Дипломная работа. Тема: «Разработка замкнутой системы электропривода, тип которой частотный преобразователь- асинхронный электродвигатель»

1.1 Технические характеристики мостового крана

Мостовой кран с грузоподъемностью 35 т установлен и эксплуатируется на участке сборки металлоконструкций цеха завода “Универсалмаш”.
Мостовой кран используется для погрузочно-разгрузочных работ на участке, установки и фиксации технологических сборочных единиц при сборке и сварке малых металлоконструкций.
Краны мостового типа бывают самыми распространенными видами грузоподъемных машин, которые применяются для эксплуатации внутрицеховых и внутризаводских грузопотоков.
Общий вид мостового крана показан на рисунке 1.

Рисунок 1 Общий вид мостового крана

Основные технические характеристики мостового крана приведены в таблице 1

Таблица 1 Основные технические характеристики мостового крана грузоподъемностью 35 т.
…

1.2 Электрооборудование

Мостовой кран рассчитан для работы от электрической сети трёхфазного переменного тока, напряжением 380 В, частотой 50 Гц.
Цепь управления электроприводами выполнена также на переменном токе, напряжением 380 вольт, Цепь общего освещения выполнена на 220 В, а цепь освещения в кабине и на ригеле – 12 В, через трансформатор 380/110/12 В.
Для приводов механизмов мостового крана применены крановые электродвигатели с фазным ротором, рассчитанные для работы в повторно-кратковременном режиме. Обмотки электродвигателей для работы от трёхфазной сети напряжением 380 вольт соединены в звезду.
Управление механизмами передвижения выполняется при помощи командоконтроллеров с ручным переключением скоростей движения механизмов подъема и передвижения.
…

1.3 Требования к электроприводу механизма передвижения моста

Подача электроэнергии к электроприводу механизма передвиже­ния осуществляется по цеховой троллейной линии 0.4 кВ от цеховой транс­форматорной подстанции ТП 6/0.4 кВ.
Частотные преобразователи раздельных электроприводов пере­движения крана подключаются к защитной панели крана с помощью силовых кабелей, прокладываемых в трубах.
Для питания датчиков скорости и бесконтактных индуктивных выключателей необходимы источники постоянного тока с напряжением 24 В из схемы электропривода.
Режим работы двигателей механизма передвижения повторно-кратковременный с реверсами и электромеханическим торможении (S5 по ГОСТ 183-74).
В соответствии с клиентским формуляром для двигателей допус­кается перегрузка не более 2.8.
Регулирование частоты вращения двигателя: однозонное,
диапазон регулирования с обратной связью по скорости: D = 100:1,
статическая ошибка регулирования скорости: δω = 0.
…

1.4 Обоснование и выбор системы электропривода

Технологические требования в части заданного диапазона и точности регулирования скорости можно обеспечить только электроприводом с замк­нутой системой автоматического регулирования (САР) скорости.
Модернизируемый вариант электропривода имеет привод с фазным ротором и релейно-контакторной системой управления.
Регулирование скорости в базовом варианте обеспечивается ступенча­тым изменением сопротивлений в цепи ротора.
Число пускорегулировочных сопротивлений в модернизируемом элек­троприводе передвижения крана равно 5. Система изменения пускорегулировочных сопротивлений – симметричная и обеспечивается магнитной пане­лью, включающую командоконтроллер и панель типа КТ с магнитными контакторами. Диапазон регулирования скорости электропривода с реостатным регулированием скорости не превышает 1.8:1, что значительно меньше технологических требований (100:1).
…

2.3 Расчёт и построение нагрузочной диаграммы

Путь, проходимый краном за время ,
где: время пуска и торможения двигателя,

Путь, проходимый краном за время ,
где: время установившейся скорости

Максимальный момент на валу двигателя в период разгона

Нм

Момент на валу двигателя в период движения с установившейся максимальной скоростью:

Нм

Момент на валу двигателя в период торможения

Диаграммы скорости и момента приведены на рисунке 5.
Рисунок 5 Диаграмма скорости и момента на валу двигателя

2.
…

2.4 Выбор преобразователя

Исходя из этого, максимальный потребляемый ток двигателя вычисляется по формуле

Поскольку номинальный ток ПЧ должен быть не менее:

Так как в данном приводе используются два двигателя, управляемые каждый своим преобразователем частоты, тогда номинальный ток ПЧ для данного привода должен быть не менее
По номинальному току выбираем преобразователь частоты Siemens Sinamics S120 мощностью 22 кВт (на заводской табличке) для номинального режима работы в количестве 2шт. Номинальный ток преобразователя равен 144А для номинальной частоты коммутации 4кГц в продолжительном режиме. С учётом требования ТЗ мощность преобразователя должна превышать мощность двигателя на 20%.
Тогда по формуле

условие выполняется.
Проверочный расчёт из условия, что преобразователи обеспечивают перегрузочный пусковой момент 170% от номинального момента.
…

2.5 Расчёт и построение естественной механической характеристики двигателя

Определим номинальную угловую скорость двигателя

Определим скорость идеального холостого хода, перегрузочную способность по моменту, номинальное скольжение

Определим критическое скольжение в двигательном режиме

Рассчитаем параметры схемы замещения и найдём номинальный приведённый ток ротора

Найдём приведённое активное сопротивление ротора

Найдём реактивную мощность в номинальном режиме:

ВА

Найдём ток намагничивания:

Рассчитаем индуктивное сопротивление короткого замыкания:

Найдём активное сопротивление цепи статора, используя формулу для критического момента:

0,2 Ом

Найдём коэффициента

Подставим найденные значения в формулы для определения момента:

По полученным данным построим зависимость f = М(), смотри рисунок 6.
…

3. Выбор осинового электрооборудования

В соответствии с основными требованиями к систему управления и электроприводу выбирается ком­плектный двух двигательный электропривод с общей синхронизирующей системой управления ско­рости.
Преобразователи частоты используются для управления асинхронными и син­хронными электродвигателями при высоких требованиях к динамике ре­гулирования по закону U/f = const.
Преобразователи серии SINAMICS S 120 могут компенсацировать определенное значение реактивной мощности в достаточно большом диапазоне значений коэффициента мощности, значения примерно от -0,8 до +0,8 (при заказе активного блока питания/рекуперации Smart). Поэтому может быть выбрана любая желаемая реактивная мощность без использования таких компенсаторов. Активный блок пи­тания/рекуперации преобразователя позволяет электроприводу не зависеть от определенных свойств питаю­щей сети и надежно работать в любых условиях, даже тяжелых.
…

4. Математическое моделирование электропривода

Векторное управление представлено в форме частотного управления, в котором в роли управляющих компонентов применяются пространственные векторы электромагнитных показетелей (магнитный поток, ток, напряжение статора, электромагнитная величина). При векторном управлении самостоятельно меняется магнитный поток и электромагнитный момент при помощи элементов вектора тока статора, благодаря чему обеспечивается возбуждение асинхронного электродвигателя, аналогичное ДПТ. Принципы векторного управления основаны на применении теории обобщенного электрического оборудования.
Функциональную схему системы регулирования координат асинхронного электродвигателя на основе векторного управления и определения потокосцепления ротора по форме потока можно увидеть на рисунке 13. АД получает питание от преобразователя частоты с элементом постоянного тока и независимым инвертором напряжения.
…