Дипломная (вкр): Подводящий рольганг ТЛС5000.

Данные о оптимальной номинальной частоте преобразователя могут быть получены путем ограничения пускового тока двигателя или пуска путем изменения частоты с минимального значения на номинальное значение. Это замедлит процесс запуска двигателя, поскольку будет уменьшен крутящий момент.

Если двигатели запускаются отдельно, кратковременный ток инвертора должен превышать сумму начальных токов пусковых двигателей вместе с номинальными токами других двигателей.

При расчете мощности преобразователя частоты необходимо также учитывать влияние высших гармоник, которые увеличивают максимальные и текущие значения токов преобразователя, которые зависят от индукционного сопротивления обмоток двигателя.

  (39)

где    – номинальный ток двигателя, А;

– пусковой ток двигателя, А.

Показано, что для шести ступенчатой кривой выходного напря­жения при номинальной нагрузке, действующее значение токов равно:

,   (40)

При определении параметров и выборе преобразователя частоты необходимо учитывать реактивную мощность двигателя, поскольку асинхронные двигатели работают с учетом коэффициента мощности.В этомслучаеинверторы рассчитывают пополной мощности, а выпрямителипоактивной.

Обычно ток статора остается постоянным на всех частотах, а напряжение статора изменяется линейно из-за того, что асинхронные двигатели работают с постоянным моментом нагрузки. Следовательно, при f_max полная мощность преобразователя будет наибольшей.Посколькупри больших частотахпотери накоммутацию инвертора, а также в стали двигателя,существенно увеличиваютсяу двигателей обычного исполнения, нужно учесть максимальнуюмощность.

Номинально длительно-допустимая мощность инвертора

, (41)

где   – номинальное напряжение сети, В.

При протекании максимального мгновенного значения тока инвертора,нужная достаточная мощность коммутации:

при t_p= 1 мин:

,   (42)

при t_p = 0,5c

,. (43)

Для обеспечения пускового режима двигателя кратковременная мощность инвертора считается достаточной:

(44)

Исходя из следующих данных, выбираем преобразователь частоты:

; (45)

  (46)

  (47)

,  (48)

где   К_з, равный 1,25, – коэффициент запаса мощности.

Учтя перегрузочную способность ПЧ, его максимальный ток равен:

(49)

где    – коэффициент перегрузки преобразователя частоты.

Пуск двигателя осуществляется за несколько секунд, но полученное значение тока должно быть обеспечено продолжительностью этой нагрузки в течение60 секунд. Также увеличивается коэффициент перегрузки инвертора при небольшой продолжительности приложения максимальной нагрузки. Поэтому выбирая инвертор используем значения номинального тока и допустимой перегрузки.

SinamicsS120, на нем останавливаем свой выбор, учитываяполученные условия, его технические данные приведены в таблице3.

Таблица 3 - Данные автономного инвертора напряжения.

Следует иметь в виду, что цикл нагрузки с переменной нагрузкой является основой работы подводящего рольганга. Допустимая перегрузка в этом режиме составляет: 1,3 I_H (т.е. перегрузка 130%), в течение 3 секунд 1,16 I_H (т.е. перегрузка 116%).

На рисунке 6 представлена схема силового модуля PM240.

Рисунок6 - Схемаподключения инвертора

3.3 Выбор блока выпрямления

Рассчитываются параметры выпрямителя на входе инвертора.

Требуемое напряжение на входе инвертора:

  (50)

где   Uфн-фазное напряжение питающей сети, В.

Максимальное выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя:

 (51)

где   U_с – линейное напряжение питающей сети, В.

Номинальный угол регулирования выпрямителя:

(52)

  (53)

Средний ток, потребляемый инвертором, определится:

 (54)

где   I₁ – модуль первой гармоники фазного тока двигателя, А.

Средний ток через ключ автономного инвертора равен:

 (55)

Средний ток через обратный диод автономного инвертора равен:

(56)

Активная мощность на выходе инвертора определится:

кВт.   (57)

Активная мощность на входе инвертора равна:

.   (58)

Выпрямленный ток источника напряжения определится из выражения:

  (59)

На основании вышесказанного выбирается активные модуль питания, который может работать и в двигательном и в генераторном режиме, генераторная энергия в свою очередь отдается в сеть. При отключении сетевого питания - без возможности рекуперации - потребуется управляемое торможение приводов, тогда используется модуль торможения и тормозные резисторы.

Изготовленный фирмой «Siemens» типа 6SL3330-7TE41-4AA0, активный модуль питания потребляет из сети почти синусоидальный ток и не генерируют вредные высшие гармоники тока. Технические данные выпрямителя представлены в таблице4.

Таблица 4 - Технические параметры выпрямителя 6SL3330-7TE41-4AA0

Рисунок7 - Схемаподключения выпрямителя

3.4 Выбор управляющего модуля

Исходя из числа возможно необходимых функций сначала выбирается оптимальный управляющий модуль. Опции коммуникации уже интегрированы и их отдельного заказа или подключения не требуется.

Управляющие модули CU310 могут использоваться во множестве приложений в общем машиностроении, как то ленточные транспортеры, мешалки и экструдеры, являются стандартными управляющими модулями для всех распространенных U/F или векторным управлением и идеально подходит для данного механизма подающих рольгангов.

Основные характеристики выбранного управляющего модуля представлены в таблице6.

На рисунке 8 представлена схема соединений управляющего модуля CU310 DP.

Рисунок 8 - Схема управляющего модуля серии CU310 DP

3.5 Выбор сетевого дросселя

Сетевые дроссели сглаживают потребляемый преобразователем ток, уменьшая тем самым его гармоническую составляющую. За счет сокращения доли высших гармоник тока уменьшается тепловая нагрузка на силовые компоненты в выпрямителе, а также конденсаторы промежуточного контура, и обратные воздействия на сеть.

При использовании сетевого дросселя срок службы преобразователя увеличивается. Выбирается сетевой дроссель, технические данные которого представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Данные сетевого дросселя

3.6 Выбор сетевого фильтра

Сетевые фильтры предназначены для ограничения влияния исходящих от работы преобразователя радиопомех на уровне допустимых значений. С помощьюсетевого фильтра можно увеличить класс помехоподавления силового модуля.

Активные выпрямители стандартно оснащаются активным интерфейсным модулем, который содержитдатчик напряжения сети и датчики контроля, схему предварительной зарядки, фильтр с помехозащищенностью.

Технические данные активного интерфейсного модуля представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Данные активного интерфейсного модуля.

4 Защита электропривода

4.1 Защита от перегрузок и коротких замыканий

Для защиты преобразователей от внешних коротких замыка­ний и длительных перегрузок по току применяются автоматические выключатели, которые выполняют функцию защиты, которые в свою очередь еще и многократного действия, что позволит в дальнейшем сэкономить, а также быть уверенным, что выключатель будет выполнять свои основные функции.

Для защиты преобразователя частоты выбираем автоматический выключатель из следующих условий:

а)Тепловой расцепитель автомата защищает электроустановку от длительной перегрузки по току. Ток уставки теплового расцепителя принимается равным на 15—20% больше рабочего тока:

где   Iр – рабочий ток преобразователя частоты.

б)Электромагнитный расцепитель автомата защищает электроустановку от коротких замыканий. Ток уставки электромагнитного расцепителя определяется из следующих соображений: ток срабатывания электромагнитного расцепителя Iэмр выбирается кратным току срабатывания теплового расцепителя:

где   К=4,5-10 – коэффициент кратности тока срабатывания электромагнитного расцепителя.

Из этих условий принимаем автоматический выключатель фирмы Siemens, технические данные которого приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Технические данные выключателя фирмы Siemens

Также в качестве защиты электродвигателя от перегрузок и токов короткого замыкания применяются плавкие предохранители. Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи. Примем плавкий предохранитель их следующего условия:

Исходя из этого условия плавки плавкий предохранитель фирмы Siemens серии 3NA, технические данные которого приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Технические данные предохранителя фирмы Siemens 3NA

4.2 Защита, осуществляемая средствами преобразователя

Производителем предусмотрены следующие встроенные элементы защиты:

а) Электронная тепловая защита двигателя от перегрузки;

б)   Контроль температуры радиатора;

в)   Защита преобразователя от КЗ на клеммах;

г) Защита от отцепления фазы;

д)   Непрерывный контроль напряжения промежуточной цепи постоянного тока;

е) Защита от неисправности заземления на клеммах двигателя;

ж)   Защита от потери фазы отключением преобразователя при подаче нагрузки на двигатель.

Когда в цепи транзисторов инвертора протекают аварийные токи, они значительно уязвимы для тока перегрузки, тут практически невозможно защитить транзисторы IGBT с помощью применения защиты цепи.Ситуация усугубляется большойэнергией мощного конденсатора фильтра в цепи постоянного тока. Здесь возможно лишь быстродействующее (1-3 мкс) выключение транзисторов по цепям управления. Для этих целей в цепь силового канала электроприводаустанавливаются датчики тока. Также, транзисторы можно отключать с помощью специальных управляемых генераторов сигналов - интеллектуальных контроллеров с защитной функцией.

4.3 Защита на стороне питающей сети

Со стороны сети ставится главный выключатель - разъединитель с держателями под предохранитель, предохранитель, главный контактор, входной фильтр, коммутационный дроссель. Автоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты вентильных преобразователей от внешних коротких замыкании и перегрузок потоку.

Положение выключателей в цепи вентильного преобразователя определяется аварийным срабатыванием большинства вентилей, от которых предусмотрена защита. В этом случае необходимо учитывать особенности работы преобразователя, требования к защите полупроводников и селективность изоляции поврежденной цепи.

4.4 Защита на стороне двигателя

На выходе преобразователя ставится следующая защита:

Выходной дроссель фирмы Siemens серии 6SL3000-2AE41-4AA0 с PV max равной 1054 Вт.

Автоматические выключатели SINAMICS 3WL.

Все защитные устройства взяты из каталога SINAMICS и рекомендованы компанией для данного преобразователя частоты.