Автоматизированный электропривод смесителя керамической массы

Записка.docx

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Специальность: 1-53-01-01
Специализация: АТПиП
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине: «Автоматизированный электропривод отрасли»
Тема: «Автоматизированный электропривод смесителя керамической массы»
(подпись дата) (инициалы и фамилия)
(подпись) (инициалы и фамилия)
Данный курсовой проект содержит 49 страниц принципиальную электрическую схему спецификация оборудования приведена на формате А3.
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ МЕШАЛКА РОТОР СТАТОР ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КПД НОМИНАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Объектом автоматизации является электропривод смесителя керамической массы.
Цель работы – разработать автоматизированный электропривод смесителя керамической массы. В курсовом проекте будет рассчитан и проверен двигатель. Подобраны ПЛК ПЧ и автоматические выключатели.
Графическая часть включает:
– принципиальная электрическая схема – 1 листи 1 лист А2;
– спецификация оборудования – 1 лист А3.
Описание технологических особенностей механизма его технологическая характеристика и кинематическая схема. Формирование требований к ЭП. Предварительный выбор системы управления электроприводом. Выбор структуры5
Расчет статических характеристик и построение скоростной диаграммы механизма за цикл работы. Предварительный выбор электропривода9
Расчет и построение приближенной нагрузочной и скоростной диаграммы электропривода11
Обзор линейки оборудования производителя частотного привода (ПЧ)14
Обоснование алгоритма взаимодействия «объект управления – электродвигатель – частотный привод» и выбор ПЧ16
1 Выбор периферии для ПЧ для выполнения задачи управления. Связь с ПЛК ПК системы контроля температуры двигателя частоты и другой периферии19
2 Выбор программируемого логического контроллера19
Разработка принципиальной электрической схемы24
Расчет недостающих параметров электродвигателя и построение механической характеристики в предполагаемых зонах работы27
Моделирование работы электропривода в составе системы управления29
Электромеханическая постоянная времени асинхронного электропривода для линейной части механической характеристики определяется по формуле:29
Выбор состава периферии ПЧ для обеспечения условий торможения электромагнитной совместимости работы электродвигателя в условиях коммутации33
Основные пункты меню ПЧ для задания параметра двигателя и параметров пуска и торможения35
Подбор силовых элементов коммутации и защиты37
Список использованных источников40
Наибольшие потери и расходы электроэнергии происходят в промышленности в сфере жилищно-коммунального хозяйства и в топливно-энергетическом комплексе. Энергосбережение напрямую зависит от рационального использования энергетических ресурсов. Меры направленные на энергоэффективность в первую очередь подразумевает контроль над расходами ресурсов умение управлять данными расходами чтобы они могли принести максимальный эффект для потребителя.
На производстве безостановочно происходит старение и износ оборудования что приводит к повышенному энергопотреблению. При этом издержки вызванные высокими энергозатратами на данный момент в среднем составляют порядка 12% и с течением времени данный показатель становится всё выше. Таким образом энергосбережение в сфере промышленности ориентировано прежде всего на использование энергосберегающего оборудования и технологий оптимизацию его загрузки обследование систем энергоснабжения и другие мероприятия.
Наибольшая часть потребляемой электроэнергии в различных отраслях народного хозяйства приходится на асинхронные двигатели причём подавляющее большинство из них – асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Привода с данным типом двигателя зачастую являются нерегулируемыми. Как правило это приводит к необоснованно высоким тратам электроэнергии.
Немалую часть среди приводов с асинхронными двигателями занимают привода смесителей которые играют немаловажную роль в технологическом процессе предприятий. Выполнение необходимых требований определённых технологическим процессом позволяет выпускать продукцию хорошего качества.
В большинстве случаев смесители используют на производствах например при производстве изделий из глины. Чтобы получить готовое керамическое изделие сырье должно пройти несколько этапов одним из них является перемешивание керамической массы до получения однородной смеси.
В общем случае керамическая масса состоит из четырех компонентов: 1) глины (или смеси глин); 2) отошителя; 3) флюса и 4) воды. При необходимости получить пористый черепок в массу вводят порообразующие материалы. Для того чтобы точно дозировать и равномерно смешивать с другими компонентами глину подвергают сначала грубому а затем тонкому измельчению. Необходимым условием нормальной работы агрегатов тонкого помола является невысокая влажность глины не выше 7—10%.
Для производства доброкачественных изделий так же необходимо придать глине высокую однородность для чего ее перемешивают в глиномешалках при необходимости доувлажняя и иногда разогревая для повышения пластичности.
– ременная передача; 2 – электродвигатель; 3 – металлическая рама; 4 – вал; 5 – трехлопатной винт
Рисунок 1.1 – Принципиальная схема одного из видов мешалки
Для перемешивания компонентов керамической массы в жидком виде а также для приготовления суспензий из пластичных материалов — глины и каолина — применяют в основном пропеллерные смесители. В связи с внедрением машин для роспуска глинистых материалов использование пропеллерных смесителей сократилось так как машины для роспуска значительно эффективнее.
Пропеллерный смеситель (рис. 3.73) представляет собой простую компактную машину обеспечивающую хорошее перемешивание и поддержание твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости. Смеситель состоит из вертикального вала4и трехлопастного винта 5 закрепленного на нижнем конце вала. Вращение валу передается от электродвигателя2посредством клиноременной передачи1.Смеситель укреплен на металлической раме3установленной над бассейном в который погружают нижний конец вала с винтом.
Особенности эксплуатации:
Требуется большая территория для процесса смешивания
Запрещается работа мешалки с частыми остановками.
Для остановки мешалки производятся используют панель оператора.
Вал мешалки и вал двигателя должны быть тщательно отцентрированы.
Высокий момент позволяет справиться с высокими нагрузками.
Простота обслуживания и эксплуатации.
Длительный срок службы и надежен в эксплуатации.
Большие нагрузки могут привести к “авариям”.
В бытовых условиях смеситель часто встречается в виде миксеров бетономешалок которые устроены так же как и их “старшие братья” на производстве.
Технические возможности центробежных насосов зависят от:
Материалов из которых выполнены детали конструкции;
Принципы по которым функционирует устройство;
Конструкции и материалов уплотнений передающего вала агрегата.
Классификация мешалок:
В данном курсовом проекте будет использоваться мешалка рамного типа.
Система управления электроприводом – внешняя по отношению к электроприводу система управления более высокого уровня поставляющая необходимую для функционирования электропривода информацию.
Быстродействие т.е. способность электропривода достаточно быстро реагировать на различные управляющие и возмущающие воздействия. Этот показатель тесно связан с показателем точности. Например в следящем электроприводе при быстром и частом изменении управляющих сигналов чем выше быстродействие привода тем меньше будет ошибка воспроизведения заданного движения.
Качество переходных процессов под которым как и в теории автоматического управления понимается обеспечение определенных закономерностей их протекания. Требования к качеству чаще всего формулируются исходя из особенностей функционирования машин или рабочих органов в которых устанавливается электропривод. Например в приводах манипуляторов иногда недопустимо перерегулирование так как оно может привести к выходу из строя технологического оборудования иногда регламентируется время переходного процесса и т.д.
Выбор структуры системы управления электропривода производится с учетом требований технического задания на электропривод.
Для привода смесителя керамической массы предварительно была выбрана система: преобразователь частоты – асинхронный двигатель АИР.
Основными требованиями к электроприводу являются: поддержание заданной скорости вращения электропривода (с учетом требуемых диапазона регулирования скорости допустимой статической погрешности поддержания скорости) величина токоограничения при упоре ускорение электропривода при пуске.
В качестве внутреннего контура принимаем контур регулирования тока якоря. Он применяется если требуется обеспечить:
-ограничение тока якоря допустимым значением при перегрузках электропривода;
- пуск или торможение электропривода с максимально возможным темпом;
- дополнительную коррекцию во внешнем контуре регулирования скорости.
Для управления электроприводом принимаем двухконтурную схему с внешним контуром регулирования скорости и внутренним подчиненным контуром регулирования тока якоря двигателя.
В качестве внешнего контура принимаем контур регулирования скорости.
Недостаток системы ПЧ-АД – это высокая стоимость преобразователя частоты и двигателя.
В качестве приводного двигателя смесителя керамической массы будет использоваться асинхронный двигатель а питание двигателя осуществляться от преобразователя частоты со скалярным управлением.
После расчета требуемой мощности мешалки можно приступить к выбору электродвигателей.
Для электропривода производственного механизма следует выбирать наиболее простой двигатель по устройству и управлению надежный в эксплуатации имеющий наименьшие массу габариты и стоимость.
По заданию требуется двигатель из серии АИР выбираем модель АИР 355 М4 с основными техническими характеристиками которые указаны в таблице 2.2 [3]:
Таблица 2.1 – Технические характеристики электродвигателя
Построение скоростной диаграммы для электродвигателя мешалки. Время работы мешалки не указано в задании поэтому берем з ГАЛАВЫ.
Рисунок 2.1 – Скоростная диаграмма электропривода мешалки за цикл работы
основного уравнения движения электропривода:
где – динамический момент электропривода Нм.
Динамический момент электропривода Мдин определяют приближенно принимая линейный закон изменения скорости:
где доп – допустимое угловое ускорение электропривода в переходных режимах радс2.
Тогда из основного уравнения электропривода получим:
Теперь найдем времена разгона tр и tт торможения (в секундах) по формуле:
Аналогичным образом произведем расчет остальных переменных в Matlab. Все полученные численные значения приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Результаты расчетов
Так как мешалка работает на одной скорости построение диаграмм не имеет смысла.
Обзор линейки оборудования производителя частотного привода (ПЧ)
Качество и надежность производственного процесса в большинстве случаев зависит от точности и быстродействия управления электродвигателями.
Преобразователь частоты Vacon NXP разработан специально для обеспечения превосходного управления двигателем при любых условиях и гарантирует высокий уровень работоспособности в течение всего срока службы системы управления.
Будучи лидером в области проектирования и производства преобразовательной техники компания Vacon применяет инновационные решения и передовые технологии для ответственных применений и высокие мощности.
Эти решения сочетаются в преобразователях частоты Vacon NXP которые несут в себе новые возможности для потребителя помогают улучшить качество выходной продукции и достичь высоких результатов.
Характеристики серии:
широкий диапазон мощностей и напряжений
широкий набор макро программ для адаптации Vacon NXP под любые требования и алгоритмы
управление индукционными двигателями и двигателями с постоянными магнитами (синхронные)
векторное управление без обратной и с обратной связью
Пусковой момент > 200% в зависимости от соответствия мощности двигателя и преобразователя
широкий набор коммуникационный опций и плат ввода-вывода
быстродействующая связь между приводами по системной шине
В дополнение к высокому качеству управления Vacon NXP обладает большим набором опций и шкафных исполнений для различных требований в диапазоне высоких мощностей.
Vacon NXP IP21 IP54 настенного или напольного исполнения для установки в любых местах с наличием свободного пространства. Vacon NXP высокой мощности состоящий из модулей IP00 для установки в шкафы заказчика. Vacon NXC в шкафном исполнении с большим набором опций.
Преимущества данной линейки пч:
Полный диапазон мощностей и напряжений
Большое число стандартизированных комплектующих
Широкий спектр приложений позволяет приспособить привод Vacon NXP практически к любым потребностям. Управление асинхронными двигателями и двигателями с постоянными магнитами
Динамическое векторное управление с обратной связью и без обратной связи
Полный ассортимент дополнительных сетевых плат и плат ввода-вывода
Свидетельства приемки по типу от морских классификационных обществ и средства функциональной безопасности
Vacon NXP предлагает высокоэффективную управляемую платформу для различных применений. Для пяти слотов (А В С D и Е) может быть подобрана необходимая плата вводавывода.
Внешнее питание плат управления + 24 В позволяет поддерживать связь с блоком управления даже если отсутствует сетевое напряжение (например для fielbus управление и задание параметров).
Vacon NXP поддерживает асинхронные двигатели и синхронные с постоянным магнитом в режимах управления с замкнутой и разомкнутой обратной связью по скорости а также специальные высокоскоростные двигатели.
Для организации обратной связи обычно используется инкрементальный датчик угла поворота. Возможно использование абсолютного датчика угла поворота с различными интерфейсами.
Быстрая связь между Vacon NXP возможна при использовании быстродействующей волоконной-оптической связи.
Пакет прикладных программ All-in-On входят семь прикладных программ (параметры по умолчанию и функциональные возможности входов и выходов) которые могут выбраться одним параметром. Прикладная программа при первом включении запустит мастер первоначальной настройки. Изменением одного параметра управление может быть запрограммировано например для работы с двумя постами управления или контроля давления с встроенным ПИД регулятором. Установки параметров по умолчанию базовой прикладной программы являются достаточными и требуется только установка мин.макс. частот и номинальных параметров двигателя.
Благодаря прикладному программному обеспечению блочного программирования Vacon NC1131-3 Engineering tool пакет прикладных программ All-in-On может быть заменен прикладной программой NXP оригинальной разработки которая превратит Vacon NXP в полнофункциональный высокоэффективный привод. Существует также другое прикладное программное обеспечение общего назначения.
Vacon NXP может быть укомплектован пакетом прикладных программ NXP как альтернатива установленному по умолчанию пакету прикладных программ All-in-One. Данный пакет разработан для удовлетворения требований по автоматизации. Еще одним существенным плюсом данной серии ПЧ является встроенный дроссель что позволяет уменьшить схему управления.
При увеличении скорости напряжение питания статора так же должно пропорционально увеличиваться. Однако синхронная частота асинхронного двигателя не равна частоте вращения вала а скольжение асинхронного двигателя зависит от нагрузки. Таким образом система контроля со скалярным управлением без обратной связи не может точно контролировать скорость при наличии нагрузки. Для решения этой задачи в систему может быть добавлена обратная связь по скорости а следовательно и компенсация скольжения.
Векторное управление
Векторное управление - метод управления бесщеточными электродвигателями переменного тока который позволяет независимо и практически безынерционно регулировать скорость вращения и момент на валу электродвигателя.
Главная идеявекторного управлениязаключается в том чтобы контролировать не только величину и частоту напряжения питания но и фазу. Другими словами контролируется величина и угол пространственного вектора. Векторное управление в сравнении со скалярным обладает более высокой производительностью. Векторное управление избавляет практически от всех недостатков скалярного управления.
Векторное управление без обратной связи
Векторное управление (ВУ) без обратной связи используется для более широкого и динамичного регулирования скорости электрической машины. При пуске от преобразователя частоты электродвигатели могут развивать пусковой момент в 200% от номинального при частоте всего 03 Гц. Это значительно расширяет перечень механизмов где может быть применен асинхронный электропривод с векторным управлением. Этот метод также позволяет управлять моментом машины во всех четырех квадрантах.
Ограничение вращающего момента осуществляется двигателем. Это необходимо для предотвращения повреждения оборудования машин или продукции. Значение моментов разбивают на четыре различных квадранта в зависимости направления вращения электрической машины (вперед или назад) и в зависимости от того реализует ли электродвигатель режим рекуперативного торможения. Ограничения могут устанавливаться для каждого квадранта отдельно или же пользователь может задать общий вращающий момент в преобразователе частоты.
Двигательный режим асинхронной машины будет при условии что магнитное поле ротора отстает от магнитного поля статора. Если магнитное поле ротора начнет опережать магнитное поле статора то тогда машина войдет в режим рекуперативного торможения с отдачей энергии проще говоря – асинхронный двигатель перейдет в генераторный режим.
Таким образом наиболее оптимальным для нашей задачи будем выбор векторного управления с разомкнутым контуром.
Выбираем частотный преобразователь Vacon NXP 0650 5A2LOSSA на 355 кВт (номинальный ток 650 А).
Рисунок 5.2 – Электрическая схема ПЧ
1 Выбор периферии для ПЧ для выполнения задачи управления. Связь с ПЛК ПК
В качестве блока питания в данном курсовом проекте выберем: ZI-100-24 от фирмы F&F (Евроавтоматика) [6].
Применяются в схемах питания электрических и электронных устройств в системах промышленной автоматики а также информационных сетях
Блок питания позволяет с помощью воротка Vout регулировать выходное напряжение в диапазоне от 216 до 280 В. Зелёный светодиод LED DC OK сигнализирует исправность выходного напряжения. Блок питания имеет встроенную защиту от электромагнитных помех перегрузки перенапряжения и перегрева.
– вход питания 230В (N); 2 – вход питания 230В (L); 34 – выход питания DC (Uвых+); 56 – выход питания DC (Uвых-);
Рисунок 5.4 – Электрическая схема подключения блока питания
2 Выбор программируемого логического контроллера
Выбираем подходящий ПЛК производителя B&R - X20CP130.
Серия компактных ЦП X20 характеризуется тремя встроенными модулями вводавывода.Устройство оснащено30 различнымицифровыми входамивыходами и2 аналоговыми входами.1 аналоговый входможет использоваться для измерения температуры сопротивления PT1000.
X20CP1301 оснащенпроцессором совместимым с Intel x86200 МГц128 МБОЗУ и1 ГБвстроенной флэш-памяти.В FRAM для хранения остаточных переменных доступно16 КБ.Безвентиляторная и безаккумуляторная конструкция обеспечивает работу без обслуживания.
ЦП оснащен одним интерфейсом Ethernet одним интерфейсом USB и одним интерфейсом RS232.Различные шинные и сетевые системы могут быть гибко интегрированы в систему X20 через свободно используемый слот для коммуникационных модулей X20.
Выбор модулей вводавывода
Производитель B&R позаботился о потребителях так как данный ПЛК имеет 3 встроенных слота а именно X1 – слот который содержит аналоговые входы X2 – слот который содержит дискретные входы и наконец слот X3 – который содержит дискретные выходы. Встроенные интерфейсы связи такие как Ethernet и USB. Так как встроенных аналоговых выходов не предусмотрено потребуется выбрать один из дополнительных модулей - X20AO2622.
Рисунок 5.5 – Внешний вид ПЛК
Модуль аналогово-дискретных вводов (Slot X1):
Рисунок 5.7 – Схема аналогово-дискретных вводов
Модуль дискретных выводов (Slot X3):
Рисунок 5.8 – Схема дискретных выводов
Аналоговый модуль выводов (X20AO2622):
Рисунок 5.9 – Схема аналогового модуля выводов
Блок питания в ПЛК – встроенный:
Рисунок 5.10 – Обозначение клемм в блоке питания ПЛК
Разработка принципиальной электрической схемы
Принципиальные схемы определяют полный состав приборов аппаратов и устройств (а также связей между ними) действие которых обеспечивает решение задач управления регулирования защиты измерения и сигнализации. Принципиальные схемы служат основанием для разработки других документов проекта: монтажных таблиц щитов и пультов схем внешних соединений и др.
Принципиальные схемы управления регулирования измерения сигнализации питания входящие в состав проектов автоматизации технологических процессов выполняют в соответствии с требованиями стандартов по правилам выполнения схем условным графическим обозначениям маркировке цепей и буквенно-цифровым обозначениям элементов схем.
В зависимости от сложности проектируемого объекта различные цепи могут изображаться на одном чертеже или нескольких либо для каждой из цепей разрабатываются отдельные схемы например принципиальные электрические схемы управления сигнализации и т. п.
На принципиальных электрических схемах при необходимости могут показываться элементы схем другого вида например элементы пневматических гидравлических или кинематических схем а также элементы не входящие в данную установку но необходимые для разъяснения принципа её работы. Графические обозначения таких элементов и устройств отделяют на схеме штрихпунктирными линиями равным по толщине линиям связи и помещают необходимые надписи указывая в них местонахождение этих элементов.
Схемы как правило выполняют для систем (объектов) находящихся в отключенном состоянии. Однако в случаях когда возникает необходимость допускается изображать отдельные элементы схем в каком–либо выбранном рабочем положении оговаривая это на поле чертежа.
При разработке систем автоматизации технологических процессов принципиальные электрические схемы обычно выполняют применительно к отдельным самостоятельным элементам установкам или участкам автоматизируемой системы. Используя эти схемы составляют в случае необходимости принципиальные электрические схемы охватывающие целый комплекс отдельных элементов установок или агрегатов которые дают полное представление в связях между всеми элементами управления блокировки защиты и сигнализации этих установок или агрегатов.
Разработка принципиальных электрических схем всегда содержит определенные элементы творчества и требует умелого применения элементарных электрических цепей и типовых функциональных узлов оптимальной компоновки их в единую схему с учетом удовлетворения предъявляемых к схемам
требований а также возможного упрощения и минимизации схем.
В практике проектирования принципиальных электрических схем на базе опыта проектирования монтажа наладки и эксплуатации различного рода систем автоматизации сложились некоторые общие принципы построения электрических схем. Вопрос о методах разработки принципиальных электрических схем в процессе проектирования систем автоматизации технологических процессов следует рассматривать в общем комплексе вопросов связанных с контролем управлением и регулированием данного объекта.
Во всех случаях помимо полного удовлетворения требований предъявляемых к системе управления каждая схема должна обеспечивать высокую надёжность простоту и экономичность четкость действий при аварийных режимах удобство оперативной работы эксплуатации четкость оформления.
Принципиальные схемы выполняются без соблюдения масштаба: действительное пространственное расположение составных частей системы автоматизации как правило не учитываются или при необходимости учитываются приближённо.
Надежность. Под надежностью схемы понимают ее способность безотказно выполнять свои функции в течение определенного интервала времени в заданных режимах работы. Это требование обычно обеспечивается целым рядом технических мероприятий таких как применение наиболее надежных элементов приборов и аппаратов; оптимальные режимы их работы; резервирование малонадежных или наиболее ответственных элементов или цепей схемы; автоматический контроль за неисправностью схемы; запретные блокировки исключающие возможность проведения ложных операций; сокращение времени нахождения элементов схемы под напряжением и т. д.
Надежность действия является главным требованием которое предъявляется к схемам. Если при проектировании обеспечению надежности действия схемы не будет уделено должного внимания то все другие преимущества которые имеет схема могут быть утрачены. Требования к уровню надежности схем регулирования управления и сигнализации определяются оценкой последствий отказов их действия для конкретных участков технологического процесса. Иногда эти отказы могут явиться причинами возникновения или развития тяжелых аварий.
Методы оценки надежности и способы ее повышения применительно к электрическим схемам подробно освещены в технической литературе.
Простота и экономичность проектируемых схем обеспечивается применением стандартной наиболее дешевой аппаратуры и типовых (нормализованных) узлов; сокращением до минимума числа элементов в схеме и ограничением их номенклатуры; применением систем электропривода производственных механизмов обеспечивающих высокие энергетические показатели в установившихся и переходных режимах работы и т. п.
Существенное а иногда и решающее значение при выборе схемы контроля и управления процессом на расстоянии имеет стоимость соединительных кабелей или проводов.
При проектировании принципиальной электрической схемы необходим тщательный анализ предъявляемых к этой схеме требований. Если некоторые второстепенные требования значительно усложняют и удорожают схему то эти требования следует пересмотреть. Решая вопросы экономичности схемы необходимо учитывать не только капитальные вложения но и ежегодные эксплуатационные расходы.
Четкость действия схемы при аварийных режимах. Каждая принципиальная электрическая схема в системах автоматизации технологических процессов должна быть построена таким образом чтобы при возникновении аварийных режимов вызванных неисправностями в цепях управления а также при полном исчезновении или снижении и последующем восстановлении напряжения питания в главных (силовых) цепях управления обеспечивалась безопасность обслуживающего персонала и предотвращалось дальнейшее развитие аварии приводящее к повреждению механического или электрического оборудования и браку продукции.
При анализе работы схемы в аварийных режимах следует учитывать возможность перегорания предохранителей или отключения автоматов; появление короткого замыкания или замыкания на землю в различных точках схемы (в основном во внешних соединениях); обрыв проводов; сгорание катушек контакторов или реле; приваривания контактов и т. п. Принято рассматривать аварийный режим возникающий в результате появления какой-либо одной неисправности так как вероятность появления одновременно двух или более неисправностей в одной и той же схеме достаточно мала.
При составлении принципиально новых сложных электрических схем помимо проектной проработки и 'необходимых расчетов требуется тщательная экспериментальная проверка и отладка разработанной схемы на макете или на опытной установке.
Расчет недостающих параметров электродвигателя и построение механической характеристики в предполагаемых зонах работы
Зная параметры двигателя рассчитаем теперь потребляемую мощность из сети. Зная кпд и номинальную мощность можно определить подводимую мощность из сети:
где Рном – номинальная мощность электродвигателя
– КПД электродвигателя.
Как видно что потери мощности составляют около 15%. Эти потери в электродвигатели обусловлены:
электрическими потерями - в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
магнитными потерями - потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи на гистерезис и на магнитное последействие;
дополнительными потерями - потери вызванные высшими гармониками магнитных полей возникающих из-за зубчатого строения статора ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.
Момент сопротивления нагрузки при пуске пропорционален квадрату частоты вращения и равен номинальному моменту при номинальной частоте вращения а значение внешнего момента инерции γ кгм2 не должно превышать рассчитанного по формуле:
где Р – номинальная мощность двигателя 315 кВт;
р – число пар полюсов 4 шт.
Номинальное скольжение:
Напряжение сети U = 380В номинальная частота вращения перегрузочная способность .
Зная перегрузочную способность и номинальный момент то можно найти критический момент:
Теперь найдем критическое скольжение:
Чтобы найти больше точек для построения более точной характеристики используем формулу Клосса:
Аналогично просчитываем значения критического момента для остальных скоростей указанных в таблице 2.1 и получим:
Таблица 7.1 – Полученные значения Мкр
Строим механическую характеристику для рабочей скорости:
Рисунок 7.1 – Механическая характеристика для скорости 10
Моделирование работы электропривода в составе системы управления
Электромеханическая постоянная времени асинхронного электропривода для линейной части механической характеристики определяется по формуле:
где w0 – скорость идеального холостого хода 1с;
J – суммарный момент инерции ЭП кгм2 (J = 04 кгм2);
Мном – номинальный момент Hм.
Тогда для линейной части механической характеристики постоянная времени будет следующая:
Электромагнитная постоянная времени АД с:
Т.к. двигатель работает совместно с ЧП следовательно работа происходит на устойчивой части механической характеристики которая описывается следующим выражением:
где sмакс – значение максимального скольжения;
s – текущее значение скольжения;
Мдв – момент развиваемый асинхронным двигателем;
p = d dt -символ дифференцирования.
Запишем уравнение движения в таком виде:
где z - число пар полюсов двигателя.
Это уравнение совместно с предыдущим составляют систему описывающую поведение асинхронного двигателя в переходных процессах с учётом электромагнитных явлений. Если принять что до броска нагрузки двигатель работал в установившемся режиме то эту точку можно положить точкой с
нулевыми начальными условиями для последующего переходного процесса.
После соответствующих преобразований подстановки одного в другое и приведения к операторной форме рассматриваемая система примет вид:
Основными причинами электротравматизма на предприятиях являются
где электромагнитная постоянная времени асинхронного двигателя;
– электромеханическая постоянная времени привода;
и – изображения по Лапласу момента двигателя и статического момента нагрузки.
Система уравнений позволяет получить передаточную функцию рассматриваемой системы электропривода. Входной величиной здесь является статический момент сопротивления Мст а выходной - интересующие нас значения угловой скорости (скольжения) и момента двигателя. Передаточная функция по скольжению запишется:
Перейдем к определению настроек регуляторов.
Для этого для начала синтезируем сам двигатель. Для двигателя переменного тока передаточная функция в общем случае можно записать в виде произведения апериодического звена первого порядка и интегрирующего звена:
– жесткость механической характеристики.
где ном – номинальная скорость электродвигателя;
Sном – номинальное скольжение ;
Мном – номинальный момент двигателя кгм .
Рассчитаем коэффициенты обратной связи по скорости и по току.
Кос- коэффициент обратной связи по скорости:
Кот – коэффициент обратной связи по току:
Определим передаточную функцию преобразователя частоты вместе с выпрямителем:
где Tn - постоянная времени коммутации для транзисторов.
Определим Wрт - передаточная функция регулятора тока;
Переходим к расчёту регулятора скорости.
Определим Wрс - передаточная функция регулятора скорости; В качестве регулятора скорости также возьмем ПИ регулятор который обеспечивает точность регулирования скорости в статическом режиме.
Передаточная функция регулятора скорости.
Рассчитаем з. с который обеспечивает номинальную частоту вращения двигателя 15281 радс:
Подставим рассчитанные значения регуляторов и коэффициентов обратных связей в структурную схему САУ и получим законченный вариант замкнутой системы электропривода насоса при включении его в работу и разгона до номинальной частоты вращения (15281 радс).
Рисунок 8.1 – Структурная модель Simulink
Рисунок 8.2 – Результат моделирования
частотных преобразователей практикуется параллельное соединение резисторов с целью увеличения мощности рассеивания.
Тормозные прерыватели (модули торможения) представляют собой электронные коммутаторы которые подключают тормозные резисторы к звену постоянного тока ЧП для сброса энергии при торможении электродвигателя.
Выходные радиочастотные фильтры ЭМС (RFI) фильтр электромагнитной совместимости снижает высокочастотные помехи от кабеля электродвигателя.
Дроссель включаемый между сетью и частотным преобразователем - этосетевой дроссель он служит своего рода буфером. Сетевой дроссель не пускает от преобразователя частоты в сеть высшие гармоники (250 350 550 Гц и далее) одновременно защищая сам преобразователь от скачков напряжения в сети от токовых бросков во время переходных процессов в преобразователе частоты и т. д.
Падение напряжения на таком дросселе составляет порядка 2% что оптимально для нормальной работы дросселя в сочетании с преобразователем частоты без функции регенерации электроэнергии в момент торможения двигателя.
Так сетевые дроссели устанавливают между сетью и преобразователем частоты при следующих условиях: при наличии помех в сети (по разным причинам); при перекосе фаз; при питании от сравнительно мощного (до 10 раз) трансформатора; если от одного источника питаются несколько преобразователей частоты; если к сети подключены конденсаторы установки КРМ.
В силу того что двигатель питаемый от преобразователя частоты является по сути переменной нагрузкой его работа связана с неминуемым появлением в сетевом напряжении высокочастотных импульсов флуктуаций способствующих генерации паразитного электромагнитного излучения от силовых кабелей особенно если данные кабели отличаются значительной протяженностью. Такие излучения могут повредить некоторые приборы установленные неподалеку.
Для устранения излучений для обеспечения электромагнитной совместимости с чувствительными к излучениям приборами как раз и необходим фильтр ЭМИ.
Так называемый фильтр dUdt — это трехфазный Г-образный фильтр нижних частот состоящий из цепочек индуктивностей и конденсаторов. Такой фильтр еще называют моторным дросселем и часто он может вообще не иметь конденсаторов а индуктивности при этом будут значительными. Параметры фильтра таковы что все помехи на частотах выше частоты переключения ключей ШИМ-инвертора частотного преобразователя подавляются.
Если в составе фильтра имеютсяконденсаторы то величина емкости каждого из них находится в пределах нескольких десятков нанофарад авеличины индуктивностей— до нескольких сотен микрогенри. В итоге данный фильтр понижает пиковое напряжение и импульсы на клеммах трехфазного двигателя до 500 Вмкс что спасает обмотки статора от пробоя. Так как в выбранном пч присутствует фильтр то его установка не требуется.
Основные пункты меню ПЧ для задания параметра двигателя и параметров пуска и торможения
Рисунок 10.1 – Пульт управления ПЧ
Автонастройка представляет собой алгоритм для измерения электрических параметров двигателя когда двигатель остановлен. Это означает что сама функция автонастройки не создает никакого крутящего момента. Функция автонастройки используется при вводе системы в эксплуатацию и проведении оптимизации настройки преобразователя частоты для применяемого двигателя. Эта функция используется в частности в тех случаях когда заводские настройки не подходят для подключаемого двигателя. Параметр Р-04 "Автонастройка" позволяет выбирать полную автонастройку с определением всех электрических параметров двигателя или сокращенную автонастройку с определением только сопротивления статора Rs. Продолжительность выполнения автонастройки меняется от нескольких минут для маломощных двигателей до более 15 минут для больших двигателей.
Ограничения и предварительные условия:
Чтобы обеспечить оптимальное определение параметров двигателя с
помощью автонатсройки необходимо правильно ввести данные с паспортной таблички двигателя в параметры P07 P02 F05 F04 P03 P06.
Для обеспечения наилучшей настройки преобразователя частоты выполняйте процедуры автонастройки на холодном двигателе. Повторное выполнение автонастройки может вызывать нагрев двигателя что приводит к увеличению сопротивления статора Rs. Обычно это не опасно.
Автонастройка может выполняться только в том случае если номинальный ток двигателя составляет не менее 35 % номинального выходного тока преобразователя частоты. Автонастройка может проводиться с завышением мощности двигателя не более чем на один типоразмер.
Возможно проведение сокращенной автонастройки при установленном синусоидальном фильтре. Полную автонастройку при установленном синусоидальном фильтре проводить нельзя. Если требуется полная настройка снимитесинусоидальный фильтр перед проведением полной автонастройки. После завершения автонастройки снова установите синусоидальный фильтр.
В случае параллельного соединения нескольких двигателей используйте только сокращенную автонастройку если таковая предусмотрена.
Не проводите полную автонастройку при использовании синхронных двигателей. Если применяются синхронные двигатели проводите сокращенную автонастройку и вручную устанавливайте расширенные данные двигателя. Для двигателей с постоянными магнитами функция автонастройки не применяется.
Во время выполнения автонастройки преобразователь частоты не создает крутящий момент двигателя. Во время проведения автонастройки не допускается чтобы ведомый механизм вызывал вращение вала двигателя что как известно имеет место например при авторотации в системах вентиляции. Это мешает выполнению функции автонастройки.
Программирование логического контроллера
В приложениях в которых программируемый логический контроллер (ПЛК) формирует простую последовательность логический контроллер может получать элементарные задания от главного управляющего устройства. Логический контроллер предназначен для выполнения действий в ответ на событие которое поступает или формируется в преобразователе частоты. После этого преобразователь частоты выполняет предварительно запрограммированное действие.
Подбор силовых элементов коммутации и защиты
Исходя из расчетов проведенных выше произведем выбор элементов коммутации и защиты. Будем выбирать по их току.
Выбор их производится по номинальному напряжению и току. Кроме того должны быть правильно выбраны:
– номинальный ток расцепителей;
– ток уставки электромагнитного расцепителя;
– номинальный ток уставки теплового расцепителя;
Номинальный ток расцепителей должен быть не меньше номинального тока двигателя.
Для защиты цепи питания используем автоматические выключатели который пропускает через себя электрический ток в зависимости от номинала соответствующего маркировке. В случае возникновения в электрической цепи перегрузки или короткого замыкания срабатывает механизм защиты и автомат выключается. Тепловая защита работает следующим образом: ток протекающий при длительной токовой перегрузке в защищаемой цепи нагревает биметаллическую пластину которая изгибается и толкает рычаг механизма расцепителя цепь разрывается.
- NA8G-4000-4000H 3P 4000A;
- HASKI BA57-35.габ 180A;
- ABB S201 1P C1 6kA.
Для пуска реверсирования принудительной остановки противотоком асинхронных электродвигателей электрики используютсяконтакторы и магнитные пускатели. От правильности выбора коммутационной аппаратуры зависит как и безотказность системы в целом так и электробезопасность обслуживающего персонала.
Выбор пускателя и избыточным коммутируемым током ведет к большим финансовым затратам при его коммутации слышны шлепки большей громкости чем те что издают маленькие пускатели. Недостаточные по коммутируемой мощности пускатели долго не прослужат будут греться и подгорать клеммники и контакты. В результатепереходное сопротивление контактабудет расти до тех пор пока контакт не исчезнет полностью что приведет к преждевременной замене аппарата.
Также произведем выбор проводников. Сечения проводников питающей и распределительной сетей системы электропитания установок автоматизации должны выбираться по условиям нагревания электрическим током по допустимым токовым нагрузкам на провода и кабели с учетом прокладки.
Таблица 10.1 – Характеристики сечений проводников
Для приборов выбираем два одножильных провода с медными жилами сечением – 25 мм2.
Для насоса частотных преобразователей – три одножильных провода с медными жилами сечением – 70 мм2.
Для двигателя смесителя керамической массы выбираем три одножильных провода с медными жилами сечением – 500 м м2.
Целью данного курсового проекта являлась разработка автоматизированного электропривода смесителя керамической массы. Мы привели описание технологических особенностей механизма его технические характеристики. Рассчитали статическую мощность приводов.
По мощности электродвигателя мы подобрали частотный привод.
Для обеспечения требуемого технологического режима была синтезирована система управления электродвигателем. Для неё были рассчитаны параметры регуляторов. Система была промоделирована в Simulink пакета Matlab. В процессе моделирования мы выяснили что рассчитанная система удовлетворяет заданным требованиям.
Произвели проверку двигателей на перегрев. Выбрали силовые элементы коммутации и защиты для ЧП.
Список использованных источников
Справочник по автоматизированному электроприводуПод редакцией Елисеева В.А. Шинянского А.В. –М.; «ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ»1983г.
А.С.Сурмак - Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по автоматизированному электроприводу отрасли2003г.
А.А.Усольцев – Электрический привод. Учебное пособие – Санкт-Петербург 2012г.
Спиваковский А.О. Дьячков В.К. – Транспортирующие машины – Москва «Машиностроение» 1983г.
Дунаев П.ф. Леликов О.П. - Конструирование узлов и деталей – Москва «Высшая школа» 1998г.
Фираго Б.И. Павлячик Л.Б. – Теория электропривода. – М. «Техноперспектива» 2004г.
Арабей . А. Грынюк Дз. А. Максіма У.Я. – Электронныя прылады і праграмуемыя кантролеры сістэмы атаматызацыі

Автоматизированный электропривод смесителя керамической массы.dwg

ХТиТ 2.21.05.16 2019
электропривод шнекового пресса
Питание частотного преобразователя для 1 двигателя подающей тележки
Частотный преобразователь Mitsubishi Electric FR-F840-00250
Датчик давления ОВЕН ПД100И
Промежуточное реле EKF РП 224 24В
Панель оператора Power Panel B&R
Принципиальная электрическая схема
Управление двигателем смесителя керамической массы
обозначение документа
Наименование и техническая характеристика
Микропроцессорные устройства
Спецификация оборудования
изделий и материалов
КМ-12124 12А 1Н0 24В
NA8G-4000-4000H 3P 4000А
Управление двигателем насоса
Встроеный блок питания ПЛК B&R
Процессор Intel Celeron 650 X20CP1486
Модуль дискретных выходов B&R X20CP1301 Slot X3
Модуль аналоговых выходов B&R X20AO2622
Асинхронный электродвигатель АИР355M4
Автоматизированный электропривод смесителя керамической массы
Автоматический выключатель NA8G-4000-4000H 3P 4000А
Автоматический выключатель АВВ S201 1P C1 6kA
Блок питания F&F ZI-100-24
Характери- стика электро- приемника
Питание частотного преобразователя
привода смесителя керамической массы см. л. 2
Питание двигателя насоса подачи керамической массы q*; см. л. 2
Питание процессора и модулей ПЛК
магнитного пускателя см. л. 2
Задание частоты вращения
Преобразователь частоты NXP 0650 5A2L0SSA
Контактор КМ-12124 12А 1Н0 24В SHCET
Процессор Intel Celeron 650
Модуль дискретных выходов
Модуль аналоговых выходов
Модуль аналоговых входов
Асинхронный электродвигатель
Преобразователь частоты
Автоматический выключатель
Асинхронный электродвигатель АИР132M4
Проверка частоты вращения
Автоматический выключатель ВА57-35 габ.225 180А
Модуль аналоговых входов B&R X20CP1301 Slot X1
ВА57-35 габ.225 180А
Управление запуском двигателя М2
Клемная колодка 0TB6102.2010-01
Автоматизированный электропривод смесителя керамической массы (дополнительное задание)
Модуль дискретных входов X20DI8371
Датчик давления SIEMENS QBM81-50
Ультразвуковой датчик уровня UC10000-F260-IE9R2
Модуль дискретных выходов X20CM0985
Управление запуском двигателя М3
Управление двигателем
Управление запуском двигателя М4
Датчик температуры ОВЕН ДТС-И
Модуль аналоговых входов X20AI4222
Модуль дискретных входов
Ультразвуковой датчик уровня
Контроль температуры