Проект автоматизированного электропривода грузового лифта (стр. 4 из 7)
–для привода постоянного тока – тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения при регулируемом магнитном потоке двигателя постоянного тока;
–систему импульсно-фазового управления, устройства выделения аварийного режима, контроля предохранителей и защиты от перенапряжений;
–коммутационную и защитную аппаратуру в цепях постоянного и переменного тока;
–сглаживающий реактор в цепи постоянного тока (при необходимости);
–устройство динамического торможения (при необходимости);
–шкаф высоковольтного ввода (при необходимости);
–систему управления электроприводом;
–комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода;
–узлы питания обмотки возбуждения тахогенератора и электромеханического тормоза.
В проекте выбираются электродвигатель, силовой тиристорный преобразователь для питания двигателя, силовой трансформатор для питания преобразователя (или токоограничивающий реактор), сглаживающий реактор в цепи постоянного тока (при необходимости).
Питание двигателей постоянного тока предусматривается от преобразователей по трехфазной мостовой схеме выпрямления с раздельным управлением тиристорных групп. Условие выбора преобразователейUнтп>=Uн;Iнтп >=Iн.Для проекта выбирается электропривод транзисторный регулируемый асинхронный Триол АТО5, технические данные которого приведены в таблице 5.
Таблица 5
| Параметр | Значение |
| Питающая сеть | 3х380 В( +10%, –15%) |
| Выходное напряжение | 3х ( 0…380 В )+ – 2% |
| Выходная частота | 0…400 Гц + – 0,05% |
| Ток перегрузки | 150% номинального значения в течение 60 с. |
| Коэффициент полезного действия | не менее 0,95. |
| Полная мощность, кВа | 28 |
| Номинальный ток нагрузки Iн, А | 45 |
Принципиальная схема электропривода приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Схема силовых цепей и функциональная схема управления электропривода АТО5
АИН – автономный инвертор напряжения;
ДТ – датчики тока;
М – асинхронный электродвигатель;
ИП – источник питания ( конвертор );
ДН – датчик напряжения;
ФИ – формирователь управляющих сигналов транзисторов (драйвер);
МК – микропроцессорный контроллер;
УВВ – устройство ввода / вывода ( внешний интерфейс );
ПУ – пульт управления.
9. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И РАСЧЕТ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ
9.1 Структурная схема механической части электропривода
Механическая часть электропривода включает в себя движущиеся массы двигателя, передачи и рабочей машины. Структурные схемы механической части должны учитывать упругие связи и распределение моментов инерции между двигателем и рабочей машиной. Многомассовые упругие системы чаще всего сворачиваются в двухмассовые системы с присоединением малых маховых масс к звеньям механической части, обладающими большими маховыми массами, т.е. к ротору двигателя и рабочей машине. Дифференциальные уравнения, описывающие поведение двухмассовой упругой системы, без учёта диссипативных сил и зазоров в передаче, имеют вид:
Сделав необходимые преобразования, получим систему дифференциальных уравнений:
Коэффициенты при производных представляют собой постоянные времени:
– двигателя
– упругого звена
- рабочего органа
Структурная схема двухмассовой упругой системы приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Структурная схема двухмассовой упругой системы
Главные инерционные массы, представленные интегрирующими звеньями с постоянными времени Тдв и Тро, разделены интегрирующим звеном с постоянной времени Тс.
9.2 Структурная схема электромеханического преобразования энергии
Математическое описание асинхронного двигателя при наличии шести обмоток на статоре и роторе с учётом их взаимного расположения, множества связей между ними, блоков произведения и нелинейностей достаточно сложно. В практике электропривода находят применение методы, в которых математическое описание упрощается за счёт различных допущений. Представление двигателя в виде эквивалентной двухфазной машины позволяет несколько упростить математическое описание и структурную схему асинхронного двигателя. Переход к упрощенной структурной схеме на основании записи уравнения момента двигателя М(s) в частных производных по напряжению питания, частоте и скорости оставляет нелинейные коэффициенты усиления. Для рассмотрения переходных процессов на рабочем участке механической характеристики возможно применение более простого соотношения между моментом и скоростью двигателя –формулы Пинчука И.С.
где β = 2*Мк / (ω0н*Sк) – модуль жесткости линеаризованной механической характеристики.
Передаточная функция электромеханического преобразования энергии в асинхронном двигателе:
После преобразований структурная схема асинхронного двигателя для рабочего участка механической характеристики полностью повторяет структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения (см. рисунок 5).
Рисунок 6 - Апериодическое звено
Для асинхронного двигателя
Пределы целесообразного использования полученных соотношений ограничиваются значениями момента – 0,8*Мк ≤ М < 0,8*Мк.
Если необходимо рассматривать работу асинхронного двигателя при больших скольжениях, при частотном регулировании скорости и момента в широких пределах следует обращаться к более сложному математическому описанию преобразования.
9.3 Структурные схемы электрических преобразователей энергии
Электрическое преобразование энергии выполняют различные устройства: тиристорные и транзисторные преобразователи переменного тока в постоянный, преобразователи частоты, широтно-импульсные преобразователи и пр., а также обычные резисторы, устанавливаемые в силовую цепь двигателя. Преобразователи электрической энергии используются в качестве регуляторов мощности, обеспечивая подачу на зажимы двигателя заданного напряжения или тока в зависимости от требований к электроприводу как в установившихся, так и в переходных режимах.
При питании силовой цепи двигателя от сети неизменного напряжения в качестве регулятора мощности применяют добавочные сопротивления в силовой цепи и релейно-контакторные станции управления для включения или выключения ступеней этих сопротивлений. Соответствующий подбор этих резисторов обеспечивает правильную пусковую диаграмму (реостатное регулирование момента) и требуемую скорость движения рабочего органа (реостатное регулирование скорости).
При питании двигателя постоянного тока от тиристорного преобразователя в силовую цепь дополнительно включаются активные и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора (или токоограничивающего реактора) и сглаживающего реактора, в результате возрастают Rяц и Lяц и изменяются параметры структурной схемы Кяц и Тя.
Силовая часть тиристорного преобразователя относительно мгновенных значений входной и выходной координат представляет собой нелинейную импульсную систему, которая в полосе пропускания частот, ограниченной практически частотой сети, может рассматриваться как безынерционное звено с косинусоидальной зависимостью средней ЭДС Еd от угла открывания α. Фазовые сдвиги угла α относительно напряжения управления Uу вносит система импульсно-фазового управления.
Передаточная функция тиристорного преобразователя для линейного участка регулировочной характеристики Еd = f(Uу) имеет вид
Ктп = Еd / Uу – коэффициент усиления преобразователя.
С целью упрощения расчётов на стадии выбора и расчёта элементов силовой части электропривода появляется возможность не учитывать инерционность ТП и представлять ТП безынерционным звеном с коэффициентом усиления Ктп. Учёт падения напряжения в элементах преобразователя при изменении нагрузки учитывается изменением параметров структурной схемы Кяц и Тя.
Всё приведенное выше относится к преобразователям частоты. Более того, в связи с тем, что в схеме ПЧ в контуре протекания токов включено большее число элементов (тиристоров, дросселей и т.п.), электрические данные которых на стадии проектирования неизвестны, а также учитывая наличие внутренних обратных связей в преобразователе, обеспечивающих поддержание заданного напряжения на выходе при изменении нагрузки, появляется возможность не учитывать падение напряжения внутри преобразователя (считать его внутреннее сопротивление равным нулю).