2.Специальная часть.

2.1 Разработка схемы управления электроприводом.

Рисунок 1. Принципиальная схема управления электроприводом рольганга.

2.2 Обоснование, расчет и выбор преобразовательного устройства.

Выбранный тип двигателя на основании расчетов: ^ВДН-21М

Pн=320 кВт, n_ном=1500 об/мин, I₁=87 A, cosφ=0,78, кпд=90%, М_м=1470 Н*м, М_п=1390 Н*м, I_п=460 А, J_р=1,43 кг*м².

Для расчета потребуются следующие величины: Pn - номинальная мощность двигателя, указанная на шильдике (кВт); J - приведенный к валу двигателя момент инерции нагрузки (Нм²). Если вал двигателя не связан с инерционными механизмами или двигатель работает на холостом ходу, то приведенный момент инерции равен моменту инерции ротора двигателя; n - частота вращения (об/мин), до которой нужно разогнать двигатель за время t;  t - время (сек) в течение которого требуется разогнать двигатель до частоты вращения n;  Un - значение напряжения (В) на обмотках двигателя на номинальных оборотах; k - коэффициент искажения тока, на выходе ПЧ. k = 0,95 - 1,05; При расчете предельных параметров лучше использовать максимальное значение коэффициента; η - коэффициент полезного действия (КПД) двигателя; cosφ - берется из спецификации на двигатель, примерно равен 0,8 - 0,85.

Расчет номинального и динамического момента на валу двигателя:

Мn=9554·Рn\n=9554*320/1500=2038,18 (Нм)

Мd=(J·n)\(9.55·t)=(3,3*1500)/(9,55*1,98)=261,7 (Нм)

Расчет пусковой мощности двигателя:

Рр=[(k·n)\(9550·η·соsφ)]( Мn+ Мd)

=((1,05*1500)/(9550*0,78*0,90))*(2038,18+261,7)=540,3 (кВт)

На основании этой величины выбирается рабочая мощность преобразователя частоты, которая должна соответствовать условию:

Рпч=Рр\1.5=540,3/1,5=360 (кВт)

При этом ток, который потребляет электродвигатель при линейном разгоне - Id, не должен превышать пусковой ток преобразователя частоты.

Ιd=[k·n\(9.55·η·соsφ·Un·√3)]·(Мn+Мd)=(1,05*1500/(9,55*0,90*0,78*380*√3))*

(2018,18+261,7)=813,7(А)

Выбранный преобразователь частоты на основе расчетов: Altivar71 ATV71HC63Y предназначен для двигателей мощностью от 0,37 до 630 кВт с четырьмя типами сетевого питания- трехфазное, 500 - 690 В, от 1,5 до 630 кВт.,P=700кВА, In=84A, максимальный переходной ток при 60с=118,5А, 2с=130А.

2.3 Расчет и выбор аппаратуры управления.

Выбор автоматического выключателя для защиты преобразователя переменного тока .

Условие выбора:

1.Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше действующего значения тока преобразователя частоты с учетом возможных эксплуатационных перегрузок

I_{Н РАСЦ}≥ I_{МАХ РАБ}

I_{Н РАСЦ}≥118,5А

2.Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть не меньше номинального напряжения сети.

U_{Н А}≥ Uс

U_{Н А}≥380В

3.Ток уставки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя

I_{УСТ ЭМ}≥К_Н•Λ_П•I_{Н ПЧ}

К_Н=1.2-Коэффициент надежности, учитывающий разброс характеристик автомата

Λ_П=3-Коэффициент перегрузочной способности преобразователя по току

Номинальные токи электромагнитныхрасцепителей

1.6, 2.5, 4, 6.3, 10, 16, 25, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250

I_{УСТ ЭМ}≥1,2*3*84=302,4А

Выбранный автоматический выключатель: ВА-99/125 125 А, U_ном=500В

Выбор линейного контактора в цепи переменного тока.

Линейный контактор устанавливается в силовой цепи переменного тока

после автоматического выключателя. Он необходим для отключения

электропривода на время технологических пауз и на время осмотра

механизма эксплуатирующим персоналом.

Условие выбора

I_НК≥Λ_П•I_НПЧ

I_НК≥2,5*84=210А

U_НК≥ Uс

U_НК≥220В

I_НПЧ-Номинальное значение переменного тока преобразователя частоты

Λ_П=(2.5-3)-Коэффициент перегрузочной способности преобразователя по

току

По результатам расчетов выбираю контактор серии КТЭ I_н=225А, напряжение катушки230В.

Выбор программируемого контроллера.

S7–400 - это программируемый контроллер. Подходящим выборов компонентовS7–400 может быть реализована почти любая задача автоматизации.

МодулиS7–400 имеют блочную конструкцию для шарнирного монтажа в стойке. Имеются в распоряжении стойки расширения для дополнения системы.

Программируемый контроллерS7–400 соединяет все преимущества предшествующей системы с преимуществами новой системы и нового программного обеспечения. Ими являются:

• разбитая на ранги платформаCPU

• совместимые снизу вверхCPU

• вложенные модули прочной конструкции

• удобная терминальная система для сигнальных модулей

• компактные модули с высокой плотностью компонентов

• оптимальные возможности коммуникации и объединения в сеть

• удобное включение систем интерфейса с оператором

• назначение параметров для всех модулей с помощью программного обеспечения

• обширный выбор слотов

• работа без вентиляторов

• мультипроцессорная работа в несегментированной стойке(уровень следующей версии)

Выбор сетевого дросселя для преобразователя частоты.

Сетевые дроссели позволяют обеспечить лучшую защиту от сетевых перенапряжений и уменьшить гармоники тока, вырабатываемые преобразователем частоты. Рекомендуемые в руководстве пользователя дроссели позволяют уменьшить линейный ток. Значение индуктивности рекомендуемых дросселей соответствует падению напряжения от 3% до 5% номинального напряжения сети. Более высокие значения падения напряжения вызывают падение электромагнитного момента электродвигателя.

Дроссели устанавливаются на входе преобразователя частоты.

Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется в следующих случаях:

1. При параллельном включении нескольких преобразователей с близко расположенными соединениями;

2. При наличии в сети питания значительных помех от другого оборудования;

3. При асимметрии напряжения питания между фазами больше 1.8% номинального напряжения;

4. При питании преобразователя частоты от линии с низким полным сопротивлением (преобразователь расположен рядом с трансформатором, в 10 раз более мощным, чем преобразователь);

5. При установке большого количества преобразователей частоты на одной линии;

6. Для уменьшения перегрузки конденсаторов, повышающих cosφ, если установка оснащена батареей конденсаторов для повышения коэффициента мощности.