Расчет силового электропривода (стр. 4 из 5)

Требуется выбрать преобразователь частоты со следующими характеристиками:

- тип преобразователя – АИН ШИМ;

- закон управления – P=const;

- питающая сеть: ~3 380В 50Гц;

- мощность преобразователя – Р=75 кВт.

Выбираем преобразователь Omron 3G3FV А4750 CUE. Высоко динамичный с большой глубиной регулирования. Пусковой момент до 150% с 3 Hz. Отличается режимом векторного управления, возможностью работы с полным моментом в области нулевых частот и улучшенными динамическими характеристиками: имеет функцию автоматического определения параметров электродвигателя. 7 дискретных входов (6 из них программируемые), 3 аналоговых входа (1 программируемый) (0-10В или 4-20мА). 2 аналоговых выхода для мониторинга частоты или тока. 2 программируемых релейных выхода (до 1А). 2 опторазвязанных выхода Встроенный RS232/RS485/422 + PID + Энергосбережение + neuro-Fuzzy + крановые характеристики.

Таблица 1 – Характеристики преобразователя

Параметр	Значение
Мощность (кВт)	75
Входное напряжение (В)	380В~460В
Входная частота (Гц)	50/60 Гц
Допустимое колебание напряжения	от -15% до +10%
Диапазон частоты (Гц)	0.1~400 Гц
Разрешение выходной частоты (Гц)	0.01Гц
Управление двигателем	вольт-частотное / векторное с обратной связью
Несущая частота (кГц)	0.4~15 кГц
Коммуникационные возможности	Modbus; Compo Bus/D (Device Net); Profibus DP Sysmac Bus; Interbus
Аналоговый выход (0-10 В)	есть
Количество фиксированных скоростей	8
Аналоговое задание скорости	-10 ~ +10 В 0~10 В 4~20мА
Время ускорения/замедления	от 0.01 до 6000 сек.
Степень защиты	IP20

Частотный преобразователь обеспечивает полную защиту преобразователя и двигателя от перегрузок по току, перегрева, утечки на землю, и обрыва фазы.

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Механическая характеристика рассчитывается по формуле:

(32)

где

- фазное напряжение на статоре;

- активное сопротивление фазы статора, Ом;

- активное сопротивление фазы ротора, приведенное к цепи статора, Ом;

- индуктивное сопротивление фазы статора, Ом;

- индуктивное сопротивление фазы ротора, приведенное к цепи статора, Ом;

s – скольжение;

- скорость идеального холостого хода (магнитного поля).

Сопротивления фаз статора и приведенные сопротивления фаз ротора рассчитаем по справочным данным.

Базисное значение сопротивления:

(33)

где в качестве базисных значений напряжения и тока принимаем номинальные значения фазного напряжения и тока статора:

(34)

Тогда:

(35)

Построим естественную механическую характеристику по формуле (41) используя математический пакет Mathcad, учитывая, что

, подставляя , откладывая по оси х момент М, а по оси у - скорость двигателя .

Естественная механическая характеристика двигателя представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Естественная механическая характеристика двигателя

Рассчитаем электромеханические характеристики двигателя.

В качестве базисной величины тока, принимаем номинальное значение тока ротора, приведенного к статорной цепи.

Зависимость приведенного тока ротора от скольжения определяется по формуле:

(36)

Зависимость тока статора от скольжения определяется по формуле:

(37)

где

- относительный ток ротора;

- максимальное значение относительного тока ротора;

- относительный ток намагничивания;

- номинальный ток статора.

Максимальное значение относительного тока ротора:

(38)

где

- критическое скольжение;

.(39)

Относительный ток намагничивания:

(40)

Относительный ток ротора:

(41)

Построим естественную электромеханическую характеристику роторного тока и электромеханическую характеристику статорного тока, используя математический пакет Mathcad, подставляя

, откладывая по оси х ток I, а по оси у - скорость двигателя .

Естественные ЭМХ двигателя представлены на рисунке 9.

Рисунок 9 - Естественные электромеханические характеристики двигателя

Так как для регулирования скорости применяется ПИ – регулятор (будет показано ниже), который дает нулевую статическую ошибку, поэтому механическая характеристика привода будет абсолютно жесткой.

Рисунок 10 - Механическая характеристика привода

6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

Для получения более простых передаточных функций регуляторов необходимо перейти от двухмассовой расчетной схемы к одномассовой расчетной схеме.

Обоснование перехода к одномассовой расчетной схеме:

- используются только обратные связи по переменным двигателя;

- частота собственных колебаний:

(42)

- условие перехода:

.

Как показано ниже Т_ привода составляет 0,0258, тогда

. Тогда условие перехода выполняются ( ) и, следовательно, можно перейти к одномассовой расчетной схеме.

Суммарный момент инерции одномассовой расчетной схемы будет равен:

.

Одномассовая расчетная схема представлена на рисунке 11

Рисунок 11 - Одномассовая расчетная схема

При регулировании зависимость момента допустимого по нагреву двигателя от скорости должна повторять зависимость момента статического от скорости.

Для управления приводом будем использовать двухконтурную систему автоматического регулирования с вольт/частотным управлением с последовательной коррекцией звеньев, с внутренним контуром регулирования момента и внешним контуром регулирования скорости.

При вольт/частотном управлении организуется два канала управления: канал управления частотой питания и канал управления напряжением. Стабилизация скорости осуществляется путем регулирования напряжения в функции частоты и в функции нагрузки.

Рассмотрим канал регулирования частоты.

Разлаживая уравнения динамической механической характеристики в ряд и линеаризуя полученные уравнения в окрестности точки М=0, s=0, получим линеаризованную модель асинхронного двигателя, справедливую для

.

Вследствие того, что в асинхронном электроприводе сложно измерять момент двигателя, вместо регулирования момента по отклонению применяют регулирование по возмущению. Т.к. возмущающим воздействием для контура регулирования момента является скорость, то будем вводить положительную обратную связь по скорости, с коэффициентом передачи

.