Инженерное проектирование. конспект лекций. Конспект лекций гомель 2013 2 введение в качестве объекта проектирования для специальности "Автоматизиро ванный электропривод" могут быть устройства
 Скачать 356.08 Kb.
|
|
1.8. ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ СТАТИЧЕ- СКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1. Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) применяется для тяговых ЭП при питании от контактной сети или аккумулятора, а также для электроприводов станков малой мощности до 10 кВт. Нереверсивная схема с одним ключом. Если нагрузка изменяется в широких пределах, то для исключения зоны прерывистого тока используется схема с двумя ключами Реверсивная схема имеет 4 ключа: На практике используют два закона коммутации: - симметричный, когда поочерёдно открываются пары ключей: 1УК и 2УК, а затем 3УК и 4УК. - несимметричный закон, когда, к примеру, постоянно открыт 2УК, а по- очерёдно коммутируются 1УК и 3УК 2. Тиристорный однофазный мостовой преобразователь применяется для ЭП малой мощности, для питания обмоток возбуждения, для якорных це- пей тяговых электроприводов при питании от контактной сети переменного то- ка. При не высоких требованиях к ЭП применяют полууправляемые схемы.: 22 По регулировочным свойствам они одинаковы. Первая схема имеет более простую реализацию СИФУ. Вторая схема – более высокие показатели надёж- ности, поскольку VD1 и VD2 образуют так называемый обратный диод. При аварийном отключении в цепи переменного тока ЭДС самоиндукции нагрузки гасится через обратный диод. В ЭПУ2-… регулирования обеспечивает сими- стор, установленный в цепи переменного. Выпрямитель - нерегулируемый. В двухзонных приводах для питания обмотки возбуждения используется полно- стью управляемая схема. 3. Тиристорный трехфазный полууправляемый преобразователь применяется для питания обмоток возбуждения быстродействующих ЭП малой мощности. 4. Тиристорный преобразователь с полностью управляемой трёхфаз- ной мостовой схемой имеет универсальное применение. VS3 VS1 + - VS5 VS4 VS6 VS2 Для реверсивных ЭП нереверсивный преобразователь применяется в при- водах с редкими включениями с изменением направления движения во время остановок (за счёт контакторов в якорной цепи). В приводах средней и большой мощности в процессе движения реверс по цепи возбуждения производится по- сле снятия сигнала управления со входа СИФУ и спадания тока якоря до нуля. 23 1.9. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭП ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. Реостатное регулирование с импульсным управлением R доб в цепи выпрямленного тока ротора. Применяется в приводах подъёмников малой и средней мощности. Обес- печивает плавный пуск и торможение, длительное регулирование скорости в диапазоне до 5. 2. АВК. Для ТП пределы изменения α=95…150 эл.град. Применяется в приводах средней и большой мощности для насосов, вен- тиляторов, земснарядов, экскаваторов. Комплектные устройства выпускаются до нескольких тысяч кВт для двигателей низкого и высокого напряжения. Поз- воляет регулировать скорость в пределах изменения скольжения s=(0.11…1), но обычно D≤3…5. 3. ТПН – АД. Используется для АД с Р max ≤ 300 кВт. Применяется с АД КЗ для машин центробежного типа. Для АД ФР в подъемно-транспортных механизмах, работающих в повторно- кратковременном режиме. Сопротивление в цепи ротора используется для рас- ширения диапазона регулирования. Диапазон регулирования ограничен крити- ческим скольжением. Процесс пуска может быть реализован с ограничением тока или ускорения. 24 4. НПЧ – АД. Применяется в подъемно-транспортных механизмах для регулирования на низких скоростях при получении высокой точности остановки. Для расши- рения диапазона используют 2х скоростные двигатели. Система НПЧ – СД в отдельных случаях применяется в прокатных станах для главных приводов. 5. ПЧ (АИТ)– АД. М ИРЭ ИРЭ – источник реактивной энергии, который при переменной нагрузке должен выполняться регулируемым. Применяется для механизмов с высокими требованиями к динамике. Если сам инвертор выполнен на тиристорах то величина емкости коммутирующих конденсаторов критична к нагрузке. 6. ПЧ (АИН) – АД. Применяется для одиночных и групповых ЭП, как правило, для механиз- мов с низкими требованиями в динамике. В замкнутых системах с подчинен- ным контуром регулирования тока статора имеет неплохие динамические пока- затели и в частности применяется в металлорежущих станках в системах регу- лирования положения. 7. ПЧ (АИН) – СД. Применяется в приводах станков малой и средней мощности. С СД, име- ющим постоянные магниты и встроенный датчик положения ротора, представ- ляет так называемый вентильный двигатель. Коммутация инвертора задается датчиком положения. По техническим показателям и по диапазону регулирова- ния не уступает системе ТП – Д. При высокой точности регулирования скорости для систем 5 и 6 с ам- плитудным регулированием тока или напряжения диапазон не превышает 10 (f min ≥5 Гц). Для 6-й системы с широтно-импульсным регулированием напряже- ния диапазон может достигать 100 и более. 25 1.10. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ На данном этапе проектирования наиболее существенными вопросами являются разработка структурных и принципиальных схем. На их основе раз- рабатывается остальная техническая документация для изготовления наладки и испытания и обслуживания систем ЭП. Документации должна обладать одно- значностью, обозримостью и полнотой. Подробности составления документа- ции зафиксированы в стандартах, отраслевых и заводских нормалях и в реко- мендациях заводов изготавливающих комплектное оборудование. В соответствии со стандартами могут разрабатываться структурные, функциональные, принципиальные электрические схемы и схемы электриче- ских соединений. Структурная схема является обзорной и определяет основные функцио- нальные узлы и части изделия их назначение и взаимосвязь. Функциональная схема определяет основные физические процессы, про- текающие в функциональных узлах или во всем изделии. Функциональные ча- сти и связи между ними представляются на схеме в виде условных графических изображений. Принципиальная (полная) схема служит для детального пояснения рабо- ты установки системы. На ней представляется полный состав элементов и свя- зей между ними. На основе принципиальной схемы разрабатываются конструк- торские документы и схема электрических соединений. Электрические соеди- нения на ней разделяются на главные (т.е. силовые) и вспомогательные. Пока- зываются так же элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи – разъемы, зажимы и т.п. При разработке принципиальной схемы решаются следующие задачи: реализация требуемого закона управления электроприво- дом, исполнительным механизмом или рабочей машиной; выбор элементной базы и электрических компонентов схемы. Схема электрических соединений, т.е. монтажная схема, показывает элек- трическое соединение составных частей электротехнического изделия: элек- тронных блоков, аппаратов, машин и так далее. На ней определяются марки, места прохождения и способы крепления проводов, жгутов и кабеля. Располо- жение графических изображений элементов и составных частей должны распо- лагаться, по возможности, в соответствии с их действительным расположением в изделии. Вместо монтажной схемы может разрабатываться таблица соедине- ний, в которой в виде цифр представлены электрические соединения компонен- тов схемы, но отсутствует графическое изображение и сведения о разводке проводов. Кроме указанных схем могут разрабатываться схемы прокладки прово- дов, размещения электрооборудования на рабочей машине и планы кабельных сетей между отдельными частями рабочей машины. Пример. Принципиальная схема управления приводом подачи металлорежущего станка с контролем за системой смазки и подачи охлаждающей жидкости. 26 Дистанционное управление Местное Давление смазки Подача охлаждающей жидкости Авария Если в состав входит устройство, имеющее отдельную принципиальную схему, то оно выделяется контурной линией. В нашем случае это А1. Если приводятся элементы устройств не электрического типа, они отде- ляются штрихпунктирной линией: Р1 – реле давления, Р2 – реле потока. Электрическим соединениям присваивается нумерация либо с фазным индексом, либо четные или не четные с разделением элементами, которые яв- ляется основной нагрузкой данной цепи, или простым по возрастанию номеров. При монтаже устройства концы проводов или кабелей подписываются по при- нятым правилам. На принципиальной схеме подписывается номера всех разъ- ёмных соединений (в блоке А1 – 1 – 11). Когда у аппарата пронумерованы выводы, то они должны быть то же ука- заны (SA - 0,1,2 ; К1 – 1, 18). Если цепи логического управления расположены по строкам или по столбцам, то для облегчения знакомства используют подписи, поясняющие функциональное назначение. В случае размещения принципиальной схемы на нескольких чертежах, лист чертежа разбивается на поля (например, по вертикали обозначаются циф- рами по горизонтали - буквами). При переходе электрического соединения с одного чертежа на другой на его разрыве указывается адрес в виде номера чертежа и поля листа ( 4/А4). И желательно указывать условное обозначение сигнала (Id). При большом числе чертежей напротив катушки реле может указываться таблица с адресами распо- ложения контакта. Таблица соединений составляется на основании принципиальной схемы или схемы соединений и плана размещения аппаратуры в устройстве. Для нашего примера: A B C A1 A2 A3 1 2 3 N 4 QF1 KK1 KK2 5 6 7 B1 B2 C1 C2 C3 8 FU KM1 M A1 SA1 SB1 0 1 2 21 22 1 2 34 SB2 33 6 7 KM1 KM1 9 10 3 A1 4 K3 K1 6 7 6 5 11 KK1 KK2 11 12 A1 5 K1 P1 P2 1 18 K2 K3 18 1 1 18 K1 K2 4 5 6 7 HL K3 2 3 N N 7 8 9 10 11 1 27 Проводник Откуда идёт Куда идёт Данные проводни- ка Примечание Таблица выполнена на основании схем 1...Э3 1 А1:8 SA:0 ПВ1-0,5 2 SA:1 SB1:21 ПВ1-0,5 3 SB1:22 SB2:34 ПВ1-0,5 3 SB1:22 A1:9 ПВ1-0,5 Проводки записываются в пределах одного устройства с учётом располо- жения аппаратуры. Для обеспечения минимальной длины проводов, кроме за- писи по возрастанию номеров может использоваться запись у непрерывности цепи, (1,2,3,4,5; 3,4; 6,5). В колонке данные приводится сечение и при необходимости цвет. В ко- лонке «Примечание» указываются особые условия прокладки, например, витая пара или измерительные цепи, в последнем случае это отдельная прокладка проводов. В инструкциях по контролю и испытаниям необходимо определить все операции, требуемые для проверки работоспособности изготовленных электро- технических изделий (элементы систем, их функциональные узлы, электриче- ский монтаж и системы в целом), и целесообразная последовательность их вы- полнения. желательно, чтобы инструкция имела следующую структуру: • Общие замечания; • Наименование и краткое обозначение объекта; • Перечень используемых документов; • Перечень средств контроля и данных, необходимых для контроля и обна- ружения неисправностей; • Указания по оформлению протокола испытаний; • Указания последовательности выполняемых операций: визуальный кон- троль, проверка мер защиты, функциональный контроль, контроль электроцепей, контроль изоляции; • Указания по технике безопасности; К инструкциям по эксплуатации относятся предписания и руководства по вводу установок, машин и устройств в эксплуатацию, прекращению их экс- плуатации, настройке и поддержанию определенных рабочих режимов, по рас- познаванию и устранению неисправностей, по уходу и ремонту. Рекомендуется следующая программа таких инструкций: • Сведения об условиях окружающей среды, допускающих гарантийный срок эксплуатации; • Пояснение устройства и принципа действия обслуживаемого объекта на основе схемотехнических и функциональных средств графического изображения; • Оценка качества защиты и описание возможных аварий; • Описание последовательности операций пуска, выхода на рабочие ре- жимы, отключения установки; 28 • Указания по проведению планового технического ремонта, например, по замене изношенных деталей, контрольным испытаниям датчиков и т.д. • Описание возможных причин возникновения неисправностей и указы- вающих на них признаков, а также целесообразных операций; • Руководство по учету неисправностей с указанием данных, которые должны быть зарегистрированы. 2. УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЭП 2.1. ВИДЫ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ В зависимости от сложности системы ЭП и выполняемых функций можно выделить следующие виды комплектных управляющих устройств (УУ): 1. Панели открытые или установленные в металлической оболочке, пред- назначенные для ручного управления. Элементная база: рубильники, пакетные переключатели, предохранители и т.п. 2. Станции управления и пульты управления, предназначенные для авто- матического управления пуском, торможением и реверсом электродвигателя. Комплектующие элементы: автоматические выключатели, реле, контакторы, магнитные контроллеры и подобная аппаратура. 3. Станции управления, щиты станции управления, комплектные устрой- ства управления (блоки, шкафы), предназначенные для автоматического регу- лирования и управления координатами ЭП. Комплектующие: автоматические выключатели, контакторы, реле, электронные устройства и блоки, датчики и различного рода аппараты и устройства. Первые два вида устанавливаются на металлических рамах или шкафах. Третий вид выпускается в виде блочных конструкций унифицированных в рам- ках отрасли, а отдельные узлы выполняются на унифицированных платах. Кро- ме блочного исполнения (например, станочные ЭП типа ЭПУ, Размер), УУ мо- гут выполняться в унифицированных шкафах (КТЭ, КТЭУ). Если электрооборудование для рабочих машин комплектуется на машино- строительном заводе, то для размещения используются унифицированные пульты и шкафы. 2.2. ТРЕБОВАНИЯ К УПРАВЛЯЮЩИМ УСТРОЙСТВАМ Требования в ТЗ и ТУ на разработку, модернизацию и изготовление УУ можно разделить на две группы: 1. Требования, определяемые заданными технологическими режимами и конструкцией рабочей машины, на основании которых выбирается система управления ЭП и элементная база. 29 2. Требования, которые формулируются на основании нормотивно- технических документов. Вторая группа включает в себя требования, определяющие конструкцию, электрический монтаж, безопасность труда, исполнение, категории эксплуата- ции, хранения и транспортирования. Рассмотрим некоторые их них. 1. Требования к конструкции УУ, установленные стандартом, определяю- щие типоисполнение и основные размеры оболочек шкафов, щитов, ящиков, каркасов щитов. Под их оболочкой понимается часть устройства, предназна- ченная для защиты человека от случайного прикосновения к токоведущим или подвижным частям и для предохранения находящегося внутри оборудования от внешних воздействий. Конструкция устройств, в которых используются полупроводниковые средства управления, базируется на блочной унифицированной конструкции (БУК-б). Ее применение установлено стандартом, также как и виды элементов этой конструкции: монтажные и вставные платы, вставные каркасы и т.д. Стан- дартом установлены размеры БУК-б, панелей, шкафов, пультов и др. металло- конструкций, 2. Требования к электрическому монтажу УУ формулируемые со ссылкой на нормативно- технические документы устанавливают порядок проектирова- ния и изготовления электрических соединений с помощью однопроволочных и гибких (многопроволочных) проводов с различными типами изоляции. Данные требования направлены на обеспечение надежной работы изделия в условиях механических, климатических и др. воздействий, оговариваемых в ТУ на кон- кретное изделие. Нормативно-техническими документами устанавливаются: а) порядок обработки и закрепления монтажных проводов; б) способы соедине- ний, выполняемые экранированными проводами и кабелями; в) выполнение не- подвижных и подвижных жгутов; г) порядок выполнения пайки монтажных проводов; д) порядок установки навесных элементов. Регламентированы пра- вила проектирования и изготовления печатного монтажа и установки электрон- ных компонентов на платы. 3. Стандартом устанавливаются требования к электрическим контактным соединениям. К последим относятся разборные и неразборные электрические контактные соединения шин, проводов и кабелей из меди, алюминия и его сплавов. Устанавливаются требования к виду разборного контакта (со стабили- зацией давления и без), к механической прочности, к электрическому сопро- тивлению и т.д. 4. Требования к безопасности устанавливаются несколькими стандартами. Они способствуют предотвращению или уменьшению воздействия на человека электрического тока, движущихся механических частей, частей нагревающихся до высокой температуры. По способу защиты человека от поражения электрическим током установ- лено 5 классов электротехнических изделий, различающихся изоляцией токо- ведущих частей (рабочей, дополнительной, двойной, усиленной). 5. Требования к условиям хранения и транспортирования определены стандартом. Они определяют условия хранения: отапливаемые и вентилируе- 30 мые склады, закрытые или др. помещения с самовентиляцией и т.д. Условия транспортирования, как правило, приравниваются к условиям хранения. Но, к примеру, для изделий, предназначенных к транспортированию на самолетах должны учитываться воздействия резких перепадов давления и температуры (до -60 0 С). 6. Требования к характеру металлических и неметаллических покрытий деталей, входящих в УУ ЭП, установленные стандартом определяют группы условий эксплуатации покрытий, их выбор и условные обозначения. |