Ступенчатое регулирование скорости тягового органа ленточного конвейера 2ЛУ-120

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Техническое задание на курсовое проектирование

2. Назначение транспортирующей машины

3. Общетехнический расчет конвейера

3.1 Построение графика применимости конвейера

3.2 Тяговый расчет

3.2.1 Проверка ширины ленты

3.2.2 Сопротивления движению

3.2.3 Натяжение ленты

3.2.4 Мощность привода

4. Обзор и анализ систем электропривода и структур управления электроприводами

4.1 Определение мощности электропривода, выбор двигателя и управляемого преобразователя

4.1.1 Выбор электродвигателя

4.1.2 Определение передаточного числа привода

4.1.3 Определение кинематических и силовых параметров привода

4.2 Расчет суммарного момента инерции механизма

4.3 Выбор частотного преобразователя

5. Расчет структурной схемы электропривода и синтез регуляторов системы управления электроприводом

5.1 Расчет структурной схемы электропривода

5.1.1 Исходные данные для расчета

5.1.2 Расчет параметров электрической Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя

5.1.3 Расчет коэффициентов структурной схемы

5.2 Синтез регуляторов

5.2.1 Синтез регулятора тока

5.2.2 Синтез регулятора потока

5.2.3 Синтез регулятора скорости

5.2.4 Расчет регуляторов

5.3 Расчет структурной схемы в относительных единицах

6. Анализ статических и динамических свойств электропривода

7. Описание принципиальной схемы

7.1 Силовая часть

7.2 Блок управления

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Из средств массовых насыпных грузов чаще отдается предпочтение машинам непрерывного действия, которые в сравнении с циклично действующими средствами транспорта, характеризуются целым рядом преимуществ, таких как: возможность длительного безперегрузочного транспортирования, сохранения сортности и качества груза; широкая возможность транспортирования; малая трудоемкость и удобство обслуживания, сравнительная простота и высокая надежность работы конструкций; возможность обеспечения широкого диапазона производительности и длины транспортирования.

В приводах конвейеров необходимость регулирования скорости обусловлено прежде всего тем, что коэффициент нагрузки конвейера по времени значительно небольшой. Для ленточных конвейеров он находится в пределах от 0,28 до 0,75, что приводит к неоправданному перерасходу электроэнергии и преждевременному износу деталей конвейера, в особенности его ленты. Двух скоростной конвейер может обеспечить более высокую производительность при увеличении грузопотока, что позволит избежать перегрузки промежуточного бункера. В случае неизменного грузопотока можно снизить натяжение ленты путем перехода на более высокую скорость, или при снижении грузопотока уменьшить износ ленты и роликоопор путем перехода на более низкую скорость. Все это в конечном счете способствует более высокому управлению конвейерами и увеличению срока его службы, что может дать определенную экономическую выгоду.

Таким образом, необходимость ступенчатого регулирования скорости тягового органа ленточного конвейера 2ЛУ-120 следует считать неоспоримым фактом.

Проектируемый привод конвейера должен быть разработан на базе привода конвейера 2ЛУ-120, иметь две рабочие скорости. С экономической точки зрения, следует максимально использовать узлы существующего привода.

Проектируемый привод должен иметь габариты, незначительно превышающие базовые и иметь минимальное число операций управления. Машина должна быть безопасной для обслуживающего персонала, работать с минимальным шумом и вибрацией. Проектируемый узел должен быть технологичным, иметь наименьшее число деталей, быть легко транспортируемым. Узел должен легко сопрягаться с узлами соответствующего привода конвейера 2ЛУ-120.

1. Техническое задание на курсовое проектирование

Спроектировать привод ленточного конвейера по кинематической схеме (рисунок 1). Нагрузка близка к постоянной, одного направления, ресурс работы редуктора не менее 20000 часов.

1 - электродвигатель; 2 - плоскоременная передача; 3 - редуктор планетарный; 4 - муфта упругая; 5 - ленточный конвейер

Рисунок 1 - Кинематическая схема привода для расчета ленточного конвейера. Тип конвейера: 2ЛУ-120.

2. Назначение транспортирующей машины

Ленточными конвейерами называют машины непрерывного транспорта, несущими и тяговыми элементами которых является гибкая лента. Ленточные конвейеры нашли широкое распространение. Их применяют для перемещения сыпучих и штучных грузов на короткие, средние и дальние расстояния во всех областях современного промышленного и сельскохозяйственного производства, при добыче полезных ископаемых, в металлургии, на складах и в портах, используют в качестве элементов погрузочных и перегрузочных устройств, а также машин, выполняющих технологические функции.

На многих открытых разработках, в карьерах, на строительстве гидротехнических сооружений, в криволинейных штреках шахт и на магистральном межцеховом транспорте по условиям планировки местности трасса транспортирования грузов не располагается по прямой линии, а имеет сложное очертание в виде отдельных отрезков пространственной ломаной линии. В этих условиях для транспортирования грузов приходится устанавливать каскад из нескольких отдельных конвейеров, расположенных по ломаной линии, с пунктами перегрузок груза с одного конвейера на другой. Такое решение имеет много недостатков, поэтому встала задача создания бесперегрузочного конвейерного транспорта по сложной извилистой пространственной трассе. Для ее решения применяют криволинейный ленточный конвейер, имеющий повороты в горизонтальной плоскости по радиусу 100--1000 м. Известны несколько конструктивных разновидностей криволинейных конвейеров, однако не все из них являются эффективными.

К оптимальной конструкции криволинейного ленточного конвейера предъявляются следующие требования: применение стандартной прорезиненной ленты серийного производства, максимальное использование серийного оборудования, обеспечение надежного центрированного движения ленты по криволинейному участку трассы без какого-либо принудительного воздействия на кромку ленты.

3. Общетехнический расчет конвейера

3.1 Построение графика применимости конвейера

Допустимая длина конвейера по мощности приводной станции при скорости ленты м/с:

=508,86 м,

где -суммарная мощность привода, = 2х110=220 кВт;

- КПД привода, =0,85;

- коэффициент запаса мощности, =1,2;

- ускорение свободного падения, =9,81;

- угол установки конвейера, =10о;

- коэффициент сопротивления движению ленты, =0,035;

- коэффициент учитывающий сопротивление на конечных барабанах, в загрузочном оборудовании и другие местные сопротивления, =1,08;

- погонная масса груза,

Допустимая длина конвейера по мощности приводной станции при скорости ленты м/с:



= 795,10 м,

где - погонная масса груза, кг/м.

Допустимая длина конвейера по прочности ленты:

=1166,04 м,

где - запас мощности, =8,5.

Допустимая длина конвейера по условию допустимого провеса ленты между роликоопорами:

1488,96 м.

Производим расчеты длин конвейера для углов и сводим результаты в таблицу 3.1

Таблица 3.1.

Допустимая длина конвейера в зависимости от угла наклона

	-3	-2	0	2	4	6
,м	2,5м/с	2708,41	1671,95	947,63	661,76	508,86	413,77
	1,6м/с	4231,89	2612,41	1480,68	1033,99	795,10	646,52
,м	6206,18	3831,17	2117,45	1516,38	1166,04	948,13
,м	-	23406	3956,56	2162,36	1488,96	1136,44
	8	10	12	14	16	18
,м	2,5м/с	348,98	302,05	266,54	238,75	216,45	198,18
	1,6м/с	545,28	471,96	416,46	373,05	338,21	300,66
,м	799,67	692,14	610,75	547,09	495,99	454,13
,м	919,79	773,32	667,78	588,23	526,18	476,50

Согласно данных таблицы строим график зависимости длины конвейера от угла наклона и производительности (Рис.3.1.).

Для дальнейшего расчета принимаем =508,86 м, .

Рис.3.1.График зависимости длины конвейера от угла наклона и производительности.

3.2 Тяговый расчет

3.2.1 Проверка ширины ленты

Проверка ширины ленты попроизводительности:

м,

где - насыпная плотность груза, = 0,93т/м3;

- коэффициент продуктивности, =550;

- коэффициент снижения площади поперечного сечения груза на наклонном конвейере, =0,9.

3.2.2 Сопротивления движению

Сопротивления движению ленты на груженной ветви:

Н,

где - коэффициент сопротивления движению на груженной ветви, =0,030.

Сопротивления движению ленты на порожней ветви:

Н,

где - коэффициент сопротивления движению на порожней ветви, =0,035.

Тяговое усилие на приводе конвейера:

Н.

3.2.3 Натяжение ленты

Минимально необходимый натяг ленты в точке сбегания с приводного барабана:

Н,

где - коэффициент запаса сил сцепления, =1,2.

Минимально необходимый натяг ленты по условию провеса:

Н.

Максимально допустимый натяжение ленты:

Н.

Натяжение ленты в характерных точках:

Н;

Н;

где - коэффициент учитывающий местные сопротивления, =0,02;

Н;

- условие отсутствия проскальзывания конвейерной ленты на приводном барабане выполняется.

Н.

Рис.3.2. Диаграмма натяжения ленты конвейера

3.2.4 Мощность привода

При скорости ленты, м/с:

кВт,

где - коэффициент запаса мощности, =1,15 Н;

при скорости ленты, 1,6м/с:

кВт.

4. Обзор и анализ систем электропривода и структур управления электроприводами

Для обеспечения требований предъявляемых к приводу необходимо провести анализ систем управления электроприводов. Рассмотрим системы электроприводов на базе асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока.

Асинхронный электропривод нашел применение почти во всех областях современной промышленности, где не требуется регулировать скорость вращения вала двигателя. В силу своей простоты и надежности намного дешевле остальных типов приводов. Основная сложность внедрения асинхронного электропривода заключается в невозможности регулировать скорость вала в широком диапазоне скоростей в тех механизмах, где это необходимо. Существует три способа регулирования скорости вала асинхронного двигателя [5, с. 560]:

- изменением величины питающего напряжения;

- введением регулировочных реостатов для асинхронного двигателя с фазным ротором;

- использование преобразователей частоты (ПЧ);.

Первые два способа не удовлетворяют требованиям предъявляемым к электроприводу маневровых лебедок. В настоящее время широко внедряется способ регулирования частоты вращения вала двигателя, путем изменения частоты питающего напряжения на обмотках статора машины (система электропривода - ПЧ-АД) [4]. Данная система электропривода позволяет выполнить все требования предъявляемые к электроприводу. В связи с тем, что нет необходимости поддерживать скорость на валу двигателя с большой точностью, возможно применение ПЧ со скалярным законом управления.

Для обоснования выбора системы электропривода проведем сравнительный анализ двух систем электроприводов (ПЧ-АД и ТП-Д) по различным критериям:

По конструктивному исполнению:

ТП-Д: конструкция двигателя значительно сложнее, больший расход меди, необходимо постоянно прочищать коллектор двигателя, возможен круговой огонь при перегрузках. Как следствие большие затраты на эксплуатацию.

ПЧ-АД: лишен всех предыдущих недостатков, но обладает большим моментом при разгоне и более мягкой механической характеристикой. Существенный недостаток - сложность в управлении.

По коэффициенту полезного действия:

ТП-Д: коэффициент полезного действия:

выпрямителя составит [5, с. 663]

двигателя постоянного тока (4ПФМ280S) [6]

привода

ПЧ-АД: коэффициент полезного действия:

двухзвенного преобразователя [11]

асинхронного двигателя (4 АМ100L6У3) привода [7, с. 277]

По влиянию на питающую сеть:

ТП-Д: в начале пуска имеет место значительный рост реактивной мощности, который может превышать значения в 3-4 раза больше мощности двигателя. При статической работе двигатель вносит искажения в питающую сеть. Коэффициент мощности меньше 1 и может достигать значений до 0,2 [8].

ПЧ-АД: Наводит в питающей сети гармоники. Коэффициент мощности около единицы.

По стоимости привода:

Стоимость непосредственно самого преобразователя напряжения сети, как в системе ТП-Д, так и в системе ПЧ-АД находится в одной ценовой категории. Для сравнения систем электроприводов будем использовать стоимость электрических машин.

ТП-Д: стоимость двигателя составит 287 т.р. [12]

ПЧ-АД: стоимость двигателя варьируется в различных пределах. Учитывая что данные двигателя сняты с производства, о стоимости можно судить лишь по аналогичному двигателю более новой серии. Так стоимость двигателя 4 АМ100L6У3, при той же мощности составит, 62 т.р. [13].

Принимаем для текущего механизма систему электропривода ПЧ-АД

4. Определение мощности электропривода, выбор двигателя и управляемого преобразователя

4.1.1 Выбор электродвигателя

Определяю требуемую мощность электродвигателя:

;

Определяю КПД:

;

з = 0,96 * 0,96*0,98 = 0,903

кВт,

Выбираю стандартный электродвигатель с номинальной мощностью, которая соответствует условию:

Выбираю электродвигатель:

Тип двигателя - 4 АМ100L6У3

Номинальная мощность - 2,2 кВт

Номинальная частота вращения выходного вала электродвигателя =950 об/мин

К.п.д.: ;

Коэффициент мощности: ;

Номинальное скольжение: ;

Критическое скольжение: ;

Параметры схемы замещения о.е.:

;

;

;

;

;

Динамический момент инерции ротора: .

4.1.2 Определение передаточного числа привода

;

;

;

;

;

Передаточное число i= 8,2

Разбиваю передаточное число на ступени привода:

;

4.1.3 Определение кинематических и силовых параметров привода

Мощность, кВт;

б/х вал

т/х вал

Частота вращения, об/мин;

б/х вал

т/х вал

Угловая скорость, ;

б/х вал

т/х вал

Вращающий момент, Н*м;

б/х вал

т/х вал

Определим момент на валу двигателя по формуле:

,

где - мощность двигателя валу, Вт,

- угловая скорость вала, рад/с;

.

Определим момент двигателя:

Определим момент инерции редуктора и барабана [23, c. 42]:

Найдем синхронную скорость вращения магнитного поля статора. Известно, что максимально необходимая скорость вала двигателя по технологическому процессу достигает 766 об/мин. Рассчитаем для заданной скорости синхронную скорость. Для упрощения расчетов принимаем, что на данной максимальной скорости скольжение остается номинальным и равным .

Скорость вращения вала двигателя [22, c. 25]:

;

Синхронная частота вращения магнитного поля статора.

;

Синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора



Частота сети на вводе двигателя:

;

4.2 Расчет суммарного момента инерции механизма

Расчет суммарного момента инерции механизма состоит из расчета инерции редуктора и расчета и приведения момента инерции объекта.

В качестве объекта скорость которого мы регулируем и для которого рассчитываем момент инерции - ленточный конвейер. Для ленточного конвейера, проводились исследования и расчеты по определению маховых моментов узлов [16, c. 54].

В данной работе не требуется точного соответствия реальному объекту и поэтому для уменьшения расчетов и упрощения построения расчетных схем сделаем некоторое упрощение. Примем, что конвейер - это поступательно перемещающийся объект с массой m мех.

Рассчитаем момент инерции для данного объекта [23, c. 42]:

Суммарный момент инерции:



4.3 Выбор частотного преобразователя

Частотный преобразователь (ЧП) служит для управления асинхронным электродвигателем с минимальными потерями мощности при номинальной производительности. Лишь в системе электропривода ПЧ-АД обеспечивается наиболее эффективная работа привода в целом.

При выборе преобразователя частоты необходимо определить условия работы двигателя: установленную мощность двигателя, возможность перегрузки, точность задания по скорости и т.д.

Определимся с условиями работы двигателя:

Средняя загрузка двигателя колеблется от 82% до 97%;

Регулируемая координата - скорость вала двигателя;

Невысокая точность регулирования;

Возможны кратковременные перегрузки привода и его стопорение;

Превышение номинальной скорости двигателя: 3,8%;

В соответствии с данными условиями необходимо выбрать преобразователь частоты с ограничением по току, с диапазоном регулирования 5:1, с верхним пределом регулирования частоты выше 50Гц, с векторным принципом управления.

Выбираем из каталожных данных [14] преобразователь частоты EI-9011-060Н. Данный ПЧ имеет следующие характеристики:

Номинальное напряжение 380 В;

Номинальный ток: 96 А;

Диапазон регулирования частоты: 0,1-400 Гц;

Диапазон регулирования по скорости: 100:1;

Мгновенное отключение при перегрузке по току более 200%;

Допустимая перегрузка по току в течении 1 мин.: 150%;

5. Расчет структурной схемы электропривода и синтез регуляторов системы управления электроприводом

5.1 Расчет структурной схемы электропривода

Построение структурной схемы электропривода (ЭП) зависит от выбранного преобразователя частоты и системы управления ЭП.

В настоящее время системы управления электроприводом строятся на базе микропроцессорной техники. Все входные цепи по управлению гальванически развязаны с внешними цепями. Формирование сигналов управления выходными сигналами осуществляет программа заложенная в ПЗУ микропроцессора, функциональную схему ЭП с микропроцессорным управлением можно посмотреть в пункте 6 данной работы, либо в [18 с. 112]. Для обработки сигналов используют высокоскоростные ЦАП и быстродействующие микропроцессоры. При первом включении в тестовом режиме происходит автоматическая идентификация двигателя частотным преобразователем, рассчитываются все передаточные соотношения коэффициентов обратных связей, рассчитываются передаточные функции регуляторов и т.д. Для определения оптимальных передаточных функций с ПЧ поставляется программное обеспечение, которое в зависимости от назначения привода производит соответствующий выбор значений передаточных функций. Переходя от программной части ПЧ к силовой следует отметить, что в большинстве случаев в выходном каскаде стоят IGBT модули, т.к. в ключевом режиме работы обладают почти нулевым сопротивлением в открытом состоянии. Это говорит о том, что данные приборы выделяют меньше тепла и как следствие небольшие габариты радиаторов. Подводя итог к вышесказанному, можно сказать, что современные преобразователи на напряжение 0,4 (0,6) кВ имеют небольшие габариты и минимальный набор аналоговых элементов. Например векторные преобразователи фирмы Lanze мощностью до 2,2 кВт имеют габариты меньше самого двигателя на эту же мощность.

В данном случае выбран преобразователь частоты с векторной системой управления с прямой ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД. Выбранная векторная система управления со стабилизацией вектора потокосцепления ротора впервые была предложена фирмой Siemens, под названием «Трансвектор». Данная система обеспечивает стабилизацию координат по двум каналам: стабилизация модуля потокосцепления и стабилизация по каналу управления скорости вращения ротора.

Выбор векторной системы управления электроприводом обосновывается тем, что необходимо ограничивать ток в цепи статора асинхронного двигателя во время пуска.

Переходя непосредственно к построению структурной схемы необходимо указать базовые дифференциальные уравнения при помощи которых строится данная структурная схема. В несколько упрощенном виде данные уравнения можно найти здесь [20, с. 210], а так же и упрощенную структурную схему. В более подробном виде данный вопрос рассмотрен в [18, c. 66].

Структурная схема векторной системы управления с ориентацией по потокосцеплению ротора двигателя изображена на рис. 4. В основу данной структурной схемы взята структурная схема из [20, c. 218] изменения были произведены в соответствии с рекомендациями изложенными в [24].

Произведем расчет данной структурной схемы в абсолютных единицах для практической реализации в приложении Simulink пакета Mathlab. Для расчета структурной схемы были использованы методики изложенные в [20, c. 214], [21] и [8].

5.1.1 Исходные данные для расчета

Двигатель: 4 АМ100L6У3

Номинальная мощность: ;

К.п.д.: ;

Коэффициент мощности: ;

Значения коэффициентов при загрузке двигателя на 50% от номинала:

К.п.д.: ;

Коэффициент мощности: ;

Номинальная синхронная скорость:

Максимальная частота сети:

Максимальная синхронная скорость:

Максимальная частота сети:

Максимальная скорость вращения: ;

Номинальное скольжение: ;

Кратность максимального момента: ;

Параметры схемы замещения о.е.:

; ; ; ; ;

Динамический момент инерции ротора: ;

Активное сопротивление обмотки статора: ;



Рисунок 5.1 Структурна схема ПЧ-АД

5.1.2 Расчет параметров электрической Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 5.2 Г-образная схема замещения АД для нормального режима

Данный расчет будет произведен по методике предложенной в [25].

Коэффициент загрузки: ;

Мощность при данном коэффициенте загрузки:

Синхронная частота сети:

Номинальная частота вращения ротора при 50Гц:

Номинальный момент:

Пусковой момент двигателя:

Номинальный ток статора:

Пусковой ток:

Ток при загрузке двигателя на 50% от номинала:

Расчетные коэффициенты для расчета расчета тока холостого хода:



Ток холостого хода:

Предварительное значение жесткости:

Поправочный коэффициент расчета Г-образной схемы замещения:

Коэффициенты для расчета критического скольжения:

Критическое скольжение:

Определение угла сдвига фаз при х.х.:

Активная часть тока:

Активная часть тока при х.х.:

Расчет коэффициентов для уточнения жесткости механической характеристики:

Уточненная жесткость механической характеристики АД:

Расчет сопротивлений АД Г-образной схемы замещения:

Расчет ЭДС в машине:

Определение сопротивления взаимоиндукции:

Переходные индуктивности статора и ротора:

Взаимная индуктивность статора и рота приведенная к статору:

Индуктивность статора и ротора:

Рассчитаем активное сопротивление для рабочей температуры согласно рекомендациям [26, c. 90].

Расчет коэффициента для перевода сопротивлений:

Расчет сопротивлений с учетом температурного коэффициента:

Реальные реактивные сопротивления будут отличаться от расчетных, т.к. двигатель работает при повышенной частоте сети. Введем поправочный коэффициент по частоте:

Расчет реактивных сопротивлений с учетом поправочного коэффициента:

Коэффициент магнитной связи статора и ротора:



Коэффициент рассеяния машины:

5.1.3 Расчет коэффициентов структурной схемы

Принимаем максимальное значение сигнала управления равное 10 В.

Потокосцепление статора и ротора:

Определим базисные проекции амплитуды тока статора на оси х и у исходя из максимального момента по технологическому процессу.

Найдем проекцию полного тока на ось у:

;

Определим действующий активный ток:

Найдем полный номинальный ток:



Найдем номинальный реактивный ток:

Найдем проекцию полного тока на ось x:

Найдем базисные проекции токов с учетом перегрузки частотного преобразователя по току:

Коэффициент обратной связи по потоку:

Коэффициент обратной связи по току:

Коэффициент обратной связи по скорости:

Коэффициент передачи преобразователя по напряжению и постоянная времени:



5.2 Синтез регуляторов

5.2.1 Синтез регулятора тока

Запишем передаточную функцию разомкнутого контура стабилизации тока:

где - суммарное активное сопротивление фазы двигателя.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура стабилизации тока:

Принимаем соответствии с настройкой регулятора на МО, .

Вычислим передаточную функцию регулятора:

Обозначим:



Тогда выражение примет вид:

5.2.2 Синтез регулятора потока

Запишем передаточную функцию разомкнутого контура стабилизации потока:

где

Передаточная функция замкнутого контура регулирования потока:

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура стабилизации потока:

Принимаем в соответствии с настройкой регулятора на МО, а нескомпенсированную постоянную времени принимаем .

Вычислим передаточную функцию регулятора:

Обозначим:

Тогда выражение примет вид:

5.2.3 Синтез регулятора скорости

Запишем передаточную функцию разомкнутого контура стабилизации скорости:

Передаточная функция замкнутого контура регулирования потока:

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура стабилизации потока:

Принимаем соответствии с настройкой регулятора на МО, а не скомпенсированную постоянную времени .

Вычислим передаточную функцию регулятора:

5.2.4 Расчет регуляторов

Регулятор тока:

Регулятор потока:

Регулятор скорости:

В канале управления потоком при синтезе регулятора тока мы приняли длину проекции базисного тока на ось х равной проекции на ось у. Расчетная длина проекции на ось х отличается от принятой при синтезе регулятора тока. Для ограничения длины вектора необходимо ввести звено ограничения сигнала. Найдем необходимое напряжение ограничения сигнала из пропорции:

Расчет в первом приближении времени разгона конвейера до номинальной скорости из основного уравнения привода:

Отсюда найдем время разгона:

Рассчитанная структурная схема смоделирована в приложении Simulink пакета Mathlab. На рис. 5,3 представлена рассчитанная структурная схема векторного управления асинхронным двигателем в абсолютных единицах.



Рисунок 5.3 Структурная схема в абсолютных единицах векторного управления системы ПЧ-АД.



Рисунок 5.4. Графики переходных процессов полученные при моделировании с прибора Scope

На графике (см. рис. 5.4) изображены переходные процессы пуска привода. В звене ограничения ускорения выставлена наиболее оптимальная скорость нарастания сигнала, т.к. привод разгоняется за расчетное время 5,3с.

5.3 Расчет структурной схемы в относительных единицах

Для расчета структурной схемы в о.е. необходимо задаться базисными значениями [8], [24]. Расчет структурной схемы в относительных единицах позволяет более качественно оценить переходные процессы в электроприводе. В качестве базисного тока принимаю проекцию вектора полного тока на ось у с учетом перегрузочной способности преобразователя.

Базисный ток по каналу потока:

Базисная угловая скорость:

Базисный момент:

Базисное напряжение сигналов управления:

Базисное потокосцепление:

Базисное напряжение:

Базисное сопротивление:

Номинальный рабочий ток двигателя:

Общая формула перевода абсолютных величин в о.е.:

Перевод тока:

Угловая скорость:

Потокосцепление:

Перевод коэффициентов обратных связей осуществляется по формуле:

Расчет коэффициентов:

Расчет передаточных коэффициентов звеньев структурной схемы в о.е.

Преобразователь:

Звено электрической части двигателя:

Регулятор скорости:

Инерционная постоянная привода:



Расчет момента инерции:

На рис. 5.5. изображена структурная схема в относительных единицах смоделированная в приложении Simulink пакета Mathlab.

Рисунок5.5 Структурная схема в относительных единицах векторного управления системы ПЧ-АД.



Рис. 5.6. Переходные процессы в приводе при пуске привода.

6. Анализ статических и динамических свойств электропривода

Определим по графику статическую ошибку по скорости.

Рисунок 6.1. График к определению статической ошибки:

, .

Статическая ошибка будет равна:

Статическая ошибка в процентах:

Расчетная ошибка удовлетворяет критериям качества и не выходит за пределы допустимого (5%).

Расчет динамической ошибки при линейно возрастающем сигнале:

где - ускорение привода.

Динамическая ошибка в процентах:

Суммарная ошибка по скорости в переходном процессе при линейном задании:

В процентах:

7. Описание принципиальной схемы

Вкратце рассмотрим работу выбранной схемы управления электроприводом.

Прежде чем начать рассмотрение принципиальной схемы отметим, что схема условно разделена на две части, это силовая часть и часть управления. Начнем рассмотрение работы схемы с силовой части выполненной в классическом стиле для такого рода ПЧ.

7.1 Силовая часть

Силовая часть состоит из трех звеньев: трехфазный выпрямитель, звено постоянного тока и силовой инвертор на IGBT транзисторах.

После пуска привода блок М1 (блок микроконтроллера) дает нулевой сигнал по проводу M_ENABLE, в следствии чего транзистор M_Q7 закрыт и реле MK1 разомкнуто. Происходит проверка модулем М1 соответствует ли напряжение сети допустимому по проводу M_4_DC_IN. Одновременно с проверкой происходит зарядка буферных конденсаторов M_C1, M_C2, заряд которых контролируется модулем М2 по проводу M_V+. При достижении номинального напряжения модуль М1 по проводу M_ENABLE подает высокий уровень и коммутирует контакты КМ1, которые шунтируют токоограничивающее сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом. Сразу после этого момента проверяется ток в цепи инвертора посредством шунта M_R1, проверяется работа инвертора путем проверки работоспособности транзисторов, через модуль делителя напряжения BEMF DIVIDES. Дальнейшая работа транзисторов происходит в ключевом режиме с частотой переключения порядка 6-8 кГц. Стоит отметить тот факт, что при перегрузке, отключение инверторов происходит за время .

7.2 Блок управления

Блок управления состоит из пяти модулей: модуль контроллера, модуль питания, модуль аналоговый, модуль входных сигналов, модуль управления инвертором.

Рассмотрим работу и связь данных модулей.

В модуле микроконтроллера (МК) М1 находится высокоскоростной контроллер фирмы Z8 Encore, предназначенный для векторного управления асинхронными машинами. Программа заложенная в МК производит коммутацию ключами, проверку всех напряжений и токов. Управляются ключи через блок М4. Данный блок содержит высоковольтные драйвера (IR21064S) управления полумостовым преобразователем. Блок не содержит развязывающих гальванических цепей, что увеличивает быстродействие. Необходимо уточнить, что данный тип драйверов содержит встроенные защиты от повышенного напряжения, от бросков тока и напряжения.

Управляющие сигналы на МК подаются через блок гальванической развязки М5, все сигналы входящие в этот блок отделены оптопарами. Через данный блок осуществляется связь с компьютером, позволяющая контролировать параметры в режиме реального времени, вести отладку программы в МК, задавать параметры работы, изменять значения коэффициентов и т.д.

Для контроля работы двигателя непосредственно на рабочем месте предназначен модуль М3, содержащий в себе быстродействующий ЦАП (DAC5574IDGS). Данный модуль преобразует цифровой сигнал в аналоговый для последующего наблюдения диаграмм на экране осциллографа.

Все модули питаются от модуля М2, который содержит высокочастотный импульсный стабилизатор напряжения (по методу ШИМ). Входная высоковольтная часть на LNK304G, подключается непосредственно к звену постоянного тока, на выходе выдает стабилизированное питание 12 В. Для формирования второго напряжения применяется параметрический стабилизатор UA78M33CSCYR.

Управление данным преобразователем осуществляется посредством ЭВМ через разъем M_P3. При эксплуатации данного преобразователя в этот разъем подключается модуль преобразования сигнала, при помощи которого и происходит управление ПЧ.

Ниже приведена функциональная схема ПЧ.

Рис. 7.1 Функциональная схема ПЧ.

Заключение

В ходе работы над курсовым проектом была спроектирована и рассчитана система управления двигателем ленточного конвейера по системе ПЧ-АД. По заданным значениям была рассчитана и построена тахограмма движения. Была проведена проверка двигателя по условию нагрева и перегрузочную способность.

Далее были построены функциональная и структурная схемы, с помощью которых были рассчитаны параметры для построения математической модели в среде MatLab. Исследование полученной виртуальной модели позволило изучить динамические и статические характеристики системы управления электропривода постоянного тока по системе ПЧ-АД под нагрузкой и при холостом ходе.

ленточный конвейер ступенчатый регулирование скорость

Список использованной литературы

1. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине для профилизации "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" (ЭГП) направления 551300 - "Электротехника, электромеханика и электротехнологии". В.В. Елисеев. Екатеринбург: УГГГА, 1997г. - 12с.

2. Электропривод переменного тока с управляемым преобразователем частоты - современное состояние. Карякин А.Л. УГГУ - 7с.

3. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. - 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 2001г. - 704с.

4. И.П. Копылов. Проектирование электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1993г. - 454с.

5. Конспект лекций: Автоматизированный электропривод. УГГУ. Елисеев В.В. 2009г. - 80с.

6. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. А. Э. Кравчик, 1982г. - 504с.

7. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учящихся машиностроительных специальностей техникумов. С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1988г. - 416с.

8. Журнал «Новости Электротехники» № 2 (32) 2005г.

9. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для студ. высш. учеб. заведений / М. П. Белов, В. А. Новиков, Л. Н. Рассудов. 3-е изд., испр. М.: Издательский центр «Академия», 2007. -- 576 с.

10. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с., ил.

11. Рудаков В.В. и др. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. -- Л. Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987,-- 136 с.

12. Z8 Encore! MC Family, "Vector Control Development Kit". User Manual. UM021402-0407. 2007 by ZiLOG, Inc. All rights reserved. www.zilog.com

13. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: учебник для студ. вузов/ В.М. Терехов, О.И. Осипов; под ред. В.М. Терехова. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 304с.

14. Алексеев В.В., А471. Электрические машины. Моделирование электрических машин приводов горного оборудования: Учеб. пособие / В.В. Алексеев, А.Е. Козярук, Э.А. Загривный. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2006. 58 с.

15. Полузадов В.Н. Электрические машины. Часть 3. Асинхронные машины: Конспект лекций. 2-е издание, исправленное и дополненное. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. 87 с.

16. Чулков Н.Н. Расчет приводов карьерных машин. - М.: Недра. 1987. - 196c.

17. Конспект лекций: Системы управления электроприводов. УГГУ. Карякин А.Л. 2009. - 80с.

18. Мощинского Ю.А. и др., "Определение параметров схемы замещения асинхронных машин по каталожным данным". Ж.: "Электричество" в №4/98. 1998, стр. 38-42.

19. Полузадов В.Н., Дружинин А.В., Проектирование трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. - 202с.

20. Александров К.К. Электротехнические чертежи и схемы/ К.К. Алексанров, Е.Г. Кузьмина. - 3-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 300с., ил.

21. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах.-М.:Недра,1986.-447 с.

22. Конвейеры: Справ./ Ю.А. Пертен. - М.: Машиностроение, 1984. - 367с.

23. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов.- 3-е изд.- М.: Машиностроение, 1983.-487с.

24. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3 т. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001.

25. Сохрин П.П., Устиновский Е.П., Шевцов Ю.А. Техническая документация по курсовому проектировании по деталям машин и ПТМ: Ученое пособие. - Челябинск: Ид. ЮУрГУ, 2001. - 67 с.

26. Чурюкин В.А., Яшков Ю.К. Обозначение конструкторской документации: Ученое пособие. - Челябинск: ЧГТУ, 1986. - 61 с.

27. Зенков Р. Л., Ивашков И. И., Колобов Л. Н. Машины непрерывного транспорта. - 2 -е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 432 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru