Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
zip

Расчётная «Автоматизированный электропривод полиграфической машины» по Электрооборудованию полиграфических машин (Артыков Э. С.)

Содержание

Техническое задание 3

Исходные данные 3

Задание 4

1. Нагрузочная диаграмма и механическая характеристика ЭП 5

2. Расчет мощности электродвигателя, выбор АДк.з.р. и построение его

механической характеристики 6

3. Кинематическая схема привода 8

4. Расчет момента тормозного электрического среднего и тормозного

сопротивления ПЧ 9

5. Выбор и описание функциональной схемы системы автоматического управления 15

6. Принципиальная схема ЭП 16

7. Анализ возможности применений разработанной САУ ЭП 17

Библиографический список 19

Техническое задание

Исходные данные

1. Механическая характеристика машины Мс.м = f(): Мс.м.н = 100 Нм, Мс.м.о = 55 Нм.

2. Нагрузочная диаграмма машины Мс.м = f(t) = const при t  .

3. Номинальная частота вращения вала машины: nм.н. = 115 об/мин.

4. Частота вращения вала машины на заправочной скорости в режиме “Толчок”: nм.з.т. = 12 об/мин.

5. Относительная точность поддержания заданной скорости двигателя при изменении Мс.. от 0 до Мс.макс: з. = 5%.

6. Момент инерции машины на её приводном валу: Jм. = 17 кгм2.

7. Вращающий момент ЭД передаётся к приводному валу машины посредством редуктора и клиноременной передачи: п. = 0,95; Jп. = 1,25Jдв..

8. Время разгона ЭП до заправочной и толчковой скорости: tраз.з.т. = 2 с.

9. Время разгона ЭП до номинальной скорости: tраз.н. = 5 с.

10. Номинальное напряжение задания на рабочую скорость: Uз.раб = 10 В.

11. Время торможения ЭП (технологическая остановка машины): tтор. = 1 с.

12. Среднее значение тормозного момента электромеханического тормозного устройства: Мт.мех.ср. = 0,5 Мн.дв..

13. Максимальное напряжение выхода задатчика рабочей скорости: Uз. = 10 В.

14. Максимально допустимый ток цепей задания скорости для режимов “Рабочая скорость”, “Заправка”, “Медленно” и “Толчок”: Imax = 20 мA.

15. Напряжение обратной связи контура регулирования скорости при  = н равно: Uон = 9,8 В.

Номер

п/п

не более

% с с C

30 575 340 1000 10 69 0,1 40 7 6

Задание

1. Привести нагрузочную диаграмму и механическую характеристику машины. Определить диапазон регулирования скорости.

2. Рассчитать требуемую мощность электродвигателя и выбрать по каталогу из условия Рн  Ррасч, Ud.0.т.п  Uн и с nн.дв., наиболее близкой к nм.н. Данные свести в таблицу.

По каталожным данным рассчитать и построить естественную электромеханическую характеристику ДПТ и требуемую электромеханическую характеристику электропривода. Определить перепад частоты вращения Δnн и сравнить с заданным значением перепада Δnзад. Определить передаточное число передаточного механизма.

3. Составить кинематическую схему привода и дать ее краткое описание.

4. Рассчитать среднее значение тормозного момента Мт.эл.ср, режима динамического торможения ДПТ, величину и мощность тормозного сопротивления, обеспечивающего необходимое время торможения. Рассчитать время свободного выбега машины. Построить механическую характеристику режима динамического торможения.

5. В соответствии с исходными данными обосновать и выбрать функциональную схему системы автоматического управления (САУ) электроприводом (ЭП). Дать описание выбранной САУ ЭП.

6. Разработать релейно-контакторную схему управления (РКСУ) ЭП, обеспечивающую все необходимые режимы работы машины, контроль основных параметров ЭП и сигнализацию. Дать описание работы схемы.

7. Разработать принципиальную схему спроектированного электропривода.

1. Нагрузочная диаграмма и механическая характеристика машины

Механическая характеристика машины

(рад/с)

Рис.1. 1 Механическая характеристика машины

Нагрузочная диаграмма машины

Рис. 1.2 Нагрузочная диаграмма машины

Диапазон регулирования скорости

2. Расчёт мощности электродвигателя и построение электромеханической характеристики

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 1000 об/мин

4А280S6 75 985 139 92 0,89 5,5 1,4 1,2 2,2 11,7 785

Для расчета механических характеристик двигателя необходимо по паспортным данным определить следующие параметры:

Передаточное число редуктора, приняв номинальную частоту вращения выбираемого двигателя за 985 об/мин:

Номинальная угловая скорость вращения:

(рад/с)

Номинальный момент двигателя:

Пусковой момент двигателя:

, где

Критический момент двигателя:

где Скольжение номинальное:

Критическое скольжение:

Частота вращения ротора при критическом моменте:

Скольжение в точке пуска Mп s=1, тогда частота вращения ротора n=0.

В номинальном режиме при Mн n=985 об/мин.

В точке идеального холостого хода при M=0 s=0 n=nо=1000 об/мин

Рисунок 2.1. Естественная механическая характеристика АД.

3.Кинематическая схема привода

Кинематическая схема электропривода печатной машины показана рис.3.1

Рис.3.1 Кинематическая схема привода

Основные элементы схемы электропривода:

ЭД – электродвигатель;

Ш1, Ш2– шкивы клиноременной передачи;

СМ – соединительные муфты, состоящие из двух полумуфт;

Р – редуктор (ряд шестерни), передача вращающего, количество шестерней зависит от его передаточного числа;

РМ – рабочая машина;

– валы.

Вращающий момент двигателя передается к валу рабочей машины через клиноременную передачу и редуктор, которые представляют собой передаточное устройство (ПУ). ПУ предназначен для привидения в соответствие частоты вращения двигателя с частотой вращения вала РМ и характеризуется Jп-момент инерции, iп-передаточное число, ηп- коэффициент полезного действия ПУ в целом

Рис.3.2 Упрощённая кинематическая схема привода

Jдв – момент инерции двигателя;

w - 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, клиноременной передачи и т.д;

hп – коэффициент полезного действия передаточного механизма;

wм – скорость вала рабочего органа машины;

Мм – вращающий момент на валу рабочей машины;

Мс.м – момент сопротивления на валу рабочей машины;

Jм – момент инерции рабочей машины;

Рм – мощность на валу рабочей машины.

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.

4. Расчет момента тормозного электрического

среднего и тормозного сопротивления ПЧ

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 выше выражения следует:

,

где J – общий момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя

Мс.о. – момент сопротивления, приведенный к валу двигателя машины при  = 0:

Мс.н. – момент сопротивления, приведенный к валу двигателя машины при  = н.:

– 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, рассеиваемая на тормозном резисторе:

Вт Рисунок 4.1. Механические характеристики двигательного режима

и режима динамического торможения.

Модель преобразователя EI-9011-100-H

Выходные характеристики Полная мощность преобразователя, кВА 100

Номинальный ток, А 150

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)

Тормозной крутящий момент Тормозной прерыватель может быть встроен или использован внешний

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

Энергия, возвращающаяся в ПЧ во время торможения, когда ЭД работает как генератор, вызывает повышение в промежуточном контуре преобразователя. Во избежание этим напряжением максимально допустимого уровня для преобразователя прерыватель включает в цепь тормозной резистор, который преобразует излишнюю энергию в тепло.

4.2. Схема преобразователя частоты с тормозным резистором

5. Выбор и описание функциональной схемы системы автоматического управления (САУ) ЭП.

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)

- необходимо использовать замкнутую САУ ЭП с обратной связью по скорости.

Рисунок 5.1. Функциональная схема САУ ЭП

SF – автоматический выключатель; ИПТ – стабилизированный источник постоянного тока; ПЛК – программируемый логический контроллер; ПЧ – преобразователь частоты; ТУ – тормозное устройство (тормозной прерыватель); 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.

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. 6 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;

А4 – тормозной прерыватель;

М – трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором;

SF1 – автоматический выключатель.

Рис.6.1 Принципиальная схема САУ ЭП.

7. Анализ возможности применений разработанной САУ ЭП.

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).

Пример

Heidelberg Speedmaster CD-102

Листовая полноцветная офсетная печатная машина, с четырьмя печатными секциями и лаковым модулем (водно-дисперсионный лак), формата А1 (16 полноцветных полос формата А4).

Двигатель большой мощности приводит в движение цилиндры печатной секции (формные, офсетные) с помощью механических передаточных устройств.

Технические характеристики печатной машины:

4 красочных секции (4+0)

Лаковый модуль

Спиртовое увлажнение

ИК сушка

Максимальный формат бумаги 720 x 1020 мм

Минимальный формат бумаги 280 x 420 мм

Запечатываемое поле 700 x 1010 мм

Скорость печати до 10000 экземпляров в час

Главный привод многокрасочных машин оснащен регулируемым по частоте асинхронным двигателем переменного тока с преобразователем частот Omron XV. Компактный и надежный регулятор скорости привода на основе частотного преобразователя управляется от микропроцессора с комплектной внутренней диагностикой. Благодаря широкому диапазону регулирования скорости можно выполнять толчковую подачу машины двигателем главного привода без необходимости отказа от непрерывной регулировки скорости привода подачи. Благодаря вышесказанному кинематическая схема привода машины упростилась и повысилась ее надежность. Все регулируемые значения преобразователя частоты (регулятора скорости) запрограммированы в ПЛК.

Рисунок 7.1. Печатная машина Heidelberg Speedmaster CD-102

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.

4. Воронцов В.И., Воякин С.Н.Методика решения основных задач электропривода –

Благовещенск.: ДальГАУ, 2010-67 с.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении