Требования к системе управления электроприводом с использованием двигателя типа 4MTKF(H)200LB6

1. Требования к системе управления электроприводом

1.1 Технические данные и особенности электродвигателя

В соответствии с заданием на курсовое проектирование в системе электропривода будем использовать двигатель типа: 4MTKF(H)200LB6.

Асинхронные двигатели серии 4МТ предназначены для работы на подъемно-транспортных механизмах и в электроприводе механизмов металлургических агрегатов. Все двигатели этой серии рассчитаны для эксплуатации в условиях открытого воздуха и имеют степень защиты IP44 (защищает от попадания внутрь твёрдых тел более 1 мм и от брызг). Охлаждение двигателей производится снаружи с помощью вентилятора на валу. Крепление вентилятора к валу – на шпонке болтовым зажимом. Роторы двигателей балансируются с помощью балансировочных колец.

Обмотка  ротора короткозамкнутых исполнений ЭД выполняется литой из алюминиевого сплава повышенного сопротивления. Двигатели, рассчитанные для условий эксплуатации при температуре окружающей среды не выше 40 °С, имеют изоляцию класса F и типовое обозначение 4МТF,4MTKF. Двигатели, рассчитанные для условий эксплуатации при температуре окружающей среды не выше 50 °С и выше (металлургия), имеют изоляцию класса H и типовое обозначение 4МТH,4MTKH. Двигатели с высотой оси вращения свыше 200 мм изготавливаются только с изоляцией класса Н.

Все двигатели рассчитаны на 2 группы напряжений 220/380В и 380/660В, 50 Гц и имеют в коробке выводов 6 выводных концов для включения обмоток соответственно в треугольник или звезду.

Серия построена на 7 диаметрах и имеет соответственно высоты оси вращения 112, 132, 160, 200, 225, 280, 355. В типовом обозначении первые 3 знака 4МТ – порядковый номер серии; буква К – короткозамкнутое исполнение; буквы F и H – тип изоляции; три цифры – высота оси вращения; буквы S, M, L, LB – условный размер двигателя по длине; цифра – число полюсов.

Номинальные данные используемого электродвигателя:

-  номинальная мощность электродвигателя           P_н = 30 кВт

-  номинальная частота вращения                            n_ном = 935 об/мин

-  коэффициент мощности                                        cosj_ном = 0,78

-  максимальный момент                                           М_max = 980 Н×м

-  пусковой момент                                                   М_п = 932 Н×м

-  пусковой ток                                                          I_п = 380 А

-       ток статора                                                             I₁ = 70 А

-       коэффициент полезного действия                         h = 83,5 %

-       момент инерции двигателя                                    J = 0,68 кг×м²

Расчетные данные используемого электродвигателя:

-  Xк=0,455 Oм – индуктивное сопротивление короткого замыкания;

-  I₀ = 42,1 A - ток холостого хода;

-  Rк=0,36 Oм – активное сопротивление короткого замыкания;

-  R₁=0,132 Ом – сопротивление обмотки статора при t=20^°С.

-   - квадрат коэффициента трансформации ЭДС.

Произведём расчёт параметров двигателя необходимых при проектировании электропривода.

Номинальная угловая частота вращения двигателя:

номинальное скольжение:

S_ном =

синхронную угловую скорость

;

номинальный момент на валу

.

1.2 Кинематическая расчетно-механическая схема электропривода

На рисунке 1.1 приведена кинематическая схема системы электропривода.

Рис.1.1. Кинематическая схема ЭП.

ЭД – электродвигатель

МП – механическая передача

Приведенный к валу ЭД номинальный момент нагрузки.

;

Номинальный момент механической передачи.

;

Момент инерции передаточного механизма:

;

Приведенный к валу ЭД момент инерции механизма:

Суммарный момент инерции.

;

Время пуска. Пуск двигателя по условиям задания осуществляется под нагрузкой.

1.3 Статические и динамические нагрузки электропривода

Для построения системы управления электроприводом важно знать в каких пределах изменяется статический и динамический моменты.

Момент в статике изменяется в пределах определяемых по формулам

Для построения пределов изменения динамического момента необходимо определить максимальный момент двигателя, который равен:

М_max = 980 Н×м

Момент в динамике изменяется в пределах определяемых по формулам

;

;

Произведём построение механической характеристики в статическом режиме. Механическая характеристика представлена на рисунке 1.2.

 

Рис. 1.2. Механическая характеристика в статическом режиме.

Произведём построение механической характеристики в динамическом режиме. Механическая характеристика представлена на рисунке 1.3.

 

Рис. 1.3 Механическая характеристика в динамическом режиме.

1.4 Требования к системе управления электроприводом

В соответствии с заданием на курсовой проект необходимо разработать систему управления электроприводом со следующими требованиями и параметрами:

тип двигателя                                                                             - 4MTKF200LB6

требуемый статизм характеристики: S_х                                                      - 0,05;

суммарная погрешность: D_S                                                      - 0,1;

коэффициент плавности задания скорости                     - не более ;

В соответствии с заданием на курсовое проектирование сформулируем требования, предъявляемые к системе автоматического управления:

1. Обеспечить регулирование скорости в диапазоне D = 5;

2. Обеспечить реверсирование двигателя и регулирование скорости выше номинальной,  с требуемой плавностью задания скорости;

3. Обеспечить надёжную работу СУЭП;

4. Удобство наладки и диагностики СУЭП;

5. Обеспечить удобство монтажа и ремонта, лёгкий доступ к основным схемам и узлам, блочное построение;

6. Обеспечить режим работы электропривода до 30 вкл/час;

;

7. Обеспечить исключение влияния внешних помех и испускание собственных помех;

8. Обеспечить пожаро–огнебезопасную систему электропривода;

9. Минимальные массогабаритные показатели;

10. Минимальная стоимость системы электропривода и минимальные затраты в процессе эксплуатации;

11. Обеспечить требования техники безопасности в соответствии с ПТ и ТБ.

1.5 Предварительный выбор схемы главных цепей и функциональной схемы автоматического управления.

Исходя из требований, предъявляемых к системе управления ЭП, можно сделать выбор схемы главных цепей и функциональной схемы автоматического управления. Так как мы регулируем скорость в широких пределах, причем и выше номинальной, то необходимо двухзвенный преобразователь частоты с промежуточной цепью постоянного тока.

Рис. 1.4. Схема силовой части электропривода.

Т.к. диапазон регулирования небольшой D=4, то управление будет осуществляться по скалярному закону с обратной связью по ЭДС. Номинальная мощность электродвигателя равна 30 кВт, значит, двигатель будет тормозиться динамически на тормозное сопротивление R_т.

Так же данная система управления должна обеспечить возможность регулирования скорости в верх от номинальной (w ≥ w_H).

Рис.1.5. Функциональная схема системы управления электроприводом.