Проектирование электропривода ленточного конвейера длиной 400 м и шириной 1000 мм

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Условия работы и требования, предъявляемые к проектируемому электроприводу

2. Обзор и анализ систем проектируемого электропривода и структур систем управления им

3. Расчет ленточного конвейера

4. Расчет мощности и выбор двигателя, управляемого преобразователя

5. Расчет и выбор понижающего трансформатора

6. Расчет индуктивности LС фильтра

7. Расчет структурной схемы электропривода в абсолютных единицах

8. Синтез регуляторов системы управления электроприводом

9. Расчет структурной схемы электроприводы в относительных единицах

10. Анализ системы управления

11. Описание принципиальной схемы

Используемая литература

ВВЕДЕНИЕ

электропривод ленточный конвейер

Целью автоматизации механизмов непрерывного транспорта является повышение их производительности и надежности работы.

Автоматизация этих механизмов сводится в основном к автоматизированным пуску и торможению электропривода с ограничением ускорения и рывка, и обеспечению необходимых защит и блокировок.

Для конвейеров, которые выполняют часть функций в общем технологическом процессе производства, автоматизация подчинена задачам комплексной автоматизации данного производства.

В общем случае в зависимости от характера технологического процесса система автоматизации комплекса конвейерных линий промышленного предприятия должна осуществлять включение и отключение различных конвейеров в определенной последовательности в строгом соответствии с производственным процессом; обеспечение требуемой скорости транспортировки грузов, а также технологические и аварийные блокировки оборудования. Нарушения в работе оборудования могут привести к нарушению всего технологического процесса. Поэтому в схемах автоматизации данных установок применяется большое число защитных блокировок.

В данном курсовом проекте будет спроектирован электропривод ленточного конвейера длиной 400 м и шириной 1000 мм.

1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОЕТИРУЕМОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

Проектируемый ленточный конвейер располагается горизонтально, т. е. Угол наклона в=0°.

Условия работы ленточного конвейера характеризуются следующими показателями:

- достаточно высокая абразивность транспортируемой горной породы;

- большой объем грузопотока;

- высокая запыленность.

Поскольку в данном случае привод работает в условиях повышенной запыленности, то приводной двигатель, как правило, должен иметь закрытое исполнение. Непрерывный, однонаправленный характер работы рассматриваемого механизма определяет длительный режим работы электропривода, который выполняется нереверсивным.

Наличие кусковых грузов приводит к ударам и, следовательно, быстрому выходу из строя узлов загрузки ленты, роликоопор линейных секций.

В ленточных конвейерах лента является дорогой и наиболее изнашиваемой частью, поэтому необходимо применять по возможности наиболее прочные виды ленты, которые будут наиболее приемлемы для транспортировки абразивного материала. Также в месте загрузки конвейера применяют ролики с резиновыми шайбами или пневмокатками, которые смягчают удары на ленту при падении крупных кусков груза. Ролики порожняковой ветви также снабжают резиновыми дисками, способствующими лучшей направленности движения ленты и ее очистке от налипшего груза.

Целью автоматизации механизмов непрерывного транспорта является повышение их производительности и надежности работы. Требования к уровню автоматизации данных механизмов определяются прежде всего характером выполняемых ими функций.

Автоматический контроль за работой ленточного конвейера может состоять из следующих процессов:

1. Контролирование централизованного хода ленты, предупреждения схода ленты в сторону, автоматического возвращения ее в центральное положение при центрированном ходе, а если сход превышает известный предел - отключение конвейера.

2. Контролирование натяжного устройства, поддержания натяжения, необходимого для предотвращения пробуксовки ленты на барабане как при установившемся движении, так и в период пуска.

3. Контролирование состояния поверхности барабанов и состояния подшипников, вала барабанов.

4. Контролирование целостности ленты и отключения привода при разрыве ленты или продольных порезах.

(А.О. Спиваковский; М.Г. Потапов; В.И. Ключев; Г.Б. Онищенко)

2. ОБЗОР И АНАЛИЗ СИСТЕМ ПРОЕКТИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА И СТУКТУР СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМ

В настоящее время на большинстве предприятий горнодобывающей промышленности электропривод дымососов является нерегулируемым. В качестве приводного двигателя дымососа на практике используют синхронный двигатель, поэтому регулирование режима работы дымососа может осуществляться следующим образом:

· регулирование закручиванием потока при входе на рабочее колесо (в конструкции дымососов предусмотрена установка направляющего аппарата с поворотными лопатками);

· регулирование изменением угла выхода лопаток.

Если в качестве привода использовать асинхронный двигатель с фазным ротором или асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, то возможно регулирование изменением частоты вращения.

В курсовом проекте рассмотрено регулирование работы дымососа за счёт изменения частоты вращения рабочего колеса (частоты вращения вала электродвигателя), так как оно является на сегодняшний день самым экономичным и современным способом управления. Далее рассматриваются системы управления асинхронным двигателем.

Реостатное регулирование. Пуск и регулирование скорости асинхронного электродвигателя с фазным ротором в простейшем случае осуществляется включением в каждую фазу ротора реостатов с одинаковым сопротивлением.

Недостатки:

· Отсутствие плавного регулирования скорости;

· Скачки тока и момента при переходе с характеристики на характеристику, при пуске;

· Большое число коммутирующих аппаратов;

· Морально устаревшая система управления.

Импульсное регулирование. Импульсное управление сопротивлением роторных резисторов рекомендуется применять в механизме, где необходим плавный пуск, а также регулирование скорости в малых пределах.

Недостатки:

· Энергетические показатели хуже чем при ступенчатом;

· Дополнительный нагрев;

Система асинхронный двигатель с тиристорным регулятором напряжения (АД_ТРН). ТРН обладают большим быстродействием, высоким КПД, небольшой стоимостью, простотой обслуживания. Применяется в электроприводах насосных и вентиляторных установок.

Недостатки:

· Значительные потери на перегрев в роторе;

· Необходимо использовать двигатель с большим сопротивлением ротора;

Система асинхронный двигатель - полупроводниковый преобразователь частоты (ППЧ-АД). Частотный способ регулирования скорости асинхронных двигателей является самым экономичным в сравнении с другими известными способами. Обладает широким диапазоном регулирования (D=30…60 и более), высокий КПД, надёжность. Многофункциональность установки времени пуска/торможения, возможность управления без датчиков обратной связи (векторное управление), формирование высококачественных статических и динамических характеристик привода.

Недостатки:

· Большая стоимость;

· Высокая квалификация обслуживающего персонала;

Система асинхронного вентильного каскада (АВК). Принцип работы АВК заключается в ведении в цепь ротора АД добавочной ЭДС, с помощью которой можно регулировать угловую скорость вращения двигателя. Хорошее качество автоматического регулирования(кроме ПЧ). Целесообразно использовать для двигателей большой мощности, для систем где регулирование скорости происходит вниз от синхронной, с малым диапазоном регулирования(D=2:1)(мощные насосы, вентиляторы, компрессоры).

Недостатки:

· Низкий коэффициент мощности;

· Меньшая жёсткость характеристик АВК

Исходя из всех вышеперечисленных систем управления целесообразно рассмотреть систему асинхронный двигатель - полупроводниковый преобразователь частоты (ППЧ-АД), так как является самым экономичным в энергопотреблении и наиболее эффективным.

3. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА

Производительность конвейера:

где: Qmp - требуемая производительность, Qmp=1000 (т/час) - по данным предприятия;

г- плотность магнезита, у=2,15 (т/м3) - по данным предприятия.

, (м3/час)

Ширина ленты:

В=1000 (мм) = 1,0 (м)

С=1 - поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера, при угле наклона в =0°.

=2 (м/с) - скорость транспортирования - по данным предприятия.

Весовые характеристики.

Линейная сила тяжести груза:

где: g -- ускорение свободного падения, g=9,81 (м/с2);

Qmp - требуемая производительность, Qтс,=1000 (т/час);

- скорость транспортирования, =2 (м/с).

, (H/м)

Линейная сила тяжести ленты типа РТЛ-1500 массой 29 (кг/м2 ) при ширине 1,0 (м) определяется:



где: m- масса 1 (м2) ленты, m=29 (кг/м2) [10]

(Н/м) Линейная сила тяжести вращающихся частей роликов грузовой ветви:

где: - масса ролика в тяжелом исполнении для 3х роликовой опоры, (=50 (кг); [10]

-расстояние между роликоопорами на грузовой ветви, =1100 (мм) =1,1 (м) [10]

, (H/м)

Линейная сила тяжести вращающихся частей роликов порожняковой ветви:

где: - масса ролика для однороликовой опоры, =21,5 (кг); [10]

- расстояние между роликоопорами порожняковой ветви, увязывая с длиной секции конвейера и величиной , принимаем =3 (м).

, (H/м)

Сопротивление движению ленты слагается из суммы распределенных (линейных) и сосредоточенных (местных) сопротивлений, возникающих по длине конвейера. Сопротивление определяется последовательно по ходу движения ленты, начиная с точки сбега ленты с приводного барабана.

Сила сопротивления движению груженой ветви:

где: -удельный коэффициент сопротивления движению по роликоопорам, который зависит от частоты их установки, состояния подшипниковых узлов роликов, упруговязких свойств конвейерной ленты, физико-механических свойств транспортируемого груза, скорости движения, температуры окружающей среды и многих других факторов, =0,032.

, (H)

Сила сопротивления движению порожняковой ветви:

, (H)

Сопротивление на погрузочном пункте обусловлено сообщением поступающему на ленту потоку груза кинетической энергии и трением его о ленту и направляющие борты:

где: - начальная скорость груза, =1,5 (м/с);

- скорость ленты, =2 (м/с);

к - коэффициент учитывающий сопротивление вследствие трения груза о стенки воронки, =l,4

, (кH)

Натяжение ленты определяем методом обхода контура конвейера по точкам. Для этого вычерчивается расчетная схема конвейера, выбирается место привода и все точки перегиба ленты нумеруются по ходу ее движения, начиная с точки сбегания с приводного барабана. Величина натяжения сбегающей ветви с приводного барабана определяется исходя из условия передачи окружного усилия силой трения. Натяжение сбегающей ветви обозначают S1 и при построении диаграммы натяжения ленты принимают ее за условный нуль.

Тяговое усилие, необходимое для приведения в движение конвейера, передается при помощи сил трения:

где: , - натяжение в набегающей на барабан и сбегающей с барабана ветвей ленты, (Н);

м - коэффициент сцепления между барабаном и лентой.

Принимаем однобарабанный привод с общим углом обхвата барабана лентой б=180° и коэффициентом сцепления для барабана с гладкой резиновой футеровкой м =0,35. Тяговый фактор для этих условий емб=3; [14]

Кт -- коэффициент запаса сил трения, Кт =1,15-1,2; принимаем Кm=1,2.

Сила натяжения ленты в точках 1-5

Точки линии	Натяжение в точках конвейера	Величина, кН
S1=Sсб S2=K'*S1 S3=S2+Wnop S4=K'*S3 S5=S4+Wn'+Wzp=Sнб	S1 S2=1,04*S1 S3=1,04*S1+4,541 S4=1,04*(1,04*S1+4,541)=1,0816*S1+4,72 S5=1,0816S1+31,703	22,351 23,245 27,786 28,895 55,878

где: К' - коэффициент возрастания ленты, К'=1,04.

Тяговая сила:

Мощность на валу двигателя:



где: зм- КПД редуктора, зм =0,9; - скорость ленты, =2 (м/с).

Проверка по уравнению натяжения ленты в точке наименьшего натяжения на грузовой ветви (точка 4 на рисунке конвейера S4=28,895 (кН)).

где: q- линейная сила тяжести груза, кН;

qл' - линейная сила тяжести ленты, кН;

- расстояние между роликоопорами грузовой ветви, м.

, (кH)

S4>S zp(min)

28,895>9,058

Условие выполняется.

Пуск конвейера.

При пуске конвейера кроме статических сопротивлений движению ленты действуют силы инерции, которые увеличивают натяжение набегающей на приводной барабан ветви ленты, поэтому соотношение между Sнб и Sсб может оказаться больше тягового фактора и начнется пробуксовка, что недопустимо.

При включении привода ленточного конвейера движение ленты начинается неодновременно по всему контуру, т. к. лента обладает эластичностью, то сначала начнут двигаться участки, расположенные у приводного барабана, а затем более отдаленные. Кроме того, из-за провисания ленты между роликоопорами процесс вовлечения отдельных участков ленты и лежащего на ней груза в движении растянется во времени и станет продолжительнее.

Конвейерную ленту можно условно представить в виде упругого длинного стержня, замкнутого в кольцо, а процесс вовлечение масс - как процесс распространения упругой волны в стержне.

Скорость распространения упругой волны в стержне определяем по формуле:

где: Е= - модуль упругости всего сечения резинотросовой ленты

где: dn - диаметр проволоки троса, dn=1,55 (мм);

Zn - число проволок в тросе, Zn = 4 (шт);

Zm - число тросов, Zm = 46 (шт) - исходя из ширины ленты и диаметра и шага тросов;

Е0 -- модуль упругости, отнесенный к единице площади сечения проволок, E0=5,8*103(Н/мм2).

- линейная плотность стержня, кг/м.

Предположим, что при пуске груз движется вместе с лентой и определим плотность из выражений:

для грузовой ветви:

для порожняковой ветви:

Скорость распространения упругой волны на грузовой ветви:

, (м/c)

Скорость распространения упругой волны на порожняковой ветви:

,(м/с)

Время достижения максимального значения динамического натяжения:

где: t''- время прихода отраженной волны, с;

LK - длина конвейера, LK = 400 (м).

Определяем время торможения ленточного конвейера:

где: тк - движущиеся массы разгоняющегося конвейера;

- скорость установившегося движения ленты конвейера, =2 (м/с).

где: тпр -- сосредоточенная масса привода, кг:

где: ip - передаточное отношение редуктора:

- угловая скорость механизма:

где: - скорость движения барабана, =2 (м/с);

Rб - радиус барабана, Rб =500 (мм).

По справочнику А.Г. Шахмейстер принимаем:

диаметр приводного барабана конвейера Dб= 1000 (мм);

диаметр концевого барабана конвейера Dк = 800 (мм);

Принимаем двухступенчатый редуктор со стандартным значением передаточного числа редуктора 40.

к - коэффициент учитывающий инерцию редуктора, соединительных муфт и барабана, к=1,4.

(GD)2P - маховый момент ротора, (GT)2P =1,0 (кг*м2).

W-- сумма статических сопротивлений движению ленты:

При затормаживании приводного барабана конвейерная лента не сразу останавливается по всему контуру. Более отдаленные от привода участки ленты будут продолжать движение и набегать на передние участки, образуя продольные упругие волны, провесы между роликами, складки и т. д. Кроме того, вследствие нарушения соотношения Sнб и Scб может возникнуть пробуксовка ленты по барабану. Во избежание этих нежелательных явлений, необходимо обеспечить соответствующий режим торможения.

Обычное торможение горизонтальных конвейеров производят после свободного выбега, в конце которого накладывают тормоза. При экстренном торможении такой режим недопустим, т.к. при длительном выбеге груженого питателя перегрузочное устройство на следующий конвейер может быть засыпано грузом.

Определяем время экстренного торможения:

где: Fmax - максимальное допустимое тяговое усилие ленты:

где: Мтах - максимальный допустимый момент на валу двигателя,

Мтах =1112,05 (Н*м).

Определяем время разгона системы:



где: п - номинальная скорость вращения ротора двигателя, п =1500 (об/мин);

Ку - коэффициент учета упругого удлинения ленты обуславливающий неодновременность приведения в движение масс конвейера, для резинотросовых лент Ку =0,9-1. Принимаем Ку=1.

Мпс - средний пусковой момент электродвигателя, Н*м.

Мпс =(1,2-1,6) Мст

Мст -- момент статических сил сопротивления при установившемся движении конвейера:

где: W-- статическое сопротивление движению ленты, кН;

R6 -- радиус барабана, м;

i -- передаточное число редуктора; з- КПД редуктора, з =0,9.

(GD)2K0H - приведенный к валу двигателя маховый момент движущихся частей конвейера, кг*м2;

где: (GD)2P -маховый момент ротора, кг*м2;

LK - длина конвейера, м.

Определяем время пуска:

где: tтр первая фаза пуска или фаза трогания конвейера с места, tmp=t''=5,814(c)

Рис. 1 Тахограмма пуска и торможения ленточного конвейера

4. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ, УПРАВЛЯЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Требованиям, предъявляемым к электроприводу проектируемого ленточного конвейера удовлетворяет асинхронный двигатель с фазным ротором, управляемый по системе ПЧ-АД.

Принимаем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4A250S4УЗ

Синхронная частота, Номинальная мощность, Номинальное напряжение питания, Номинальный КПД, Номинальный коэффициент мощности, Ток статора , Максимальная перегрузочная способность, Номинальное скольжение, Критическое скольжение, Маховый момент ротора.	n=1500 (об/мин) Р, =75 (кВт) U=380 (В) з=93(%) cos %=0,9 1=78(A) Мтаx/Mnom=2,3 Sн=0,012 Sк=0,095 (GD)2=1,0

Номинальная скорость вращения двигателя:

где: пн - номинальная частота вращения, об/мин.

, (об/мин )

Номинальный момент на валу двигателя:

Максимальный допустимый момент на валу двигателя:

Суммарный момент инерции:



Пусковой момент двигателя:

.

Пусковой ток двигателя:

Для двигателя мощностью более 15кВт сопротивление r1 невелико и при частоте 50Гц значительно меньше ХК. Поэтому величиной r1 в следующих выражениях можно пренебречь [16].

Учитывая, что в асинхронных двигателях общепромышленного исполнения r1=(0.1-12)Xк, а с1=1.02 - 1.06, ими можно пренебречь и получить формулы для приближённого вычисления значения критического скольжения [1].

Построение механической характеристики двигателя при различной частоте питающей сети осуществляется следующим образом:

Формула для механических характеристик при переменных значениях величины частоты и напряжения питания [16]:

Реактивные сопротивления двигателя зависят от частоты питающего напряжения и изменяются с изменением частоты..

Для того чтобы регулировать скорость двигателя, сохраняя максимальный момент двигателя постоянным, нужно величину напряжения уменьшать в меньшей степени, чем уменьшается частота, примерно в соотношении:

.

При частотном регулировании величина относительного скольжения sj зависит как от разности скоростей вращающегося электромагнитного поля и ротора, так и от относительного значения частоты питающего напряжения

.

,

где - регулируемые значения частоты напряжения статора и скольжения.

- номинальные значения частоты статора и скорости поля.

Ниже приведены механические характеристики двигателя при различных значениях частоты питающего напряжения.

Рис. 2 Механические характеристики двигателя при различных значениях частот питающего напряжения

По мощности двигателя выбираем преобразователь частоты АТ04-100. Электропривод АТ04 -- универсальный электропривод, предназначенный для автоматического управления частотой вращения и моментом производственных машин и механизмов с приводными трёхфазными асинхронными электродвигателями мощностью от 5,5 кВт до 315 кВт класса напряжения 0,4 кВ.

При 50 Гц
Sкр	0,095
S	0	0,01	0,02	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,095
щ	157	155,43	153,86	150,72	149,15	147,58	146,01	144,44	142,87	142,085
M	0	265,482	500,708	846,713	956,693	1030,92	1076,049	1098,594	1104,252	1102,245
При 46 Гц
Sкр	0,0968
S	0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,0968
щ	144,44	142,995	141,5512	140,1068	138,6624	137,218	135,7736	134,3292	132,8848	130,4617
M	0	245,699	465,832	652,1837	801,6633	915,3357	996,9286	1051,422	1084,015	1102,42
При 40 Гц
Sкр	0,113
S	0	0,01	0,03	0,04	0,05	0,06	0,065	0,07	0,09	0,113
щ	125,6	124,344	121,832	120,576	119,32	118,064	117,436	116,808	114,296	111,4075
M	0	215,866	583,5895	727,2571	843,1779	933,1137	969,206	999,9238	1077,54	1101,939
При 32 Гц
Sкр	0,145
S	0	0,01	0,02	0,04	0,06	0,08	0,085	0,09	0,1	0,145
щ	100,48	99,4752	98,4704	96,4608	94,4512	92,4416	91,9392	91,4368	90,432	85,90741
M	0	175,648	337,9875	613,1633	817,4236	956,121	981,8903	1004,515	1041,171	1101,981

Этот электропривод применяется для управления широким спектром машин, механизмов и технических комплексов с различными режимами работы и высокими требованиями к статическим и динамическим характеристикам. Электроприводы АТ04 имеют развитый внешний интерфейс, что позволяет адаптировать их к существующим системам автоматики, а также создавать на базе электроприводов АТ04 автоматизированные системы управления различными механизмами. Это возможно благодаря:

§ широким функциональным возможностям (до 500 программируемых параметров);

§ программируемой частоте ШИМ 0,4_16 кГц;

§ встроенному и дистанционному пультам управления с ЖКИ дисплеем;

§ шести программируемым дискретным входам (10 мА, Rнагр._ 2 кОм);

§ шести программируемым дискретным (релейным) выходам (250 В, 3 А);

§ четырем гальванически не связанным, программируемым аналоговым входам (0-5 мА, 0(4)-20мА, 0-10 В);

§ четырем гальванически связанным программируемым аналоговым входам (0-5 мА, 0(4)-20 мА, 0-10 В);

§ двум программируемым аналоговым выходам (0-5 мА, 0(4)-20 мА, 0-10 В);

§ двум каналам последовательной связи RS485;

§ последовательному каналу связи RS232 (поставляется внешний преобразователь RS485/232).

Электропривод АТ04 обеспечен защитой от аварийных и нештатных режимов

· от токов недопустимой перегрузки и короткого замыкания, в т.ч. от замыкания на “землю”;

· от недопустимых перенапряжений на силовых элементах;

· от недопустимых отклонений и исчезновения напряжения питающей сети;

· от неполнофазного режима работы сети и электродвигателя;

· от недопустимых отклонений технологического параметра;

· от неисправностей в узлах и блоках электропривода;

· от несанкционированного доступа к программируемым параметрам (пароль).

Электропривод АТ04 выполнен на основе двухзвенного преобразователя частоты с транзисторным (IGBT) автономным инвертором напряжения (АИН) с широтно-импульсным (ШИМ) управлением и многофункциональной микропроцессорной системой управления с развитым интерфейсом. Принцип действия и устройство электропривода АТ04 поясняет функциональная схема, представленная на рис.3

Рис.3 функциональная схема

На схеме обозначены :

АД -- приводной асинхронный электродвигатель;

ИП -- источник питания (конвертор);

ДН -- датчик напряжения;

ФИ -- формирователь управляющих сигналов транзисторов (драйвер);

МК -- микропроцессорный контроллер;

УВВ -- устройство ввода/вывода (внешний интерфейс);

ПУ -- пульт управления.

В -- силовой полууправляемый (диодно-тиристорный) выпрямитель;

ФС -- силовой LC - фильтр звена постоянного напряжения;

ТК -- транзисторный (IGBT) ключ реостатного торможения (тормозной ключ), устанавливается в АТ04;

БТР -- внешний блок тормозного резистора;

АИН -- транзисторный (IGBT) автономный инвертор напряжения;

ДТ -- датчик тока;

5. РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОНИЖАЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА

Понижающий трансформатор нужен для согласования питания преобразователя частоты АТ04-100 с питающей сетью UC=6000В. Необходимо учесть следующие условия.

1.Напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора должно совпадать с напряжением питающей сети:

2. Вторичное номинальное фазное напряжение трансформатора:

3. Номинальный вторичный фазный ток трансформатора:

рекомендовано из каталога продукции и применений 2003г Корпорация Триол [11].

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора:



Требуемое выпрямленное напряжение:

,

где КU=2.34 - коэффициент трёхфазной мостовой схемы.

Линейный ток трансформатора обмотки высокого напряжения:

Расчётная мощность трансформатора:

Так как трансформатор мощностью S=103кВА найти не удалось, воспользуемся данными кратными трансформатора ТМ-100 [10].

ТМ-100
Номинальная мощность:	Sн=100кВА
Напряжение ВН	Uвн=6000В
Напряжение НН	Uнн=400В
Схема и группа соединения обмоток	?/Ун-11
Напряжение КЗ %	Uкз%= 4,5
Потери ХХ	Рхх=305Вт
Потери КЗ	Ркз=1970Вт

Определим кратность величин:



Определим активное сопротивление фазы трансформатора:

Суммарное активное сопротивления трансформатора, приведённое к виткам вторичной обмотки:

Индуктивность фазы трансформатора:

6. РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ LC ФИЛЬТРА

В преобразователе частоты в цепи между выпрямителем и автономного инвертора напряжения ставится силовой LC - фильтр звена постоянного напряжения.



Примем С=100мкФ на 1кВт мощности двигателя.

7. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ В АБСОЛЮТНЫХ ЕДИНИЦАХ

При подчинённом регулировании координат система электропривода разделяется на группы звеньев, в каждом из которых есть одна большая постоянная времени. Количество контуров регулирования выбирается равным числу контролируемых координат объекта регулирования.

В данном курсовом проекте будет одноконтурная система подчинённого регулирования координат по частоте вращения вала двигателя.

Структурная схема приведена на рис.3, где ЗИ - задатчик интенсивности, РС - регулятор скорости ДС - датчики скорости, ЧП - преобразователь частоты [6]. Преобразователь частоты является инерционным звеном первого порядка.

Рис. 3 Структурная схема системы ПЧ-АД с обратной связью по скорости

Асинхронный двигатель можно представить двумя звеньями с передаточными функциями

Механическая часть - .

Электрическая часть - .

Основные параметры указанных звеньев в, Тм, Тэ, определяем по следующим формулам.

Коэффициент жёсткости на рабочей характеристике:

Электромеханическая постоянная времени:

Электромагнитная постоянная времени:

Передаточная функция механической части:



Передаточная функция электрической части:

Передаточная функция преобразователя частоты:

- передаточный коэффициент преобразователя частоты.

- постоянная времени цепи управления преобразователем частоты из диапазона от 0,005 до 0,1с.

8. СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Расчёт регуляторов скорости производим по [3]. Настройка контура на “модульный оптимум”.

В системе УБСР-АИ максимальный задающий сигнал 10В, поэтому в цепи обратной связи по скорости нужен делитель напряжения для гальванической развязки (ДМ-2АИ).

Тахогенератор:

ТД-102
nн=	1500об/мин
Uя=	82В
Iя=	0,1А
Рн=	8,2Вт
Рвозб=	7,5Вт

При синтезе регулятора скорости пренебрегаем влиянием внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, что сказывается на точности регулирования скорости, незначительно влияет на динамические показатели, но существенно упрощается синтез регулятора. При этом передаточная функция объекта регулирования примет вид:

.

Принимаем некомпенсируемую постоянную времени: .

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости:

Передаточная функция регулятора скорости:

Ко.с - коэффициент обратной связи по скорости.

Где коэффициент отношения постоянны

При подстановки численных значения параметров передаточной функции, получился ПД регулятор.

В серии УБСР-АУ регулятор скорости реализуется с помощью П и ПИ регулятора. Для реализации ПД регулятора возьмём ячейку регулятора скорости РС-IАИ с П регулятором, и усилитель У-I2АИ. Параллельно усилителю включим сопротивление Rос. Схема ПД регулятора представлена на рис. 4.

Рис.4 Реализация ПД регулятора в серии УБСР-АИ

Примем Rс=100кОм, С=1мкФ.

Структурная схема в абсолютных величиях представлена на рис.5.

Рис.5 Структурная схема в абсолютных величиях.

9. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЕДИНИЦАХ

Базовые величины:

Базовое значение выходных сигналов .

Механическая часть двигателя будет иметь передаточную функцию:

,

где - инерционная постоянная времени привода.

Передаточная функция электрической части двигателя:

где сопротивление роторной цепи в относительных единицах.

Передаточная функция преобразователя частоты:

,

где

Коэффициент обратной связи по скорости в относительных единицах:

Передаточная функция регулятора скорости:

Структурная схема в относительных величиях представлена на рис.6.

10. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

В замкнутой системе регулирования электропривода имеется возможность формировать переходные процессы, достаточно близкие к оптимальным, путём плавного изменения частоты напряжения протекающего по обмоткам статора.

При действии возмущающего воздействия появляется статическая ошибка регулирования по скорости.

Длительность переходного начального участка зависит от электромеханической постоянной Тм [12], причем при Тэ=0 момент нарастает до значения Мп.уст за время равное 3Тм.

Рис.6 Структурная схема в относительных величиях

После затухания свободной составляющей, скорость нарастает по линейному закону, отставая от кривой щ0t на значение равное . Таким образом, задаваемый на входе системы закон изменения скорости воспроизводится с ошибкой, которая в установившемся процессе складывается из ошибки, равной статическому падению скорости

и ошибки равной динамическому падению .

Ускорение двигателя определяется:

Из выше сказанного, видно, что статическая ошибка не превышает 5% и удовлетворяет настройке системы управления на «модульный оптимум».

11. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Для пуска включается автоматический выключатель QF и тем самым подаёт напряжение на силовую цепь схемы. При нажатии кнопки SB1 «Пуск» осуществляется плавный пуск двигателя. Отключение осуществляется нажатием кнопки SB2 «Стоп». Возможно аварийная остановка привода при нажатии кнопки «Аварийный стоп» на самом преобразователе частоты.

В схеме предусмотрены следующие виды защит:

· Контролирование централизованного хода ленты, предупреждения схода ленты в сторону, автоматического возвращения ее в центральное положение при центрированном ходе, а если сход превышает известный предел - отключение конвейера. (сухой контакт К1)

· Контролирование натяжного устройства, поддержания натяжения, необходимого для предотвращения пробуксовки ленты на барабане как при установившемся движении, так и в период пуска.( сухой контакт К2)

· Контролирование состояния поверхности барабанов и состояния подшипников, вала барабанов.( сухой контакт К3)

· Контролирование целостности ленты и отключения привода при разрыве ленты или продольных порезах.( сухой контакт К4)

Обозначения и блоки УБСР-АИ:

AI- задатчик интенсивности(ЗИ-2АИ)

AR - регулятор скорости(РС-1АИ)

BV - датчик напряжения(ДН-2АИ)

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

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

2. Системы автоматизированного управления электроприводом: Усеб. Пособие / Г.И Гульков, Ю.Н. Петренко, Е.П. Раткевич, О.Л. Симоненкова; Под общ. Ред. Ю.Н. Петренко. - Мн.: Новое знание, 2004. -384 с.: ил.

3. Электротехника: Учебное пособие для вузов. - В 3-х книгах. Книга III. Электроприводы. Электроснабжение/ Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестокова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005,-639 с.

4. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов / Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н. - М: Издательский центр «Академия», 2004. - 576 с.

5. Полузадов В.Н. электрические машины. Часть 1. Трансформаторы: Конспект лекций. 2-е издание, исправленное и дополненное. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2004. 103 с.

6. www.sez.ru

7. ОАО «УРАЛЭЛЕКТРОТЯЖМАШ» Каталог продукции. Трансформаторы силовые масленые. Январь 2000г.

8. Корпорация Триол. Разработка и производство силовой электроники. Каталог продукции и применений. 2003г.

9. Ключев В.И. к 52 Теория электропривода: Учеб. Для вузов. 2-е изд. Перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.: ил

10. Л.Г. Шахмейстер, В.Г. Дмитриев - Москва, "Машиностроение", 1987г.:"Теория и расчет ленточных конвейеров".

11. А.Ф. Тамбовцев, А.Н. Клемперт - Екатеринбург, 1991г.: "Автоматизированный электропривод конвейерных установок".

12. В.А. Дьяков - Москва, "Недра", 1986г.: "Транспортные машины и комплексы открытых разработок".

13. Г.Я. Пейсахович, И.П. Ремизов - Москва, "Недра", 1977г.: "Справочник по шахтному транспорту".

14. Б.А. Кузнецов - Москва, "Недра", 1976г.: "Транспорт на горных предприятиях".

15. В.И. Ключев, В.М. Терехов - Москва, "Энергия", 1980г.: "Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов".

16. Г.Б. Онищенко - Москва, 2001г.: "Автоматизированный электропривод промышленных установок".

17. В.В. Елисеев - Екатеринбург, 2001г.: Методическое указание к лабораторной работе "Расчет, наладка и исследование тиристорного электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат".

18. М.Г. Чиликин - Москва, "Энергия", 1971г.: "Общий курс электропривода".

Размещено на Allbest.ru