Основная расчетная часть курсового проекта.

Аннотация

Целью курсового проекта является детальный расчет регулируемого электропривода производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД.

При выполнении курсовой работы производится анализ данных о режимах нагрузки, построении нагрузочных диаграмм механизма, выбираются электрические машины и преобразовательные устройства с учетом требований технологического процесса, рассчитываются параметры и выбираются элементы заданной системы электропривода, оцениваются энергетические показатели спроектированной системы.

Данный курсовой проект отражает механику электромеханической системы ПЧ-АД и электромеханические свойства двигателя и представляется в виде расчетно-пояснительной записки, включающей в себя заданные и расчетные графики, диаграммы, тип выбранного двигателя и преобразователя, характеристики системы электропривода, а также принципиальную схему спроектированной системы.

В ней приводятся все необходимые расчеты (мощности приводного двигателя по заданной тахограмме и механической характеристике механизма, выбор двигателя и преобразовательного устройства, расчет и построение механических характеристик электропривода, расчет энергетики).

Задание на курсовое проектирование

Рассчитать регулируемый электропривод производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД по заданному варианту тахограммы, закону изменения момента сопротивления (нагрузки) механизма и значения момента инерции механизма в долях от момента инерции выбранного приводного двигателя. Исходные данные рабочей машины указаны в таблице 1.

Таблица 1 Исходные данные

ω1, рад/с	ω2, рад/с	ω3, рад/с	t1,c	t2,c	t3,c	t0,c	Мсм, Н*м	Jм, кг*м2
							1600-40*ω	3,5

 

 

Введение.

В данном курсовом проекте представлен расчет регулируемый электропривод производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД.

Асинхронные приводы нашли применение во всех сферах нашей жизни. Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части, называемой статором, и подвижной – ротора. Различают два вида асинхронных двигателей – с фазным ротором и короткозамкнутым ротором. Как видно из названий они отличаются конструкцией ротора.

В первом случаи обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.

Во втором случаи обмотка ротора состоит из стержней, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки”. Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов. В настоящее время чаще всего применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором

Данный вид электрических машин по всем параметрам превосходит двигатели постоянного тока, обладая более высокими показателями надежности, низкой стоимостью, простотой конструкции. До недавнего времени асинхронные двигатели мало применялись в промышленных приводах из-за сложностей в регулировании скорости, так как нельзя было осуществлять плавное регулирование частоты вращения, существовало всего несколько ступеней скоростей, а их переключение требовало существенных усилий. Однако с появлением современных преобразователей частоты эта проблема была решена, и асинхронный привод стал повсеместно вытеснять двигатели постоянного тока. В настоящее время на большинстве производств используется регулируемый асинхронный привод.

Во время расчета курсового проекта предполагается использовать современный зарубежный частотный преобразователь Danfoss, который обладает высокой надежностью, простотой использования, а так же большим функционалом для решения любых поставленных задач.

Тахограмма рабочей машины

Тахограмму рабочей машины строится по данным табл. 1. В ней указаны три установившиеся скорости , , и время t ₁, t ₂, t ₃ работы с этими скоростями, а также время паузы t ₀.

Расчетное ПВ%_расч определяется как:

t, с

,1/с

Рис 1. - Тахограмма рабочей машины

Тахограмма работы двигателя

Тахограмма ω = f (t) работы двигателя с установившимся скоростями строится по тахограмме рабочей машины и передаточному числу редуктора.

t, с

,1/с

Рис 4. – Тахограмма работы двигателя

Описание учебного стенда

Схема стенда представлена в графической части. Стенд состоит из частотного преобразователя ОВЕН ПЧВ3-2К2-В, асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 1,5 кВт, потенциометра, одноканального цифрового измерителя ОВЕН ИДЦ1, калибратора токовой петли ОВЕН РЗУ-420 и пары двухпозиционных переключателей.

Преобразователь частоты векторный ОВЕН ПЧВ3 предназначен для управления асинхронными электродвигателями насосов и вентиляторов в промышленности, жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве, на транспорте, а также в других областях, в том числе подконтрольных органам Ростехнадзора. Преобразователь частоты векторный ПЧВ3 соответствует требованиям ГОСТ Р 52931. Прибор предназначен для работы со всеми стандартными трехфазными асинхронными двигателями в большинстве существующих промышленных механизмов, в диапазоне мощностей от 0,25 до 90 кВт.

Прибор обеспечивает выполнение ряда функций, таких как:

1) Частотный(F) или векторный(V) алгоритм управления двигателем.

2) Автоматическая адаптация (ААД) асинхронного двигателя.

3) Диагностика частотного преобразователя и нагрузки.

4) Защитное отключение по напряжению, току, температуре.

5) Предупредительная и аварийная сигнализация.

6) Выбор источника управления (аналоговые/дискретные входы и RS-485)

7) Ручное и автоматическое управление.

8) Управление по интерфейсу RS-485.

9) Встроенный ПЛК.

10) Прямое и реверсное вращение вала.

и др.

Более подробную информацию о преобразователе частоты можно найти в руководствах на официальном сайте.

Цифровой измеритель ОВЕН ИДЦ1 предназначен для измерения и регулирования различных физических величин, значение которых внешним датчиком может быть преобразовано в сигналы постоянного тока или напряжения. Прибор может быть использован для измерения и регулирования технологических процессов в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства. В нашем случае прибор может быть использован для отображения текущей частоты вращения асинхронного двигателя, либо тока.

Задание частоты может осуществляться 4 способами:

· С помощью панели оператора преобразователя частоты.

· С помощью потенциометра, который подключен к аналоговому входу частотного преобразователя и работает с унифицированным сигналом 0-10 В.

· С помощью калибратора токовой петли ОВЕН РЗУ-420, который также как и потенциометр подключен к аналоговому входу, но работает с унифицированным сигналом 4-20 мА.

· Удаленно, с помощью интерфейса RS-485.

Стенд имеет подключение к ПК, так как частотный преобразователь имеет интерфейс RS-485. Для прямого подключение к USB порту используется преобразователь интерфейсов ОВЕН АС4, который предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов USB и RS-485. Преобразователь позволяет подключать к промышленной информационной сети RS-485 персональный компьютер, имеющий USB-порт.

Примеры опроса регистров

В данной главе будут приведены примеры считывания из регистров и записи в них определенных значений.

1. Управление двигателем (пример записи):

Управление двигателем осуществляется с помощью регистра командного слова, имеющим адрес 49999 в десятичной системе счисления. Этот регистр состоит из 16 битов, каждый отвечает за определённую функцию. Ниже представлена таблица, в которой указаны эти функции.

Таблица 14. Биты командного слова.

Бит	Логическое состояние бита
	Предустановленное задание, младший бит
	Предустановленное задание, старший бит
	Торможение постоянным током	Нет торможения постоянным током
	Останов выбегом	Нет останова выбегом
	Быстрый останов	Нет быстрого останова
	Фиксация частоты	Нет фиксации частоты
	Останов с замедлением	Пуск
	Нет сброса	Сброс

Продолжение таблицы 14.

	Работа по заданию	Фиксированная частота
	Изменение скорости 1	Изменение скорости 2
	Данные недействительны	Данные действительны
	Реле 1 выключено	Реле 1 включено
12-13	Не используются
	Активен НАБОР1	Активен НАБОР2
	Нет реверса	Реверс

Следовательно, изменяя значение нужных битов можно получать различные командные слова. Командные слова задаются в десятичной системе счисления. Ниже приведены примеры:

а) 0000010001111100₂= 1148₁₀ – пуск двигателя в прямом направлении;

б) 1000010001111100₂=33916₁₀ – пуск двигателя в обратном направлении;

в) 1000010000101000₂=33832₁₀ – быстрый останов;

г) 1000010000110000₂=33840₁₀ – останов свободным выбегом;

и т. д.

За задание частоты отвечает другой регистр, имеющий адрес 50009. Частота задается десятичным числом от 0 до 16384.

На рисунке ниже представлена реализация схемы задания командного слова, частоты и места управления (цифровое задание, задание с помощью командного слова, либо комбинированное). Перед опросом регистров необходимо проинициализировать порт, то есть необходимо задать: имя порта, стандарт Modbus, скорость передачи, контроль четности, скорость опроса, а также таймаут. После этого используется специальная функция из библиотеки Modbus, в ней указывается адрес регистра, данные, которые необходимо записать, информация о порте, а так же информация об устройстве, куда нужно выполнить запись (его адрес и стандарт Modbus). Параметры в регистре хранятся в виде массива, то есть перед записью необходимо выбрать преобразование данных.

 

Рис. 9 – Схема записи данных в регистры.

2. Слово состояния (пример считывания):

Слово состояния – особый регистр, который хранит текущее состояние электропривода. Он имеет адрес 500199 в десятичной системе счисления. Как и регистр командного слова, он состоит из нескольких бит, каждый из которых отвечает за определенную функцию. Ниже представлена таблица, в которой указаны эти функции.

Таблица 15. Биты слова состояния.

Бит	Логическое состояние бита
	Управление не готово	Готовность к управлению
	Привод не готов	Привод готов
	Останов выбегом	Нет останова выбегом
	Нет аварийного сигнала	Аварийный сигнал
4-6	Не используются
	Нет предупреждения	Предупреждение
	Не на задании (например, разгон)	На задании
	Ручной режим	автоматический режим
	Вне частотного диапазона	В частотном диапазоне
	Остановлен	Работа
	Не используется

Продолжение таблицы 15.

	Нет предупреждения о напряжении	Предупреждение о напряжении
	Не на пределе по току	Предел по току
	Нет предупреждения о перегреве	Предупреждение о перегреве

При изменении состояния привода регистр состояния меняет свое значение. Это можно отследить с помощью считывания данных из регистра.

Схема считывания данных из регистра представлена ниже. Как и в случаи записи, необходимо проинициализировать порт, далее выбирается специальная функция из библиотеки Modbus. В ней указывается начальный адрес регистра, количество регистров, которые необходимо считать (некоторые параметры, например частота, хранятся в нескольких регистрах). Для правильного отображения данных необходимо выполнить преобразование, так как, в некоторых параметрах по умолчанию смещено положение десятичной точки, для того чтобы осуществлять передачу в формате регистра, например значение регистра 16-13, равное 504, указывает на частоту привода 50,4 Гц. В случаи со словом состояния его удобно преобразовать в логический массив для более понятно отображения данных.

Рис. 10 – Схема считывания данных из регистров.

Для того чтобы определить адрес нужного нам регистра необходимо воспользоваться простым правилом: Адрес соответствующего регистра определяется по номеру параметра в ПЧВ3 по следующей формуле:

АДРЕС = НОМЕР _ РЕГИСТРА х НОМЕР _ ПАРАМЕТРАх10 -1

Заключение

В ходе курсового проекта проведен детальный расчет регулируемого электропривода производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД. Произведены все необходимые вычисления, а так же построены требуемые характеристики. Получены навыки анализа данных о режимах нагрузки, построения нагрузочных диаграмм механизма, оценки энергетических показателей спроектированной системы, выбора электрических машин и преобразовательных устройств с учетом требований технологического процесса.

Описана разработка концепции системы мониторинга состояния и управления асинхронным двигателем на базе частотного преобразователя ОВЕН ПЧВ3 и графической среды разработки LabVIEW. Описан принцип построения программного продукта, технология работы с данными, принцип адресации регистров.

 

Список литературы

1. Д. А. Даденков, Методическое руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрический привод», Пермь 2016 г. – 48с.

2. Н. Т. Мазунин, Методика пособие расчетов характеристик и параметров

электромеханических систем, Пермь 2000 г. – 30 с.

3. Д. А. Даденков, Электрический привод. Конспект лекций для студентов, Пермь 2016 г. – 131с.

4. А.Ю. Чернышев, Н.В. Кояин. Проектирование электрических приводов: Учебно - метод. пособие. - Томск: Издательство ТПУ, 2005. - 120 с.

5. Р.Ф. Бекишев, Ю.Н. Дементьев. Общий курс электропривода: Учебное пособие. - Томск: Издательство НИ ТПУ, 2010. - 302с.

6. [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/

7. [Электронный ресурс]. – URL: https:// www.owen.ru/

 

 

Графическая часть

Аннотация

Целью курсового проекта является детальный расчет регулируемого электропривода производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД.

При выполнении курсовой работы производится анализ данных о режимах нагрузки, построении нагрузочных диаграмм механизма, выбираются электрические машины и преобразовательные устройства с учетом требований технологического процесса, рассчитываются параметры и выбираются элементы заданной системы электропривода, оцениваются энергетические показатели спроектированной системы.

Данный курсовой проект отражает механику электромеханической системы ПЧ-АД и электромеханические свойства двигателя и представляется в виде расчетно-пояснительной записки, включающей в себя заданные и расчетные графики, диаграммы, тип выбранного двигателя и преобразователя, характеристики системы электропривода, а также принципиальную схему спроектированной системы.

В ней приводятся все необходимые расчеты (мощности приводного двигателя по заданной тахограмме и механической характеристике механизма, выбор двигателя и преобразовательного устройства, расчет и построение механических характеристик электропривода, расчет энергетики).

Задание на курсовое проектирование

Рассчитать регулируемый электропривод производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД по заданному варианту тахограммы, закону изменения момента сопротивления (нагрузки) механизма и значения момента инерции механизма в долях от момента инерции выбранного приводного двигателя. Исходные данные рабочей машины указаны в таблице 1.

Таблица 1 Исходные данные

ω1, рад/с	ω2, рад/с	ω3, рад/с	t1,c	t2,c	t3,c	t0,c	Мсм, Н*м	Jм, кг*м2
							1600-40*ω	3,5

 

 

Введение.

В данном курсовом проекте представлен расчет регулируемый электропривод производственной установки с двигателем переменного тока в системе ПЧ-АД.

Асинхронные приводы нашли применение во всех сферах нашей жизни. Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части, называемой статором, и подвижной – ротора. Различают два вида асинхронных двигателей – с фазным ротором и короткозамкнутым ротором. Как видно из названий они отличаются конструкцией ротора.

В первом случаи обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.

Во втором случаи обмотка ротора состоит из стержней, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки”. Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов. В настоящее время чаще всего применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором

Данный вид электрических машин по всем параметрам превосходит двигатели постоянного тока, обладая более высокими показателями надежности, низкой стоимостью, простотой конструкции. До недавнего времени асинхронные двигатели мало применялись в промышленных приводах из-за сложностей в регулировании скорости, так как нельзя было осуществлять плавное регулирование частоты вращения, существовало всего несколько ступеней скоростей, а их переключение требовало существенных усилий. Однако с появлением современных преобразователей частоты эта проблема была решена, и асинхронный привод стал повсеместно вытеснять двигатели постоянного тока. В настоящее время на большинстве производств используется регулируемый асинхронный привод.

Во время расчета курсового проекта предполагается использовать современный зарубежный частотный преобразователь Danfoss, который обладает высокой надежностью, простотой использования, а так же большим функционалом для решения любых поставленных задач.

Основная расчетная часть курсового проекта.

Выполним необходимые расчеты и построим графики характеристик для проектирования системы ПЧ-АД.

Тахограмма рабочей машины

Тахограмму рабочей машины строится по данным табл. 1. В ней указаны три установившиеся скорости , , и время t ₁, t ₂, t ₃ работы с этими скоростями, а также время паузы t ₀.

Расчетное ПВ%_расч определяется как:

t, с

,1/с

Рис 1. - Тахограмма рабочей машины