Расчет мощности, выбор электродвигателя и преобразователя частоты для привода технологической машины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  и  НАУКИ РФ

Елабужский филиал ГОУ ВПО Казанского государственного технического  
университета им А.Н. Туполева

 

 

 

 

Курсовой  проект по дисциплине:

Автоматизированный электропривод

Тема:

«Расчет мощности, выбор электродвигателя и преобразователя частоты для  привода технологической машины»

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 4 курса,  
22408  группы

Черемных Л.Г.

Проверил: Муратаев А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Елабуга, 2010 г

 

 

 

Содержание

 

Введение Ошибка! Закладка не определена.

1. Расчет мощности и выбор  электродвигателя 4

2. Выбор преобразователя Ошибка! Закладка не определена.

3. Схема подключения преобразователя  MIDIMASTER Vector и двигателя 11

4. Выбор кабельной продукции Ошибка! Закладка не определена.

5. Выбор коммутационной и защитной  аппаратуры Ошибка! Закладка не определена.

6. ПИД-регулятор Ошибка! Закладка не определена.

7. Электромагнитная совместимость 17

8. Заземление 18

9. Тепловая защита двигателя 20

10. Рекомендации по установке 22

11. Техника безопасности при  эксплуатации преобразователя частоты 24

Заключение 26

Список используемой литературы Ошибка! Закладка не определена. 
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 = 120кВт            t1 = 1,1 с  

Р2 = 57кВт            t2 = 5.5 с

Р3 = 49кВт            t3 =  0,75 с

Р4 = 33кВт            t4 = 1 с

Р5 = 60кВт            t5 = 13 с

α = 0,4 – коэффициент потерь

β0 = 0,25 – коэффициент ухудшения  теплоотдачи

Тн = 55 мин – постоянная нагревания

nм = 940 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
120	57	49	33	60
t 1, c	t 2, c	t 3, c	t 4, с	t 5, с
1,1	5,5	0,75	1	3

 

 

 

 

 

1.1По 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	Ток , А	Cosφ	КПД, %	Кн	Кmax	Кmin	Jд, кг/м2	Кi	Uн, В
АИР250S2	75	3000	134,6	0,87	93	2,2	2,5	2	220	6	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 = 220 В
Ток статора	Iном = 134,6А
Пусковой ток статора	Iпуск = 807,6А
Мощность на валу	Pн = 75 кВт
Обороты	nном =  3000 об/мин
КПД	μ = 0,91
Номинальный момент	Mном =117
Минимальный момент	Mdvmax. = 292.5
Максимальная частота вращения	nmax. =  3000 об/мин
Момент инерции ротора	J% =  220 кг·м2
Число пар полюсов	P =8

 

 

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 преобразователья частоты, следует что:

Номинальный ток преобразователя  частоты должен быть не менее:

 

 

По Iпч преобразователь частоты MIDIMASTER Vector,    P =  47 кВт, в количестве 1 штуки

По каталогу Iном  = 70.8 А

 

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

Тогда

 

Выбираем преобразователь частоты  MIDIMASTER Vector,   P = 47 кВт,  Iном = 75 А

 

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

 

Мах. момент на валу двигателя     АИР200М2

Где Iном р.с. = 75 А   -  номинальный ток преобразователя частоты

       Iном dv = 70,8 А -  ном. ток двигателя

 

   -  условие выполняется

 

Окончательно выбираем преобразователь  P = 47кВт,  Iном = 75 А

Характеристики  преобразователя

Входные параметры
Тип сети	Трехфазная
Входное напряжение	380-480 В
Рабочий диапазон входных напряжений	342-528 В
Частота	50/60 Гц
Выходные параметры
Мощность двигателя 47 кВт	Полная мощность преобразователя 51,9 кВА
Номинальный ток  75 А	Рабочий диапазон выходных напряжений  Трехфазное 380-480 В (в зависимости от напряжения питания)
Метод управления	Высокочастотный ШИМ
Диапазон управления по частоте	от 0,1 до 400 Гц
Точность частотных режимов	Цифровая команда: в пределах ±0,01% от максимальной выходной частоты Аналоговая команда: в пределах ±0,2% от максимальной выходной частоты (25±10С)
Шаг выходной частоты	При цифровой установке: 0,01 Гц  При аналоговой установке: максимальная частота/4000
Пусковой момент	200%/0,5 Гц (бессенсорный векторный контроль)
Вольт - частотная характеристика	V/f (линейная, квадратичная), бесенсорный  векторный контроль (базовая частота  30
Запас по перегрузке	150% от номин. выходного тока в  течение 1 мин, 200% в течение 0,5 сек
Время разгона / замедления	0,01 ~ 3600 сек(при линейной и нелинейной  характеристиках разгона/замедления, 2х стадийный разгон/замедление)
Несущая частота (ШИМ)	0,5 - 15 кГц
Торможение постоянным током	Торможение активизируется при  заданной частоте или при подаче внешнего управляющего сигнала. (Частота, время торможения и тормозной  момент программируются произвольно)
Установка выходной частоты	Стандартное управление: Установка выходной частоты клавишами вверх/вниз на пульте оператора Внешним управляющим сигналом: DC 0 ~ 5 В, -5 - +5В, 0 ~ 10 В, -10 - +10В (входной импенданс 10 кОм), 4-20 мА (входной импенданс 100 Ом) С внешнего порта: Интерфейс RS485