Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов всех форм обучения специальности 220301 Автоматизация технологических процессов и производств (стр. 6 из 10)
Мсмах Wкр=const=Pдв. (1)
Верхняя грань второй зоны Wsup = 524 рад/с.
Предполагается реализация частотного управления асинхронным двигателем во второй зоне с ослаблением главного потока машины. Это позволяет ограничить установленную мощность Рдв в соответствии с (1) на уровне
Рдв=Мсмах Wмin=200 Нм 157 рад/с=31. 4 кВт
Максимальный момент на верхней грани скорости Wsup (рис.1):
Msup= Рдв/Wsup = 31400/524 = 60 Нм.
Если указанного допущения о постоянстве мощности нагрузки (1) сделать нельзя, завышение установленной мощности двигателя при постоянной перегрузочной способности привода составит
Рдв мах = Рдв Dw = 31.4*3.33=104.5 кВт
Режим работы привода в тепловом отношении - продолжительный (S1) во всем диапазоне скоростей.
Направление вращения - реверсивное, перегрузочные способности в обе стороны одинаковы.
Тормозные режимы привода – кратковременные. Продолжительная работа привода предусматривается в двигательных квадрантах (1 и 3). Торможение в 2 и 4 квадрантах предназначено для гашения кинетической энергии вращающихся частей . Поэтому специальных мер для рекуперации или утилизации энергии торможения не предусматривается, достаточно штатных резисторов в звене постоянного тока преобразователя частоты в инверторном режиме. Допустимо динамическое торможение постоянным током и энерговыделением в двигателе при условии обеспечения регламентируемого темпа торможения (см.ниже)
Точность поддержания скорости
В установившихся режимах при квазистатической нагрузке точность стабилизации скорости - 0.25 %. В зоне низких скоростей 5.2 рад/с…84рад/с допускается постоянство абсолютной погрешности от верхней границы скорости 025% *800 мин-1=2 мин-1=0.21 рад/с. Данное требование означает применение двукратно-интегрирующей САР скорости с пропорционально-интегральным (ПИ) регулятором скорости и встроенного датчика скорости. Нужно иметь в виду, что бездатчиковые системы, базирующиеся на косвенном измерении скорости с использованием математической модели двигателя, имеют невысокую стабильность, порядка единиц процентов. Это обусловлено изменением параметров двигателя при прогреве и старении. Пристраиваемый датчик скорости также имеет ограниченную точность вследствие конечной точности центровки. Эта кинематическая погрешность проявляется в виде оборотных пульсаций сигнала датчика. Можно показать, что несоосность порядка 0.1 мм приводит к амплитуде пульсаций порядка 1…3%.
Динамическая точность поддержания скорости Dw при изменении нагрузки 0…200 Нм требуется не хуже 1%.(?) Это позволяет оценить требования к быстродействию САР в режиме стабилизации скорости. Принимая указанный момент за номинальный Мном = 200 Нм, оценим частоту среза контура скорости Wcр.
Для предварительных оценок необходимо знание момента инерции механизма и двигателя. Для подходящих по скорости и мощности асинхронных двигателей 4А180М4У3, 30.0 кВт, 1470 мин-1 Jдв=0.23 кг*м2; для двигателя АИР180М4, 30.0 кВт, 1470 мин-1, Jдв=0.2 кг*м2. Принимаем момент инерции механизма равным моменту инерции двигателя:
Jsum = 0.4 кг*м2; (2)
Постоянная времени механической инерции Тj (время разгона до номинальной скорости с номинальным моментом):
Тj=Jsum*Wном/Мном=0.4*150/200=0.3 с. (3)
Частота среза контура скорости:
Wср=0.95*mc/(Dwдин*Тj)=0.95*1/(0.01*0.3)=317 рад/с.
Это нереально высокое быстродействие, требующее некомпенсируемой постоянной внутреннего контура Тm:
Тm=1/(4* Wср)=1/(4*317)=0,78 мсек.
Имеющиеся сегодня на рынке электроприводы (в том числе постоянного тока) позволяют получать частоту среза порядка Wср =50…80 рад/с, Тm=3…5 мсек. Соответственно, при ступенчатом приложении номинальной нагрузки динамическое падение скорости составит Dw=3..5 %, с последующим восстановлением до заданного значения. Вероятнее всего, необходимо уточнение режима изменения нагрузки, для которого задано Dw =1%.(?)
Пожаро- и взрывобезопасность. Недопустимо наличие искрообразования в двигателе. Это исключает применение приводов с электромеханической коммутацией- двигателей постоянного тока, коллекторных двигателей переменного тока, асинхронных двигателей с фазным ротором, синхронных двигателей с щеточным возбуждением и т.п.
Из хорошо освоенных промышленностью типов привода могут быть рекомендованы асинхронные приводы, синхронные с возбуждением от постоянных магнитов либо бесщеточным возбуждением, приводы по схеме «вентильный двигатель».
Управление скоростью и ускорением от компьютера. Все современные комплектные приводы имеют стандартное сопряжение с ПЭВМ в форме последовательного интерфейса RS-232, либо RS-485, либо шины типа PROFIBUS. Конкретные варианты подчеркиваются в приводимом далее обзоре. Реализуемость требований к дискретности задания скорости в 1 мин-1, т.е. 0.1%, сомнений не вызывает, другой вопрос, что отработка заданий происходит с точностью в два раза хуже (см. выше).
Рассмотрим реализуемость ускорений, регламентируемых на уровне 200 мин-1 за сек. (В «Основных технических требованиях» неудачно указано ускорение 3.3 сек-2, это внесистемная единица, подразумевающая «обороты в секунду за секунду» и могущая внести путаницу. В СИ угловое ускорение будет измеряться в [рад/сек2] и указанному выше ускорению будет соответствовать значение e=21 рад/сек2. «Радианы» обычно опускаются, т.к. по определению безразмерны. В электротехнике устоялось также представление угловой скорости как частоты вращения в «оборотах в минуту». Соответствующая единица ускорения будет, видимо «обороты в минуту за минуту», и указанная величина ускорения выразится как 12000 об/мин2.)
Таким образом, момент, потребный для обеспечения указанного ускорения:
Мдин=Jsum*e= 0.4*21=8.4 Нм.
Это означает, вообще говоря , необходимость повышения максимального момента двигателя до уровня 210…230 Нм для обеспечения превышения момента двигателя над моментом сопротивления насоса и разгона с указанным темпом. Соответствующее повышение мощности составит
Рдв= Ммах* Wмin=230 Нм 157 рад/с=36.1 кВт (4)
Приложение 2. Перечень стандартов
наибольшей частоты использования
| ГОСТ 2.102-68 | Виды и комплектность конструкторских документов |
| ГОСТ 2.108-68 | Спецификация |
| ГОСТ 2.109-73 | Основные требования к чертежам |
| ГОСТ 2.301-68 … 2.217-69 | Общие правила выполнения чертежей. |
| ГОСТ 2.401-68 … ГОСТ 2.409-74 | Правила выполнения чертежей различных деталей. |
| ГОСТ 25347-82 | Основные нормы взаимозаменяемости. ЕСДП. Поля допусков и рекомендуемые посадки. |
| ГОСТ 8.417-81 | ГСИ. Единицы физических величин. |
| ГОСТ 2.701-84 | Схемы. Виды и типы. |
| ГОСТ 2.702-75 | Правила выполнения электрических схем. |
| ГОСТ 2.703-68 | Правила выполнения кинематических схем. |
| ГОСТ 2.704-76 | Правила выполнения гидравлических и пневматических схем |
| ГОСТ 2.770-68 | Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики. |
| ГОСТ 2.781-96 | Обозначения условные графические. Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные. |
| ГОСТ 2.782-96 | Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические. |
| ГОСТ 2.783-69 | Элементы привода и управления общего применения. |
| ГОСТ 7.1-2003 | Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. |
Приложение 3. ГОСТ 2.701-84. СХЕМЫ
ЕДИНАЯ СИСТЕМА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
СХЕМЫ
ВИДЫ И ТИПЫ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ГОСТ 2.701-84 (СТ СЭВ 651-77)
Настоящий стандарт распространяется на схемы, выполняемые вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности, а также электрические схемы энергетических сооружений (электрических станций, электрооборудования промышленных предприятий и т. п.), устанавливает виды и типы схем и общие требования к их выполнению.
Пояснения терминов, использованных в стандарте, приведены в справочном приложении 1.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 651—77.
1. Виды и типы схем
1.1. Схемы в зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия (установки), подразделяют на следующие виды:
электрические;
гидравлические;
пневматические;
газовые (кроме пневматических);
кинематические;
вакуумные;
оптические;
энергетические;
деления; комбинированные.
Примечания:
1. Для изделия, в состав которого входят элементы разных видов, разрабатывают несколько схем соответствующих видов одного типа, например, схема электрическая принципиальная и схема гидравлическая принципиальная, или одну комбинированную схему, содержащую элементы и связи разных видов.
2. На схеме одного вида допускается изображать элементы схем другого вида, непосредственно влияющие на работу схемы этого вида, а также элементы и устройства, не входящие в изделие (установку), на которое (которую) составляют схему, но необходимые для разъяснения принципов работы изделия (установки).
Графические обозначения таких элементов и устройств отделяют на схеме штрихпунктирными линиями, равными по толщине линиям связи, и помещают надписи, указывая в них местонахождение этих элементов, а также необходимые данные.
3. Схему деления изделия на составные части (схему деления) выпускают для определения состава изделия.