Файл: Пояснительная записка выпускной квалификационной работы содержит 55 страниц формата А4, 12 рисунков, 8 таблиц, 5 используемых источников информации.docx

4 Расчёт и построение статических характеристик

Механическая характеристика может быть получена из формулы Клосса [3]:

где – критический момент двигателя;

– скольжение;

– скольжение, при критическом моменте.

где – активное сопротивление статорной обмотки;

– приведённое активное сопротивление роторной обмотки.

Для двигателей мощностью большей 5 кВт можно принять равным нулю без больших погрешностей [3]. Тогда формула Клосса упростится до:

Критический момент в зависимости от частоты и напряжения выражается:

где – номинальный критический момент;

– номинальное фазное напряжение;

– номинальная частота.

Из формулы (66) следует, что при увеличении частоты критический момент будет уменьшаться. Для того, чтобы поддерживать постоянный критический момент, надо увеличивать напряжение по следующей зависимости:

Скорость двигателя из скольжения выводится так:

По формулам (65) и (67) построим естественную механическую характеристику, а также механическую характеристику с частотой, равной 70 Гц с коррекцией момента напряжением и без.

Полученные графики отображены на рисунке 5.

---

Рисунок 5 – Механические характеристики АД двигателя SIEMENS 1MA8-317–6BD: 1 – естественная характеристика; 2 – характеристика с частотой, равной 1,4 номинальной частоты; 3 – характеристика с частотой, равной 1,4 номинальной частоты и напряжением, равным 1,18 номинального напряжения

5 Защита электропривода

5.1 Защита от перегрузки и коротких замыканий

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей при внешних и внутренних коротких замыканиях применяются быстродействующие плавкие предохранители.

Плавкий предохранитель выбирается исходя из следующих условий [4]:



Этим условиям удовлетворяют два расположенных параллельно предохранителя TESYS FUSE NH4 (DF2LA1251) фирмы Schneider Electric со следующими параметрами:


Автоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты электроприводов и преобразователей электрической энергии от внешних коротких замыканий и перегрузок.

Выбор автоматического выключателя для электродвигателя и непосредственного преобразователя частоты (устанавливается на стороне напряжения низкой частоты) совершается исходя из следующих условий [4]:


Этим условиям соответствует автоматический выключатель Compact NSX LV432975 фирмы Schneider Electric с рабочим напряжением 690 В и уставкой тока в диапазоне до 500 А.

5.2 Защита от перенапряжений

В комплекте с преобразователем частоты ATV 71HC28N4 идёт сетевой дроссель VW3 A4 564 параметры которого представлены в таблице 8.

Сетевой дроссель обеспечивает лучшую защиту от

---

перенапряжений и уменьшает гармоники тока, вырабатываемые преобразователем частоты.

Таблица 8 – Параметры сетевых дросселей VW3 A4 564

Номинальное напряжение	Номинальная частота	Индуктивность	Номинальный ток	Ток насыщения	Потери
380 – 480 В	50 – 60 Гц	0,038 мГн	613 А	1150 А	307 Вт

Также в комплект выбранного преобразователя входит пассивный фильтр VW3 A4 612, который представлен на рисунке 6. Он позволяет уменьшить гармоники тока с полным уровнем искажения до 10%.



Рисунок 6 – Принципиальная схема пассивного фильтра VW3 A4 612
Также преобразователь частоты снабжён входными фильтрами подавления радиопомех в соответствии со стандартом МЭК/EN 61800-3, второе издание, категория C2 или C3 для окружения 1 или 2, относящемуся к приводным устройствам регулирования скорости и требованиям ЕС по электромагнитной совместимости (ЭМС).

И ещё ПЧ имеет дополнительные входные фильтры ЭМС VW3 A4 411. Эти фильтры предназначены для уменьшения наведённого излучения в сети ниже пределов, установленных стандартами EN 55011, группа 1, класс A или B и МЭК/EN 61800/3, категория C2 или C3.

---

5.3 Контроль изоляции

Перед преобразователем частоты и после него ставится узел контроля изоляции тока на землю типа Vigilohm XL308 фирмы Schneider Electric, который имеет следующие параметры:

• 
  Линейное напряжение: до 1700 В;
  
• 
  Электрическая прочность: 2500 В;
  
• 
  Уставка предупредительного сигнала: 1 – 299 кОм;
  
• 
  Уставка срабатывания сигнализации: 0,2 – 99,9 кОм.
  

6 Разработка системы управления мехатронной системой

В зависимости от требований, предъявляемых к электроприводу лебедки, ограничения скорости и крутящего момента требуются как с точки зрения динамики, так и с точки зрения статики. Это может обеспечить только векторный контроль. Этот контроль достигает динамических характеристик, близких к двигателю постоянного тока. Это достигается путем раздельного управления компонентами тока статора, отвечающими за момент и поле. Таким образом, точное управление крутящим моментом становится возможным.

Мы выбираем векторную систему управления с косвенным регулированием координат, которая программно реализована на основе микроконтроллера Simovert MD VectorControl, где информация о векторах потокосцепления АД получается косвенным образом на основе математических моделей. В этом случае базовая структура представляет собой управляющую структуру с непрямой ориентацией вдоль вектора магнитного потока ротора и модульным принципом структуры системы управления.

Система имеет два основных канала управления: канал управления угловой скоростью  и канал управления модулем потокосцепления ротора 2 АД. Также система имеет 2 подчиненных им внутренних контура регулирования составляющих тока статора I_1x и I_1у в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью ₀ электромагнитного поля двигателя.

Для моделирования цепи необходимо знать величины индуктивности и сопротивления цепи ротора и статора, а также индуктивность цепи намагничивания. Необходимые данные определяем ниже.


Скорость вращения магнитного поля определяется выражением:

---

где – номинальная частота питающей сети, Гц.

Величина номинального скольжения вычисляется по формуле:

где – номинальная скорость двигателя, об/мин.

Номинальная угловая скорость вращения ротора рассчитывается по формуле:

Угловая скорость вращения магнитного поля находится:



Номинальный, максимальный и пусковой моменты определяем следующим образом:



Критическое скольжение по формуле:

Механические потери равны:

Коэффициент приведения:

Номинальное фазное напряжение находим по формуле:

Приведённое активное сопротивление ротора равно:

Величина активного сопротивления статора определяется:

Подставив данные, получим:


Приведенная индуктивность рассеяния ротора:


Индуктивность статора найдем по выражению:

Подставим нужные значения и получим:

Индуктивность контура намагничивания рассчитывается следующим образом:

Подставляем данные:

---