Автоматизированный электропривод по системе ТП-Д

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Методическое пособие к курсовому проекту

на тему: «Расчёт и выбор силовой части автоматизированного электропривода постоянного и переменного тока»

для студентов направления подготовки

13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника

(все формы обучения)

Г. Старый Оскол

2016 г.

Список сокращений

АДК – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

АЭП – автоматизированный электрический привод;

БДПТ – бесконтактный двигатель постоянного тока;

ВД – вентильный электродвигатель;

ДПР — датчик положения ротора.

ДПТ НВ – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;

ОВ – обмотка возбуждения двигателя постоянного тока;

ОЯ - обмотка якоря двигателя постоянного тока;

ПК — преобразователь координат;

ПЧ-АДК – система АЭП « преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором»;

СД – синхронный двигатель;

СЭМП — синхронный электромеханический преобразователь;

ТП – тиристорный преобразователь;

ТП-Д – система АЭП «тиристорный преобразователь – двигатель»;

УМ — усилитель мощности;

ШИМ – широтно-импульсная модуляция;

ЩКУ – щёточно-коллекторный узел;

BLDC - Brushless Direct Current Motor – бесконтактный (бесщёточный) двигатель постоянного тока;

PMSM - Permanent Magnet Synchronous Motor – двигатель синхронный с постоянными магнитами;

Аннотация

Методическое пособие по курсовому проектированию на тему «Расчёт и выбор силовой части электропривода постоянного и переменного тока» предназначено для обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» всех форм обучения.

Пособие содержит теоретический и практический материал по расчету и выбору двигателей постоянного и переменного тока, по выбору способов регулирования скорости вращения вала двигателей постоянного и переменного тока, по построению естественной и искусственных характеристик двигателей постоянного и переменного тока; по выбору тахогенераторов и преобразователей для приводов постоянного и переменного тока.

В методическом пособии приводятся примеры выполнения курсовых работ для разных вариантов заданий.

Варианты заданий размещены в приложениях к методическому пособию.

Содержание

Введение

Темой данного курсового проекта является выбор силовой части автоматизированного электропривода как постоянного, так и переменного тока.

Задачей курсового проектирования является закрепление теоретического материала по курсу «Электрические машины».

Во время проектирования обучающемуся необходимо будет компетентно работать с технической литературой, использовать типовые расчеты и проработки принципов работы электрических двигателей постоянного и переменного тока и требованиям к электроприводам, создаваемых на их основе.

До начала проектирования необходимо твердо усвоить теоретический материал лекционных курсов «Промышленная электроника», «Силовая электроника» и «Электрические машины».

На защите курсового проекта студент обязан технически грамотно и достаточно убедительно изложить содержание проекта и быть готовым ответить на любые вопросы, связанные с обоснованием методов расчета и выбора отдельных элементов силовой части электропривода как постоянного, так и переменного тока.

В результате выполнения курсовой работы у обучающегося должны быть сформированы следующие компетентности:

· готовность определять параметры оборудования объектов профессиональной деятельности (код компетентности ПК-5)

· готовность определять параметры оборудования объектов профессиональной деятельности (код компетентности ПК-8);

· способность к участию в монтаже элементов оборудования объектов профессиональной деятельности (код компетентности ПК-11);

· готовность к участию в испытаниях вводимого в эксплуатацию электроэнергетического и электротехнического оборудования (код компетентности ПК-12);

· способность участвовать в пуско-наладочных работах (код компетенции ПК-13);

· способность к организации работы малых коллективов исполнителей (код компетенции ПК-19).

Оценка, полученная студентом в результате защиты курсового проекта, зависит от полноты сформированности вышеперечисленных компетентностей, регламентируемых ФГОС 3+ направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».

- Оценка «отлично» выставляется при условии полностью сформированных всех компетентностей;

- оценка «хорошо» - при условии полностью сформированных не менее четырёх компетентностей и частично сформированных не менее двух компетентностей;

- оценка «удовлетворительно» - при условии частично сформированных всех компетентностей.

Конечной целью курсового проектирования является разработка силовой части автоматизированного электропривода переменного тока по системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (ПЧ-АДК)» и по системе «преобразователь частоты – синхронный двигатель (ПЧ-СД)», и силовой части автоматизированного электропривода постоянного тока «тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ТП-Д)».

При этом разработка должна вестись с обоснованием выбора электрических машин и преобразователей и с обоснованием выбора способа управления, обеспечивающего поддержание постоянной частоты вращения вала двигателя (указанной в задании) при различных (заданных) моментах.

Основные задачи курсового проекта:

– ознакомить студента с современной практикой проектирования электроприводов,

- научить грамотно производить выбор силовой части автоматизированного электропривода с ДПТ НВ, АДК и СД по системе, соответственно, ТП-Д, ПЧ-АД и ПЧ-СД;

- закрепить навыки расчета и построения естественных и искусственных характеристик электродвигателей в различных зонах регулирования и при различных режимах работы;

- закрепить теоретические знания устройства частотных и тиристорных преобразователей;

- научить студента применять полученные знания при решении реальной задачи, так как грамотный выбор силовой части электропривода является ключевым условием успешной работы производственных механизмов.

Таким образом, многофункциональной задачей данного курсового проектирования является развитие навыков решения инженерных задач в области электропривода, обращения со стандартами и справочными материалами при выборе силовой части электропривода, формирование приведенных выше компетентностей.

Курсовой проект должен состоять из трёх основных разделов:

- расчёт и выбор силовой части автоматизированного электропривода (АЭП) двигателя постоянного тока независимого возбуждения с тиристорным преобразователем ( система ТП-ДП);

- расчёт и выбор силовой части автоматизированного электропривода (АЭП) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с частотным преобразователем (система ПЧ-АДК);

- расчёт и выбор силовой части автоматизированного электропривода (АЭП) синхронного двигателя с частотным преобразователем (система ПЧ-СД).

Первый раздел включает в себя:

- схему регулирования ТП-Д и её описание;

- выбор двигателя постоянного тока,

- выбор способа соединения обмотки якоря с обмоткой возбуждения с обязательным приведением схемы соединения ОЯ с ОВ;

- построение естественной характеристики ДПТ,

- построение искусственных характеристик с предварительным определением зон регулирования и способов регулирования;

- обоснованный выбор тиристорного преобразователя с обязательным приведением принципиальной или структурной схемы преобразователя;

- обоснованный выбор тахогенератора.

Второй раздел состоит из следующих подразделов:

- схема регулирования ПЧ-АД и её описание;

- выбор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

- построение его естественной характеристики,

- построение искусственных характеристик с предварительным определением зон регулирования и способов регулирования;

- выбор частотного преобразователя и системы управления с обязательным приведением структурной схемы преобразователя;

- обоснованный выбор комплектного асинхронного привода с построением искусственных характеристик с предварительным определением зон регулирования и способов регулирования;

Третий раздел состоит из следующих подразделов:

- схема регулирования ПЧ-СД и её описание;

- выбор синхронного двигателя;

- обоснованный выбор комплектного синхронного привода.

Исходные данные для выполнения проекта указаны в приложении 1, приложении 2 и приложении 3. Они выбираются в соответствии с номером варианта, предложенного руководителем проекта, и оформляются в бланке выдачи задания на курсовой проект (см. приложение 4). Исходные данные для выбора СД см. приложение 2.

Началом курсового проекта считается «Введение», в котором необходимо раскрыть понятие современного электропривода, кратко описать современные тенденции его развития и обосновать актуальность темы данного курсового проекта.

Логичным завершением проекта является «Заключение», в котором необходимо сделать вывод о результатах курсового проекта.

Обязательными составляющими пояснительной записки курсового проекта являются: титульный лист (см. приложение 5); задание на курсовой проект (см. приложение 4); отзыв руководителя (см. приложение 6); перечень сокращений, использованных в проекте; содержание; список источников информации.

Титульный лист, задание, отзыв, перечень сокращений и содержание не нумеруются, но включаются в общее количество листов проекта, и помещаются перед введением, с которого и начинается нумерация страниц.

Список источников информации помещается после заключения и тоже нумеруется.

Если есть приложения к курсовому проекту, то их размещают после списка источников информации, нумеруют, но в общий список листов проекта не включают.

Автоматизированный электропривод по системе ТП-Д

Схема регулирования ТП-Д

Рис. 1.1. Функциональная схема двухконтурного подчинённого регулирования по системе ТП-Д

Описать приведённую выше функциональную схему регулирования ТП-Д (см. рис.1.1).

Указать, как реализован данный АЭП с ДПТ НВ, и кратко охарактеризовать каждый элемент контура.

Определить, как происходит регулирование скорости двигателя (позонно).

Выбор ДПТ НВ

По заданным значениям моментов и времени (приложение 1) и с учетом изменения нагрузки, показанной на диаграмме (приложение 3) построить временную диаграмму моментов для заданного механизма. Определить, какие моменты на данной диаграмме являются не изменяющимися за соответствующие промежутки времени, а какие меняют свое значение. Для внесения заданных элементов в курсовой проект создать таблицу и рисунок, используя данные приложений 1 и 3.

Определить продолжительность включения по формуле 1.1 и по результату указать режим работы.

ПВ= ; (1.1)

Определить эквивалентный момент по формуле 1.2.

М_экв= Н*м; (1.2)

где M_i - момент в определенный промежуток времени, ;

t_i - продолжительность данного промежутка времени, сек.;

Σt_раб - суммарное время работы двигателя, сек.;

Σt_nауз - суммарное время пауз в работе, сек.

- коэффициент, учитывающий продолжительность включения двигателя.

Коэффициент нужно выбрать из таблицы 1.1.

Таблица 1.1

ПВ
	0,2	0,4	0,6	0,8

Найти необходимую эквивалентную мощность в Вт, исходя из значений эквивалентного момента и заданной скорости вращения якоря n_зад, по формуле 1.3.

(1.3)

Искомую номинальную мощность двигателя в кВт принять, с учётом коэффициентов запаса, равной (формула 1.4):

P_ном=(1,1 - 1,3)∙P_Э (1.4)

Определить способ соединения ОЯ и ОВ и отобразить его графически.

По справочнику выбрать электродвигатель постоянного тока и обозначить его основные технические характеристики (тип, номинальную мощность P_H, кВт, номинальную скорость вращения n_ном, об/мин, максимальную скорость вращения n_max, об/мин; сопротивление обмотки якоря R_a, A и обмотки возбуждения R_в, А; номинальный ток двигателя I_ном, А; напряжение U,В, КПД, %,). Ссылка на справочник обязательна.

Алгоритм выбора двигателя:

1. Выбрать двигатель независимого соединения;

2. По определенному (формула 1.4) диапазону мощностей выбрать тип двигателя;

3. Проверить выбранный двигатель по напряжению – если не совпадает, то продолжать выбор;

4. Проверить выбранный двигатель по номинальной скорости – если расхождение с заданной скоростью велико, то продолжать выбор;

5. Выбранный двигатель, в итоге, должен соответствовать всем трём параметрам: диапазону мощности, величине напряжения и заданной скорости.

Охарактеризовать выбранный тип электродвигателя.

После выбора двигателя и определения всех его номинальных данных построить естественную механическую характеристику выбранного двигателя (прямая 1 на рис.1.2). Так как она прямолинейна, то для её построения достаточно найти две точки с координатами {М_ном; n_ном} и {М_min; n_max}, используя формулы 1.5 – 1.8.

(1.5)

(1.6)

(1.7)

(1.8)

Рис.1.2 Естественная и искусственные механические характеристики ДПТ

Для определения требуемой зонности регулирования, необходимо провести прямую, соответствующую заданной скорости вращения вала двигателя (прямая 4 на рис.1.2), и отметить на ней заданные в условии моменты.

В первой зоне регулирования, характеристики, при изменении напряжения на якоре, сохраняют свою жесткость, следовательно, для построения искусственных характеристик в этом случае достаточно через требуемые точки провести прямые, параллельные естественной (прямые 2а и 2б на рис. 1.2).

Во второй зоне регулирование осуществляется за счет ослабления магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. Характеристики прямолинейны, но не параллельны естественной характеристике.

Для построения искусственной характеристики во второй зоне (прямая 3 на рис.1.2), учитывая, что при таком способе регулирования P=const, вначале нужно определить его значение по формуле 1.9, используя соответствующие координаты.

(1.9)

Затем, задавая произвольное, но близкое к нулю, значение момента, найти еще одну точку с координатами { }, рассчитав значение скорости по формуле 1.10.

(1.10)