Главная страница
Навигация по странице:

  • Назначения системы управления

  • Элементы поста управления

  • Дополнительное оборудование привода

  • 1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ. 1.1. Расчет скорости и ускорения вала двигателя.

  • 1.2. Расчет статического момента приведенного к валу двигателя.

  • 1.3. Расчет момента инерции механизма приведенного к валу двигателя.

  • 1.4. 4. Предварительный расчет мощности и выбор двигателя.

  • 1.5 Расчет параметров двигателя.

  • 1.6 Выбор преобразователя.

  • 2. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 2.1 Разработка схемы управления

  • 2.2 Выбор тахогенератора.

  • 4.1 Коэффициенты электропривода и элементов управления приводом.

  • 4.2 Коэффициенты преобразователя частоты.

  • 5. Настройка регуляторов системы автоматического управления.

    		•

    йуйц. Электропривод планшайбы карусельного станка


    Скачать 0.89 Mb.
    НазваниеЭлектропривод планшайбы карусельного станка
    Дата14.12.2022
    Размер0.89 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаSUEP2022.docx
    ТипДокументы
    #845568


    ЗАДАНИЕ

    НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

    Студент: Шаповалов В. В.

    Группа 9405

    Тема работы: Электропривод планшайбы карусельного станка

    Исходные данные:

    Максимальная скорость поворота стола – 20 град/с,

    Максимальное угловое ускорение – 5 град/с2, передаточное число редуктора – 400. Статический момент на валу механизма редуктора: силы резания 300 Н, сил трения – 160 Н*м

    Момент инерции планшайбы с механической частью привода станка на валу механизма редуктора– 1000 кг*м2.
    Назначения системы управления:

    В автоматическом режиме вращать планшайбу станка с заданной скоростью

    Задание скорости планшайбы в автоматическом режиме выполняется от моторного (цифровым) потенциометром от кнопок Больше», «Меньше».

    Задание скорости планшайбы в ручном режиме выполняется от резисторного потенциометра на панели поста управления

    Выполняется контроль перегрузки двигателя по моменту


    Элементы поста управления:

    • Световая сигнализация «Сеть», «Работа», «Авария», «Момент двигателя больше 80%»,

    • Ключ режима регулирования «Автоматический/Отключено/Ручной»,

    • Кнопки «Вперед», «Назад», «Стоп» для пуска в автоматическом режиме,

    • Кнопки «Вперед», «Назад», «Стоп» для пуска в ручном режиме,

    • Кнопка «Аварийная остановка» (отдельный пост аварийной остановки),

    • Кнопки «Больше», «Меньше» для задания скорости в режиме автоматического управления.

    • Стрелочный прибор 0…20 мА для отображения момента двигателя,

    • Резисторный потенциометр для задания скорости вращения планшайбы.


    Дополнительное оборудование привода:

    Датчикобратнойсвязи по скорости – тахогенератор.

    Защиты:

    • При обрыве цепи сигнала датчика скорости – аварийная остановка,

    • Защита от заклинивания электродвигателя – аварийная остановка,

    • Защита от перегрева электродвигателя – предупреждение,

    • Защита от обрыва муфты (недогрузки) электродвигателя – аварийная остановка.


    1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ.

    1.1. Расчет скорости и ускорения вала двигателя.

    Определим требуемую скорость вращения вала двигателя. Дана максимальная скорость поворота планшайбы станка, переведем ее в об/мин и определим скорость вращения вала редуктора на стороне механизма:

    За одну минуту планшайба станка

    При скорости планшайба станка сделает один поворот за 360/20 =18 секунд, тогда



    Скорость вращения вала двигателя определю через передаточное отношение редуктора:

    – передаточное число редуктора



    Тогда синхронная скорость вращения двигателя:



    Дано максимальное угловое ускорение планшайбы станка. Найдем ускорение вращения вала редуктора на стороне механизма:

    5 град/c2 × π/180 = 0,08727 рад/c2



    Ускорение вращения вала двигателя определю через передаточное отношение редуктора


    1.2. Расчет статического момента приведенного к валу двигателя.

    Статический момент на валу механизма приводится к валу двигателя с учетом передаточного числа редуктора; силы резания и трения.


    1.3. Расчет момента инерции механизма приведенного к валу двигателя.

    Момент инерции механизма задается с учетом всех вращательно и поступательно двигающихся масс всего объекта. Затем момент инерции механизма приводится к валу двигателя.

    - момент инерции вращательно движущихся элементов механизма на валу механизма редуктора.

    – момент инерции на валу двигателя
    1.4. 4. Предварительный расчет мощности и выбор двигателя.

    Для первичного выбора двигателя вычисляется динамический момент только с учетом инерции механизма и требуемого углового ускорения, приведенных к валу двигателя.


    = 190,9 Вт

    После первичного выбора двигателя выполняется проверочное повторное вычисление динамического момента учетом инерции механизма, приведенного к валу двигателя, момента инерции выбранного двигателя и требуемого углового ускорения вала двигателя. Выбран двигатель с минимальной мощностью 0,25 кВт 4АА63А4УЗ



    - момент инерции выбранного двигателя
    Расчет мощности после первичного подбора двигателя











    Вторичный расчет подтвердил целесообразность выбора двигателя 4АА63А4УЗ

    Таблица 1 – параметры выбранного двигателя

    Типоразмер

    двигателя
    ,

    об/мин
    ,

    В
    ,

    Вт
    ,

    %
    Cos φ
    ,

    %
    ,

    %


    ,

    АА63А4УЗ
    1500
    380
    250
    68
    0,65
    8
    48
    2,2
    0,0012


    1.5 Расчет параметров двигателя.

    Синхронная частота вращения:

    0 = π*n0/30 = (π*1500)/30 = 157 рад/с

    Номинальная скорость вращения:

    nном = (1-Sн)*n0 = (1-0,08)*1500= 1380 об/мин

    Номинальная частота вращения:

    ном = (1-Sн)*0 = (1-0,08)*157 = 144,44 рад/с

    Номинальный момент:

    Мдвном = Рдвном/двном = 250/144,44 = 1,73 Н*м

    Номинальный ток:



    Iн = 250/(1.73*380*0,68*0,65) = 0,86 А

    Критический момент:

    Мкр = mк*Мдвном = 2,2*1,73 = 3,806 Н*м

    Момент инерции привода:

    Jприв = Jнас = 1,3*Jдв = 1,3*0,0012= 0,00156 кг*м2

    Результаты расчетов представлены в таблице 1.3.

    Таблица 1.3 – Выбранный преобразователь частоты

    nн (об/мин)
    0 (рад/с)
    н (рад/с)
    Iн (А)
    Mн (Н*м)
    Mкр(Н*м)
    Jприв (кг*м2)

    1380
    157
    144,44
    0,86
    1,73
    3,806
    0,00156


    1.6 Выбор преобразователя.

    В курсовой работе предлагается применить преобразователь частоты фирмы VACON серии NX, имеющий широкий мощностной ряд, типовой состав параметров и подробное техническое описание для первичного ознакомления. Номинальные ток и мощность преобразователя частоты должны быть не меньше номинальных тока и мощности двигателя. Допустимая кратковременная перегрузка по току преобразователя частоты для приводов с переменной нагрузкой 150%.
    Таблица 1.4 – Выбранный преобразователь частоты

    Тип ПЧ
    Номинальный длительный ток
    Ток перегрузки
    Напряжение

    питания
    Мощность

    на двигателе
    Типоразмер

    NXP 0003 5A2H1 SSS
    3.3 А
    3.6 А
    400 В
    1100 Вт
    FR4

    2. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

    2.1 Разработка схемы управления

    Схема разработана в соответствии с методическими указаниями1 и добавлена в приложение А.
    2.2 Выбор тахогенератора.

    Для получения данных о скорости электродвигателя был выбран тахогенератор серии МЭТ, которая используется в станках; обладает малой асимметрией и нелинейностью характеристик.
    Таблица 2 – Технические характеристики тахогенератора.

    Наименование
    Диапазон измерений,

    об/мин
    Номинальное напряжение прибор
    Ток, А
    Мощность, Вт
    Габариты прибора, мм
    Масса, кг

    МЭТ-8/30
    1500

    30 В
    0,03
    0,9
    251х180х153
    13,8


    В данном случае тахогенератор является активным элементом и не требует источника питания, но напряжение, которое он вырабатывает, значительно выше 10 В, поэтому, между тахогенератором и аналоговым входом ПЧ ставится делитель напряжения на резисторах R2 и R3.

    Выбранные резисторы:

    R1 = 12 Ом, R2 = 5 Ом, тогда даже при максимальном напряжении тахогенератора (31 В), выходное напряжение не превысит 10 В.

    3. НАСТРОЙКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ.

    Таблица 3.1 – Настройки, связанные с принципиальной электрической схемой управления

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.2.1
    DIN2 function
    8
    Вперед/реверс

    P2.2.2
    DIN3 function
    9
    Шаговая скорость

    P2.2.3
    DIN5 function
    1
    Внешний отказ (зк)

    P2.3.7
    Digital output 1 function
    3
    Отказ

    P2.3.8
    Relay output 1 function

    2
    Работа

    P2.3.9
    Relay output 2 function
    8
    Предупреждение


    Таблица 3.2 – Настройки структуры системы управления ПЧ

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.2.5

    I/O B reference selection
    0
    AI1

    P2.1.11
    PID controller reference signal (Place A)
    4
    Псевдопотенциометр

    P2.2.8
    Actual value selection
    0
    Фактическое значение 1

    P2.2.9
    Actual value 1 selection
    2
    AI2 сигнал (А)

    P2.2.10
    Actual value 2

    0
    Не используется

    P2.2.4
    PID sum point reference
    0
    Прямое выходное значение ПИД

    P2.2.28
    Motor potentiometer frequency reference memory reset
    0
    Без сброса

    P2.2.29
    Motor potentiometer PID reference memory reset
    0
    Без сброса

    P2.2.32
    Error value inversion
    0
    Нет инвертирования


    Таблица 3.3 – Настройки, связанные с дискретными выходами

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.3.10
    Output frequency limit 1 supervision
    2
    Контрольное значение как верхнего предела

    P2.3.11
    Output frequency limit 1; Supervised value
    60
    Значение предела 1

    P2.3.12
    Output frequency limit 2 supervision
    0
    Ограничений (контроля) нет

    P2.3.14
    Torque limit supervision
    0
    Не используется

    P2.3.20
    FC temperature supervision
    2
    Верхний предел

    P2.3.21
    FC temperature supervised value
    90 0С



    Таблица 3.3.1 – Настройки, связанные с дискретными входами

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.1.19
    Jogging speed reference
    3
    Шаговая частота


    Таблица 3.4 – Настройка работы электродвигателя от ПЧ

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.1.3
    Acceleration time 1
    2



    P2.1.4
    Deceleration time 1
    2



    P2.4.1
    Ramp 1 shape
    0
    линейное

    P2.4.2
    Ramp 2 shape
    0
    линейное

    P2.4.3
    Acceleration time 2
    20



    P2.4.4
    Deceleration time 2
    20



    P2.4.7
    Stop function
    2
    Управляемое изменение скорости + по инерции с разрешением работы

    P2.6.1
    Motor control mode
    0
    Контроль частоты

    P2.6.2
    U/f optimisation
    1
    Автоматическое усиление момента

    P2.6.3
    U/f ratio selection
    0
    линейное


    Таблица 3.4 – Номинальные данные и режимы работы электропривода

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Ед. измерений

    Комментарий

    P2.1.5
    Current limit
    3.6
    А



    P2.1.6
    Nominal voltage of the motor
    380
    В



    P2.1.8
    Nominal speed of the motor
    1500
    Об/мин



    P2.1.9
    Nominal current of the motor
    3.3
    А



    P2.1.10
    Motor cosϕ
    0,







    Таблица 3.5 – Защиты ПЧ и электропривода

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.7.1
    Response to 4mA reference fault
    4
    При обрыве связи с датчиком скорости – остановка

    P2.7.8
    Thermal protection of the motor
    1
    Предупреждение

    P2.7.9
    Motor ambient temperature factor
    0,0 %



    P2.7.10
    Motor cooling factor at zero speed
    40,0 %



    P2.7.11
    Motor thermal time constant
    20 мин.



    P2.7.13
    Stall protection
    2
    Отказ, остановка (защита от заклинивания двигателя)

    P2.7.14
    Stall current
    3.6 А



    P2.7.15
    Stall time limit
    15 с



    P2.7.16
    Stall frequency limit
    25 Гц



    P2.7.17
    Underload protection
    2
    Отказ, остановка (защита от обрыва муфты)


    Таблица 3.6 – Защиты ПЧ и электропривода

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.2.12
    PID controller gain



    Коэффициент усиления, %

    P2.2.13
    PID controller Itime



    Время интегрирования, с

    P2.2.14
    PID controller Dtime



    Время дифференцирования, с


    Таблица 3.7 – Технологические функции управления

    Номер параметра ПЧ
    Наименование параметра ПЧ
    Значение параметра
    Комментарий

    P2.1.15
    Sleep frequency
    25 Гц
    Преобразователь частоты автоматически останавливается, если частота привода

    опускается ниже уровня

    В состоянии остановки ПИ-регулятор

    работает, переводя преобразователь частоты в рабочее состояние (RUN), когда

    сигнал фактического значения опускается ниже, либо превышает

    порог активации.

    P2.1.17
    Wake up level

    25 %
    Порог активации определяет частоту, ниже которой должно опускаться или

    которую должно превышать фактическое значение до восстановления рабочего

    состояния (RUN) преобразователя частоты

    P2.1.16
    Sleep delay
    30 с
    Минимальное время до остановки преобразователя частоты, в течение которого

    частота должна оставаться ниже уровня

    4. ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА САУ Рисунок 1 – Электропривод механизмов с внешним контуром управления по скорости

    4.1 Коэффициенты электропривода и элементов управления приводом.

    Коэффициент жесткости механической характеристики асинхронного двигателя:



    Коэффициент передачи тока двигателя от его нагрузки:



    Электрическая постоянная АД:



    Коэффициент передачи момента сил вязкого трения от его скорости вращения:



    Коэффициент передачи тахогенератора вместе с делителем напряжения определяется как отношение выходной величины:



    Таблица 4 ­­– Коэффициенты электропривода

    Обозначение
    Значение
    Размерность



    0,101
    Н∙м∙с



    0,013
    с



    0,497




    1,108




    0,064



    4.2 Коэффициенты преобразователя частоты.

    Постоянная времени ПЧ:



    Коэффициент передачи ПЧ:



    Коэффициент входа обратной связи по току:



    Коэффициент входа обратной связи внешнего контура:



    Коэффициент параметра на входе задания:


    Таблица 4 ­­– Коэффициенты ПЧ

    Обозначение
    Значение
    Размерность





    с

























    5. Настройка регуляторов системы автоматического управления.

    5.1. Настройка контура тока. В контур добавлен пи-регулятор. Так же контур настраиваем на оптимум по модулю.


    Рисунок 2 – Контур тока.
    Передаточная функция разомкнутого контура:



    Передаточная функция РС, настроенной на оптимум по модулю:



    Принимаем Tμ = TПЧ = 0,004 с; TИ1 = TЭ = 0,013 с.

    Вычислим коэффициент kр1.









    Результат расчёта регулятора контура тока:



    В дальнейшем для удобства расчетов настройки регулятора внешнего контура, допускается передаточную функцию внутреннего замкнутого контура представить в упрощенном виде.



    5.2. Расчёт регулятора контур регулирования по скорости. В контур добавлен пи-регулятор и на выходе фильтр для ограничивания перерегулирования.

    Рисунок 1 – Электропривод механизмов с внешним контуром управления по скорости

    Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид.




    Передаточная функция замкнутого контура на настройку на симметричный оптимум.



    Преобразования части контура.


    Передаточная функция замкнутого контура регулирования по скорости.


    При:

    Приравниваем общую передаточную функцию замкнутой системы к передаточной функции на симметричный оптимум и выразим коэффициент передачи пропорциональной части.

    При:



    СПИСОК ИСТОЧНИКОВ





    1. Методический материал: Расчет механики привода / Прокопов А.А.

    2. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учеб.пособие для вузов. – Л., Энергоатомиздат. 1982.

    3. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А.Э. Кравчук, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская, - М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с., ил.

    4. Преобразователи частоты Vacom NXP и NXC / ЗАО “Вакон драйвз” – 18с.



    1 Прокопов А. А. Методические материалы к курсовой работе по дисциплине «Системы управления электроприводом». Разработка схемы управления электроприводом через преобразователь частоты. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный

    электротехнический университет «ЛЭТИ», 2022.

    написать администратору сайта