Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автоматический электро-привод

Министерство науки и образования Российской Федерации

Казанский Государственный Технический Университет

имени А. Н. Туполева Елабужский филиал

Курсовой проект по дисциплине

Работу выполнили:

студенты группы 22408

Проверил:

Елабуга, 2010.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………...3

1. Расчет мощности и выбор электродвигателя…………………………………………4

2. Выбор преобразователя ………………………………………………………………..7

3. Схема подключения преобразователя и двигателя…………………………………..11

4. Выбор кабельной продукции……………………………………………………...…..12

5. Выбор коммутационной и защитной аппаратуры………………………….………..13

6.Оисание функций выносного графического терминала……………………….…..…14

7. ПИД-регулятор……………………………………………………………….….……...16

8. Электромагнитная совместимость и заземление…………………………….….……19

9. Тепловая защита двигателя……………………………………………………....…….22

10 Рекомендации по установке…………………………………………………………...24

11. Техника безопасности при эксплуатации преобразователя частоты………...…….26

12. Заключение……………………………………………………………………….……27

13. Использованная литература…………………………………………………..………28

Введение

Электрический привод — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Проблема регулирования скорости движения машин и механизмов с целью экономии электроэнергии решалась в последние десятилетия в основном с помощью регулируемых электроприводов. Причём, если ещё в 70-80-х годах преобладающими были регулируемые электроприводы постоянного тока, то в настоящее время они повсеместно вытесняются регулируемыми электроприводами переменного тока, как правило, с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Объясняется это достижениями микроэлектроники, позволяющими реализовать небольшими аппаратными затратами довольно сложные алгоритмы управления электродвигателем переменного тока, который в общем случае предпочтительнее двигателя постоянного тока по надёжности, массе, габаритам и стоимости.

АСИНХРОННЫЙ электродвигатель - асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М. О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

Преобразователь частоты — радиоэлектронное устройство для преобразования электрического (электромагнитного) сигнала путём переноса его спектра на некоторый интервал по оси частот. Другие названия преобразователя частоты электродвигателя − инвертор, инвертер, частотный преобразователь. Это устройство контроля работы электрического двигателя посредством регулирования числа оборотов (частотного регулирования) электропривода.

Частотный преобразователь (ЧП) служит для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление. Частотный преобразователь — это устройство состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT) обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех - EMC-фильтр.

Частотное регулирование электроприводов позволяет повысить надёжность работы оборудования и систем, улучшить качество производимой продукции или услуг, автоматизировать производство, экономить ресурсы и энергию.

1. Расчет мощности и выбор электродвигателя

Параметры:

P1 = 82кВт t1 = 1, 5 с

Р2 = 34кВт t2 = 7,5 с

Р3 = 64кВт t3 = 1 с

Р4 = 22кВт t4 = 2,4 с

Р5 = 17кВт t5 = 3 с

α = 0,4 – коэффициент потерь

β0 = 0,25 – коэффициент ухудшения теплоотдачи

Тн = 55 мин – постоянная нагревания

nм = 2840 об/мин – частота вращения механизма

Расчет мощности и выбор эл.привода для двигателя технолог. машины

Таблица 1

Мощность P1, кВт	Р2, кВт	Р3, кВт	Р4, кВт	Р5, кВт
82	34	64	22	17
t 1, c	t 2, c	t 3, c	t 4, с	t 5, с
1,5	7,5	1	2,4	3

Нагрузочная диаграмма

По заданной нагрузочной диаграмме определяется время работы за один цикл:

Время работы двигателя:

Время паузы:

Время цикла:

Мах. мощность двигателя

Max. расчетный ток двигателя:

1.2. Определяется режим работы двигателя. Исходя из графика работы эл. двигателя делается вывод, что режим работы повторно-кратковременый.

1.3. Определяется расчетный коэффициент:

Т.к. , то режим длительный.

1.4. Определяется эквивалентная мощность:

Приведем полученную Pэкв к стандартной продолжительности включения:

1.5. В механизм установлен один двигатель. Двигатель выбирается по номинальному моменту по двум критериям.

Таблица 2

Тип	Рном, кВт	n, об/мин	Sн, %	Cosφ	КПД, %	Кн	Кmax	Кmin	Jд, кг/м2	Кi	Uн, В
АИР 200L2	45	2940	2	0,9	92,5	2,4	3,3	1,6	0,16	7,5	220

Кн =Мп / Мн

Кмах = Ммах / Мном

Кмin = Ммin / Мном

Кi - кратность пускового тока

Мном - номинальный момент

Мп - пусковой момент

Ммах - максимальный момент

Ммin - минимальный момент

Определяем номинальный ток электродвигателя:

Номинальный момент эл. двигателя:

Паспортные значения мах. из пусковых моментов:

Номинальные данные двигателя:

Номинальное напряжение статора	Uном = 230 В
Ток статора	Iном = 81,9 А
Пусковой ток статора	Iпуск = 614 А
Мощность на валу	Pн = 45кВт
Обороты	nном = 2940 об/мин
КПД	μ = 0,925
Номинальный момент	Mном = 146
Минимальный момент	Mdvmax. = 481,8
Максимальная частота вращения	nmax. = 3000 об/мин
Момент инерции ротора	J% = 0,16 кг·м2
Число пар полюсов	P = 2

1.6 Определение мах. момента нагрузки на валу эл. двигателя:

Условия проверки эл. двигателя на перегрузки:

- условие выполняется

Коэффициент снижения:

Тогда, мах. момент будет равен:

- условие выполняется

Мах. ток двигателя при P=Pmax

2. Выбор преобразователя

При питании электродвигателя от преобразователя напряжение и частота регулируется плавно. Определение напряжения и частоты необходимы для работы двигателя в заданной точке, сводиться к уточнению возможности обеспечение преобразователя уровня напряжения и частоты при различных нагрузках и колебаниях напряжения питающей сети. При питании синхронного двигателя от преобразователя частоты в процессе преобразуется напряжение промышленной частоты. В напряжение регулировки амплитуды и регулировки частоты возникают потери напряжения и мощности преобразователя. Обычно преобразователь имеет внутреннее обратные связи, и при изменении нагрузки двигателя выходное напряжение и частота практически не изменяться. Поэтому в дальнейшем напряжение и частота на статоре электродвигателя будем сочетать независимыми от нагрузки. Синхронная скорость двигателя зависит от частоты питающей сети и числа пар полюсов.

Для устойчивой работы двигателя необходимо изменение частоты поддерживать перегружавшую способность двигателя, что обеспечиваться регулированием напряжения на статоре по различным законам. Зависимость от частоты и от характера изменения статического момента. Эти особенности необходимо учитывать при расчете частоты и амплитуды напряжения. Наиболее распространенный закон изменения амплитуды напряжения пропорционально частоте в виде закона:

U/f=const,

при таком законе максимальный момент постоянен и не зависит от частоты.

Также не зависит от частоты: .

Это позволяет в расчетах использовать прием параллельного переноса естественной механической характеристики. При этом естественная характеристика перемешаться вдоль оси «w» и устанавливаться в т.Wзад, Mзад.

Из паспортных данных преобразователь частоты, следует что:

Из паспортных данных преобразователей частоты следует, что:

Номинальный ток преобразователя частоты должен быть не менее:

По IПЧ выбирается преобразователь частоты

ATV61HD45N4, P = 45 кВт, в количестве 1 штуки

По каталогу Iном = 94 А

С учетом требования тех. задания мощность преобразователя частоты должна превышать мощность двигателя на 20%.

Тогда

Выбираем преобразователь частоты

ATV61HD55N4, P = 55 кВт, Iном = 116 А

Проверочный расчет из условия, что преобразователь частоты обеспечивает перегрузочный пусковой момент 170% от номинального.

Мах. момент на валу двигателя

АИР 200 L2

Где Iном р.с. = 116 А - номинальный ток преобразователя частоты

Iном dv = 81,9 А - ном. ток двигателя

- условие выполняется

Окончательно выбираем преобразователь

ATV61HD55N4, P = 55 кВт, Iном = 116 А

Характеристики преобразователя

Двигатель		Сеть				Altivar 61HD55N4
Р, кВт	л.с.	I, А		S, кВА	Iк.з.мах, кА	Iмах, А		Iперех.
		380 В	480 В			380 В	480 В
55	75	120	101	81,8	22	116	96	139

Применение

Преобразователь частоты Altivar 61 используется для трехфазных асинхронных двигателей мощностью от 0,75 кВт до 630 кВт.

Преобразователь используется для создания современных систем обогрева, вентиляции и

кондиционирования воздуха (HVAC) в промышленных и коммерческих зданиях:

• вентиляция;

• кондиционирование воздуха;

• насосные агрегаты.

Преобразователь частоты Altivar 61 может уменьшить эксплуатационные расходы путем оптимизации потребления энергии, значительно повышая комфортность. Различные встроенные функции позволяют адаптировать преобразователь для использования в электрических установках, сложных управляющих системах и системах диспетчеризации инженерного оборудования здания.

При разработке преобразователя учитывалась необходимость электромагнитной совместимости и уменьшения гармонических составляющих тока.

В зависимости от характеристик, каждый тип (UL типа 1/IP 20 и/или UL типа 12/IP 54) либо имеет встроенные фильтры ЭМС класса A или B и дроссели звена постоянного тока, либо эти элементы доступны в качестве дополнительного оборудования.

Функции

Макроконфигурации и меню ускоренного запуска ПЧ Altivar 61 могут использоваться для быстрого запуска установок и моментальной настройки в дружественных пользователю диалоговых средствах.

Функции, разработанные специально для насосных и вентиляторных агрегатов

Энергосбережение, квадратичный закон по 2 или 5 точкам.

•Автоматический подхват вращающейся нагрузки с поиском скорости.

• Адаптация ограничения тока в зависимости от скорости.

• Подавление шума и резонанса посредством частоты коммутации, которая, в зависимости от номинальной нагрузки, может быть установлена до16 кГц во время работы, и случайной модуляции.

• Предустановленные скорости.

• Встроенный ПИД-регулятор, с предустановленными значениями ПИД и режимом

автоматический/ручной (Auto/Man).

• Счетчик наработки и энергопотребления.

• Определение отсутствия жидкости, определение нулевой скорости потока, ограничение скорости потока.

• Функция "сон", функция "пробуждение".

• Клиентские настройки с отображением физических значений: бар, л/с., °C...

Характеристики момента (типовые кривые)

Нижеприведенные кривые соответствуют установившемуся и переходному перегрузочным моментам для двигателя с естественной и принудительной вентиляцией. Различие заключается в способности двигателя продолжительно развивать значительный момент при скорости ниже половины номинальной.

Электропривод с разомкнутой системой

1 Двигатель с естественной вентиляцией: полезный установившийся момент (1)

2 Двигатель с принудительной вентиляцией: полезный установившийся момент

3 Перегрузочный момент в течение <60 c для ATV 61W••••

(UL типа 12/IP 54)

4 Перегрузочный переходный момент в течение y 60 с для ATV61HD55N4

(UL типа 1/IP 20)

5 Момент на скорости выше номинальной при постоянной мощности (2)

3. Схема подключения преобразователя ATV61HD55N4 и двигателя.

Соответствие категории 3 стандарта EN 954-1 и уровню SIL2 стандарта МЭК/EN61508

Схемы подключения используют защитную функцию блокировки ПЧ преобразователя Altivar 61 имодуля безопасности Preventa, обеспечивающих контроль цепей аварийной остановки.

Машины с малым временем остановки на выбеге (малый момент инерции).

При работе привода после подачи команды активизации защитной функции на вход PWR мгновенноснимается питание двигателя и он останавливается в соответствии с категорией 0 стандарта МЭК/EN60204-1.

При остановленном приводе после подачи команды активизации повторный пуск двигателя не разрешается (STO).

Блокировка ПЧ поддерживается до тех пор, пока вход PWR остается активным.

Трехфазное питание, механизм с небольшим моментом инерции

Комплектующие:

A1 - Преобразователь ATV 61

A2 - Модуль безопасности Preventa XPS AC для контроля режима быстрой остановки и состояния концевых выключателей. Модуль безопасности

может управлять защитной функцией блокировки ПЧ нескольких преобразователей, установленных на одном механизме

F1 - Предохранитель

L1 - Дроссель постоянного тока,

Q1 - Выключатель

S1 - Аварийный кнопочный выключатель с двумя контактами

S2 - Кнопки XB4 B или XB5 A

4. Выбор кабельной продукции

Расчётный ток для проверки кабеля по нагреву:

Расчётный ток, выраженный через поправочный коэффициент:

где К₁ – поправочный коэффициент на температуру воздуха для нагрузки кабеля, выбирается в зависимости от температуры и расположения кабеля (ПУЭ).

Допустимая токовая нагрузка:

I_доп=145А,

I_доп> I^/_рас

Выбран кабель марки ВВГ (4×50)

ВВГ – кабели с изоляцией из пропитанной бумаги с медными жилами, в алюминиевой оболочке, бронированные стальными лентами.

Кабели силовые ВВГ предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 0,4 кВ частоты 50 Гц. Вид климатического исполнения УХЛ и Т категорий размещения 1 и 5 по ГОСТ 15150.

Конструкция:

1. Токопроводящая жила – медная проволока.

2. Изоляция – ПВХ пластикат.

3. Заполнение – ПВХ пластикат (для ВВГз).

4. Оболочка – ПВХ пластикат.

Технические и эксплуатационные характеристики

Температура окружающей среды при эксплуатации	от +50°С до -50°С
Вид климатического исполнения	УХЛ и Т
Категорий размещения	1 и 5 по ГОСТ 15150-69
Относительная влажность воздуха (при t° +35°С)	98%
Предельно допустимая t° нагрева жил при эксплуатации	+70°С
Допустимый нагрев жил кабелей в аварийном режиме	+80°С
Максимально допустимая t° жил при коротком замыкании (4 сек.)	+160°С
Минимальная t° прокладки кабеля без предварительного подогрева	- 15°С
Минимально допустимый радиус изгиба при прокладке: •одножильного кабеля •многожильного кабеля	10 диаметров кабеля 7,5 диаметров кабеля
Срок службы	30 лет
Гарантийный срок эксплуатации	5 лет

5. Выбор коммутационной и защитной аппаратуры

Выключатель

Автоматический выключатель — это контактный коммутационный аппарат (электротехническое или электроустановочное устройство), способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение определённого устанавливаемого времени и отключать токи в определённом аномальном состоянии цепи электрического тока. Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей, проводов и конечных потребителей от перегрузки и короткого замыкания. Отключение выключателя при перегрузках и токах к.з. выполняются встроенным в выключатель автоматическим устройством, которое называется максимальным расцепителем тока.

Номинальный ток выключателя:

Установленный ток теплового расцепителя:

(Кт.р=1,1÷1,3)

Выбираем выключатель марки А3700 А3771БР,

U_на=380 В,

I_на=16-160 А,

I_нр= 630 А,

I_у(н)=1,25 I_нр,

I_у(кз)=7 I_нр,

I_откл=160А,

где I_на – номинальный ток автомата, А;

I_нр – номинальный ток расцепителя, А.

I_у(н) – номинальный ударный ток, А;

I_у(кз) – ударный ток короткого замыкания, А;

I_откл – ток отключения, А.

Наименование	Выключатели автоматические типа А3700
Марка	А3771БР
Область применения	Для встраивания в комплектные устройства
Номинальное напряжение, В	~ 220; 380, 50;60 Гц
Номинальный ток, А	160
Количество полюсов	1
Вид расцепителя	МТ
Габаритные размеры, мм	112х320х160
Нормативно-технический документ	ТУ 16-522.052-78

6.Оисание функций выносного графического терминала

Графический терминал устанавливается на лицевой поверхности преобразователя частоты. ПЧ, поставляемые без графического терминала, комплектуются встроенным терминалом с семисегментными индикаторами.

Терминал может использоваться:

• дистанционно с помощью принадлежностей для выносной установки (см. ниже);

• подключенным к нескольким ПЧ с помощью соединительных элементов для многоточечной связи

Терминал применяется с целью:

• управления, настройки и конфигурирования преобразователя частоты;

• визуализации текущих значений (двигателя, входов�выходов и т.д.);

• сохранения и перезагрузки конфигураций; 4 файла с конфигурациями могут быть сохранены.

Его максимальная температура эксплуатации до 60 °C, степень защиты IP 54.

Описание

1. Графический дисплей:

- 8 строк, 240 x 160 пикселей;

- крупные цифры, различимые с 5 м;

- отображение в виде барграфов (индикаторных линеек).

2. Функциональные клавиши F1, F2, F3, F4, которые могут назначаться для выполнения:

- диалоговых функций: прямой доступ, экраны помощи, навигация;

- прикладных функций: локальное/дистанционное управление, заданные скорости.

3. Клавиша STOP/RESET: локальное управление остановкой двигателя/сброс неисправностей.

4. Клавиша RUN: локальное управление пуском двигателя.

5. Навигационная клавиша:

- нажатие: сохранение текущего значения (ENT);

- вращение ± : увеличение или уменьшение значения, переход на следующую или предыдущую

строку.

6. Клавиша FWD/REV: реверс направления вращения двигателя.

7. Клавиша ESC: отказ от значения, параметра или меню для возврата к предыдущему выбору.

Описание графического дисплея

1 Строка индикации: ее содержание конфигурируется; при заводской настройке на ней

отображаются:

• состояние преобразователя (например, «RUN»);

• активизированный канал управления (например, «Term»: клеммник);

• заданная частота;

• ток двигателя.

2 Строка меню: индикация имени текущего меню или подменю.

3 Отображение меню, подменю, параметров, числовых значений, индикаторных линеек

(барграфов) в виде окна прокрутки размером не более 5 строк.

Выбранная строка или числовое значение отображаются в инверсном виде (см. рисунок).

4 Отображение функций, назначенных клавишам F1 � F4, выровненных в линию, например:

• >> : горизонтальная навигация вправо или переход к следующему меню или подменю или, для числового значения, переход к меньшему разряду, отображаемому в инверсном виде (см. рисунок);

• << : горизонтальная навигация влево или переход к следующему меню или подменю, или, для числового значения, переход к большему разряду, отображаемому в инверсном виде;

• «Т/К»: функция «локальное/дистанционное управление», назначенная на клавишу F4;

• «HELP»: контекстная помощь;

• «Code»: индикация кода выбранного параметра;

• другие функции (прикладные) могут быть назначены этим клавишам с помощью меню «1.6

УПРАВЛЕНИЕ».

5 : текущее окно не продолжается вниз;

: текущее окно продолжается вниз;

6 : текущее окно продолжается вверх;

: текущее окно не продолжается вверх.

7. ПИД-регулятор

Позволяет управлять технологическим процессом с помощью задающего сигнала и сигнала датчика обратной связи.

Функция подходит для регулирования натяжения наматывающих механизмов.

Внутренние задания

- rPI: задание, передаваемое графическим терминалом или коммуникационной сетью.

- A: задание с помощью Fr1 или Fr1b с возможными функциями суммирования, вычитания и умножения.

Выбор между этими заданиями осуществляется с помощью параметра «PII».

Автоматический электро-привод 📙 Курсовая → 🆔 2581