Автоматическая система регулирования скорости электропривода транспортного рольганга

 

Проверим сетевой дроссель по значению индуктивности:

 

 

 

 

 

 

 

Выбор тормозного резистора

Тормозной модуль и тормозной  резистор нужен для рассеивания  кинетической энергии выделяемой преобразователем частоты при резком торможении.

Тормозной резистор используют, если необходим быстрой останов  двигателя или нужно быстрого снизить его скорость. Тормозной  резистор рекомендуется использовать при нагрузках с большим моментом инерции

Для выбранного преобразователя частоты рекомендован тормозной резистор серии:   VW3A4556

Параметры тормозного резистора

R при С, Ом	Располагаемая средняя мощность при С, кВт	№ по каталогу
15	1	VW3A7704

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор системы  управления электропривода

Векторное управление —  метод управления синхронными и  асинхронными двигателями, не только формирующим  гармонические токи (напряжения) фаз, но и обеспечивающим управление магнитным  потоком ротора (моментом на валу двигателя). Векторное управление применяется  в случае, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной  и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также  в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования  частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или  даже кратковременно 150-200% от Мном, это позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя. Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле.

При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме  амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление». Векторный  способ управления преобразователем частоты  позволяет осуществлять гораздо  более качественное управление электродвигателем, нежели скалярный. Зато настройка такого преобразователя требует глубоких познаний в области устройства электропривода и электрических машин.

Векторное управление в сравнении  со скалярным обладает более высокой  производительностью. Векторное управление избавляет практически от всех недостатков  скалярного управления. Главная идея векторного управления заключается  в том, чтобы контролировать не только величину и частоту напряжения питания, но и фазу. Другими словами контролируется величина и угол пространственного  вектора [1].  Векторное управление позволяет независимо и практически безынерционно регулировать скорость вращения и момент на валу.

Преимущества векторного управления:

1.высокая точность регулирования скорости;

2.плавный старт и плавное вращение двигателя во всем диапазоне частот;

3.быстрая реакция на изменение нагрузки: при изменении нагрузки практически не происходит изменения скорости;

4.увеличенный диапазон управления и точность регулирования;

5.снижаются потери на нагрев и намагничивание, повышается КПД двигателя.

К недостаткам векторного управления можно отнести:

1.необходимость задания параметров двигателя;

2.большие колебания скорости при постоянной нагрузке;

3.большая вычислительная сложность.

 

Уравнения преобразования фаз  в блоке ПФ

 

 

 

Уравнения координатных преобразований в блоке КП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{Структурная схема модели электропривода при векторном  управлении.}

Расчет параметров схемы векторного управления

 

Начальные параметры необходимые  для дальнейших расчетов.

- номинальная  мощность двигателя

- номинальное  напряжение

- номинальное  скольжение

- перегрузочная способность по максимальному моменту

-допустимая перегрузка преобразователя по току

- номинальное  к.п.д.

- коэффициент  мощности

- синхронная  скорость

- частота

- число полюсов

 

Расчет синхронной угловой  скорости:

 

Расчет номинальной угловой  скорости:

 

Номинальный момент:

 

Момент критический:

 

Номинальный ток [4,с.140]

 

Критическое скольжение [3,с.313]:

 

Для этого понадобится  рассчитать сопротивления и индуктивность  статора и ротора.

Находим активное сопротивление  обмоток статора [3, с.314]:

 

где принимаем 

Находим активное сопротивление  обмоток ротора [3, с.314]:

 

 

Находим индуктивность обмоток  статора [3, с.314]:

 

 

 

Принимаем значение индуктивности  обмоток статора равной индуктивности  обмоток ротора:

 

Находим индуктивность рассеяния  обмоток статора и ротора [3, с.314]:

 

 

Принимаем данное значение равным для статора и ротора.

Находим взаимную индукцию обмоток статора и ротора [3, с.314]:

 

Находим индуктивное сопротивление обмоток [4,c.252]:

 

Находим индуктивное сопротивление  рассеяния [4,c.252]:

 

Находим индуктивное сопротивление  взаимной индукции [4,c.252]:

 

Посчитаем суммарный момент инерции:

 

Подсчет коэффициента электромагнитной связи ротора _[2.c.120]:

 

Расчет постоянных времени двигателя:

Рассчитаем суммарное  сопротивление двигателя _[4.c.123]:

 

Суммарная индуктивность  определяется по формуле_[4.c.121]:

 

Электромагнитная постоянная времени статора асинхронного двигателя _[4.c.123]:

 

Электромагнитная постоянная времени ротора асинхронного двигателя _[4.c.123]:

 

Расчет механической постоянной:

 

Найдем значение модуля жесткости  механической характеристик [5,с.50]:

 

Расчет потокосцепления  ротора [5,с.51]:

 

_{Передаточная  функция, характеризующая  динамические процессы в асинхронном  электродвигателе при  векторном управлении}

Расчет динамических характеристик системы векторного управления.

Расчет параметров токового контура.

Эквивалентный передаточный коэффициент преобразователя:

 

Принимаем постоянную времени  преобразователя равной:

 

Коэффициент обратной связи  по току статора

 

Коэффициент регулятора тока определяется по формуле [3.c.234]:

 

_{Передаточная  функция ПИ регулятора  тока статора по оси  β,    [3,c.234]}

 

 

 

Расчет параметров контура регулирования потокосцепления  ротора

Коэффициент передачи датчика  потока

 

Остаточная инерционность  контура регулирования момента. Принимают при настройке контура  на оптимум по модулю

 

Коэффициент регулятора потока, [3, c.235]

 

_{Передаточная  функция потокосцепления} 

Расчет параметров контура скорости

Коэффициент усиления датчика  скорости

 

Остаточная инерционность  контура регулирования скорости

 

При отсутствии фильтра в  цепи обратной связи по скорости и  настройке на оптимум по модулю постоянная регулятора принимается равной:

 

Коэффициент регулятора скорости

 

_{Передаточная  функция регулирования  скорости}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{Результаты моделирования}

Схема моделирования векторного управления в среде Matlab

При моделировании векторного управления асинхронного двигателя  были исследованы следующие режимы:

Режим при котором метал поступает на вращающиеся ролики

Из графика видно, что  скорость в точности соответствует  необходимому режиму работы для нашего рольганга. Пусковой момент на валу двигателя  не  превышает максимального значения момента для нашего типа двигателя.

От перерегулирования  потока избавились с помощью подстройки интегральной части регулятора потока.

Статическая ошибка: отсутствует , но имеется небольшое перерегулирование по скорости.

Динамическая ошибка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Режим при котором привод начинает работу с полной нагрузкой

Из графика видно, что  при подаче нагрузки вместе с пуском привода пусковой момент выше чем  при моделировании предыдущего  режима. В этом режиме привод испытывает большие нагрузки.

Статическая ошибка: : отсутствует , но имеется небольшое перерегулирование по скорости.

Динамическая ошибка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема с интегральным регулятором момента

Передаточная функция  регулятора момента будет иметь  вид:

где - динамический коэффициент регулятора момента [5. c236]

где - коэффициент датчика момента,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты моделирования

 

Регулятор момента позволил снизить пусковой момент до необходимого значения для пуска механизма, снизить  ударные нагрузки на двигатель.

Статическая ошибка: : отсутствует , но имеется небольшое перерегулирование по скорости.

Динамическая ошибка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

Для транспортировки металлической  заготовки на транспортном рольганге  необходимо: строгая отработка заданного  значения скорости. Как видно из полученных графиков при векторном  управлении асинхронного двигателя  нам удаётся точно поддерживать и регулировать скорость движения перемещаемого металла. График скорости совпадает со скоростной  диаграммой для нашего механизма. Сравнивая графики переходных процессов для 1 и 2 режимов можно сделать вывод о том, что при подаче металла на уже раскрученный ролик рольганга  пусковой момент 698 Н∙м на много меньше чем при пуске двигателя под нагрузкой  809 Н∙м. Даже при тяжёлом пуске двигателя, с металлом, максимальный момент 809 Н∙м, не превышает максимального момента для выбранного двигателя 1214 Н∙м. Применение регулятора момента, режим 3, позволяет нам ограничивать и регулировать нам момент на валу двигателя, ограничение пускового момента позволяет нам быстрее выйти на заданную скорость уменьшить нагрузку на двигатель в переходных процессах, что ведёт к экономии электроэнергии и увеличению срока службы всего механизма в целом.

В итоге получили, что  все параметры находятся в  допустимых пределах, ток и момент не превышают допустимые значения, скорость поддерживается необходимой для работы рольганга.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе данной курсовой работы произвели выбор и проверку асинхронного двигателя. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от конструктивных параметров электродвигателя, момента  нагрузки и частоты напряжения питающей сети. Очевидно, для получения качественного  регулирования необходимо изменять последний параметр, т. е. частоту  питания. Именно для этих целей и  были созданы преобразователи частоты.

Также выбрали частотный  преобразователь с векторным  управлением для данного двигателя. В преобразователях частоты с  векторным управлением значение напряжения рассчитывается методом  моделирования процессов, проходящих в асинхронном двигателе. В этом случае пользователю необходимо задать параметры двигателя. Очевидно, что  этот способ управления позволяет осуществлять более качественное управление электродвигателем. Однако настройка такого преобразователя  частоты требует довольно глубоких познаний в области электропривода и электрических машин.

 Для системы преобразователь  частоты - асинхронный двигатель  исследовали векторное управление с отработкой заданного значения  скорости. Для моделирования переходных процессов - пуск и работа на установившейся скорости  использовали программу Matlab.

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Технический каталог  рольганговые электродвигатели  серии АР, Челябинск, 2008г.

2. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное  моделирование полупроводниковых  систем в  Matlab 6.0, С.Пб: - 2001г.

3. Соколовский Г.Г. Электроприводы  переменного тока с частотным  регулированием, М.: - Академия –  2006г.

4. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. – Управление электроприводами, Ленинград, - 1987г.

5. Бычков В.П. «Электропривод и автоматизация металлургического производства» - М.: Высшая школа, -1977.

6. Методические указания  к выполнению курсовой работы

7. Королёв А.А. Механическое оборудование прокатных цехов. - М.: Издательство “Металлургия”. 1965.

8.  Каталог продукции  Altivar 71

9. Интернет ресурсы.