Проектування електроприводу конвеєра із застосуванням системи асинхронного вентильного каскаду

Зміст

Вступ

1. Обґрунтування системи електропривода, розрахунок потужності двигуна, вибір його за каталогом

2. Вибір основного обладнання і пускорегулюючої апаратури для двигуна

3. Складання принципової схеми керування електроприводом

4. Побудова швидкісних і механічних характеристик електропривода в заданому діапазоні регулювання швидкості

5. Розрахунок і побудова енергетичних характеристик електропривода

6. Дослідження за допомогою програми «Matlab» перехідних процесів електроприводу АВК з системою підлеглого керування Висновки Список використаної літератури

Вступ

В даній курсовій роботі мною буде спроектований електропривод конвеєра із застосуванням системи АВК. Будуть розраховані його параметри, розроблена силова й структурна схеми, складені математична модель і побудовані динамічні характеристики.

Асинхронний вентильний каскад (АВК), як система регульованого приводу знаходить широке застосування в різних галузях народного господарства.

АВК є найбільш економічною системою регульованого електропривода змінного струму, тому що в ній перетвориться лише частина енергії, споживаною асинхронною машиною, енергія ковзання.

Регулювання швидкості здійснюється введенням у ланцюг випрямленого струму додаткової ЭДС, одержуваної регулюванням кута випередження включення тиристорів інвертора.

Незважаючи на переваги, АВК властивий ряд недоліків, одним із яких є коефіцієнт потужності, при цьому максимальне споживання реактивної потужності має місце у верхньому діапазоні регулювання швидкості, що є найбільш тривалим за часом.

Однак це не заважає застосовувати даний електропривод: для турбомеханізмів, підйомно-транспортних машин, приводу металорізальних верстатів, прокатних станів і т.д.

Призначення конвеєрних (транспортерних) систем.

Системи транспортерів (конвеєрів) застосовуються для внутрішньо цехового й міжцехового переміщення, нагромадження й організації технологічних потоків сировини, напівфабрикатів і готової продукції на всіх стадіях процесу виробництва, обробки й складування.

Конвеєрні (транспортні) системи вирішують завдання автоматизації й оптимізації процесу виробництва і є невід'ємною частиною різних технологічних ліній, наприклад, ліній фасування або розливу різних харчових і нехарчових продуктів, кондитерських ліній, ліній випічки хлібобулочних виробів.

Сучасні транспортерні системи також дозволяють робити сортування вантажів у процесі їхньому русі по конвеєрній лінії.

Склад конвеєрних (транспортерних) систем.

До складу транспортної системи може входити найрізноманітніше встаткування: транспортні секції на базі конвеєрів різного виду, підйомно-опускні транспортери, поворотні транспортери, кантувальники, рольганги, маніпулятори, перемуляри та ін.

Конвеєрні системи різних конфігурацій містять у собі:

— стрічкові (гумовотканинні, ПВХ) транспортери;

— пластинчасті транспортери із пластиковим або нержавіючим ланцюгом;

— рольганги — приводні й гравітаційні;

— міжповерхові елеватори контейнерів, упакувань і палетів;

— дільники потоків продукту, контейнерів і впакувань.

Переваги конвеєрних (транспортерних) систем.

Сучасне конвеєрне (транспортерне) устаткування при своїй конструктивній простоті має ряд серйозних достоїнств:

— модульність;

— універсальність і можливість створювати траси переміщення вантажів практично будь-якої конфігурації;

— можливість розширення конвеєрної системи й зміни її конфігурації при необхідності;

— висока продуктивність і ритмічність переміщення вантажів;

— повна автоматизація операцій по переміщенню вантажів;

— можливість вбудовування в конвеєрне встаткування різних допоміжних пристроїв (ваги, зчитувачі штрих-коду, устаткування по нанесенню маркування на вантаж).

Створення гнучких систем транспортування продукції передбачає: вибір траси транспортування, підбор конвеєрного встаткування, ув’язування технічних характеристик різного технологічного встаткування, розробку оптимального алгоритму керування автоматизованої конвеєрної (транспортерної) системою.

Транспортер (стрічковий конвеєр) використовують для переміщення сипучих, кускових і штучних вантажів на відстані.

Пластинчасті конвеєри призначені для переміщення в горизонтальній площині або з невеликим нахилом важких штучних вантажів, крупно кускових, у тому числі гострокромчатих матеріалів, а також вантажів, нагрітих до високої температури.

Стрічковий конвеєр є одним з найпоширеніших і призначений для транспортування сипучих і кускових продуктів, одиничних вантажів, коробів і т.д. безперервним потоком. Переміщення продукту може вироблятися як у горизонтальній площині, так і з нахилом.

Стрічковий конвеєр складається з рами, натяжного й приводного барабана із приводним устаткуванням, проміжних роликів і конвеєрної стрічки. Залежно від вантажу, що транспортується, і завдання, може застосовуватися конвеєрна стрічка різних типів і характеристик: звичайна ПВХ, гумовотканинна, шевронна, з поперечними профілями, гофробортами, може мати допуск для застосування в харчовій промисловості, маслостійка, сітчаста й т.д. Рама конвеєр, залежно від застосування, виконується із чорного металу з наступним фарбуванням або з нержавіючої сталі. Для транспортування вантажів, які можуть вийти за межі конвеєра можуть бути додатково встановлені захисні борти. Стрічковий конвеєр може бути оснащений пристроєм плавного пуску й пристроєм регулювання швидкості.

Для конвеєрів залежно від їхньої конструкції, продуктивності й довжини використовуються різні системи електропривода на базі асинхронних електродвигунів: від простих релейно-контакторних систем з асинхронними електродвигунами з короткозамкненим ротором (прямій пуск) і асинхронними електродвигунами з фазним ротором (плавний запуск із послідовним виведенням резисторів, що включаються в роторні ланцюги) до систем ПЧ-Д. До електропривода конвеєрів великої продуктивності й великої довжини пред’являються вимоги не тільки забезпечення запуску із заданим моментом і прискоренням, що виключає виникнення неприпустимих статичних і динамічних навантажень на стрічку (пружна ланка) і металоконструкції, але й забезпечення заданого (необхідного) розподілу навантажень між приводними барабанами (електродвигунами). Електропривод конвеєрів великої продуктивності й довжини виконується багатодвигунним з декількома приводними барабанами, що передають тягове зусилля стрічці. Оптимальним є забезпечення підтримки між приводними барабанами заданого розподілу переданого стрічці тягового зусилля (заданий розподіл потужності між електроприводами конвеєра) у процесі роботи конвеєра, що змінюється залежно від завантаження, фізичного стану й натягу стрічки й інших факторів.

Електропривод за схемою асинхронного вентильного каскаду (АВК) дозволяє безконтактно здійснювати плавний пуск і регулювання швидкості асинхронного електродвигуна з фазним ротором, регулюючи величину ковзання ротора електродвигуна шляхом введення регульованої противо-эдс у ланцюг ротора. Регулювання ЭДС ротора електродвигуна в схемі АВК забезпечується зміною за заданим законом кута відкривання тиристорів тиристорного перетворювача постійного струму, включеного в ланцюг ротора в якості регульованої противо-эдс і працюючого в інверторному режимі.

1. Обґрунтування системи електропривода, розрахунок потужності двигуна, вибір його за каталогом

конвеєрний вентильний двигун електропривод Асинхронний вентильний каскад дозволяє регулювати швидкість обертання валу двигуна, при цьому із швидкістю обертання нижче за підсинхронну повертає енергію ковзання назад в мережу. Таким чином з використанням цього ми зможемо регулювати подачу газу (за умови, що положення направляючого апарату конвеєра буде таким, при якому він працює з максимальним ККД) шляхом регулювання швидкості обертання ротора двигуна але з більшим ККД ніж при регулюванні подачі газу направляючим апаратом.

Рис. 1.? Асинхронний вентильний каскад Найбільш простими і поширеними схемами вентильного каскаду є схеми з проміжним ланцюгом постійного струму. У цих схемах струм випрямляється за допомогою трифазного мостового випрямляча і в ланцюг випрямленого струму вводиться додаткова ЕРС. В асинхронному вентильному каскаді як джерело додаткової ЕРС використовується вентильний перетворювач — інвертор. Ця схема є найбільш поширеною; більшість виконаних до теперішнього часу промислових установок мають таку схему. Виходячи з цього, умовно називатимемо її основною схемою вентильного каскаду.

Привід по основній схемі складається з наступних головних елементів:

— асинхронного електродвигуна з фазним ротором АД;

— некерованого вентильного перетворювача В — для випрямленого струму ротора;

— керованого вентильного перетворювача І - для інвертування випрямленого струму ротора;

— трансформатора Тр — для узгодження напруги ротора двигуна з напругою мережі;

— згладжуючого дроселя Др — для згладжування пульсацій струму і напруги в проміжному ланцюзі постійного струму.

В даній схемі вентильного каскаду з проміжним ланцюгом постійного струму функції перетворення струму і енергії ковзання чітко розмежовані між двома групами вентилів: вентилі В працюють у випрямленому режимі, перетворюючи змінний струм ротора, що має частоту ковзання, в постійний; вентилі І працюють в режимі залежного інвертора, перетворюючи випрямлений струм ротора в змінній частоті мережі.

Принцип дії асинхронного вентильного какаду можна представити таким чином: при роботі в руховому режимі нижче за синхронну швидкість струм ротора асинхронного двигуна випрямляється за допомогою вентилів В. В ланцюг випрямленого струму ротора введена додаткова ЕРС, що є середньою випрямленою напругою інвертора І (противо-ЕРС інвертора). Випрямлена напруга ротора Е_dp.нs повинна врівноважувати противо-ЕРС інвертора Е_dі, падіння напруги на активних опорах роторного контуру, а також падіння напруги, обумовлене процесами комутації вентилів, затягуючими індуктивними опорами роторного контуру.

Рис. 2.? Схема заміщення АВК На рис. 2 представлена схема заміщення роторного ланцюга асинхронного двигуна, відповідна основній схемі каскаду при трифазній мостовій схемі з'єднання вентилів інвертора. Момент, що розвивається двигуном, приблизно пропорційний випрямленому струму ротора. Отже, регулювання останнього шляхом зміни величини противо-ЕРС інвертора дозволяє регулювати величину моменту і швидкість обертання двигуна. Величина противо-ЕРС інвертора регулюється за допомогою зміни кута відкриття керованих вентилів І. Якщо випрямлена противо-ЕРС інвертора буде рівна випрямленій напрузі ротора двигуна, то струм в ланцюзі ротора і момент, що розвивається двигуном, будуть рівні нулю. При зменшенні противо-ЕРС інвертора струм в ланцюзі ротора зростає, момент двигуна збільшується і швидкість його починає підвищуватися. Оскільки зі збільшенням швидкості ковзання і випрямлена напруга ротора зменшуються, то прискорення двигуна відбуватиметься до тих пір, поки момент знову не стане рівним моменту навантаження. При збільшенні противо-ЕРС інвертора струм ротора і момент зменшуються і швидкість двигуна знижується.

В міру зменшення швидкості підвищується випрямлена напруга ротора. Струм ротора і момент двигуна збільшуються до тих пір, поки момент знову не стане рівним статичному моменту опора. При цьому двигун перейде на роботу в сталому режимі з новим значенням швидкості ковзання. При постійності дії, що управляє, і зміна моменту навантаження на валу привода перехідний процес протікає аналогічно викладеному. Наприклад, при збільшенні моменту на валу двигуна швидкість його знижується, в наслідок цього зростає ЕРС ротора і, отже, збільшуються випрямлений струм і момент двигуна, до тих пір, поки момент двигуна не стане рівним моменту опору на його валу.

При зменшенні противо — ЕРС двигуна до нуля швидкість двигуна зростає лише до 90−95% синхронної. Відносно велике ковзання двигуна за відсутності противо — ЕРС пояснюється наявністю в ланцюзі ротора додаткових опорів. Для подальшого підвищення швидкості необхідно змінити знак додаткової ЕРС, тобто перевести вентилі І з інверторного у випрямлений режим. Так двигун працюватиме з ковзанням, що наближається до номінального. Подальше збільшення Е_dі неприпустимо, оскільки приведе до різкого збільшення струму по контуру, утвореному вентилями В і І. як показує досвід роботи вентильних каскадів, мінімальне ковзання двигуна при роботі з номінальним моментом навантаження звичайно рівне 2S_H.

Основна схема вентильного каскаду забезпечує тільки ті режими роботи асинхронного двигуна, в яких енергія ковзання з ротора прямує в мережу. Такими режимами є: руховий режим при швидкості нижче за синхронну, режим роторного гальмування при надсинхронній швидкості, гальмування противовмиканням і режим динамічного гальмування. В деяких випадках для швидкої зупинки турбомашин, що володіють великим моментом інерції, може використовуватись динамічне гальмування.

2. Вибір основного обладнання і пускорегулюючої апаратури для двигуна

3. Складання принципової схеми керування електроприводом

Рис. 3.? Принципова схема асинхронно вентильного каскаду Регулювання швидкості в схемах асинхронно вентильного каскаду виробляється шляхом зміни ковзання двигуна при постійній швидкості обертання електромагнітного кола. Статорні обмотки двигуна безпосередньо підключаються до живлячої мережі. Основна ідея цих схем — корисне використання потужності ковзання, яка трансформується в коло ротора. З цією метою в коло ротора асинхронного фазного двигуна вводиться додаткова ЕРС.

Труднощі корисного використання енергії ковзання полягає в тому, що е.р.с ротора Е₂ і відповідно струм ротора І₂ мають змінну частоту, яка залежить від ковзання (швидкості) двигуна. В схемах вентильного каскаду (рис.) струм ротора асинхронного двигуна с фазним ротором випрямляється за допомогою некеруємого випрямляча (US2). Трансформатор Т служить для узгодження напруги мережі і напруги ротора двигуна.

Таким чином, енергія ковзання, яка індуктується в обмотках ротора, перетвориться в енергію постійного струму і інвертується (віддається) в живлячу мережу. Завдяки такому послідовному перетворенню енергії ці схеми отримали назву каскадів.

4. Побудова швидкісних і механічних характеристик електропривода в заданому діапазоні регулювання швидкості

5. Розрахунок і побудова енергетичних характеристик електропривода

Змоделюємо перехідний процес зміни струму при подачі на його контур східчастого сигналу (за умови відсутності впливу швидкості на контур струму). Структура для моделювання контуру струму (оптимізованого):

Рис. 4.? Структурна схема моделювання оптимізованого контуру струму Моделювання оптимізованого контуру струму виконується за структурою рис. 2.

Рис. 5.? Структурна схема моделі на пакеті Matlab

Рис. 6? Графік струму у оптимізованому контурі

Висновки

В процесі виконання курсового проекту мною була розроблена система електропривода системи АВК стрічкового конвеєра. На початку курсового проекту обґрунтував вибір електропривода за системою АВК. Був проведений вибір устаткування, змодельована система керування електроприводом і розраховані динамічні процеси. В ході виконання роботи були визначені і побудовані швидкісні і механічні характеристики в заданому діапазоні, складена принципова і структурна схема системи.

Проведені дослідження динамічних процесів дозволяють сказати, що розроблена система керування задовольняє вимогам пропонованим до неї. Помилка по керуючому впливі нульова, помилка по впливі, що обурює, у межах припустимого.

Головним результатом виконання даного курсового проекту є придбання практичних навиків при проектуванні системи електропривода і розрахунку Ії параметрів.

Список використаної літератури

1. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под ред. В. А. Елисеева. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Чиженко И. М. Справочник по преобразовательной технике. — К.: Техника, 1978. — 446 с.

3. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода. — М.: Энергоиздат, 1981. — 574 с.

4. Шенфельд Р., Хабигер Э. Автоматизированные электроприводы. — Л.: Энергоатомиздат, 1985. — 464 с.

5. Башарин А. В., Голубев Ф. Н., Кепперман В. Г. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. — Л.: Энергия, 1972. — 440 с.

6. Онищенко Г. Б. Асинхронный вентильный каскад. — М.: Энергия, 1967.? 440 с.

7. Методические указания к курсовому проектированию по теории электропривода. Электропривод с вентильными двигателями. / Сост. Д. И. Родькин, В. В. Каневский, В. Ю. Захаров. — Кривой Рог: РТП КГРИ, 1985. — 38 с.

8. Довідник по електричним машинам. / Під ред. І.П. Копилова. — М.: Енергоатоміздат, 1988.