Выбор системы электропривода

2.1 Литературный обзор по теме курсового проекта.

Под системой управления электроприводом подразумевается комплекс, состоящий из преобразователя электрической энергии (если таковой имеется), аппаратуры управления для коммутации тока в цепи электродвигателя, органа ручного управления или автоматического (программного) контроля, органа скоростного, путевого или иного контроля, а также элементов защиты электрооборудования и механизма, действующих в конечном счете на устройства отключения электропривода.

Все электрические цепи подразделяются на:

1) главные цепи, через которые проходит основной ноток энергии электропривода, а также осуществляется питание грузоподъемных магнитов;

2) цепи возбуждения, через которые проходит ток возбуждения электрических машин постоянного тока, синхронных электрических машин переменного тока или электромагнитов тормозных устройств, а также ток двигателей электрогидравлических толкателей;

3)цепи управления, по которым осуществляется подача команд к коммутационным устройствам главных цепей и цепей возбуждения от органов управления. В цепях управления осуществляется также определенная последовательность выполнения команд и переключений по заранее заданной программе;

4)цепи сигнализации, которые передают оператору, контролирующему устройству информацию о со­стоянии коммутирующих элементов главных цепей и цепей управления или о значениях конкретных пара­метров электропривода и механизма.

В крановых электроприводах применяют электромашинные и статические преобразователи электрической энергии. В электромашинных преобразователях две (или более) электрические машины преобразуют электроэнергию, потребляемую от питающей сети, в электроэнергию с регулируемыми параметрами (напряжение, частота, ток). В статических преобразователях преобразование электрической энергии осуществляется путем бесконтактной коммутации цепей постоянного или переменного тока с помощью управляемых и неуправляемых полупроводниковых приборов.

Аппаратура управления электроприводом является, комплексом, включающим контактные и бесконтактные устройства коммутации в цепях электродвигателя, пре­образователей энергии и управления, а также элементы защиты электрических цепей.

Всю контактную аппаратуру в крановом электро­приводе можно разделить на две группы:

1) управление осуществляется непосредственно оператором или исполнительным механизмом (контроллеры, конечные выключатели)

2) с приводом контактов от электромагнитного устройства (контакторы и реле).

Если контактные коммутационные элементы аппа­рата с непосредственным ручным приводом предназна­чаются для коммутации цепей главного тока, то такое устройство называется силовым кулачковым контроллером, а если эти элементы служат для коммутации це­пей управления, то такой аппарат называется командоконтроллером. Если контактные коммутационные эле­менты приводятся в действие через связь с механизмом, то такие аппараты называются конечными или путевы­ми выключателями.

Последовательность замыкания и размыкания кон­тактов, приводимых в действие от вала с кулачковыми шайбами, в функции угла поворота вала, называется диаграммой включений. Диаграмма включений, изобра­женная в виде таблицы, называется таблицей включений. Несколько контакторов и реле, а также различные устройства защиты, объединенные в законченное комплект­ное устройство для управления электроприводом, име­нуются магнитными контроллерами.

2.2 Формулирование требований к автоматизированному электроприводу.

1. При выключенном электроприводе подъема (на нулевом положении) должен существовать контур динамического торможения, обеспечивающий в случае выхода из строя механического тормоза медленное опускание груза. (Это требование, давно безусловно реализуемое в системах постоянного тока, является перспективным и для систем переменного тока.)

2. На первых положениях подъема двигатель дол­жен развивать такой пусковой момент, чтобы исключа­лась возможность спуска номинального груза при напряжении питающей сети 90% номинального и в то же время желательная минимальная скорость составляла при наименьшей нагрузке не более 30% номинального значения.

3. При перемещении рукоятки командоконтроллера в направлении снижения скорости последняя не должна повышаться даже кратковременно. Это в первую очередь относится к переключению с первого поло­жения в нулевое, когда запаздывание механического
торможения не должно приводить к повышению малой скорости спуска.

4. Система электрического торможения должна иметь необходимый запас, обеспечивающий надежное замедление груза, равного 125% номинального, при на­пряжении питающей сети 90% номинального.

5. Движение груза должно происходить только в направлении, устанавливаемом командоаппаратом, да же при неисправностях в схеме. В последнем случае груз может оставаться неподвижным.

6. Скорость перемещения грузов для электропри­вода переменного тока рекомендуется иметь на 30% выше, чем для электропривода постоянного тока при одинаковых условиях использования механизмов.

7. Положениям малой и посадочной скоростей дол­жны соответствовать скорости, мало изменяющиеся от нагрузки, с тем, чтобы оператор мог, не наблюдая за грузом, обеспечить его безопасную (точную) посадку и подъем.

Выбор системы управления для крановых механизмов осуществляется на основе анализа сравнительных показателей.

Экономическая оценка систем управления должна базироваться на принципе минимальных расходов, свя­занных с первоначальными затратами, эксплуатацион­ными затратами на ремонт, а также затратами энергии, потребляемой из сети на разгон и торможение крано­вых механизмов за период эксплуатации до капиталь­ного ремонта (10 лет).

Экономическая оценка может быть осуществлена расчетом по определённым формулам.

Выбирается система, обладающая наилучшими эко­номическими показателями. Если экономические пока­затели сравниваемых систем близки (расхождение не превышает 15%), то производится дополнительная оценка по массогабаритным показателям и условиям размещения электрооборудования.

Учитывая, что размещение преобразовательных аг­регатов или полупроводниковых преобразователей на кранах сопряжено с определенными трудностями, мо­жет оказаться необходимым применить систему, не об­ладающую оптимальными экономическими показате­лями.

2.3. Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода.

Для реализации закона y₁=const в качестве функциональной схемы возьмём схему преобразователя частоты с асинхронным двигателем, регуляторами напряжения и частоты, задатчиком интенсивности, функциональным преобразователем, датчиком тока и обратной связью по току.

Функциональная схема автоматизированного электропривода

Рис. 2.3

Условные обозначения на схеме:

ЗИ – задатчик интенсивности

РЧ – регулятор частоты

РН – регулятор напряжения

ФП – функциональный преобразователь

ПЧ – преобразователь частоты

ДТ – датчик тока

АД – асинхронный двигатель

3. Выбор комплектного преобразователя и датчиков координат электропривода.

По каталогу выбираем преобразователь частоты фирмы Siemens - 11CX4 с габаритами 157´515´238 (16кг) и следующими данными:

- P = 11 кВт

- I_ст = 24 А

- I_ст.max = 36 А

Степень защищённости и исполнение - IP 21/54.

Выбор датчика тока производим в следующем порядке:

Выбор трансформатора тока

I_1ТТн ³ I_1н (I_ян)

I_1ТТн = 25А; I_2ТТн = 5А

Выбираем трансформатор типа И512, класс точности 0,05, номинальная вторичная мощность Р_2н = 15 ВА

Коэффициент трансформации К_тт = I_1ТТн/ I_2ТТн = 25/5 = 5

Коэффициент датчика тока К_дт = R_тт/К_тт = 0,6/5 = 0,12

R_тт = Р_2н/I²_н2 = 15/25 = 0,6

Номинальное значение напряжения датчика тока U_дт=К_дт×I_ян=0,12×22,5=2,7В

Максимальное значение U_дтmax = К_дт×I_ян×2.5 = 0,12×22,5×2,5 = 6,75В

Так как максимальное значение сигнала датчика тока – 6,75В, то необходимо ввести в схему усилитель. Максимальное значение U_дт должно быть в пределах 8В.

Определим коэффициент усиления:

К_у = 8/6,75 = 1,18

Определим мощность резистора R_тт, исходя из номинального тока вторичной обмотки трансформатора тока:

Р_тт = I_2TTн×R_тт = 25×0,6 = 15

Выбираем R₁ = 10кОм

К_у = R₂/R₁ = 1,15 Þ R₂ = 1,15×10 = 11,5 кОм