Курсовая работа (т): Автоматизированный частотный электропривод насосной установки

Для построения вентиляторной характеристики (М_с = kω²) рассчитаем коэффициент пропорциональности:

Полный график статических характеристик представлен на рис. 4.2.

Рис.4.2 График статических характеристик

Используя на построенных статических характеристиках критический момент и номинальный момент (момент графического пересечения данной статической характеристики с характеристикой статических сопротивлений), определим перегрузочную способность двигателя на каждой из характеристик:

Проверим эти перегрузочные способности на соответствие заданному условию:

Используя на характеристиках синхронные скорости вращения и номинальные скорости вращения (скорость графического пересечения характеристик с характеристикой статических сопротивлений), определим статизм:

Проверим статизм характеристик на соответствие заданному условию:

Определим диапазон регулирования для частот 3050 Гц (на этом диапазоне выполняется условие перегрузочной способности, но не выполняется условие статизма характеристик):

Реальный диапазон разомкнутой системы электропривода , что значительно меньше требуемого (D_тр= 5: 1).

Это происходит из - за влияния активного сопротивления статора, так как законы регулирования разомкнутых систем рассмотрены для идеального случая (R₁ = 0), в реальности R₁ ≠ 0.

Следовательно, необходимо применять замкнутую систему регулирования, где напряжение статора меняется не только от изменения частоты, но и зависит от нагрузки. Поэтому применяем замкнутую систему скалярного регулирования со стабилизацией одно из параметров:

-       потокосцепления статора (ψ₁);

-       потокосцепления ротора (ψ₂);

Использование законов стабилизации потокосцепления обеспечивает не только лучшее управление электроприводом в статических и динамических режимах, но и повышение КПД двигателя и, соответственно, всего электропривода.

Однако недостатком законов с поддержанием постоянства потокосцепления являются: невозможность контролировать параметры в динамике, низкая надежность, обусловленная наличием датчиков, встраиваемых в двигатель и потери в стали при работе двигателя с нагрузочным моментом меньше номинального. Расчёт статических характеристик скалярного регулирования при стабилизации потокосцепления статора:

Задача состоит в определении минимальной установившейся скорости для расчёта диапазона регулирования.

где  - номинальный момент статических сопротивлений, Нм;  - момент инерции системы, кг∙м²;  - угловое ускорение, .

 может быть найдено из условия:

Момент инерции системы может быть найден из условия:

где - момент инерции двигателя, кг∙м²;  - момент инерции насоса, кг∙м².

Минимальную установившуюся скорость можно вычислить из формулы:

По средствам математического пакета Mathcad выразим . Получим значение в относительных единицах .

Переходя к абсолютным единицам:

Определим минимальную частоту регулирования:

Определим диапазон регулирования при стабилизации потокосцепления статора:

Получившийся диапазон регулирования полностью удовлетворяет требуемому (5:1). В связи с этим можно сделать вывод, что обратная связь по скорости в данной системе не обязательна.

Рис.4.3 Статические характеристики скалярного регулирования со стабилизацией потокосцепления статора

5. Моделирование динамических и статических процессов электропривода

В связи с выбором скалярной системы регулирования со стабилизацией потокосцепления статора составим блок-схему управления электроприводом с непрерывной компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении статора, представленную на рис. 5.1.

Рис.5.1 Блок - схема управления

В соответствии с составленной блок-схемой построим функциональную схему управления электроприводом, представленную на рис. 5.2.

Рис.5.2 Функциональная схема управления электроприводом

В состав функциональной схемы входят:

ЗИ - задатчик интенсивности;

ФП - функциональный преобразователь;

РТ - регулятор тока;

ПЧ - преобразователь частоты;

Дэ - электрическая часть электропривода;

Дм - механическая часть электропривода;

ДТ - датчик тока;* - активное сопротивление тока статора.

Стоит отметить, что ФП здесь реализует выбранный скалярный закон регулирования U/f ².

На основании составленной функциональной схемы построим структурную схему, представленную на рис. 5.3. Здесь:

Т_э - электромагнитная постоянная времени;

Т_пч - постоянная времени преобразователя частоты;_пч - коэффициент передачи преобразователя частоты;_i - коэффициент передачи звена тока статора;_от - коэффициент обратной связи по току;_ - коэффициент внутренней обратной связи по скорости;_м - коэффициент пропорциональности между моментом и током;_∑ - приведенный момент инерции;

а_т - параметр настройки контура тока на модульный оптимум.

На основании составленной структурной схемы построим математическую модель, представленную на рис. 5.4. Произведём расчёт необходимых параметров.

.        Коэффициент обратной связи по току:

Рис.5.3 Структурная схема управления электроприводом

.        Коэффициент передачи внутренней обратной связи по скорости:

.        Коэффициент передачи звена тока статора:

.        Коэффициент передачи преобразователя частоты:

.        Коэффициент пропорциональности между моментом и током:

.        Электромагнитная постоянная времени:

7.      Суммарный момент инерции двигателя и насоса:

На основании структурной схемы представленной на рис. 5.3. составляем модель электропривода в программе MatLab - Simulink для моделирования динамических процессов [8]. Модель представлена на рис. 5.4.

Сигнал задания представлен на рис. 5.5:

Рис 5.5 Сигнал задания

Результаты моделирования представлены в виде графиков основных параметров (выходная скорость, ток статора, момент) на рис. 5.6, 5.7, 5.8.

Рис 5.6 Переходный процесс скорости

Рис 5.7 Переходный процесс тока статора

Рис 5.8 Переходный процесс момента

6. Разработка и построение принципиальной схемы управления

На листе 2 (формата А1) представлена принципиальная схема электропривода насоса, где представлены следующие блоки:

. Силовой модуль, состоящий из:

·        автоматического выключателя QF1;

·        согласующего дросселя LD;

·        неуправляемого выпрямителя;

·        фильтра;

·        блок торможения ТБ;

·        IGBT - инвертора, управляемого с помощью драйвера IGBT.

2. Встроенный контроллер управления, состоящий из:

·        Процессорного ядра, включающего в себя:

-       Порты ввода/вывода;

-       Последовательный приемо-передатчик;

-       ШИМ - контроллер;

-       ШИМ - генератор;

-       Аналого-цифровой преобразователь.

·        Интерфейсного модуля, включающего в себя:

-   Аналоговый интерфейс;

-       Цифровой интерфейс;

-       Таймер реального времени.

·        Пульта ручного управления, включающего в себя:

-       Дисплей;

-       Клавиатуру;

-       Контроллер дисплея/клавиатуры.

Заключение

Темой курсового проекта явился расчет и выбор автоматизированного электропривода по системе ППЧ - АД.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части. В свою очередь пояснительная записка состоит из 6 глав и содержит 16 рисунков, 12 таблиц, всего 34 страницы, а графическая часть состоит из одного листа формата А1 и листа формата А2. Библиографическая часть содержит 8 наименований.

В первой главе рассмотрена краткая характеристика технологического процесса, представлена гидравлическая схема насосной станции.

Во второй главе: представлены исходные данные; произведен расчет и выбор насоса и электродвигателя. Согласно заданию был выбран насос Grundfoss, удовлетворяющий данным для проектирования. Принят к установки асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР100L2.

В третьей главе был произведен расчет и выбор силового оборудования.

Произведен расчет и выбор полупроводникового преобразователя частоты типа DELTA VFD-B, согласующего дросселя Elhand ED3N-0,9/16 и автоматического выключателя ABB STOS203 C16.

В четвертой главе произведен выбор и обоснование закона управления, принят скалярный закон управления со стабилизацией потокосцепления статора.

Пятая глава включает в себя моделирование динамических процессов в электроприводе в среде Matlab Simulink.

В шестой главе произведено построение принципиальной схемы управления и схемы подключения, описаны элементы соответствующих схем.

Спецификация