Введение

Электрический привод — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Проблема регулирования скорости движения машин и механизмов с целью экономии электроэнергии решалась в последние десятилетия в основном с помощью регулируемых электроприводов. Причём, если ещё в 70-80-х годах преобладающими были регулируемые электроприводы постоянного тока, то в настоящее время они повсеместно вытесняются регулируемыми электроприводами переменного тока, как правило, с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Объясняется это достижениями микроэлектроники, позволяющими реализовать небольшими аппаратными затратами довольно сложные алгоритмы управления электродвигателем переменного тока, который в общем случае предпочтительнее двигателя постоянного тока по надёжности, массе, габаритам и стоимости.

В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0.5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

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.

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания. Преобразователь частоты — радиоэлектронное устройство для преобразования электрического (электромагнитного) сигнала путём переноса его спектра на некоторый интервал по оси частот. Другие названия преобразователя частоты электродвигателя − инвертор, инвертер, частотный преобразователь. Это устройство контроля работы электрического двигателя посредством регулирования числа оборотов (частотного регулирования) электропривода.

Частотный преобразователь (ЧП) служит для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление. Частотный преобразователь — это устройство, состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT) обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех - EMC-фильтр.

Частотное регулирование электроприводов позволяет повысить надёжность работы оборудования и систем, улучшить качество производимой продукции или услуг, автоматизировать производство, экономить ресурсы и энергию.

1 Расчет мощности и выбор электродвигателя

Параметры:

P1 = 35кВт t1 = 1.05 с

Р2 = 25кВт t2 = 5.5 с

Р3 = 50кВт t3 = 0,8 с

Р4 = 3кВт t4 = 0,6 с

Р5 = 27кВт t5 = 4 с

α = 0,4 – коэффициент потерь

β0 = 0,25 – коэффициент ухудшения теплоотдачи

Тн = 55 мин – постоянная нагревания

nм = 1400 об/мин – частота вращения механизма

В таблице 1 предоставлен расчет мощности эл. привода для двигателя.

Таблица 1 - Расчет мощности и выбор эл. привода для двигателя технолог. машины

Мощность P1, кВт	Р2, кВт	Р3, кВт	Р4, кВт	Р5, кВт
35	25	50	3	27
t 1, c	t 2, c	t 3, c	t 4, с	t 5, с
1,05	5.5	0,8	0,6	4

Нагрузочная диаграмма предоставлена на рисунке 1

60

Р3
40
Р1
Р5
20
Р2
Р4
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

Рисунок 1 – нагрузочная диаграмма

1. По заданной нагрузочной диаграмме определяется время работы за один цикл:

Время работы двигателя:

=1,05 + 5,5 + 0,8 + 0,6 + 4 = 11,95 с

Время паузы:

Время цикла:

= 11,95 + 7,4 = 19,35 с

Мах. мощность двигателя

Max. расчетный ток двигателя [1, с 374]

(1)

где - максимальная мощность, - фазное напряжение, µ - крутящий момент.

2. Определяется режим работы двигателя.

Исходя из графика работы эл. двигателя делается вывод, что режим работы повторно - кратковременный.

1.3 Определяется расчетный коэффициент:

(2)

= = 62%

где - температура пуска, - установившейся температура.

Так как , то режим длительный.

1.4 Определяется эквивалентная мощность:

(3)

= 22,8 кВт

где - мощность пуска, - температура пуска.

Приведем полученную к стандартной продолжительности включения:

1.5 В механизм установлен один двигатель.

В таблице 2 предоставлены технические характеристики двигателя.

Таблица 2 – Технические характеристики двигателя

Тип	Рном, кВт	n, об/мин	Sн, %	Cosφ	КПД, %	Кн	Кmax	Кmin	Jд, кг/м2	Кi	Uн, В
АИР 200М	37	1410	2	0,89	92,5	1,7	2,7	1,6	0,28	7,5	220

Кн =Мп / Мн

Кмах = Ммах / Мном

Кмin = Ммin / Мном

Кi - кратность пускового тока

Мном - номинальный момент

Мп - пусковой момент

Ммах - максимальный момент

Ммin - минимальный момент

Определяем номинальный ток электродвигателя [1, с 376]

где - допустимая мощность, КПД – коэффициент полезных действий, - фазное напряжение.

Номинальный момент эл. двигателя:

где - номинальная мощность,

n – число оборотов.

Паспортные значения мах. из пусковых моментов:

где - коэффициент максимальной нагрузки,

- номинальный момент.

где - коэффициент нагрузки,

- номинальный момент.

где - коэффициент минимальной нагрузки,

- номинальный момент.

где - номинальный ток, - кратность пускового тока.

В таблице 3 предоставлены номинальные данные двигателя.

Таблица 3 – Номинальные данные двигателя.

Номинальное напряжение статора	Uном = 220 В
Ток статора	Iном = 68 А
Пусковой ток статора	Iпуск = 510 А
Мощность на валу	Pн = 37кВт
Обороты	nном = 1410 об/мин
КПД	μ = 0,925
Номинальный момент	Mном = 251
Минимальный момент	Mdvmax. = 678
Максимальная частота вращения	nmax. = 1500 об/мин
Момент инерции ротора	J% = 0,28 кг·м2
Число пар полюсов	P = 2

1.6 Определение мах. момента нагрузки на валу эл. двигателя:

Условия проверки эл. двигателя на перегрузки:

- условие выполняется

Коэффициент снижения [1, с 378]:

Тогда, мах. момент будет равен [1, с 378]

, (10)

где - коэффициент снижения,

- максимальный момент двигателя.

- условие выполняется

Мах. ток двигателя при P=Pmax

где - максимальная мощность двигателя,

- фазное напряжение,

µ - крутящий момент.