Файл: Курсовая работа По дисциплине Электрические машины Вариант 2 Выполнил студент группы эт212зу бархатов Илья Витальевич.docx
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
такого же момента на естественной (на естественной характеристике двигатель работает при частоте питающей сети, равной 50 Гц).
По формуле 2.15 следует определена скорость вращения ротора электродвигателя:
(2.15)
где
- величина скольжения (отн. ед.) на естественной характеристике, соответствующая значению минимального момента для заданной скорости на искусственной характеристике.
Соответственно, при скольжении , скорость ротора равна 
.
Вычислено, во сколько раз уменьшилась скорость ротора для искусственной характеристики по формуле 2.13:
Вычислено, как уменьшилась частота питающей сети (формула 2.16):
(2.16)
Так как полученная частота удовлетворяет условию
, то потери на нагрев обмоток ротора не будут значительно сокращать срок службы двигателя.
Рабочие части искусственных характеристик – прямолинейны, т.к. частотное регулирование, не зависимо от способа регулирования, сохраняет жёсткость рабочей части искусственных характеристик.
Для выбора способа регулирования во второй зоне определяем величину превышения напряжения на искусственной характеристике, соответствующей максимальному моменту.
Учитывая, что отношения амплитуд и частот на разных характеристиках приблизительно равны, воспользуемся отношением (формула 2.17)
(2.17)
где:
–максимальная требуемая амплитуда напряжения, В; 
– номинальное значение напряжения питающей сети, В; fmax –максимальная выходная частота, Гц (определяется по формулам 2.12-2.14); f
ном – частота питающей сети, Гц.
Определив превышение напряжения в %, проверяем, удовлетворяет ли это превышение условию
:
Т.к. условие не выполнено, то способ регулирования – векторный с изменением только частоты питающего напряжения.
Для определения требуемой зонности регулирования, вынесена в большем масштабе рабочая часть естественной характеристики (прямая 1, см рис. 11) на отдельный график.
Затем проведена прямая, соответствующая заданному скольжению (прямая 6, см. рис.11), на которой отмечены заданные в условии моменты.
В данном случае имеется одно зонное регулирование (искусственные характеристики расположены только во 2-ой зоне – прямые 2,3,4,5, см. рис. 11).
Рисунок 11-Рабочая часть естественной и искусственных характеристик
Номинальные выходные напряжение и частота преобразователя частоты выбираются равными номинальным напряжению и частоте асинхронного двигателя. Исключение составляют непосредственные преобразователи, которые не могут работать с выходной частотой свыше 20 Гц. Для двухзонного регулирования скорости преобразователь частоты должен допускать повышение частоты сверх номинальной при номинальном выходном напряжении.
Номинальный ток преобразователя должен превышать средне-квадратичный ток двигателя. Величина и длительность перегрузки по току не должны превышать указанных в технических данных преобразователя (например для преобразователей типа ЭКТ2 нагрузка 1,5 I1N допускается в течение 120 с). Следует обратить внимание на возможность реализации требуемых тормозных режимов (рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть или наличие разрядного сопротивления).
При выборе схемы преобразователя следует учитывать основные их свойства. Двухзвенные преобразователи частоты с амплитудным регули-рованием выходного напряжения не позволяют получить диапазон регулирования скорости более 20–30. Для широко регулируемых приводов следует применять непосредственные преобразователи или двухзвенные с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения или формиро-ванием выходного тока. Для одновременного управления несколькими двигателями не рекомендуется использовать автономные инверторы тока.
Двигатели российского производства на низких частотах сильно греются, это следует учитывать при выборе частотного преобразователя.
Выбор осуществляется по следующим параметрам:
(2.18)
Выбран преобразователь частоты ATV71 11 кВт 500В 3ф, произведённый фирмой Schneider Electric (ссылка на источник обязательна).
Каталожный номер: ATV312HD15H4
Технические характеристики (см. табл.7) удовлетворяют характеристикам выбранного двигателя.
Таблица 7-Технические характеристики ПЧ
Преобразователь частоты Altivar 312 отличается надежностью, компактностью и простотой ввода в эксплуатацию. Предназначен для применения в простых производственных механизмах. Преобразователь легко встраивается в большинство систем автоматизации благодаря предлагаемым дополнительным коммуникационным картам. Отличительные особенности: Встроенные алгоритмы управления: скалярное U/f-регулирование, бессенсорное векторное управление Встроенный ЭМС фильтр при трехфазном питании Возможность установки вплотную друг к другу Оптимизация характеристик привода с помощью автоподстройки Уменьшенные габариты шкафов благодаря компактности изделия Быстрота ввода в эксплуатацию Протоколы Modbus и CANopen интегрированы в ПЧ Защита двигателя и преобразователя ПИ-регулятор 16 предварительно заданных скоростей.
Преобразователь частоты (ПЧ) Altivar 312 предназначен для управления асинхронными двигателями с питанием от 200 до 600 В и мощностью от 0,18 до 15 кВт.
Преобразователь Altivar 312 отличается надежностью и компактностью, простотой ввода в эксплуатацию. Встроенные функции адаптированы для его применения в простых производственных механизмах.
Легкость ввода в эксплуатацию и современная концепция изделия позволяют предложить экономичное и надежное решение разработчикам простых компактных машин (OEM) и интеграторам.
Преобразователь Altivar 312 легко встраивается в большинство систем автоматизации благодаря предлагаемым дополнительным коммуникационным картам.
Все преобразователи частоты компании Schneider Electric построены по схеме с явно выраженным звеном постоянного тока (рис.12).
Рисунок 12-Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока
В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии.
Входное синусоидальное напряжение (L1, L2, L3) с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямительном блоке (BR) и фильтруется и сглаживается в блоке фильтрации (BF), в результате получается постоянное напряжение. Этот узел называется звеном постоянного тока.
Для формирования синусоидального переменного напряжения с регулируемой частотой служит блок преобразования (BD). В качестве электронных ключей, с помощью которых формируется выходной сигнал, применяются биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.
По формуле 2.15 следует определена скорость вращения ротора электродвигателя:
(2.15) где
- величина скольжения (отн. ед.) на естественной характеристике, соответствующая значению минимального момента для заданной скорости на искусственной характеристике.Соответственно, при скольжении
, скорость ротора равна . Вычислено, во сколько раз уменьшилась скорость ротора для искусственной характеристики по формуле 2.13:
Вычислено, как уменьшилась частота питающей сети (формула 2.16):
(2.16) Так как полученная частота удовлетворяет условию
, то потери на нагрев обмоток ротора не будут значительно сокращать срок службы двигателя.Рабочие части искусственных характеристик – прямолинейны, т.к. частотное регулирование, не зависимо от способа регулирования, сохраняет жёсткость рабочей части искусственных характеристик.
Для выбора способа регулирования во второй зоне определяем величину превышения напряжения на искусственной характеристике, соответствующей максимальному моменту.
Учитывая, что отношения амплитуд и частот на разных характеристиках приблизительно равны, воспользуемся отношением (формула 2.17)
(2.17)где:
–максимальная требуемая амплитуда напряжения, В; – номинальное значение напряжения питающей сети, В; fmax –максимальная выходная частота, Гц (определяется по формулам 2.12-2.14); f
ном – частота питающей сети, Гц.
Определив превышение напряжения в %, проверяем, удовлетворяет ли это превышение условию
: Т.к. условие не выполнено, то способ регулирования – векторный с изменением только частоты питающего напряжения.
Для определения требуемой зонности регулирования, вынесена в большем масштабе рабочая часть естественной характеристики (прямая 1, см рис. 11) на отдельный график.
Затем проведена прямая, соответствующая заданному скольжению (прямая 6, см. рис.11), на которой отмечены заданные в условии моменты.
В данном случае имеется одно зонное регулирование (искусственные характеристики расположены только во 2-ой зоне – прямые 2,3,4,5, см. рис. 11).
Рисунок 11-Рабочая часть естественной и искусственных характеристик
2.3 Выбор частотного преобразователя
Номинальные выходные напряжение и частота преобразователя частоты выбираются равными номинальным напряжению и частоте асинхронного двигателя. Исключение составляют непосредственные преобразователи, которые не могут работать с выходной частотой свыше 20 Гц. Для двухзонного регулирования скорости преобразователь частоты должен допускать повышение частоты сверх номинальной при номинальном выходном напряжении.
Номинальный ток преобразователя должен превышать средне-квадратичный ток двигателя. Величина и длительность перегрузки по току не должны превышать указанных в технических данных преобразователя (например для преобразователей типа ЭКТ2 нагрузка 1,5 I1N допускается в течение 120 с). Следует обратить внимание на возможность реализации требуемых тормозных режимов (рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть или наличие разрядного сопротивления).
При выборе схемы преобразователя следует учитывать основные их свойства. Двухзвенные преобразователи частоты с амплитудным регули-рованием выходного напряжения не позволяют получить диапазон регулирования скорости более 20–30. Для широко регулируемых приводов следует применять непосредственные преобразователи или двухзвенные с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения или формиро-ванием выходного тока. Для одновременного управления несколькими двигателями не рекомендуется использовать автономные инверторы тока.
Двигатели российского производства на низких частотах сильно греются, это следует учитывать при выборе частотного преобразователя.
Выбор осуществляется по следующим параметрам:
-
Мощности, большей 5.5 кВт в 1,8 раз -
Напряжению, равному 400 В (380В-500В) -
По номинальному току (см. формулу 2.18)
(2.18) -
По типу защиты:
-
Защита от перегрева привода -
Исчезновение фазы на входе привода -
Исчезновения фаз двигателя привода -
Короткое замыкание между фазами двигателя привода -
Сверхток между выходной фазой и землей (только при включенном питании) привод -
Тепловая защита двигателя -
Функция защиты от значительного уменьшения напряжения фазного питания привода -
Цепи защиты от повышенного и пониженного напряжения линии питания привода
Выбран преобразователь частоты ATV71 11 кВт 500В 3ф, произведённый фирмой Schneider Electric (ссылка на источник обязательна).
Каталожный номер: ATV312HD15H4
Технические характеристики (см. табл.7) удовлетворяют характеристикам выбранного двигателя.
Таблица 7-Технические характеристики ПЧ
| Основные характеристики | |
| Серия | Altivar 312 |
| Тип продукта | Преобразователь частоты |
| Назначение продукта | Асинхронные электродвигатели |
| Специальная область применения продукта | Простая машина |
| стиль сборки | С радиатором |
| наименование компонента | ATV312 |
| мощность двигателя, кВт | 11 кВт |
| мощность двигателя, л.с. | 15 Гц |
| [Us] номинальное напряжение сети | 380...500 В - 15...10 % |
| частота сети питания | 50...60 Гц - 5...5 % |
| Число фаз | 3 фазы |
| линейный ток | 37,2 А в 380 В, Isc = 22 МВ 28,4 А в 500 В |
| фильтр помех | Встроен |
| полная мощность | 25 кВ·А |
| макс. переходной ток | 41,6 А для 60 с |
| рассеиваемая мощность, Вт | 397 В при номинальной нагрузке |
| диапазон скоростей | 1…50 |
| Профиль управления асинхронным электродви | Заводская настройка: постоянный момент Бессенсорное векторное управление двигателем с помощ |
| электрическое соединение | Al1, Al2, Al3, AOV, AOC, R1A, R1B, R1C, R2A, R2B, LI1...LI6 зажим 2,5 мм² AWG 14 L1, L2, L3, U, V, W, PA, PB, PA/+, PC/- зажим 25 мм² AWG 3 |
| питание | Внутреннее питание для логических входов: 19...30 В в <100 мкм, тип защиты: защита от перегрузки и короткого замыкания Внутреннее питание для регулировочного потенциометра: 10...10.8 В в <10 мкм, тип защиты: защита от перегрузки и короткого замыкания |
| Протокол порта связи | Modbus CANopen |
| Степень защиты IP | IP20 на верхней части Без закрывающей пластины IP21 на соединительных зажимах IP31 на верхней части IP41 на верхней части |
| опциональная карта | Коммуникационная карта для шлейф CANopen Коммуникационная карта для DeviceNet Коммуникационная карта для Fipio Коммуникационная карта для Modbus TCP Коммуникационная карта для Profibus DP |
Преобразователь частоты Altivar 312 отличается надежностью, компактностью и простотой ввода в эксплуатацию. Предназначен для применения в простых производственных механизмах. Преобразователь легко встраивается в большинство систем автоматизации благодаря предлагаемым дополнительным коммуникационным картам. Отличительные особенности: Встроенные алгоритмы управления: скалярное U/f-регулирование, бессенсорное векторное управление Встроенный ЭМС фильтр при трехфазном питании Возможность установки вплотную друг к другу Оптимизация характеристик привода с помощью автоподстройки Уменьшенные габариты шкафов благодаря компактности изделия Быстрота ввода в эксплуатацию Протоколы Modbus и CANopen интегрированы в ПЧ Защита двигателя и преобразователя ПИ-регулятор 16 предварительно заданных скоростей.
Преобразователь частоты (ПЧ) Altivar 312 предназначен для управления асинхронными двигателями с питанием от 200 до 600 В и мощностью от 0,18 до 15 кВт.
Преобразователь Altivar 312 отличается надежностью и компактностью, простотой ввода в эксплуатацию. Встроенные функции адаптированы для его применения в простых производственных механизмах.
Легкость ввода в эксплуатацию и современная концепция изделия позволяют предложить экономичное и надежное решение разработчикам простых компактных машин (OEM) и интеграторам.
Преобразователь Altivar 312 легко встраивается в большинство систем автоматизации благодаря предлагаемым дополнительным коммуникационным картам.
Все преобразователи частоты компании Schneider Electric построены по схеме с явно выраженным звеном постоянного тока (рис.12).
Рисунок 12-Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока
В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии.
Входное синусоидальное напряжение (L1, L2, L3) с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямительном блоке (BR) и фильтруется и сглаживается в блоке фильтрации (BF), в результате получается постоянное напряжение. Этот узел называется звеном постоянного тока.
Для формирования синусоидального переменного напряжения с регулируемой частотой служит блок преобразования (BD). В качестве электронных ключей, с помощью которых формируется выходной сигнал, применяются биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.