Автоматичне керування електроприводом, його вибір

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

Вступ

1. Розрахунок потужності і вибір двигуна

2. Перевірка вибраного двигуна в умови пуску і перевантаження

3. Перевірка двигуна по заданій кількості включень

4. Перевірка двигуна по перегріву

5. Вибір елементів схеми

6. Опис роботи схеми

Висновок

ВСТУП

Автоматичне керування електроприводом є основною умовою підвищення продуктивності праці, якості продукції, поліпшення умов праці, раціонального використання електроенергії.

Однією з основних частин кожної електроустановки є апаратура управління та захисту, під якою розуміють електротехнічний пристрій, призначений для управління, захисту електроустановок, контролю різних параметрів, блокувань і т.п. Електричні апарати можна класифікувати за призначенням: комутаційні, пускорегулюючі, захисту, контролю, управління і регулювання; за принципом дії: електромагнітні, напівпровідникові, електротеплові; за способом перемикання ланцюгів: контактні, безконтактні, по роду струму: постійного і змінного струму; за способом управління : апаратура безпосереднього, дистанційного автоматичного управління; величиною робочої напруги: до 1000 і понад 1000 В; способу виконання і захисту від впливу навколишнього середовища і т.п.

До апаратури керування пред'являється ряд загальних вимог, основними з яких є: надійність, безвідмовність в роботі, швидкодія, чутливість, мале власне споживання енергії, невеликі розміри і маса, зручність монтажу та експлуатації, мінімальна потреба у догляді та ін

Переважне застосування асинхронні машини знаходять у вигляді асинхронного двигуна, який існує в двох конструктивних виконаннях: асинхронний двигун з короткозамкненим ротором і з фазним ротором.

1. РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ І ВИБІР ДВИГУНА

Вибір двигуна в математичному значенні становить завдання синтезу, в результаті вирішення якої може бути знайдений такий двигун, який забезпечує заданий технологічний цикл робочого механізму, відповідає умовам навколишнього середовища та компонуванню з механізмом робочої машини і при цьому матиме нормативний нагрів.

Вибір двигуна проводиться зазвичай в такій послідовності:

1) розрахунок потужності і попередній вибір двигуна;

2) перевірка обраного двигуна за умовами пуску і перевантаження;

3) перевірка обраного двигуна по нагріванню.

Основою для розрахунку потужності і вибору двигуна є навантажувальна діаграма і діаграма швидкості (тахограма) механізму (рис. 1, 2)

Представлені тахограма і навантажувальна діаграма відповідають циклічним режиму роботи механізму з постійною швидкістю на інтервалах роботи, як в прямому напрямку обертання, так і в зворотному напрямку.

Вихідні дані:

t1 = 1,2 c; t5 = 1,5 c; n_{м ном} =45 об/мин

t2 = 65 c; t6 = 70 c; M₀ (-M₀) = 0,4 кН*м;

t3 = 1,5 c; t7 = 2 c; M₁ = 1,5 кН*м;

t4 = 20 c; t8 = 80 c; М₂ = -1 кН*м;

J_M = 500 кг*м²;

Пуск в функції - I(струму).

Еквівалентна потужність механізму визначається за формулою:



де n-кількість ділянок роботи механізму в межах циклу тахограми;

t_рі - тривалість і-ї ділянки роботи, с;

t_рУ - сумарний час роботи протягом циклу, с;

М_мі- значення моментів механізму на ділянках, Н * м;

_мi=n_i /30 - значення кутової швидкості механізму на і-й дільниці, с^-1.

Значення швидкості на ділянках пуску і гальмування дорівнює середньому значенню швидкості між значенням швидкостей на попередній і наступній ділянках тахограми:

Еквівалентна потужність двигуна визначається:

де Кз - коефіцієнт запасу, який враховує динамічні навантаження;

При легкому пуску При важкому пуску

M₀<0,3M₁ M₀<0,3M₂ M₀>0,7M₂

0,2<0,3*2 0,2<0,3*(-2) 0,2>0,7*(-2)

0,2<0,6 0,2<0,6 0,2>1,4

Визначили, що пуск легкий, а тому обираємо К_з = 1,22.

Фактична тривалість включення двигуна дозволяє визначити режим роботи двигуна:

Значення 10% <ТВ <80% при часі t_ц <10 хв відповідає повторно короткочасному режиму роботи (ПКР).

Для двигунів з ПКР для розрахунку Р_попер еквівалентна потужність перераховується до найближчої номінальної тривалості включення ТВ_ном, яка складає 40%:

Процедура попереднього розрахунку потужності завершується вибором двигуна найближчої більшої потужності за каталогом (довідником) - 4АС132М з наступними даними:



- Р_ном=7,5 кВт;

- Ковзання s=6%;

- n_ном=940 об/хв;

- ККД - 80%;

- cos=0,8;

- n₀=1000 об/хв;

- ;

- ;

- ;

- Момент інерції кгм².

Для більш точного розрахунку потужності двигуна враховують динамічні режими його роботи у складі приводу механізму. При цьому спочатку моменти опору і моменти інерції приводяться до валу двигуна. Для цього необхідно визначити передаточне число приводу:

де, , - номінальна кутова швидкість двигуна та механізму, відповідно.

Приведений до валу двигуна момент опору механізму (без урахування ККД передачі) визначається на кожній ділянці навантажувальної діаграми за виразом:

Приведений до валу двигуна момент інерції приводу:

де J_д - момент інерції ротора двигуна, кг * м2; J_м - момент інерції механізму.

2. ПЕРЕВІРКА ОБРАНОГО ДВИГУНА В УМОВАХ ПУСКУ І ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ

Для початкової перевірки відповідності обраного двигуна заданому режиму роботи необхідно визначити середні пускові М_пср і середні гальмівні моменти М_гср, які забезпечують розгін двигуна до швидкості n_ном за час t₁ і до швидкості (-n_ном) за час t₅, а також гальмування за час t₃ і t₇:

Отримання позитивного значення М_гср1 або М_гср2 означає, що для забезпечення заданого часу гальмування на даному інтервалі необхідне застосування електродинамічного гальмування.

Придатність обраного двигуна визначається за умови, що його середній пусковий момент:

(де, , - каталожні дані двигуна) дорівнює або перевищує найбільший з потрібних пускових моментів.



М_псрд > М_пср1

152 > 117,71

Додатково двигун повинен бути перевірений по пусковому моменту:

Перевірка по пусковому моменту

Так як , то по пусковому моменту двигун підходить.

І по максимальному моменту:

де М_мном - найбільше значення моменту механізму на інтервалах роботи.

Перевірка по максимальному моменту

Так як , то по максимальному моменту двигун підходить.



3. ПЕРЕВІРКА ДОПУСТИМОСТІ ЗАДАНОЇ КІЛЬКОСТІ ВКЛЮЧЕНЬ (ЦИКЛІВ)

Допустиме для АДКР кількість циклів за годину для двигуна з незалежною вентиляцією при заданій формі навантажувальної діаграми визначається за формулою:

де ДР_ном, ДР - номінальні витрати потужності двигуна і витрати при роботі з постійною потужністю відповідно навантажувальної діаграми (на інтервалах t₂, t₆), відповідно:

_{м ном}=n_ном/30=45/9,55=4,71 с^-1

Р₂= М_{1м ном} =1,54,71=7,06 КВт - при прямому обертанні;

Р₂= М_{2м ном} =14,71=4,71 КВт - при зворотному обертанні.

При різних значеннях, Р₂ для прямого і зворотного обертання при розрахунку ДР слід використовувати середнє арифметичне значення Р₂:

Р₂=(7,06+4,71)/2=5,885 кВт;

ДА_п, ДА_г - витрати енергії при пуску й гальмуванні, відповідно:

де - кутова швидкість ідеального ХХ обраного двигуна:

Враховуючи, що витрати енергії при пуску в прямому напрямку ДА_ппр і в зворотному - ДА_пзв, не рівні, то для підстановки в формулу слід використовувати середньоарифметичне значення ДА_п з двох обчислених:

А_п=(13,878+14,443)/2=14,16кДж;



Для підстановки в формулу слід в якості ДА_г підставляти середнє арифметичне значення ДА_г з двох значень ДА_гпр та ДА_гзв, обчислених за формулами для інтервалів гальмування при прямому і зворотному напрямках обертання відповідно:

А_г=(8,83+7,89)/2=8,36 кДж;

Якщо обчислене значення h_доп перевищує завдане тахограмою значення h_м - число циклів роботи за 1год:

не менше ніж у К = 1,2-1,3 разів (К - коефіцієнт запасу), тоді, відповідно, обраний АДКР допускає задану частоту включень.

46,3 > 16,3 значить двигун пройшов перевірку допустимості заданої кількості включень.

4.ПЕРЕВІРКА ДВИГУНА ПО НАГРІВАННЮ

Остаточна перевірка двигуна за припущеним нагрівом визначається порівнянням його номінального моменту (М_ном) з еквівалентним моментом приводу М_еп, перерахованим до стандартного режиму - .

Для повторно-короткочасного режиму:



У формулах значення М_еп визначають з урахуванням приведених до валу двигуна моментів опору і динамічних моментів, що діють в перехідних режимах роботи приводу.

Відповідно спочатку знаходяться наведені моменти приводу на ділянках роботи:

На ділянці t₁: M_1еп=M_{п ср1}= 117,71 Нм;

На ділянці t₂: M_2еп=M_с2 = 71 Нм;

На ділянці t₃: M_3еп=-M_{г ср1}= - 59,73Нм;

На ділянці t₄: M_4еп=0 Нм;

На ділянці t₅: M_5еп=M_{п ср2}= 97,99 Нм;

На ділянці t₆: M_6еп=M_с6 = 47 Нм;

На ділянці t₇: M_7еп=-M_{г ср2}= - 40,02 Нм;

На ділянці t₈: M_8еп= 0 Нм;

Відповідно:

потужність двигун перевантаження перегрів

Перевірка по нагріванню

Так як 76,2 > 16,52, то даний АДКР має нормативний нагрів і забезпечує технологічний цикл.

У даному розділі був обраний такий двигун, який забезпечує заданий технологічний цикл робочого механізму, відповідає умовам навколишнього середовища та компонуються з механізмом робочої машини і при цьому має нормативний нагрів.

5.ВИБІР ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ

Двигун: 4АС132М, U_ном = 380В, Р_ном = 15 кВт.

Номінальний струм двигуна:

Пусковий струм двигуна:

Обираємо елементи схеми керування:

1. Контактори.

КМ1, КМ2, КМ3: обираємо по номінальній напрузі, току та потужності електродвигуна - МК1 U_ном = 220В, I_ном = 40A.

2. Теплове реле.

РТЛ 2055 I_ном = 40A

3.Пристрої керування.



ВК22. U_ном = 220В, I_ном = 10A.

4. Автоматичний вимикач.

QF1, вибираємо по I_ном: ВА301-3Р-0050А

Uном = 380В, Iном = 50A, кількість полюсів р = 3.

5. Плавкий запобіжник.

F1: ПЦ102-С14-40А. U_ном = 380В, 50Гц, I_ном = 40A

F2:ПБЗ-1.0 U_ном = 220В, 50Гц, I_ном = 1A

6. Реле часу.

КТ1, КТ2, вибираємо по номінальній напрузі - РВ-03.

U_ном = 380В, I_ном = 40A.

7. Гальмівний резистор.

Rт - РЗП, підлаштовується.

8. Діодний міст - МВ504

6.ОПИС РОБОТИ СХЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНОМ

Початковий стан схеми

У початковому стані жоден з апаратів не спрацьовує. КМ1, КМ2, КМ3 - знеструмлені. Напруга на двигун не подається, він знаходиться в зупиненому стані.

Робота схеми при включенні на обертання «вперед».

Після включення вимикача QF1 при натисканні на кнопку «пуск вперед» SB2 отримує живлення котушка магнітного пускача КМ1. Після включення магнітного пускача замикаються його силові контакти в ланцюзі статора електродвигуна (задають пряме чергування фаз), контакт оперативних ланцюгів шунтуючий кнопку SB2 (контакт самопідхоплення) і контакт ланцюга котушки реле часу КТ1, розмикаються контакти в ланцюзі котушки контактора КМ2 (електричне блокування від одночасного включення двох контакторів реверсивного пускача) і в ланцюзі котушки контактора динамічного гальмування.

Через нормально розімкнутий контакт отримує живлення котушка реле часу КТ1. КТ1 включається і замикає свій контактор КМ3, готуючи його включення. Електродвигун обертається до натискання кнопки «стоп» SB1.При натисканні кнопки SB1 відключається котушка магнітного пускача КМ1. При цьому розмикаються контакти в силовому ланцюзі електродвигуна, розмикається контакт самопідхоплення КМ1 в ланцюзі котушки реле часу КТ1.Замикаются нормально замкнуті контакти в ланцюзі котушки КМ2 і в ланцюзі котушки КМ3.

Робота вузла динамічного гальмування

Після натискання кнопки SB1 створюється ланцюг для включення контактора динамічного гальмування КМ3 через нормально замкнуті контакти магнітних пускачів КМ1, КМ2 і контакти реле часу КТ1.

Реле часу КТ1 має витримку часу на розмикання в моменти часу від відключення магнітного пускача КМ1 до розмикання контактів реле часу КТ1 контактор динамічного гальмування буде включений протягом 3 с і на дві фази статора електродвигуна від випрямляча через резистор R_т буде підключена постійна напруга.

При натисканні на кнопку «пуск» назад SB3 схема працює аналогічно.

Отримує живлення котушка магнітного пускача КМ2. Після включення магнітного пускача замикаються його силові контакти в ланцюзі статора електродвигуна (задають зворотне чергування фаз), контакт оперативних ланцюгів шунтуючий кнопку SB3 (контакт самопідхоплення) і контакт ланцюга котушки реле часу КТ2, розмикаються контакти в ланцюзі котушки контактора КМ1 (електричне блокування від одночасного включення двох контакторів реверсивного пускача) і в ланцюзі котушки контактора динамічного гальмування.

Через нормально розімкнутий контакт отримує живлення котушка реле часу КТ2. КТ2 включається і замикає свій контактор КМ3, готуючи його включення. Електродвигун обертається до натискання кнопки «стоп» SB1.При натисканні кнопки SB1 відключається котушка магнітного пускача КМ2. При цьому розмикаються контакти в силовому ланцюзі електродвигуна, розмикається контакт самопідхоплення КМ2 в ланцюзі котушки реле часу КТ1.Замикаются нормально замкнуті контакти в ланцюзі котушки КМ1 і в ланцюзі котушки КМ3.

Для захисту електродвигуна від перевантаження при обертанні в будь-яку сторону електротеплові реле КК1 спрацьовуючи розривають контакти в ланцюзі включення магнітних котушок КМ1, КМ2.

Для виключення одночасної подачі на статор змінної напруги електричної мережі та постійної напруги від вузла динамічного гальмування на час включення контактора КМ3 його нормально замкнутий контакт включений послідовно з кнопкою «стоп» SB1 виключає включення магнітних пускачів КМ1, КМ2 від кнопок «пуск».



ВИСНОВОК

В результаті виконання курсової роботи з дисципліни: «Основи автоматизованого електропривода» був розроблений розімкнутий електропривод з релейно - контакторним управлінням.

* За заданою тахограмою і навантажувальною діаграмою механізму була розрахована попередня потужність асинхронного двигуна;

* Визначено передавальне число приводу;

* Виконана уточнююча перевірка потужності двигуна з урахуванням динамічних режимів;

* Визначено допустимість застосування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором при заданому числі пусків і за коефіцієнтом навантаження;

* Виявлено необхідність застосування електродинамічного гальмування;

* Спроектована схема управління двигуном.



Список використаної літератури

1. Графічне оформлення електричних схем по ЕСКД: Справ. / Сост.: С.Т. Усатенко, М. В. Терехова, - К.: ЛВК, 2003р-216с.

2. Чілікін М.Г., Сандлер А.С. Загальний курс електроприводу. - М.: Енергоіздат, 1981р.-576с.

3. Фотієв М.М. Електропривод та електрообладнання металургійних цехів. - М.: Металургія, 1990-352с.

4. Довідник по електричних машинах, в 2-х т., т.1 / Під загальною ред. Копилова, М.: Вища школа, 1988.-420С.

5. Довідник енергетика будівельної огранізації, в 2-х т., т.1 / За ред. В.Г. Сенчева, М.: Стройиздат, 1991.-640с.

Размещено на Allbest.ru