3 Составление функциональной схемы

Для представления электродвигателя как объекта управления необходимо определить выходные координаты (скорость, угловое перемещение, линейное перемещение, управляющее воздействие, возмущение, входные параметры). Они определяются из технического задания и математического описания машины учитывая, что разрабатывается одномерная система автоматического управления. Двигатель как объект управления должен иметь одно управляющее воздействие и выходную координату.

Для систем управления по разомкнутому циклу характерно отсутствие всякого измерения и контроля истинного значения регулируемой величины у(t).

Рисунок 3.1 – Функциональная схема

Регулирующие воздействия m(t) от регулируемой величины не зависит. Таким образом, в разомкнутых системах используются только один канал информации – канал задающий информацию g(t), и вследствие влияния возмущающих воздействий f₁(t)....f_n(t) точность восполнения заданного режима работы невелика.

В разомкнутой АСУ ТП управляющее устройство состоит из следующих элементов: задающего элемента (ЗЭ), вырабатывающего в удобной для управления форме, задающее g(t) и управляющего элемента (УЭ), предназначенного для усиления сигнала g(t) по мощности, необходимых преобразований этого сигнала и т.д. С выхода УЭ сигнал U(t) подаётся на вход управления преобразователя (П) и на электропривод (ЭП) оказывается воздействие m(t).

Рисунок 3.2 – Функциональная схема

Разомкнутые системы применяют для обеспечения требуемой последовательности работы различных электрических и узлов механических машин: для управления, пуском, реверсом, торможением электродвигателя, регулирования угловой скорости двигателя в небольшом диапазоне и т.д.

АУУ – автоматическое управляющие устройство,

КО – командные органы,

ФУ – функциональная часть,

СПУ – силовое переключающее устройство.

Вся аппаратура управления релейного действия. Обратная связь выходной величины ω с входным сигналом U_ВХ отсутствует. После разгона двигателя его скорость не регулируется и определяется естественной механической характеристикой и величиной нагрузки механизма.

Каких либо специальных мер по формированию переходного процесса пуска и торможения не предусмотрено. Такие АСУ типичны для электроприводов АД с короткозамкнутым ротором.

4 Определение мощности и выбор ад, проверка его на нагрев, определение допустимого числа включения в час

Расчет мощности и выбор типоразмера двигателя

Требуемая из условий нагружения мощность электродвигателя первоначально определяется с учетом КПД привода механизма, перегрузочной способности двигателяи коэффициентавозможного снижения напряжения сетина10 % от номинального по формуле:

,

где: – максимальный момент сопротивления механизма, ,

–угловая скорость механизма, ,

Угловая скорость механизма определяется по следующей формуле:

,

где: – частота вращения механизма, ,

;

;

Таким образом, получим:

;

.

Учитывая данные расчеты, выберем электродвигатель по следующему условию:

,

где: – номинальная мощность электродвигателя, ,

–синхронная частота вращения, .

Также необходимо учитывать, чтобы динамический момент инерции ротора был больше момента инерции механизма :

<

Выберем асинхронный электродвигатель марки 4А250М6У3 со следующими параметрами:

и

Подставив в вышеуказанное условие числовые значения, получим:

или

< или 1,0 < 1,3.

Следовательно, выбранный электродвигатель удовлетворяет условиям нагружения.

Технические данные АД

Таблица 4 – Технические данные АД

Параметры асинхронного двигателя типоразмера 4А250М6У3	Обозначение и величина параметров
1. Мощность, кВт	55
2. Синхронная частота вращения, об/мин	1000
3. Энергетические показатели 3.1 КПД, %, при = 25% 50% 75% 100% 125% 3.2 Коэффициент мощности, при	88,0 91,0 91,0 91,5 90,5 0,89
4. Параметры схемы замещения 4.1 Активное сопротивление рассеяния обмотки статора 4.2 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора 4.3 Активное сопротивление рассеяния обмотки ротора 4.4 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора	0,034 0,083 0,014 0,13
5. Параметры механической характеристики 5.1 Относительный пусковой момент 5.2 Относительный минимальный момент 5.3 Относительный критический момент 5.4 Номинальное скольжение, % 5.5 Критическое скольжение, %	1,2 1,0 2,1 1,3 9,5
6. Пусковые свойства 6.1 Динамический момент инерции ротора, 6.2 Допустимое число включений в час при холостом пуске 6.3 Номинальный ток статора, А	1,3 780 IН 103

Проверка двигателя по перегреву

Проверка по нагреву выбранного электродвигателя может осуществляться прямыми или косвенными методами. Прямые методы используют математические модели нагревания двигателя, сложны и многообразны. Косвенные методы проверки – это метод средних потерь и производные из него.

В данном случае используем метод средних потерь, которые определяются за время цикла нагружения по следующей формуле:

,

где: и– потери энергии в двигателе при пуске и торможении,,

–потери мощности в установившемся режиме, ,

–время пуска, работы в установившемся режиме, торможения и остановки (паузы), ,

–коэффициенты, характеризующие условия охлаждения АД при пуске, работе в установившемся режиме, торможении и остановки (паузы).

Потери энергии в двигателе при пуске и торможении определяются зависимостью:

,

где: – коэффициент, равный единице при пуске и динамическом торможении,

–приведенный момент инерции привода, ,

–номинальная угловая скорость вращения ротора двигателя, ,

–приведенный момент сопротивления механизма в переходных режимах,,

,

где: – минимальный момент сопротивления механизма,,

–передаточное отношение привода,

,

В формуле знак плюс соответствует пуску, а минус – торможению.

Номинальная угловая скорость вращения ротора электродвигателя определяется выражением:

,

где: – синхронная скорость вращения,

,

,

,

–номинальное скольжение, ,

,

,

Определим передаточное отношение привода.

,

,

Тогда будет равен:

,

.

Приведенный момент инерции привода зависит от момента инерции механизма и динамического момента инерции ротораи определяется по формуле:

,

,

,

Время пуска и торможения можно определить следующей зависимостью:

,

где: – момент электродвигателя за время пуска и торможения

В формуле минус соответствует пуску, а плюс – торможению.

Момент электродвигателя вычисляется по следующей формуле:

,

,

где: – относительный пусковой момент,

–относительный критический момент,

–номинальный момент вращения ротора электродвигателя,

,

,

.

Тогда момент пуска (торможения) определится как:

,

.

,

.

Подставив найденные значения, получим:

,

,

,

.

Время остановки определяется зависимостью:

,

где: – относительная продолжительность включения,,

,

.

Время работы в установившемся режиме :

,

,

.

Определив все данные значения, можем вычислить потери энергии в электродвигателе. При пуске получим следующее:

,

.

При динамическом торможении:

,

.

Найдем значения коэффициентов ухудшения охлаждения β. β₀ определяется по справочным данным и для выбранного двигателя составляет 0,3.

,

,

,

,

где: f – частота сети (50 Гц),

Р – число пар полюсов выбранного АД.

, рад/с,

,

.

Рисунок 4 – График потерь энергии и момента АД при пуске и торможении

Потери мощности выбранного двигателя на рабочем участке графика нагрузки определяются зависимостью:

,

,

Вт.

Потери мощности в установившемся режиме определяются зависимостью:

где: – КПД АД при максимальной загрузке (таблица 4),

Вт.

Таким образом, после всех перечисленных вычислений можно определить средние потери энергии при работе электродвигателя:

,

.

Согласно методу средних потерь, для того, чтобы двигатель не перегревался, должно выполняться следующее условие:

,

Подставив числовые значения, получим:

или .

Следовательно, можно сделать вывод, что выбранный электродвигатель удовлетворяет условию работы по перегреву и может использоваться при режиме работы с динамическим торможением.

Проверка по перегрузочной способности

Для того чтобы двигатель не перегружался, необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:

,

где: – максимально допустимая нагрузка на двигатель,,

,

где: – максимальный критический момент,

,

,

,

Таким образом, в числовом виде получим:

, или 1118,04 > 405,

Следовательно, выбранный электродвигатель удовлетворяет по условию перегрузочной способности.

Проверка по условию пуска

Данная проверка осуществляется следующим условием:

,

где: – пусковой момент двигателя,,

,

,

,

.

Таким образом, подставив числа, получим:

, или 638,88 > 129,6.

Это значит, что выбранный электродвигатель удовлетворяет по условию пуска.

Определение числа включений

Число включений в час определяется по формуле:

.

,

.

Сравним с числом включений при холостом ходе:

, или .

Таким образом, можно сделать вывод, что число включений в час уменьшается с увеличением потерь энергии, увеличением ε, а также при уменьшении потерь мощности и ухудшении охлаждения.