Разработка узлов электрической защиты электропривода

 

 СОДЕРЖАНИЕ

 Введение            стр.1

1. Выбор элементов силовой части электропривода      стр.2
1.     Выбор двигателя, дросселя уравнительного реактора, преобразователя частоты. стр.2
2.  Расчет основных величин системы       стр.6
2. Расчет статических характеристик разомкнутой системы.     стр.8
3. Расчет замкнутой системы по схеме с общим сумматором.            стр.10
1.  Расчет жесткой обратной связи по скорости.            стр.10
2.  Ограничение форсировок замкнутой системы.     стр.11
3.  Статический расчет токовой отсечки.             стр.12
4. Определение устойчивости системы.               стр.14
5. Расчет системы подчиненного регулирования.              стр.17
1.   Расчет обратной связи по току и регулятора тока.           стр.17
2.   Расчет обратной связи по скорости и регулятора скорости.          стр.19
3.   Расчет задатчика интенсивности.              стр.21
6. Разработка узлов электрической защиты электропривода.           стр.23

 6.1   Защита от короткого замыкания.             стр.23

 6.2   Защита от перегрузки по току.             стр.24

 6.3   Нулевая защита.               стр.24

 6.4   Защита полупроводниковых элементов преобразователя частоты.        стр.24

 6.5   Принципиальная схема привода.             стр.27

 

  7.Выбор  регулятора методом Винера-Хопфа.             стр.28

  8. Метод модального управления.              стр.30

  9. Дополнительные соображения по выбору метода синтеза ДЭМС.          стр.33

 Заключение.                  стр.35

 Список  использованной литературы.              стр.36 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 Современный промышленный электропривод характеризуется большим диапазоном мощностей применяемых двигателей - от долей до десятков тысяч киловатт. Примерами установок с приводами большой мощности могут служить шахтные подъемные установки, аэродинамические трубы, прокатные станы, доменные воздуходувки. К электроприводам таких установок предъявляются высокие требования в отношении надежности и производительности. Например, наиболее мощные прокатные станы — крупные блюминги и слябинги имеют решающее значение для всех отраслей народного хозяйства. Через эти станы проходит основная масса всей прокатываемой стали. Высокая производительность и надежность работы требуется и для электроприводов многих рабочих машин небольшой мощности, например станков, лифтов, кранов и т. д.

 Современные электроприводы отличаются высокой степенью автоматизации их работы. Это приводит к тому, что привод может работать в наиболее экономичных режимах и воспроизводить с высокой точностью движение, требуемое в соответствии с технологическими условиями работы производственной машины.

 Электропривод сегодня — это важная, бурно развивающаяся область техники. Задача дальнейшего повышения производительности труда и экономической - эффективности производства требует, в частности, от техники новых высокопроизводительных машин, оборудованных высококачественными электроприводами. В свете этом определяются в общих чертах основные - тенденции развития электропривода.

 Развитие  науки и техники  обусловливает новые  области применения электроприводов. Появились  приводы новых  механизмов и устройств в технике атомной энергетики, в установках по исследованию космоса и т. д. Новые области применения, а также повышение требований к электроприводам обусловливают вторую тенденцию в их развитии. Это - совершенствование электроприводов в направлении повышения их производительности, надежности, экономичности, точности работы,  снижения габаритов.  Развитие относится как к силовой части привода, так и к системе его управления. Совершенствуются и создаются  новые электрические двигатели. Например, разработана серия двигателей постоянного тока с гладким якорем, имеющих восьмикратную перегрузочную способность и характеризующихся высоким быстродействием в работе. Появились двигатели и с отличным от прежнего видом движения. Это шаговые  двигатели с дискретным угловым перемещением и двигатели поступательного движения с развернутым статором. Для питания  двигателей разработаны экономичные преобразователи постоянного и переменного токов, построенные на современных полупроводниковых приборах - тиристорах.

 Повышению качества работы электропривода способствует  применение  в  системах  управления  унифицированных функциональных блоков — регуляторов. Многие современные высокоточные электроприводы содержат в своей системе управления вычислительные машины. Применение вычислительных машин оказывается эффективным средством комплексной автоматизации в многодвигательных приводах сложных производственных установок. Они используются, например, при автоматизации, приводов доменных печей, копировальных станков и т. д. Следует отметить, что немаловажное значение в развитии электропривода имеет совершенствование методов исследования и проектирования. В частности, применение в инженерной практике аналоговой и цифровой вычислительной техники позволяет более качественно и быстро проектировать сложные системы электропривода.

 

 

1. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ  СИЛОВОЙ ЧАСТИ  ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

 1.1 Выбор двигателя,  дросселя, уравнительного  реактора, преобразователя  частоты.

 Важнейшим при выборе силового оборудования являются обеспечение необходимых технических параметров производственного механизма. Силовое оборудование должно обеспечивать как необходимую мощность установки, так и точность, быстродействие . В противном случае система привода будет недорабатывать до необходимой производственной мощности, либо, при ее некорректной отладке, перегреваться и давать сбои. А из-за перегрева, как известно, снижается срок эксплуатации, что негативно отражается на экономических показателях установки.

 В случае, если мощность установки принята  гораздо больше, нежели это необходимо, система будет работать корректно, но экономически себя не оправдывать – её срок окупаемости увеличивается.

 1.1.1. Выбор двигателя

 Окружное  усилие на роторе расходуется  на преодоление ряда сопротивлений.

 Математически окружное усилие может быть выражено равенством:

   N_рот = N_рез + N_зап + N_кин + N_тр + N_п

 где N _рез - сопротивление отделению породы от массива, включая трение режущих элементов о забой, Н; N_зап - сопротивление от заполнения ковша отделенной от массива породой, Н; N_кин - усилие, возникающее при перемещении породы по стенке ковша, Н; N_тр - трение породы в ковше о запирающий сектор в процессе подъема ковша до уровня разгрузки, Н; N_п- усилие, возникающее при подъеме породы в ковше до уровня разгрузки, Н.

 Из  перечисленных видов сопротивления основную часть составляет сопротивление N_рез (Н). Произведенные расчеты и эксперименты показывают, что для роторов с гравитационной разгрузкой:

 N_зап + N_кин + N_тр = (0.02-0,15)N_рез , 

 где большие значения соответствуют мягким породам.

 При определении окружного усилия пользуются удельными сопротивлениями породы копанию k_F (Па) либо k_L (Н/см). Через удельные сопротивления определяют сопротивления N_рез , N_кин и N_тр, из которых складывается касательная составляющая породы копанию N_F [11]:

 N_к = N_рез + N_зап + N_кин + N_тр 

 Поэтому выражение для  окружного усилия Nрот можно записать в виде

 N_рот = N_к + N_п . 

 Иначе среднее касательное  усилие можно выразить через теоретическую производительность и удельное сопротивление копанию:

 N_к = k_F ∑ F_ср 10 ⁵ 

 ∑F_ср =Q_теор / (3600k_p v_p)

 

 

 N_к =  k_F Q_теор10⁵ / (3600k_p v_p) =57430 Н

 

 где k_F=2,26 - удельное сопротивление породы копанию (в соответствии с установившимися рекомендациями в отечественном проектировании роторных экскаваторов принято пользоваться коэффициентом k_F, а не коэффициентом k_L );F_ср - среднее по дуге копания значение площади поперечного сечения стружки, м²; Q_тeop=5250 - теоретическая производительность экскаватора, м^э/ч; k_p=1,37 - коэффициент разрыхления берём для самой плотной почвы |V категории ; v_p=4,189 - окружная скорость ротора, м/с-рассчитаны по графикам приведённым на рис.35

 Усилие, необходимое для  подъема породы до уровня разгрузки  ковшей [11],

 N_п = (g Q_теор γ H_п / 3600k_p v_p) 10 ³=125700 Н

 где g - ускорение свободного падения, м/с²; γ=3,5 - плотность грунта- берём как для самой плотной почвы |V категории , т/м³; Н_п - высота подъема породы ковшами до уровня разгрузки, м.

 При работе вертикальными  стружками высоту подъема породы ковшами до уровня разгрузки принимают Н_п = (0,85-1,25) R_рот, при работе горизонтальными стружками H_п=(1,6-1,8)/R_рот.=14,4м. Окружную скорость вращения ротора принято характеризовать коэффициентом скорости k_v, численно равным отношению фактической скорости к критической скорости, при которой имеет место равенство центробежной силы на внешнем радиусе ротора и силы тяжести. Линейная критическая скорость [11]

  V_кр = 3.13 =8,853

 Максимальная  допустимая окружная скорость ротора

 v_{рот max} = k_v v_кр=4,2  k_v=0.4

 Существует  понятие оптимальной  окружной скорости ротора. Оптимальный коэффициент скорости k_v или оптимальную скорость v_{рот (оп)} и диапазон ее регулирования принято связывать в первую очередь с обеспечением надлежащих условий разгрузки ковшей и режимов экскавации породы. Под оптимальной окружной скоростью ротора понимают такую скорость, при которой принятая в качестве исходной порода полностью разгружается из ковша в приемно-питающее устройство. На процесс разгрузки ковшей, а следовательно, и на допустимую окружную скорость ротора оказывают влияние конструктивные параметры рабочего органа, технологические параметры забоя и физико-механические свойства, а также состояние разрабатываемых пород в течение эксплуатационного периода.