Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Расчётная «Автоматизированный электропривод» по Общей электротехнике и электронике (Артыков Э. С.)

Введение

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управления технологическими процессами. ЭП состоит из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств.

ЭП может быть автоматизированным и неавтоматизированным; первый в отличие от второго имеет систему автоматического управления (САУ) и обеспечивает рациональное ведение технологического процесса. Полиграфические машины последнего времени оснащены большим количеством электроприводов постоянного и переменного тока различной сложности – от простейших нерегулируемых электроприводов до сложных многоконтурных систем с подчиненным регулированием с двигателями постоянного и переменного тока различной мощности – от сотен ватт до сотен киловатт.

Современная система автоматического управления электроприводом может быть успешно реализована при использовании последних достижений в области электроники, преобразовательной техники, микропроцессорной техники и электронных вычислительных машин.

Блок-схема автоматизированного ЭП может выглядеть следующим образом:

Рис.1 Структурная схема автоматизированного электропривода

ЭСУ – энергетическая (силовая) часть системы управления.

ИСУ – информационная часть системы управления.

СУ – система управления.

МЧ – механическая часть электропривода.

ЭД – электродвигатель.

РД – ротор двигателя.

ЭМП – электромеханический преобразователь.

ПМ – передаточный механизм.

ИМ – исполнительный механизм.

Цель работы – расширить, углубить и закрепить знания, полученные студентами на лекциях лабораторных занятиях, а также приобретение навыков самостоятельного проектирования САУ электроприводами

Содержание

1. Исходные данные 3

2. Нагрузочная диаграмма и механическая характеристика машины 4

3. Расчет требуемой мощности и выбор электродвигателя 5

4. Разработка функциональной схемы электропривода 7

5. Разработка алгоритма работы ПМ и программирование ПЛК 14

6. Разработка принципиальной схемы электропривода 16

7. Анализ возможности применения разработанной САУ ЭП 17

8. Список использованной литературы 18

1. Исходные данные.

Механическая характеристика машины .

Нагрузочная диаграмма машины

Номинальная частота вращения вала машины .

Частота вращения вала машины на заправочной скорости и в режиме «Толчок»,

Относительная точность поддержания заданной скорости двигателя при изменении от 0 до

Момент инерции машины на ее приводном валу-

Вращающий момент электродвигателя передается к приводному валу машины посредством редуктора и клиноременной передачи,

Время разгона электропривода до заправочной и толчковой скорости

Время разгона электропривода до номинальной скорости

Номинальное напряжение задания на рабочую скорость равно 10 В.

Время торможения электропривода (технологическая остановка машины), , сек.

Среднее значение тормозного момента электромеханического тормозного устройства

Максимальное напряжение задатчика рабочей скорости равно 10 В.

Максимальный ток цепей задатчика скорости для режимов «Толчок», «Медленно», «Заправка», «Рабочая скорость» - 20 mA.

Заданные значения параметров элементов указаны на функциональной схеме.

Номер

п/п

не более

% с с С

16 245 187 290 20 20 6 5 2 1

2. Нагрузочная диаграмма и механическая характеристика машины

Нагрузочная диаграмма машины

Механическая характеристика машины

(рад/с)

Диапазон регулирования скорости

3. Расчет требуемой мощности и выбор электродвигателя.

Исходной информацией для расчета требуемой мощности электродвигателя является нагрузочная диаграмма машины и скорость вращения вала машины . Определим требуемую мощность на валу машины, .

Вт.

Расчетная мощность для

Вт. Из каталога выбираю 3-х фазный из условия с наиболее близким к .

Тип двигателя

мощность, кВт При номинальной

мощности , маховой

момент ротора,

Масса, кг

,

частота вращения,

об/мин , ток статора

А, при напряжении

380 В

, кпд,%

Синхронная частота вращения 750 об/мин

4А160S8 7,5 730 17,7 86,0 0,75 6,0 1,4 1,0 2,2 0,55 135

Момент инерции двигателя .

Передаточное число редуктора

Механическая характеристика двигателя

(рад/с)

4. Разработка функциональной схемы электропривода

Проектирование систем электропривода обычно проводится от простого к сложному. Прежде всего, необходимо на основе требований к электроприводу, изложенных в техническом задании, рассмотреть возможность использования разомкнутой (без внешних обратных связей) системы автоматического управления (САУ) электроприводом (ЭП). Для этого необходимо определить перепад частоты вращения двигателя при и сравнить его с заданным значением . Если можно использовать разомкнутую САУ ЭП, если необходимо использовать замкнутую САУ ЭП по скорости.

(об/мин).

(об/мин)

- можно использовать разомкнутую САУ ЭП.

В электроприводах по системе «ПЧ-АД» используется ПЧ, имеющие тормозной прерыватель и тормозное сопротивление, и без них. Выбор того или иного варианта ПЧ зависит от необходимости использования режима динамического торможения АД к.з.р для обеспечения заданного значения времени торможения, .

Здесь J- общий момент инерции привода; - номинальная угловая скорость двигателя; - среднее значение момента сопротивления машины, приведенного к валу двигателя; - момент тормозной механический средний и момент тормозной электрический средний соответственно.

Из приведенного ниже выражения следует:

– среднее значение момента сопротивления машины, приведенное к валу двигателя.

Момент тормозной механический средний:

Среднее значение тормозного электрического момента:

, необходимо использовать ПЧ с прерывателем и тормозным резистором и произвести расчет тормозного резистора .

Цепь динамического торможения АД питается от звена постоянного тока (ЗПТ) ПЧ, В.

,

Тогда требуемое значение тока тормозного для обеспечения (расчетного):

А Сопротивление тормозного резистора:

Ом Мощность тормозного резистора:

Вт

Модель преобразователя EI-9011-015-H

Выходные характеристики Полная мощность преобразователя, кВА 15

Номинальный ток, А 25

Максимальное выходное напряжение Трехфазное 380/400/415/440/460 В

Номинальная выходная частота Вплоть до 400 Гц

Источник питания Номинальное входное напряжение и частота Трехфазное 380/400/415/440/460 В 50/60 Гц

Допустимые отклонения напряжения +10%, -15%

Допустимые отклонения частоты

Характеристики цепи управления Метод управления Синусоидальная широтно-импульсная модуляция

Стартовый крутящий момент 150% при 1 Гц

Диапазон управления скоростью 1:100

Точность управления скоростью

Полоса пропускания ПИД-регулятора по скорости 5 Гц

Ограничение крутящего момента Определяется установками (по одному параметру для каждого из четырех квадрантов)

Точность по моменту

Полоса пропускания ПИД-регулятора по моменту 20 Гц

Диапазон управления частотой От 0,1 до 400 Гц

Точность частотных режимов Цифровая команда: 0,01%

Аналоговая команда: 0,1%

Разрешение по частоте

Опорный цифровой сигнал: 0,01 Гц

Опорный аналоговый сигнал: 0,03 Гц/60 Гц

Запас по перегрузке 150% от номинального выходного тока 1 минуту

Сигнал задания частоты То -10 до 10 В, от 0 до 10 В, от 4 до 20 мА

Время разгона/торможения

От 0,01 до 3600 с (Времена разгона/торможения имеют независимые установки)

Защитные функции Защита электродвигателя от перегрузки Защищен с помощью электронного термического реле перегрузки

Мгновенная перегрузка по току Электродвигатель инерционно останавливается примерно при 200% от номинального тока преобразователя

Защита плавкими предохранителями При нарушении предохранителей электродвигатель инерционно останавливается

Перегрузка Электродвигатель начинает инерционно останавливаться через минуту работы при 150% от номинального тока преобразователя

Перенапряжение Электродвигатель инерционно останавливается, если напряжение на шине постоянного тока превышает 820 В

Недостаточное напряжение Электродвигатель инерционно останавливается, если напряжение на шине постоянного тока 380 В

Кратковременное отключение питания Немедленное отключение при кратковременном прекращении подачи питания на 15 мс (заводская установка) и более

Перегрев радиатора-теплоотвода Защищен термистором

Предотвращение срыва Предотвращение срыва во время разгона/торможения и вращения с постоянной скоростью

Защита от токов утечек Защищен электронной цепью (нарушение баланса выходных токов)

Световой индикатор «Заряд» Световой индикатор «Заряд» горит, пока напряжение шины не упадет ниже 50 В

Окружающая среда Температура окружающей среды -10° … +40° С (в пластмассовом корпусе) и -10° … +45° С (в металлическом корпусе)

Влажность Относительная влажность не более 90 %

Температура хранения от -20° до +60° С

Размещение Внутри помещения, защищенного от коррозийных газов и пыли.

Высотность Не более 1000м

Вибрация от 9,81 м/с2 (1g) при менее, чем 20 Гц; до 1, 96 м/с2 (0,2g) от 20 до 50 Гц

Схема преобразователя частоты с прерывателем

и тормозным резистором

Функциональная схема САУ ЭП.

SF – автоматический выключатель; ИПТ – стабилизированный источник постоянного тока; ПЛК – программируемый логический контроллер; ПЧ – преобразователь частоты; ТУ – тормозное устройство; КУ – коммутационное устройство; ЭМТ – электромеханический тормоз; ИДС – импульсный датчик скорости; ПМ – полиграфическая машина; ЭД – асинхронный двигатель с к.з.р. с встроенным ЭМТ и ИДС; ПУ – пульт управления ПМ.

5. Разработка алгоритма работы печатной машины и программирование ПЛК.

В большинстве полиграфических машин (ПМ) и агрегатов предусмотрены режимы «Толчок вперед», «Толчок назад»; в этом случае работа машины происходит, пока нажата соответствующая кнопка. Этот режим используется при проведении пуско-наладочных работ. Скорость в этом режиме составляет 1-10% от номинальной скорости вне зависимости от типа машины. В этом режиме возможна подача звукового сигнала при первом включении.

Режим «Медленно» или «Заправка» предусматривает длительный режим работы машины на скорости 1-10% от номинальной. В этом режиме работы обязательна подача звукового и светового сигнала перед пуском.

Режим «Рабочая скорость» предусматривает длительный режим работы машины на скорости, установленной оператором. Как правило, в схемах управления полиграфических машин пуск на рабочую скорость может осуществляться только после режима «Медленно» или «Заправка».

На всех режимах работы ПМ одновременно с включением электродвигателя происходит автоматическое включение катушки электромагнитного тормоза, в результате чего происходит растормаживание машины.

В настоящее время управление полиграфическими машинами осуществляется посредством промышленных логических контроллеров (ПЛК).

Входы ПЛК связаны с кнопками управления всеми режимами работы, а также с кнопками управления технологическими процессами (включение красочного и увлажняющего аппаратов печатных машин, включение и выключение натиска, задание рабочей скорости и т.д.) технологическими блокировками и блокировками безопасности.

Релейно-контакторная схема управления приводом обеспечивает выполнение всех необходимых команд. Она питается напряжением 220 В постоянного тока от отдельного выпрямителя, который на схеме не показан. Этот выпрямитель включается автоматом SF1.

Кроме катушек реле, контакторов и кнопок управления в схеме имеется катушка электромагнита YB, растормаживающего машину. Она питается напряжением 220 В переменного тока.

Включение автомата SF1. после подачи питания на схему включается промежуточное реле К1. имеющийся в цепи катушки К1 контакт концевого выключателя SQ замкнут, когда рукоятка для ручного проворота машины не надета. Одновременно получают питание катушки реле времени КТ1 и КТ2, и эти реле подготавливаются к отсчету времени.

Команда «Толчок вперед». Нажатие кнопки SB2 приводит к включению реле К2, контакторов КМ1, КМ3 и электромагнита YB. Машина растормаживается. Узел задания скорости получает питание. Напряжение с потенциометра R2 через замкнутый контакт реле K5 и резистор R6 поступает на конденсатор С1. Двигатель трогается с места и через 0,4-0,5 с выходит на заправочную скорость, составляющую около 10% от номинальной. После отпускания кнопки SB2 схема возвращается в исходное состояние. Так как катушка YB отключилась, пружины сжимают колодки механического тормоза и машины быстро останавливается.

Команда «Толчок назад». Нажатие кнопки SB3 приводит к включению реле К3, контакторов КМ2, КМ3 и электромагнита YB. Отличие от предыдущего состоит лишь в том, что двигатель вращается в обратную сторону.

Контакты КМ2 и КМ3 в цепи катушки КМ1 и контакты КМ1 и К2 в цепи катушки КМ2 предотвращают одновременное включение контакторов КМ1 и КМ2.

Команда «Медленно». Нажатие кнопки SB4 приводит к включению реле К4. Один контакт этого реле шунтирует кнопку, и ее можно отпустить. Другой контакт включает звонок НА, предупреждающий о предстоящем пуске машины. Третий контакт размыкает цепь катушки реле времени КТ1, и оно начинает отсчет. Четвертый контакт подготавливает цепь для включения К2.

Через 3 секунды якорь реле времени КТ1 отпадает. Один контакт КТ1 отключает звонок НА, а другой – включает реле К2. Далее схема работает так же, как при команде «Толчок». Двигатель выходит на заправочную скорость и работает на ней до подачи другой команды.

Команда «Включение натиска». Механизм давления (натиск) включают, когда машина работает на заправочной скорости. Реле К5 еще не включено, его контакт в цепи кнопки SB6 замкнут, и поэтому нажатие этой кнопки приводит к включению реле К6 и электромагнита натиска.

Схема не разрешает включать натиск на высокой скорости во избежание поломок. В зоне рабочих скоростей контакт К5 в цепи кнопки SB6 разомкнут.

Команда «Пуск». Нажатие кнопки SB5 приводит к включению реле К5. В узле задания скорости переключается конденсатор С1 на заряд от потенциометра R1. Скорость двигателя плавно увеличивается. Машина выходит на рабочую скорость.

Команда «Стоп». Нажатие кнопки SB1 возвращает схему в исходное состояние. Машина затормаживается механическим тормозом.

6. Разработка принципиальной схемы электропривода.

Основанием для разработки принципиальной схемы электропривода являются: функциональная схема ЭП, в состав которой входят ранее обоснованные и выбранные узлы, элементы и устройства.

На рис. 4 приведена принципиальная схема системы автоматического управления электроприводом печатной машины.

В состав принципиальной схемы системы автоматического управления электроприводом печатной машины входят:

А0 – пульт управления; А1 – источник питания; А2 – программируемый логический контролер; А3 – преобразователь частоты; М – трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором; SF1 – автоматический выключатель.

7. Анализ возможности применений разработанной САУ ЭП.

Данную САУ ЭП возможно использовать для приведения в действие листовой печатной машины среднего формата и управления ею.

К главному электроприводу ЛПМ предъявляются следующие требования: работа машины в режимах «Толчок», «Заправка» и «Рабочая скорость», обеспечение плавного нарастания скорости во всех режимах работы с заранее заданной интенсивностью; точность поддержания заданной скорости во всем диапазоне ее регулирования.

Требованиям, предъявляемым к главным электроприводам ЛПМ, отвечает электропривод, построенный по системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором» с векторным управлением без внешней обратной связи по скорости.

Разработанная САУ ЭП отвечает всем вышеперечисленным требованиям и готова к использованию.

Список использованной литературы

1. Артыков Э.С. Электрооборудование полиграфических машин: учебник для вузов – М.: МГУП, 2005 – 399 с.: ил.

2. Никаноров В.Б., Шмелева Г.А. Электромеханические системы: учебное пособие – М.: МГУП, 2006 – 227 с.: ил.

3. Немцов М.В. Электротехника и электроника: учебник для вузов –

М.: Высш. шк., 2007 – 560 с.: ил.

Кинематическая схема привода

Кинематическая схема представлена на рис.2. и содержит следующие обозначения:

ЭД – электродвигатель,

СМ1, 2, 3 – соединительные муфты, причем каждая состоит их двух полумуфт,

Ш1,2 – шкивы клиноременной передачи вращающего момента,

Р – редуктор; Количество шестерен которого зависит от передаточного числа,

ПМ – передаточный механизм, предназначен для приведения в соответствие частоты вращения двигателя с частотой вращения вала рабочей машины.

РМ - рабочая машина.

Рис.2. Кинематическая схема привода

Упрощенная кинематическая схема:

Jдв – момент инерции двигателя;

 – угловая скорость вала двигателя;

М – вращающий момент на валу двигателя;

Мс – момент сопротивления машины, приведённый к валу двигателя;

Р – мощность на валу двигателя;

Jп –момент инерции передаточного механизма;

iп – передаточное число редуктора;

п – коэффициент полезного действия передаточного механизма;

м – скорость вала рабочего органа машины;

Мм – вращающий момент на валу рабочего органа машины;

Мс.м – момент сопротивления на валу рабочего органа машины;

Jм – момент инерции рабочего органа машины;

Рм – мощность на валу рабочего органа машины.

Рис. 3. Упрощенная кинематическая схема привода

Jм зависит от массы и геометрических размеров всех движущихся частей рабочей машины. В инженерных расчетах в механических звеньях, обладающих небольшими зазорами и незначительной упругостью, механические связи принимаются упругими. При этих допущениях движение одного элемента дает информацию о движении всех остальных. В электроприводе за базовый элемент берут вал ЭД.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении