. И., Величко Т. В., Каневский В. В., Захаров В. Ю., Осадчук Ю. Г. – Кривой Рог, 2002 - 30 с.

6. Ключев В.И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов. – М.: Госэнергоиздат, 1960.

7. Чиликин М.Г. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. – 568 с.

8. Башарин А.В. Управление электроприводами. – Л.: Энергоиздат,1982 - 392 с.


Скачать файл (517 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации