Разработка системы управления электроприводом нажимного устройства реверсивного четырехвалкового стана "5000" горячей прокатки
Система регулировки межвалкового зазора. Механический нажимной механизм. Выбор основного силового электрооборудования. Гидравлическая система установки раствора валков. Выбор датчиков положения и скорости. Автоматическое регулирование электропривода.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.04.2014 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Таблица 1.5.1.1 - Технические данные двигателя DSF450S 120-6
|
Наименование параметра |
Обозначение |
Величина |
|
|
Номинальная мощность, кВт |
Рн |
560 |
|
|
Номинальное линейное напряжение статора, В |
U1 |
660 |
|
|
Номинальная частота вращения, об/мин |
nн |
740 |
|
|
Минимальная частота вращения, об/мин |
nmin |
150 |
|
|
Число пар полюсов |
2р |
8 |
|
|
Перегрузочная способность по моменту (Кратность пускового момента kп) |
2,5 |
||
|
Кратность критического момента kкр |
Kкр |
2,6 |
|
|
cos |
- |
0,85 |
|
|
Номинальный ток статора, А |
I1н |
600 |
|
|
Кратность пускового тока |
KI |
6,6 |
|
|
Ток намагничивания, А |
I |
260 |
|
|
Активное сопротивление фазы статора, Ом |
R1 |
0,0076 |
|
|
Индуктивное сопротивление рассеяния фазы статора, Ом |
x1 |
0,055 |
|
|
Приведенное активное сопротивление фазы ротора, Ом |
R'2 |
0,0093 |
|
|
Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора, Ом |
x'2 |
0,0764 |
|
|
Сопротивление взаимоиндуктивности, Ом |
xm |
1,612 |
|
|
Взаимоиндуктивность статора и ротора, Гн |
Lm |
0,0051 |
|
|
Коэффициент рассеяния машины |
- |
0,077 |
|
|
КПД двигателя |
дв |
0,95 |
|
|
Момент инерции ротора, кгм2 |
Jдв |
39 |
|
|
Минимальная частота выходного напряжения |
fmin |
10 |
Параметры R1 , x1 , R'2 , x'2 , xm , Lm были рассчитаны по Т-образной схеме замещения (рисунок 1.5.1.1) АД с использованием имеющихся каталожных данных:
Рисунок 1.5.1.1
Используя каталожные данные, представленные в таблице 1.5.1.1, рассчитаем некоторые дополнительные технические данные двигателя.
Номинальная угловая скорость двигателя
(1.5.1.13)
где - номинальная частота вращения двигателя, об/мин,
- синхронная частота (холостого хода) вращения двигателя, об/мин
Номинальный момент двигателя
кНм, (1.5.1.14)
где - номинальная мощность двигателя, Вт.
Т.о. полученный номинальный момент двигателя превышает статический, т о необходимо исследовать более тяжёлый случай работы привода, поэтому произведём перерасчёт статического момента в сторону его увеличения, путём принятия усилия равного .
Соответственно,
(1.5.1.15)
Максимальный момент, развиваемый двигателем, составит:
кНм, (1.5.1.16)
где - перегрузочная способность двигателя.
Номинальное скольжение двигателя
, (1.5.1.17)
где - частота вращения идеального холостого хода двигателя.
Фазное индуктивное сопротивление рассеяния короткого замыкания двигателя
Ом, (1.5.1.18)
где x1 - индуктивное сопротивление рассеяния фазы статора, Ом;
x2' - приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора, Ом.
Критическое скольжение двигателя
, (1.5.1.19)
где - приведенное активное сопротивление фазы ротора, Ом;
- активное сопротивление фазы статора, Ом;
знак «+» относится к двигательному режиму;
знак «-» относится к режиму рекуперативного торможения.
1.6 Расчёт нагрузочной диаграммы двигателя
Существует два режима прокатки, а именно чистовая и черновая прокатки.
Черновая прокатка служит для разбивки ширины сляба для дальнейшего проката (после черновой прокатки вполне определённой толщины 120-150 мм (но которая естественно изменится в процессе изменение ширины полосы не происходит), т.е. достигается так называемый раскат, т.е. получение конечной ширины и порядка чистовой прокатки).
Число проходов приблизительно 7-10, обжатие достигается в районе 18%. Во время первых, обычно трёх, проходов осуществляется разворот сляба на поворотном столе (пока позволяют размеры сляба), т.е. получаем таким образом определённую ширину полосы Длина штуки после черновой прокатки составляет 4,5-5,5 м.
Сляб поступает с МНЛЗ с определёнными параметрами:
ь Масса сляба 10-30 т;
ь Длина 3 м;
ь Ширина 2,6 м;
ь Толщина 0,3 м;
Перед чистовой группой клетей металл должен находиться в определённом температурном режиме, поэтому проходит процесс осцилляции на рольгангах (т.е. процесс остывания) перед проходами чистовой прокатки. Причём в процессе осцилляции может находиться до 6 штук. Время нахождения на осцилляции может достигать 3-5 минут. Но расстоянии между штуками, находящимися на осцилляции должно составлять 2,5 м.
Чем меньше температура металла, тем больше возможность раскатать металл тоньше.
Число чистовых проходов составляет 10-15 (общее число при этом 20-25). Обжатие уже чуть меньше, чем при черновой прокатки и составляет 15 %.
Всю прокатку может разделить на две фазы: 1 фаза включает в себя выход из печи, подход к клети, а также весь черновой прокат, 2-я фаза начинается с осцилляции и заканчивается завершённым чистовым прокатом. Время осцилляции зависит главным образом от температуры второй фазы и может длиться, как уже было сказано около 5 минут. Соответственно время между проходами, как чистовой и черновой прокатки определяется временем отработки перемещения нажимными винтами и системы сдвижки валко CVC это занимает около 2-3 с.
На пульт управления с МНЛЗ поступают все геометрические размеры сляба, температура выхода из печи (примерно 1250 градусов). А оператор в свою очередь, задаёт выходные параметры листа (после чистовой): длину, толщину, ширину и температуру, на основании полученных данных остальные расё производятся на основе вычислений математической модели.
Скорость прокатки зависит от температуры катаемого металла: для высокотемпературного металла она составляет 7-7,5 м/c, а для низкотемпературного 2-2,5 м/c.
Температура металла зависит от сортамента, к примеру самый популярный сортамент - это трубный лист толщиной 18-26 мм, марка стали К60-X70.
При толщине 10 мм и ниже электромеханическое устройство не перемещает валки, - они сводятся в забой до полного соприкосновения, при этом экспериментальным путём определяется, при каком усилии валков клеть разожмётся при входе металла в валки, и на какое расстояние соответственно.
В последних трёх проходах, когда перемещение становится меньшим 2 мм, то электромеханическое нажимное устройство уже не перемещает валки, а регулировка раствора валков осуществляется нижнего комплектом валков при помощи ГНУ (гидронажимного устройства).
Расчет ведется для каждого перемещения в цикле, причем перемещения могут быть как большими, так и малыми, то есть диаграмма скорости может быть трапецеидальной или треугольной.
Предположим, что перемещение достаточно велико и соответственно получаем трапецеидальную тахограмму. Пуск двигателя будет выполняться от задатчика интенсивности (ЗИ), поэтому время разгона и торможения при опускании НВ будет одинаковым и равно:
(1.6.1)
где
А время разгона и торможения при подъёме НВ соответственно:
(1.6.2)
Перемещение НВ за время разгона и торможения при его опускании будет равно:
(1.6.3)
А перемещение НВ за время разгона и торможения при его подъёме соответственно:
(1.6.4)
Теперь можно определить величину критического перемещения для оценки вида тахограммы
(1.6.5)
После этого сравнивается критическое перемещение и перемещение верхнего валка для каждого пропуска. Если Sкр Sзад , т.о. диаграмма скорости будет треугольной, то есть скорость двигателя не достигнет номинального значения и необходимо провести расчет треугольной диаграммы. В этом случае рассчитывается эквивалентное ускорение
(1.6.6)
Линейное ускорение во время разгона и торможения при опускании НВ:
(1.6.7)
Линейное ускорение во время разгона и торможения при подъёме НВ:
(1.6.7)
Теперь можно будет определить эквивалентное ускорение
(1.6.8)
Максимальная скорость будет равна
(1.6.9)
Время пуска
(1.6.10)
После расчета всех перемещений согласно программе прокатки строится нагрузочная диаграмма. Далее производится проверка двигателя по условиям нагрева и мгновенной нагрузки.
В расчетах будем опираться на программу работыпрокатки нажимного механизма при прокатке сляба марки стали К 60 cо следующими параметрами: толщиной 250 мм, шириной 1640 мм, длиной 3810 мм и массой 11,94 т (см. таблицу 1.6.1).
Таблица 1.6.1 - Программа прокатки нажимных винтов (исходные данные)
|
Фаза |
Номер проката |
Сечение слитка |
||||
|
Толщина, мм |
Ширина, мм |
Длина, мм |
Обжатие ?h, мм |
|||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1 |
1 |
217,45 |
1660 |
3093 |
31,55 |
|
|
пов.1 |
2 |
188,05 |
3098 |
1919 |
29,40 |
|
|
1 |
3 |
159,71 |
3101 |
2257 |
28,34 |
|
|
1 |
4 |
132,88 |
3104 |
2709 |
26,83 |
|
|
1 |
5 |
107,65 |
3108 |
3340 |
25,23 |
|
|
пов.1 |
6 |
90,98 |
3341 |
3671 |
16,67 |
|
|
1 |
7 |
77,07 |
3343 |
4329 |
13,91 |
|
|
1 |
8 |
66,01 |
3344 |
5050 |
11,06 |
|
|
2 |
9 |
54,18 |
3332 |
6097 |
11,83 |
|
|
2 |
10 |
45,18 |
3333 |
7302 |
9,00 |
|
|
2 |
11 |
37,07 |
3335 |
8899 |
8,11 |
|
|
2 |
12 |
29,89 |
3337 |
11022 |
7,18 |
|
|
2 |
13 |
24,13 |
3340 |
13653 |
5,76 |
|
|
2 |
14 |
19,79 |
3342 |
16643 |
4,34 |
|
|
2 |
15 |
16,45 |
3345 |
20051 |
3,34 |
|
|
2 |
16 |
14,03 |
3348 |
23527 |
2,42 |
|
|
2 |
17 |
12,35 |
3347 |
26701 |
1,68 |
Полная программа прокатки для механизма нажимных винтов будет рассчитана исходя из имеющейся тахограммы в пределах одного технологического цикла. Она необходима для определения времени работы электромеханической системы установки раствора валков, а также времени пауз (рисунок 1.6.1). Тахограмма и нагрузочная диаграмма работы буду иметь следующий вид:
По результатам выше приведённых программы прокатки и тахограммы работы рабочих валков клети была составлена следующая программа прокатки для НВ:
Таблица 1.7.1
|
Номер фазы проктки |
Номер прохода |
Толщина, мм |
Обжатие (Sзад), мм |
Обжатие, % |
Время работы, с |
Время пазы, с |
Примечаниие |
Скорость, об/мин |
Время разгона/торможения, с |
Время утановившееся, с |
Вид тахограммы |
|
|
250 |
0 |
0 |
||||||||||
|
1 |
1 |
217,45 |
32,55 |
14,969 |
3,6 |
9,1 |
Опускание НВ |
740 |
0,543 |
2,514 |
Трапеция |
|
|
2 |
188,05 |
29,4 |
15,6341 |
3,45 |
4,98 |
740 |
0,543 |
2,364 |
||||
|
3 |
159,71 |
28,34 |
17,7447 |
3,4 |
5,75 |
740 |
0,543 |
2,314 |
||||
|
4 |
132,88 |
26,83 |
20,1911 |
3,3 |
4,6 |
740 |
0,543 |
2,214 |
||||
|
5 |
107,65 |
25,23 |
23,4371 |
3,25 |
5,75 |
740 |
0,543 |
2,164 |
||||
|
6 |
90,98 |
16,67 |
18,3227 |
3,16 |
5,75 |
601,037 |
1,58 |
0 |
Треугольник |
|||
|
7 |
77,07 |
13,91 |
18,0485 |
3,1 |
8,43 |
549,031 |
1,55 |
0 |
||||
|
8 |
66,01 |
11,06 |
16,755 |
3 |
25 |
489,566 |
1,5 |
0 |
||||
|
2 |
9 |
54,18 |
11,83 |
21,8346 |
3,06 |
8,86 |
506,321 |
1,53 |
0 |
|||
|
10 |
45,18 |
9 |
19,9203 |
2,9 |
8,86 |
441,626 |
1,45 |
0 |
||||
|
11 |
37,07 |
8,11 |
21,8775 |
2,8 |
6 |
419,222 |
1,4 |
0 |
||||
|
12 |
29,89 |
7,18 |
24,0214 |
2,7 |
6 |
394,453 |
1,35 |
0 |
||||
|
13 |
24,13 |
5,76 |
23,8707 |
2,56 |
7,7 |
353,301 |
1,28 |
0 |
||||
|
14 |
19,79 |
4,34 |
21,9303 |
2,43 |
7,93 |
306,675 |
1,215 |
0 |
||||
|
15 |
16,45 |
3,34 |
20,304 |
2,3 |
8,4 |
269,034 |
1,15 |
0 |
||||
|
16 |
14,03 |
2,42 |
17,2488 |
2,15 |
9,3 |
229,003 |
1,075 |
0 |
||||
|
17 |
12,35 |
1,68 |
13,6032 |
2,05 |
9,3 |
190,804 |
1,025 |
0 |
||||
|
Подъём НВ |
223,55 |
100 |
15,33 |
- |
740 |
0,35 |
14,244 |
Т.о. при построении тахограммы работы будем учитывать следующее: в первых пяти проходах двигатель разгоняется до номинальной скорости и работает по трапецеидальной тахограмме, в остальных проходах двигатель не достигает установившейся (номинальной) скорости и работает по треугольной тахограмме. Однако следует учитывать, что при величине обжатие менее 3 мм электромеханическая система раствора валков не участвует в регулировке толщины, при этом отработку заданного перемещения обеспечивает ГНУ. Поэтому работой НВ в 16 и 17 проходах можно пренебречь. При построении нагрузочной диаграммы учитываем, что при опускании и подъёме НВ действует постоянный статический момент (соответственно свой момент при опускании и подъёме валка), рассчитанный выше и не меняющийся в зависимости от задания по перемещению, а вот динамический момент в каждом проходе различен и связан с перемещением, что отражено в расчёте времени разгона и торможения. Для каждого прохода рассчитывается свой , одинаковый для разгона и торможения в каждом проходе. По результатам таблицы можно найти динамический момент для каждого прохода при разгоне или торможении двигателя, т.к. мы знаем до какой скорости и за какое время двигатель ускоряется/замедляется.
Результаты расчёта динамического момента приведены ниже:
Таблица 1.6.2 - Результаты расчёта статического и динамического моментов
|
Динамический момент |
Статический момент |
Суммарный момент |
Номер прохода |
|
|
6,38494 |
7,94 |
14,3249 |
1 |
|
|
6,38494 |
7,94 |
14,3249 |
2 |
|
|
6,38494 |
7,94 |
14,3249 |
3 |
|
|
6,38494 |
7,94 |
14,3249 |
4 |
|
|
6,38494 |
7,94 |
14,3249 |
5 |
|
|
1,78225 |
0 |
1,78225 |
6 |
|
|
1,65955 |
0 |
1,65955 |
7 |
|
|
1,52913 |
0 |
1,52913 |
8 |
|
|
1,55045 |
0 |
1,55045 |
9 |
|
|
1,42696 |
0 |
1,42696 |
10 |
|
|
1,40294 |
0 |
1,40294 |
11 |
|
|
1,36895 |
0 |
1,36895 |
12 |
|
|
1,29318 |
0 |
1,29318 |
13 |
|
|
1,18257 |
0 |
1,18257 |
14 |
|
|
1,09606 |
0 |
1,09606 |
15 |
|
|
0 |
0 |
0 |
16 |
|
|
0 |
0 |
0 |
17 |
|
|
9,90577 |
4,13 |
14,0358 |
18 |
Теперь мы обладаем всеми данными, чтобы построить тахограмму и соответствующую ей нагрузочную диаграмму:
Проверка предварительно выбранного электродвигателя по условию нагрева и перегрузки
Метод определения потерь по эквивалентному моменту уступает в погрешности тому же методу, но по эквивалентному току. Поэтому воспользуемся методом определения потерь по эквивалентному току, чтобы произвести проверку производим для выбранного двигателя по условию нагрева за весь цикл работы. Эффективный ток статора за время работы двигателя определяется по формуле
(1.6.11)
где - значение тока статора при пуске на каждом отдельном участке, А;
- время пуска двигателя на каждом участке, с;
- значение тока статора при установившемся движении на каждом участке, А;
- время установившегося движения на каждом участке, с;
- значение тока статора при торможении на каждом участке, А;
- время торможения двигателя на каждом участке, с;
- количество участков пуска/торможения;
- количество участков установившегося движения;
- коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения двигателя при работе со скоростями ниже номинальной, принимается равным 1, так как принудительное охлаждение.
Значение тока статора в зависимости от момента и скольжения двигателя определяется по формуле:
(1.6.12)
где ток намагничивания двигателя, А;
- номинальный ток статора, А;
- момент двигателя, Нм, соответствующий искомому току статора;
- скольжение двигателя, соответствующее данному режиму работы;
- номинальный момент двигателя, Нм;
- номинальное скольжение.
Чтобы найти ток статора, необходимо определить скольжение двигателя для каждого участка нагрузочной диаграммы (рисунок 1.3). Поскольку разгон, установившееся движение и торможение двигателя происходят при постоянных моментах, то скольжение и ток статора будут постоянными в пределах каждого участка нагрузочной диаграммы. Скольжение определим, воспользовавшись формулой Клосса:
(1.6.13)
где .
Выразив из формулы скольжение S, получим
, (1.6.14)
Т.о.
(1.6.15)
где М - значение момента двигателя, Нм, соответствующее искомому скольжению. Результаты расчета приведены в таблице 1.6.2
Таблица 1.6.2 - Расчет тока статора и скольжения
|
Проход |
Примечание |
Момент, кНм |
S |
Ток, А |
Проход |
Примечание |
S |
Ток, А |
Момент, кНм |
|
|
1-5 |
Мр |
14,325 |
0,0214 |
1012,55 |
12 |
Мр=Мт |
0,006942 |
311,911 |
1,369 |
|
|
Муст |
7,94 |
0,0122 |
557,624 |
13 |
Мр=Мт |
0,006836 |
308,565 |
1,293 |
||
|
Мт |
6,385 |
0,0133 |
612,42 |
14 |
Мр=Мт |
0,00672 |
303,927 |
1,18 |
||
|
6 |
Мр=Мт |
1,78 |
0,0073 |
329,18 |
15 |
Мр=Мт |
0,006625 |
300,264 |
1,09 |
|
|
7 |
Мр=Мт |
1,66 |
0,0072 |
324,1 |
16 |
Мр=Мт |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
Мр=Мт |
1,53 |
0,00708 |
318,496 |
17 |
Мр=Мт |
0 |
0 |
0 |
|
|
9 |
Мр=Мт |
1,55 |
0,0071 |
319,341 |
18 |
Мр |
0,02102 |
994,6228128 |
14,036 |
|
|
10 |
Мр=Мт |
1,42 |
0,006965 |
313,842 |
Муст |
0,0098 |
440,5 |
4,13 |
||
|
11 |
Мр=Мт |
1,4 |
0,00695 |
313,043 |
Мт |
0,0161 |
752,013 |
9,9 |
Определяем эффективный ток за время работы (без учета паузы).
Чтобы учесть время пауз необходимо определить фактическую относительную продолжительность включения двигателя.
(1.6.16)
где - время работы двигателя в течение цикла, с.
-время с учетом пауз, то есть
Т.к. фактическая продолжительность включения отличается от каталожной, то необходимо пересчитать значения эффективного тока
, (1.6.17)
где - эквивалентный ток, т.е. эффективный ток, пересчитанный на каталожное значение продолжительности включения, А;
- пересчетный коэффициент
Значение определяется по формуле
, (1.6.18)
где - каталожное значение продолжительности включения;
Далее находим эквивалентный ток
А,
Сравниваем полученное значение с номинальным током двигателя.
.
Следовательно, выбранный двигатель подходит по условию нагрева.
1.7 Выбор основного силового электрооборудования
1.7.1 Состав силовой части преобразователя частоты
Электропривод Converteam LV 7000 представляет собой низковольтный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока с полностью цифровым управлением на основе IGBT транзисторов.
В состав силовой части электропривода входят следующие основные элементы:
- главный выключатель Q2 на стороне питания для защиты кабелей и полупроводниковых приборов;
- линейный контактор К1;
- сетевой фильтр L1;
- выпрямительный блок, представляющий собой трехфазный мостовой полностью управляемый выпрямитель AFE (Active Front End) на IGBT транзисторах, обеспечивающий передачу энергии от питающей сети к сети постоянного тока, а также режим рекуперации энергии в сеть;
- емкостный фильтр C0 звена постоянного тока с блоком предварительной зарядки конденсаторов;
- узел сброса энергии торможения, состоящий из балластного резистора и ключевого элемента на IGBT-транзисторе с быстродействующим обратным диодом;
- трехфазный мостовой инвертор напряжения, выполненный на базе IGBT-модуля, управляемого по методу широтно-импульсной модуляции (ШИМ);
Для осуществления обмена реактивной энергией между двигателем и звеном постоянного тока на входе АИН имеется конденсатор С0 , а также обратные диоды VD, включенные параллельно силовым транзисторам. Через эти диоды протекает ток в момент возврата реактивной энергии от двигателя в емкость С0 .
Фильтр C0 обеспечивает сглаживание пульсаций напряжения с выхода выпрямителя.
Питание преобразователя осуществляется от сети переменного тока напряжением 690 В.
Силовая схема всего описанного выше оборудования построена по общему принципу. Несколько инверторов питаются от общих выпрямителей и силового трансформатора. Трансформатор "сухой", номинальные данные трансформатора приведены в протоколах наладки.
Каждая секция запитана от своего силового трансформатора. Силовое напряжение с трансформатора подается на группу выпрямителей (от трех до четырех в секции, в зависимости от нагрузки) включенных параллельно на общую шину постоянного тока и питающих группу инверторов напряжения, построенных по принципу широтно-импульсной модуляции. На вводе каждого инвертора установлены предохранители, выход каждого инвертора через LC фильтр подключен к асинхронному двигателю или группе двигателей через шкаф защиты двигателей (за исключением приводов нажимных устройств клети, нажимных устройств эджера и тянущих роликов, которые подключены к двигателям без LC фильтров).
Выпрямители Converteam LV7000, установленные в секциях R01 - R08 управляемые с рекуперацией энергии в сеть и работают на свои шины постоянного тока (номинальные данные выпрямителей приведены в протоколах наладки).
Преобразователи частоты типа Converteam LV7000 представляют собой инверторы напряжения, построенные по принципу широтно-импульсной модуляции, выдают симметричное трехфазное напряжение переменного тока для питания двигателей. Конструктивно состоят из двух модулей: силового и модуля управления. Силовой модуль выполнен на базе IGBT транзисторов, модуль управления (это плата ASIC) формирует управляющие сигналы, которые через плату усиления подаются на IGBT транзисторы. В состав модуля управления также входят платы входов/выходов и коммуникационные платы. Ниже на рисунке представлена упрощенная блок-схема инвертора Converteam LV7000.
1.8 Выбор преобразователя частоты
1.8.1 Выбор инвертора
Инвертор выбирается из следующих условий:
Мощность инвертора
; (1.8.1.1)
Выходной номинальный ток инвертора
Iинв.ном ? Iном.дв , (1.8.1.2)
где Iном.дв = 600 А - номинальный ток двигателя.
Максимальный выходной ток инвертора
Iинв.мах ? Iмакс.дин, (1.8.1.3)
где Iмакс.дин =1,68 • Iном.дв = 1012,55 А - максимальный ток возникающий при ускорении до основной рабочей скорости при подъёме НВ (возвращению в исходное положение).
Выходное номинальное напряжение инвертора
Uинв.ном ? Uном.дв, (1.8.1.4)
где Uном.дв= 660 В - номинальное напряжение питания двигателя.
На основании этих условий выбираем 2 инвертора LV7000 фирмы Converteam из источника на IGBT транзисторах, технические данные которого приведены в таблице 1.8.1.1
Таблица 1.8.1.1 - Технические данные инвертора Inverter LV7000-5-1180 6G
|
Тип |
Напряжение,В |
Ток, А |
Охлаждение |
Примечание |
|
|
Inverter LV7000-5-1180 6G |
Uвх=640-1100VDC,Uвых=0-700VAC. |
Iвых ном =1180 |
Принудительное |
Нажимные винты клети (DS), левый двигатель (АЕ51) |
|
|
Inverter LV7000-5-1180 6G |
Uвх=640-1100VDC,Uвых=0-700VAC. |
Iвых ном =1180 |
Принудительное |
Нажимные винты клети (OS), правый двигатель (АЕ71) |
1.8.2 Выбор блока выпрямления
Рассчитываются параметры неуправляемого выпрямителя питающего два инвертора как наиболее выгодного варианта. При этом снижается количество питающих кабелей, выключателей, силовых контакторов, датчиков напряжения и тока, установленных между силовым трансформатором и выпрямителем в два раза, что увеличивает надежность и снижает время на обслуживание.
Необходимое напряжение на входе инвертора
(1.8.2.1)
где Uфн - номинальное фазное напряжение двигателя, В.
Максимальное выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя
(1.8.2.2)
где Uс - линейное напряжение питающей сети, В.
Средний ток, потребляемый инвертором определится
(1.8.2.3)
где I1 - модуль первой гармоники фазного тока двигателя, А;
Iн - номинальный ток двигателя, А;
cosц - коэффициент мощности двигателя.
Средний ток через ключ АИН равен
; (1.8.2.4)
Средний ток через обратный диод автономного инвертора равен
; (1.8.2.5)
Активная мощность на входе инвертора равна
, (1.8.2.6)
где зи - КПД инвертора;
здв - КПД двигателя.
Выпрямленный ток источника напряжения определится из выражения
(1.8.2.7)
По каталогу фирмы Converteam выбирается 3 необходимых блок выпрямления марки 6-1030 6G FI13 с характеристиками, приведенными в таблице 1.8.2.1
Таблица 1.8.2.1 - Технические данные управляемый выпрямитель
|
Тип |
Входное напряжение,В |
Выходное напряжение,В |
Ток, А |
Выходной ток, А |
Примечание |
|
|
AFE LV7000-6-1030 6G FI13 |
690 |
915-1025 |
1250 |
1600 |
Принудительное охлаждение, MASTER |
|
|
AFE LV7000-6-1030 6G FI13 |
690 |
915-1025 |
1250 |
1600 |
Принудительное охлаждение, SLAVE 1 |
|
|
AFE LV7000-6-1030 6G FI13 |
690 |
915-1025 |
1250 |
1600 |
Принудительное охлаждение, SLAVE 2 |
Однако кроме функций выпрямителя , AFЕ выполняет функцию блока торможения. Торможения осуществляется с отдачей электрической энергии обратно в сеть.
Активный шинный преобразователь - это преобразователь, рекуперирующий мощность, для передней части общей шины постоянного тока производственной линии. Активный шинный преобразователь используется при применении стандартного инвертера аппаратного обеспечения со специальным программным обеспечением. Требуется внешний сетевой фильтр и зарядный контур. Данное устройство выбирается в том случае, если необходимы низкие гармоники.
Приложение активного шинного преобразователя управляет главным контактором системы с релейным выходом RO2. Если зарядка от шины постоянного тока готова, то главный контактор замыкается. Статус главного контактора контролируется через цифровой вход (заданный по умолчанию по DIN4). Используемый для мониторинга цифровой вход выбирается с параметром P2.2.1.4.
Активные и реактивные токи рассчитываются с замеров входного тока в трех фазах Iu, Iv, Iw, как указано на блок-схеме (рисунок 1.8.2.1). Контроллером постоянного напряжения является типовой регулятор PI. Источник постоянного опорного напряжения настраивает величину необходимой вставки постоянного напряжения. Измеренное постоянное напряжение сравнивается для получения погрешности постоянного напряжения в виде входа для контроллера постоянного напряжения. Реакция контроллера настраивается заменой его коэффициента передачи и существенных значений времени. Обычно стандартные значения соответствуют стандартному сетевому фильтру и не требуют замены. Выходом контроллера постоянного напряжения является опорный сигнал активного тока, который сравнивается с измеренным активным током, а ошибка между ними является входом контроллера активного тока. Выход контроллера активного тока изменяет индекс модуляции и управляет инвертером напряжения.
Опорный сигнал реактивного тока может использоваться для компенсации реактивной мощности. Положительный опорный сигнал реактивного тока указывает на индуктивную, а негативный опорный сигнал реактивного тока на емкостную компенсацию реактивной мощности. Стандартное значение параметра опорного сигнала реактивного тока равно нулю. Заданное значение опорного сигнала реактивного тока сравнивается с его измеренным значением, а ошибка подается на типовой стабилизатор PI. В интерфейсе он также именуется “контроллером синхронизации”, так как его действие заключается в том, чтобы поддерживать синхронизацию инвертера с сетевым питанием. Опорная частота для активного шинного преобразователя достигается при ответвлении выхода.
Рекуперативное торможение, т.е. генераторное торможение с передачей энергии через автономный инвертор и обратимый выпрямитель (зависимый инвертор) в питающую сеть трехфазного переменного тока позволяет осуществлять через преобразователь плавное регулирование в определенных пределах тормозного момента двигателя.
1.9 Выбор питающего трансформатора
Для питания выпрямителя выбираем трансформатор из следующих условий. Полная мощность трансформатора
, (1.9.1)
где здв - КПД двигателя;
зи - КПД инвертора;
зв - КПД выпрямителя;
cosц - коэффициент мощности двигателя.
Номинальный ток вторичной обмотки трансформатора
Iн.вых.ТР ? Iн.вх.ПЧ, (1.9.2)
где Iн.вх.ПЧ = 1250 А - номинальный входной ток выпрямителя.
Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора
Uном.дв= 660 В ? Uн.вых.ТР. (1.9.3)
Выбираем трансформатор со следующими техническими данными, представленными в таблице 1.9.1
Таблица 1.9.1 - Питающий трансформатор
|
Тип |
Мощность, кВА |
Напряжение обмотки, В |
Вентильный ток, А |
Схема и группа соедини- тельной обмотки |
||
|
сетевой |
вентильной |
|||||
|
ZBSCR-2500/10 |
2500 |
10000 |
690 |
1250 |
Д/Х |
1.10 Расчет и выбор фильтров в звене постоянного и переменного тока
Силовой фильтр L0-C0 является неотъемлемой частью ПЧ. Сглаживающий дроссель L0 устанавливают в звене постоянного тока низковольтных агрегатов, служит для снижения переменной составляющей тока через конденсатор С0 фильтра и уменьшает зону прерывистых токов при малых нагрузках.
Емкость конденсатора на входе инвертора, при учете только первой гармоники тока нагрузки АИН определяется по формуле
, (1.10.1)
где I1 max - амплитуда фазного тока нагрузки ПЧ, А;
fвых - максимальная частота на выходе инвертора, Гц;
q2 - коэффициент пульсации в звене постоянного тока;
sinцmin - минимальный коэффициент мощности нагрузки. Принимают обычно цmin=60° .
В соответствии с (1.135)
Сетевые коммутационные и выходные дроссели согласуются с расчетным входным и выходным током и напряжением ПЧ. Основное назначение сетевых дросселей заключается в уменьшении больших бросков тока и, таким образом, гармоник сетевого тока. Дроссели ограничивают влияние искажений напряжения в виде высших гармонических составляющих источника питания на устройство. Они также снижают переменные токи с частотами, определяемыми коммутацией управляемого выпрямителя на входе конденсаторов звена постоянного тока.
1.11 Снижение уровня индустриальных радиопомех
Основным источником индустриальных радиопомех при работе преобразователя частоты являются переключающиеся с высокой скоростью IGBT-транзисторы. Генерируемые ими радиопомехи характеризуются высоким уровнем - в отдельных случаях до 140 дБ - и широким спектром частот - от единиц килогерц до десятков мегагерц. Без использования дополнительных узлов или устройств уровень радиопомех значительно превосходит допустимый. К таким устройствам, в первую очередь, могут быть отнесены сетевые помехоподавляющие фильтры, включаемые между сетью и преобразователем (сетевой фильтр Z1 на рисунке 1.10). Поскольку они должны пропускать ток относительно низкой промышленной частоты и не пропускать высокочастотные токи помех, они обычно представляют собой заградительный фильтр высоких частот. Таким образом, помехоподавляющие фильтры, совместно с коммутационными сетевыми дросселями, уменьшают напряжение помехи преобразователей до уровня 0,15…30 МГц. В комплект ПЧ входит сетевой помехоподавляющий фильтр серии сетевой фильтр фирмы Converteam, технические данные которого представлены в таблице 1.11.1
Таблица 1.11.1 - Сетевой фильтр
|
Тип |
Напряжение, В |
Ток, А |
Индуктивность, Гн |
Охлаждение |
|
|
LV7000-6-1030 6А LCL |
690 |
1250 |
0,054 |
Принудительное |
Фильтры du/dt состоят из цепей ограничителя и дросселя или только дросселя. Фильтры устанавливаются на выходе преобразователей частоты, и ток двигателя протекает через дроссель. Подключение фильтра к трехфазной системе на выходе преобразователя частоты приводит к уменьшению пиков коммутационных перенапряжений и градиент напряжения на обмотке двигателя уменьшается до допустимых значений - менее чем 500 В/мс. При использовании длинных кабельных линий к двигателю фильтры du/dt также снижают пики емкостных токов нагрузки, возникающих из-за наличия емкости в кабельных линиях. Такие фильтры, как уже было сказано устанавливаются на выходе инвертора в случае НВ Edgera и не устанавливаются в случае главного привода клети.
1.12 Защиты электропривода, расчет уставок защитных устройств
Преобразователи фирмы Converteam комплектуются стандартными средствами защиты и коммутации, такими как автоматический выключатель, фильтры и так далее.
Также в самом преобразователе частоты предусмотрены такие виды защит как: защита от перегрузки, защита от короткого замыкания. Ниже приведено краткое описание электрооборудования защиты и основные характеристик.
1.12.1 Защита от коротких замыканий и перегрузок
Автоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты преобразователей от внешних коротких замыканий, опрокидывания инвертора и перегрузок по току. Выключатели устанавливаются на стороне переменного и выпрямленного тока.
Уставка максимальной токовой защиты
Imax.ycт=I Iн.вх= 21250 =2500 А, (1.13.1.1)
где I - перегрузочная способность выпрямителя и инвертора по току в течении 10 с;
Iн.вх - номинальный входной ток выпрямителя.
Защиту звена постоянного тока от возможных перегрузок, опрокидывания инвертора и КЗ осуществляют предохранители FU3 и FU4 серии Protistor рассчитанный на ток уставки равный
Imax.ycт=I Id = 21600 = 3200 А, (1.13.1.2)
где I - перегрузочная способность выпрямителя и инвертора по току в течении 10 с;
Id - номинальный выпрямленный ток преобразователя, А.
1.12.2 Защита от перенапряжений
Переходные процессы в цепях статических преобразователей часто сопровождаются перенапряжениями, основными из которых являются: перенапряжения, обусловленные внутренними процессами в полупроводниковых приборах в моменты коммутации тока:
- коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения внешних цепей с индуктивностями;
- перенапряжения, вызванные резонансными явлениями в преобразователе;
- внешние перенапряжения, поступающие из сети.
Для ограничения перенапряжений на трансформаторе широко применяются накопители энергии - конденсаторы, входящие в состав RC - цепочек. В целях защиты от коммутационных перенапряжений, поступающих из питающей сети, при коммутациях трансформатора и цепей нагрузки RC - цепочки включают на вторичной стороне. В данном случае в качестве RC - цепочек выступает сетевой фильтр (рисунок 1.13.2.1).
Рисунок 1.13.2.1 - Схема сетевого фильтра
Так как IGBT коммутируются с высокой частотой, то напряжение коллектор-эмиттер на транзисторах быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть критического значения, способного вызвать пробой коллектора либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBT велика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT, требуется установка снаббера (демпфирующей цепи). Каждая схема снаббера имеет свои достоинства и недостатки, например, при увеличении эффективности ограничения напряжения на IGBT заметно увеличивается число элементов входящих в состав схемы снаббера. Для преобразователей частоты малой и средней мощности используется схема снаббера представленная на рисунке 1.13.2.2
Рисунок 1.13.2.2 - Типичная схема снаббера
Особенности данной схемы:
а) малое число элементов;
б) малые пульсации тока через конденсатор.
1.12.3 Виды защиты определяемые программно в блоке управления
- электронная тепловая защита двигателя от перегрузки вычислением I2t с помощью преобразователя (не является точным на 100% если отсутствует датчик температуры);
- мониторинг температуры радиатора обеспечивает то, что преобразователь частоты отключается, если температура достигает 90°С для IP 00 и IP 20. Для IP 54 температура отключения составляет 80°С. Перегрев может быть сброшен только, если температура радиатора падает ниже 60°С;
- преобразователь частоты защищен от короткого замыкания на клеммах двигателя U, V, W;
- защищен от неисправности заземления на клеммах двигателя U, V, W;
- мониторинг напряжения промежуточной цепи обеспечивает отключение преобразователя частоты в случае, если напряжение в промежуточной цепи слишком высокое или слишком низкое;
- если фаза двигателя потеряна, преобразователь частоты отключается;
- если имеет место неисправность сети питания, преобразователь частоты может выполнить контролируемый останов;
- если фаза двигателя потеряна, преобразователь частоты будет отключаться при подачи нагрузки на двигатель.
- максимальная токовая защита;
- снижение/превышение питающего напряжения;
- изменение частоты питающего напряжения;
- превышение скорости электродвигателя.
1.13 Выбор датчиков положения и скорости
В системе разработанного электропривода установлено три энкодера, один по скорости и два - по положению, последние два дублируют друг друга, поэтому один служит датчиком положения ротора, а второй энкодер по положению используется системой управления для векторного регулирования.
Принцип управления приводами нажимных винтов клети и эджера - векторный (Р 2.7.4=3/Closed Loop Speed), структура управления - подчиненное регулирование координат с внешним контуром скорости и энкодером в качестве датчика скорости. На нажимных винтах клети и эджера установлены сдвоенные энкодеры типа Leine & Linde 861 (2048 импульсов на оборот).
Технические данные энкодера приведены в таблице 1.14.1
Таблица 1.14.1 - Технические данные Leine & Linde 861
|
Параметр |
Значение |
|
|
Потребляемый ток нагрузки (max), мА |
60 (80) |
|
|
Число импульсов на оборот, имп./об. |
2048 |
|
|
Максимальная нагрузка, мА |
||
|
Частота, кГц |
0-100 |
|
|
Макс. Напряжение, В |
35 |
|
|
Момент инерции, |
||
|
Максимальная скорость вращения, об/мин |
4000 |
|
|
Класс защит |
IP65 |
Помимо датчика скорости в электроприводе имеются два датчика положения: датчик реального положения ротора типа MTS-Temposonics-R-Series и абсолютный энкодер с дискретными выходами типа CE 100 M NSW.
В таблице 1.14.2 приведены основные технические данные абсолютного энкодера CE-100-M CAM.
Таблица 1.14.2 - Технические данные CE-100-M CAM
|
Параметр |
Значение |
|
|
Ёмкость энкодера (max), бит |
25 |
|
|
Число импульсов на оборот, имп./об. |
8192 |
|
|
Напряжение питания, В |
11-24 |
|
|
Мощность рассеивания, Вт |
< 4 |
|
|
Количество дискретных выходов |
32 |
|
|
Максимальный потребляемый ток, мА |
100 |
|
|
Рабочее число оборотов, об. |
3000 |
|
|
Допустимое число оборотов, об. |
6000 |
|
|
Рабочая температура, 0С |
60 |
|
|
Момент инерции, |
||
|
Относительная влажность воздуха, % |
98 |
|
|
Класс защиты |
IP50 |
В таблице 1.14.3 приведены основные технические данные MTS-Temposonics-R-Series.
Таблица 1.14.3 - Технические данные MTS-Temposonics-R-Series
|
Параметр |
Значение |
|
|
Ёмкость энкодера (max), бит |
25 |
|
|
Формат данных |
Двоичный код Грэя |
|
|
Напряжение питания, В |
24 |
|
|
Ток утечки, мА |
70 |
|
|
Разрешение (m), мкм |
2 |
|
|
Рабочая температура, 0С |
-40+750C |
|
|
Класс защиты |
IP65 |
Данный энкодер обладает весьма высокой точностью измерения линейного перемещения. Принцип его действия основан на магнитострикционном явлении (т.е. на изменении формы и размеров тела при его намагничивании).
1.14 Плата управления базовой платы I/O OPT-A1
В преобразователях частоты секций R01 - R08 установлены следующие платы: платы входов/выходов ОРТ - А1, ОРТ - AF, коммуникационная плата PROFIBUS ОРТ - СЗ, коммуникационная плата CANBUS ОРТ - D2, дополнительно к перечисленным платам в инверторах тянущих роликов и машинах горячей и предварительной правки установлены платы датчиков скорости ОРТ - А5.
Блок управления инвертором состоит из модуля управления и свободных модулей, присоединяемых на пять разъемов (A...E) на модуле управления. Модуль управления присоединяется к силовому блоку посредством D-соединителя.
В состав модуля управления также входят платы входов/выходов и коммуникационные платы. Ниже на рисунке представлена упрощенная блок-схема инвертора Converteam LV7000 (рисунок 1.15.3).
Рисунок 1.15.4 - Блок-схема инвертора Converteam LV7000
В преобразователях частоты секций R01 - R08 установлены следующие платы: платы входов/выходов ОРТ - А1, ОРТ - AF, коммуникационная плата PROFIBUS ОРТ - СЗ, коммуникационная плата CANBUS ОРТ - D2, дополнительно к перечисленным платам в инверторах тянущих роликов и машинах горячей и предварительной правки установлены платы датчиков скорости ОРТ - А5.
Когда инвертор поставляется с завода, в блок управления обычно входят два основных модуля (модуль входов/выходов и релейный модуль), которые, как правило, устанавливаются в разъемы А и В. На следующих страницах показано расположение клемм управляющих входов/выходов и релейные клеммы двух основных модулей и общая схема соединений и описание управляющих сигналов. Модули входов/выходов, устанавливаемые на заводе, маркируются в типовом коде. Более подробную информацию по опционным (свободным) модулям. Модуль управления можно питать от внешнего источника (+24В), присоединив его на инверсную клемму #6. Этого напряжения достаточно для параметризации и поддерживания полевой шины (fieldbus) в активном состоянии.
Инверторы оснащены платами A1 и A2 в качестве стандартных (рисунок 1.15.5). На базовом модуле A1 имеются четыре блока перемычек (X1, X2, X3 и X6) в каждом из которых имеется по восемь штифтов и две перемычки (рисунок 1.15.2).
Рисунок 1.15.5 -Общий вид схемы соединений базовой платы I/O (OPT-A1)
Контрольные соединения изолированы от потенциала сети, а клеммы GND постоянно соединены с землей. Цифровые входы гальванически изолированы от земли входов/выходов. Дополнительно релейные выходы на напряжении 300 В переменного тока изолированы друг от друга (двойная изоляция) EN-50178.
Управляющие сигналы входов/выходов представлены в таблице 1.15.1
Таблица 1.15.1 - Управляющие сигналы входов/выходов на базовом модуле OPT-A1
Пользователь может создавать функции инвертора, наиболее соответствующие его требованиям по своему выбору, изменяя положения перемычек на модуле OPT-A1. Положения перемычек определяют тип сигнала аналоговых и цифровых входов.
1.15 Выбор и разработка функциональной схемы САР электропривода проектируемого механизма
1.15.1 Функциональная схема САР положения
Система векторного управления асинхронным электроприводом в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя. Формирование момента АД возможно за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцеплений 1, , 2, токов I1, I2 и фазовых сдвигов между ними. От того, какие векторы выбраны в качестве регулируемых, зависит принцип построения и техническая реализация системы управления электроприводом.
При стабилизации потокосцепления ротора (при 2 =const) механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ независимого возбуждения. Поскольку теория и технические решения замкнутых систем управления электроприводом с ДПТ независимого возбуждения достаточно апробированы, то понятна привлекательность применения систем векторного управления с управлением по потоку ротора.
Установка датчиков магнитного поля в воздушном зазоре АД в системах прямого управления векторами его потокосцеплений требует дополнительных изменений в конструктивных решениях серийно выпускаемых АД и сопровождается снижением надежности электропривода. Поэтому в современных и наиболее совершенных частотно-регулируемых электроприводах, где системы программного управления реализованы на основе микропроцессорной техники, информация о векторах потокосцеплений электрической машины получается косвенным путем на основе ее математических моделей. На рисунке 1.16.1.1 представлена функциональная схема системы автоматического регулирования положения электропривода с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора.
Система имеет два основных канала управления - положением нажимного винта S и модулем потокосцепления ротора 2 АД. Канал регулирования положения в свою очередь имеет внутренний контур регулирования угловой скорости АД с подчиненным ему контуром регулирования тока . Канал регулирования модуля потокосцепления имеет внутренний подчиненный контур регулирования тока . Токи и являются составляющими тока статора в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью 0эл магнитного поля двигателя.
Сигнал задания положения поступает на сумматор 1, где он сравнивается с сигналом отрицательной обратной связи по положению . Сигнал обратной связи по положению получен с выхода цифрового интегратора А13, где с учетом передаточного числа механизма (отношения линейной скорости НВ к угловой скорости двигателя) происходит преобразование последовательности импульсов с выхода импульсного датчика BV в сигнал, пропорциональный перемещению НВ.
Сигнал рассогласования с выхода 1 поступает на вход регулятора перемещения РП, имеющего нелинейную характеристику вследствие того, что НВ работает с различными перемещениями (малыми, средними, большими). Для ограничения максимальной скорости необходимо ограничивать задание на скорость, т.е. выход регулятора положения. С этой целью установлен блок ограничения БО1 на выходе РП, ограничивающий задание на скорость на уровне номинальной.
Сигнал задания скорости АД предварительно поступает на вход задатчика интенсивности ЗИС, формирующего на выходе сигнал задания скорости с темпом, обеспечивающим ограничение ускорений в соответствии с технологическими требованиями к электроприводу и максимально допустимыми динамическими перегрузками по току и электромагнитному моменту АД.
Сигнал рассогласования на выходе сумматора 2 сигнала управления и сигнала реальной скорости АД с выхода импульсного датчика BV, пропорциональный абсолютному скольжению АД, поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости РС. Его выходной сигнал uрс формирует сигнал задания Мз электромагнитного момента, необходимого для полной компенсации скольжения АД.
Сигнал задания электромагнитного момента Мз ограничивается блоком БО2 на уровне задания, соответствующего выбранному максимальному значению электромагнитного момента АД. Задание этого значения определяется внешними сигналами управления Мmax1 и Мmax2. В зависимости от энергетических режимов работы электропривода предусмотрена коррекция по ограничению максимально допустимых моментов АД (блоки MIN и MAX). Так, при отсутствии дополнительного блока рекуперативного торможения в силовой цепи выпрямителя на входе автономного инвертора напряжения UZF для ограничения максимально допустимой рекуперируемой активной мощности Ра.m и, соответственно, ограничения перенапряжения на емкостном фильтре выпрямителя, в режиме рекуперативного торможения АД в блоке А2 в функции от скорости АД или частоты его питания f1 формируются сигналы Мо1 и Мо2 , уменьшающие уровень задания электромагнитного момента АД. Функциональная связь между Ра.m , частотой f1 с учетом ее максимального значения f1max , качественно отраженная в блоке А2, которая определена их математической моделью и корректируется при автоматической идентификации параметров электропривода.
Ограничение электромагнитного момента АД связано и с выбором максимально допустимого тока статора I1max. С этой целью в блоке А3 с учетом максимального значения напряжения питания АД U1max и реального значения составляющей тока статора I1x по оси x определяется вектор максимально допустимой составляющей тока статора I1у.max. Выходной сигнал блока произведения I1у.max на потокосцепление ротора 2 , пропорциональный реальному максимально допустимому электромагнитному моменту АД и контролирует ограничение выходного сигнала Мз*.
Для постоянства задания электромагнитного момента при изменении потокосцепления ротора в соответствии с уравнениями определения момента используется блок деления БД сигнала Мз* на выходе БО2 на сигнал, пропорциональный 2. Выход БД формирует сигнал задания I1уз составляющей тока статора по оси у.
Для коррекции по динамической составляющей момента на валу АД в структуре управления электроприводом предусмотрена возможность подключения на вход сумматора 3 сигнала отрицательной обратной связи, пропорционального производной по скорости АД (устройство А1).
Входом РID является выходной сигнал сумматора 4 , где сравниваются сигналы, пропорциональные текущему Ud.ist и установленному максимально допустимому Ud.max напряжениям на выходе выпрямителя UZF. Рассматриваемый узел способствует управлению моментом АД во время кратковременных отключений или возможных уменьшений напряжения питающей сети преобразователя частоты. При кратковременных отключениях сети управление может быть продолжено за счет рекуперации кинетической энергии вращающегося вала АД в цепь выпрямителя UZF.
Сигнал задания потокосцепления ротора 2з формируется в блоке А5. Функциональная связь между реальной частотой f1 выходного напряжения преобразователя и потокосцеплением ротора АД определяет постоянство 2з на уровне задания номинального потокосцепления ротора 2ном при f1 f1max f1.ном.
Сигнал f1max , корректирующий допустимую максимальную частоту выходного напряжения преобразователя UZF, формируется расчетным путем по модели АД в блоке А4 в зависимости от заданного максимально допустимого напряжения питания статора U1max . Значение U1max определяется напряжением Udc на выходе силового фильтра выпрямителя UZF с коррекцией по сигналу , пропорционального максимально возможной глубине модуляции выходного напряжения UZF.
Сигнал 2з задания потокосцепления ротора с выхода блока А5 в результате перемножения на выходной сигнал блока А7 преобразуется в сигнал *2з , изменяющийся во времени с темпом, определяющим время возбуждения АД. Лишь по истечению этого времени, когда возбуждение АД достигнет установившегося значения, в системе управления преобразователем частоты появляется логический сигнал на разрешение управления преобразователем со стороны сигнала uзс управления электроприводом. Значение времени возбуждения АД может быть задано как внешним сигналом tв блока А7, так и определено при автоматической идентификации параметров АД.
В структуре управления предусмотрена возможность адаптации потока ротора к нагрузке АД, способствующая снижению суммарных магнитных потерь в машине при уменьшении нагрузки. С этой целью сигнал I1уз задания составляющей тока статора по оси у поступает на блок А8, где при заданном минимально допустимом значении потока ротора 2min и заданном коэффициенте адаптации ка формируется сигнал, определяющий поток ротора в зависимости от нагрузки АД. При включенном контуре адаптации потока ротора блок А9 выделяет минимальное значение сигнала задания *2з.
В соответствии с уравнением
; (1.16.1.1)
и заданием потокосцепления ротора в блоке А6 по математической модели АД определяется сигнал задания составляющей тока статора I1x . Каждая из составляющих I1у и I1x тока статора сравнивается на 6 и 7 со своими текущими значениями I1у.ist и I1x.ist , которые выделяются в блоке UVF векторного преобразования токов I1А и I1С в цепи обмоток фаз А и С статора АД. Угол 0.эл поворота осей координат х и у, вращающихся со скоростью электромагнитного поля АД, формируется в блоке А11 согласно частоте f1.
Сигналы рассогласования задающих и реальных значений составляющих тока статора поступают на входы их соответствующих регуляторов РТх и РТу. Выходные сигналы регуляторов после суммирования на 8 и 9 с сигналами компенсации составляющих и учета внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, сформированными в блоке А12, поступают на координатный преобразователь К/Р. В зависимости от его входных сигналов, пропорциональных заданию составляющих выходного напряжения преобразователя в осях х , у на выходе К/Р формируются сигналы u1з и , определяющие соответственно амплитуду и фазу вектора напряжения в двухфазной системе координат , , неподвижной относительно статора АД. Регулятор напряжения РН, на входе которого сравниваются сигналы задания u1з и реального значения напряжения u1ist на выходе выпрямителя UZF, обеспечивает стабилизацию его выходных напряжений. Сигналы задания выходного напряжения преобразователя u1 и совместно с сигналом f1, определяющим частоту выходного напряжения преобразователя частоты, трансформируются в преобразователе координат ПК в эквивалентные сигналы u1А , u1В , u1С трехфазной системы координат, определяющие выходные напряжения UZF.
Формирование сигнала f1 задания частоты выходных напряжений UZF обеспечивается суммированием на 10 и 11 сигнала реального значения скорости АД, поступающего с импульсного датчика BV, и сигналов fsI , fsЭ, определяющих частоту скольжения АД соответственно в функции тока и ЭДС двигателя. Вычисление fsI осуществляется в блоке IM математической модели двигателя по току, на вход которого совместно с текущими значениями I1у.ist и I1x.ist составляющих тока статора в осях х, у подается сигнал R2 , пропорциональный сопротивлению ротора АД.
В блоке ЭМФ математической модели АД, на вход которого кроме текущих значений I 1у ist и I 1x ist составляющих тока статора поступает сигнал R1 , пропорциональный результирующему сопротивлению цепи статора, формируются два выходных сигнала: 2 - определяющий потокосцепление ротора, и Е1 - пропорциональный ЭДС двигателя.
В схеме реализована логика управления, обеспечивающая раздельное подключение сигналов fsI и fsЭ на вход 10 и 11 в зависимости от заданной частоты выходного напряжения UZF. При малых частотах действует контур коррекции по току, обеспечивая компенсацию падения напряжения на сопротивлении статора; при больших частотах - по ЭДС двигателя, обеспечивая коррекцию скорости АД. Выбор частоты, при которой переключаются контуры коррекции, определяется экспериментально. Максимально допустимая частота выходного напряжения UZF ограничивается сигналом fогр блока БО3.
Значения сигналов R1 и R2 формируются в блоке А10 тепловой модели АД, куда поступает совокупность сигналов р , включающих в себя информацию о сопротивлениях цепи статора и ротора, определенных при автоматической идентификации параметров двигателя, степени влияния на них температуры собственно двигателя и окружающей среды, условий охлаждения двигателя, о наличии выходных фильтров преобразователя.
1.15.2 Расчет структурной схемы САР и выбор параметров регуляторов
Принцип векторного управления асинхронным двигателем основан на преобразовании измеренных в неподвижной системе , координат двигателя (напряжений, токов, потокосцеплений и т.п.) к вращающейся системе координат x, y. В результате такого преобразования выделяются составляющие соответствующих обобщенных векторов во вращающейся системе координат, которые будут иметь постоянные, в установившемся режиме, значения. Регулирование их позволяет осуществить раздельное управление скоростью и потокосцеплением АД [8].
Подобные документы
Выбор системы электропривода и типоразмера электродвигателя. Выбор силового оборудования и расчет параметров электропривода. Синтез системы автоматического управления. Анализ статических показателей, динамики электропривода. Расчет узлов ограничений.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 13.01.2016Проектирование силовой части привода, статических и динамических режимов автоматизированного электропривода с аналоговой и цифровой системой управления. Выбор трансформатора и тиристоров, определение параметров регуляторов и датчиков обратных связей.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 31.05.2010Техническая характеристика конвейерного транспорта, разработка системы автоматического управления. Выбор силового электрооборудования. Построение структурной схемы регулирования тока, контура регулирования скорости. Синтез системы векторного управления.
курсовая работа [842,6 K], добавлен 27.03.2013Проектирование системы однозонного регулирования скорости. Структурная схема заданной части автоматизированной системы управления. Расчет датчиков тока и скорости. Выбор комплектного электропривода и трансформатора. Синтез цифрового регулятора скорости.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 25.12.2014Определение структуры и параметров объекта управления электроприводом (ЭП). Расчёт параметров элементов структурной схемы двухконтурной системы ЭП. Выбор элементов задатчика тока возбуждения. Разработка конструкции блока управления электропривода.
реферат [158,0 K], добавлен 29.07.2009Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления: моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества, разработка принципиальной электрической схемы и выбор датчиков управления элементами электропривода.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 05.01.2010Оптическая телевизионная система сопровождения цели. Выбор исполнительного двигателя следящей системы и передаточного отношения силового редуктора. Анализ принципиальной схемы устройства управления исполнительным двигателем. Выбор силовых транзисторов.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 17.11.2012Составление структурной схемы электропривода с непрерывным управлением. Выбор элементов системы автоматизированного непрерывного регулирования. Моделирование двухконтурной системы по току якоря. Расчет контура регулирования по скорости вращения вала.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.01.2015Формирование статических механических характеристик электропривода с целью стабилизации скорости. Система непрерывного управления скоростью. Определение структуры и параметров объекта управления, разработка алгоритма. Конструкция блока управления.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 29.07.2009Функциональная и структурная схемы электропривода. Переход к относительным единицам. Определение параметров силового электрооборудования. Построение статических характеристик замкнутой системы электропривода. Выбор типа регуляторов и расчет их параметров.
курсовая работа [90,9 K], добавлен 17.04.2010
