Материал: Расчет и проектирование систем стабилизации частоты вращения электропривода

Расчет и проектирование систем стабилизации частоты вращения электропривода

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автоматика и управление в технических системах»

Курсовой проект

по курсу «Электромеханические системы»

Выполнила: студентка III-АИТ-1

Жаркова Е.А.

Проверил: к.т.н., доцент

Щетинин В.Г

Самара 2015

Реферат

ЭЛЕКТРОПРИВОД, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ДАТЧИК, ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Цель работы - углубление и закрепление знаний по курсу “Электромеханические системы”, полученных при изучении лекционного материала, по проектированию ЭМС. Эта задача достигается путем проведения расчетов и проектирования систем стабилизации частоты вращения электропривода (ЭП) производственного механизма, работающего в заданном диапазоне регулирования с допустимой статической ошибкой.

преобразователь стабилизация вращение

Содержание

Реферат

.        Выбор функциональной схемы проектируемой системы

.        Расчет и выбор элементов системы управления

.1 Расчет и выбор электродвигателя

.2 Выбор и настройка преобразователя

.3 Выбор датчика скорости

.4. Выбор контроллера

.        Расчет передаточных функций системы управления

.1 Передаточная функция двигателя

.2 Передаточная функция управляемого силового преобразователя

.3 Передаточная функция энкодера

.        Расчет параметров структурной схемы

.        Расчет основных возмущающих воздействий

.1 Расчет возмущающих воздействий двигателя

.2 Расчет возмущающих воздействий преобразователя

.3 Расчет возмущающих воздействий датчика скорости

.4 Суммарная ошибка возмущающих воздействий

.        Настройка системы на технический оптимум

.        Расчет статизма

.        Описание работы

Список использованных источников

Техническое задание

1.      Выбор функциональной схемы проектируемой системы

Электропривод токарного станка будем разрабатывать на базе асинхронного двигателя с использованием частотного метода управления его скоростью вращения. Данный метод обеспечивает практически постоянное значение наибольшего допустимого момента при регулировании частоты вращения асинхронного двигателя, что является наиболее существенным требованием к построению системы [2]

Приведем общий вид функциональной схемы разрабатываемой системы управления с указанием ее звеньев (Рисунок 1):

Рисунок 1 Функциональная схема системы управления

УПЧ - управляемый частотный преобразователь,

АД - асинхронный двигатель,

ДС - датчик скорости;

ММ - мехатронный модуль (УЧП+АД).

По исходным параметрам произведем расчет и выбор перечисленных элементов функциональной схемы системы управления.

2.      Расчет и выбор элементов системы управления

.1 Расчет и выбор электродвигателя

Двигатель подачи будет работать в длительном режиме с постоянной нагрузкой. Он должен обеспечивать заданную частоту вращения и заданный момент. Следовательно, его выбор осуществляется по номинальному моменту, обеспечиваемой частоте вращения, а также по перегрузочной способности. Вначале вычислим необходимые параметры [2].

Рассчитаем моменты, приведенные к валу двигателя по формуле :

[ Н∙м]

[Н∙м]

[Н∙м]

Время холостого хода находиться по формуле :

t0 = tц - t1 - t2 = 350-120-180 = 90 [с]

Величина эквивалентного момента двигателя согласно формуле будет равна:

Мэкв.дв===7.203  [Н∙м]

Произведем расчет требуемой максимальной частоты вращения по формуле :

nнагр.верх===955,414 [об/мин]

Произведем расчет требуемой мощности двигателя по формуле:

 [Вт]

Данная машина представляет собой трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, рассчитанный на частоту питающего напряжения, равную 50 Гц.. Двигатель имеет 2 полюса (1 пару). Масса двигателя 20 кг. Имеет скольжение 5%, коэффициент мощности 0,87%.

Проверим выбранный двигатель на перегрузочные способности. Сравним номинальный момент двигателя и номинальный момент нагрузки:

Pдв.ном=Mдв.ном∙ ωдв.ном=Mдв.ном∙ ∙nдв.ном=>

Мдв.ном= ==10,1[Н∙м];

Мдв.ном >Мнагр.ном

Проверка двигателя на перегрузочную способность по пусковому моменту:

 = 2 => Мдв.пуск= 2∙ Мдв.ном=2∙ 10,1=20,2[Н∙м];

Мнагр.пуск= ==1,882[Н∙м];

Мдв.пуск >Мнагр.пуск

 = 2,2 => Мдв.max= 2,2 ∙ Мдв.ном=2,2∙ 10,1=22,22 [Н∙м];

Мнагр.max= ==2,823 [Н∙м];

Мдв.max >Мнагр.max

Все требуемые неравенства выполняются, следовательно, двигатель подачи был выбран правильно.

Рассчитаем время разгона двигателя. Для расчета потребуется найти значение момента инерции всех подвижных масс, приведенных к валу двигателя. Предварительно необходимо найти массу суппорта, который изготавливается из стали:

mс = ρ стали ∙ Vс = ρ стали ∙ a ∙ b ∙ c = 7800 ∙ 0,15 ∙ 0,7 ∙ 1,8 = 1474,2 [кг];

Приведенный к валу двигателя момент инерции суппорта найдем с использованием радиуса приведения кинематической цепи между двигателем и суппортом:

Jс.прив = m с ∙ ρ2хв = 1474,2 ∙ 0,000144 = 0,212 [кг∙м2];

Моментом инерции редуктора пренебрегаем. Найдем момент инерции ходового винта, изготовленного из стали. Для этого сперва найдем его массу:

Приведенный к валу двигателя момент инерции ходового винта рассчитаем по формуле нахождения момента инерции цилиндра:

Jхв.прив ==== 0,00255 [кг∙м2];

Рассчитаем суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции всех подвижных масс электропривода:

JΣ = Jдв + Jс.прив + Jхв.прив = 0,0021 + 0,212 + 0,00255 = 0,216 [кг∙м2];

Используя найденный суммарный момент инерции, рассчитаем время разгона двигателя:

tразг === 1,126[с]

.2 Выбор и настройка преобразователя

Как отмечалось выше, для управления скоростью вращения асинхронного двигателя будем использовать управляемый частотный преобразователь. Для некоторых режимов обработки деталей от механизма требуется большое значение момента и точности на малой скорости [3,4].

С учетом этого выберем управляемый частотный преобразователь для рассматриваемого механизма:

Управляемый частотный преобразователь ATV 71HU15M3

Данный преобразователь принадлежит к семейству частотных преобразователей «Altivar 71». Он рассчитан на следующие диапазоны скоростей: от 1 Гц до 1000 Гц в замкнутой системе с импульсным датчиком и от 1 Гц до 100 Гц в разомкнутой системе. Его выбор обусловлен наличием обратных связей по току, которые делают систему более нечувствительной к помехам, а так же подходящими параметрами преобразователя по току, напряжению и частоте для данного двигателя.

Преобразователь «Altivar 71» может обеспечивать два закона управления асинхронным двигателем: векторное управление потоком с обратной связью по скорости (вектор тока) или векторное управление потоком без обратной связи по скорости (вектор напряжения или тока).

Также важными для рассматриваемого применения преобразователя являются быстрая управляемая остановка при обрыве сетевого питания и защита двигателя от перенапряжений. [4]

Таблица 1

Назначение клемм управления преобразователя «Altivar 71»

Произведем конфигурирование данного частотного преобразователя «Altivar 71» в соответствии с нашими данными двигателя и параметрами которые мы рассчитали выше.

Таблица 2

.3 Выбор датчика скорости

В цепи обратной связи структурной схемы включен датчик скорости.

Тип датчика - инкрементальный датчик. Данный тип устройств выдает определенное количество импульсов, соответствующее перемещению вала. Основное его назначение - это определение скорости и направления вращения. Основной параметр - количество импульсов на оборот, чем выше, тем точнее.

Требования к датчику(Из каталога Altivar):

Импульсный датчик. Номинальное напряжение 24 В постоянного тока. Максимальная частота срабатывания - 33 кГц на максимальной скорости HSP. Погрешность должна быть не более 6% на один оборот. Для контроля реверсивного движения 4 выходных фазы [2].

Согласно требованиям был выбран импульсный датчик E40H8 - 3000-4-N-24 (Autonics). Его технические характеристики представлены в таблице 7.

Таблица 3-Технические характеристики энкодера