Проектирование логико-командного регулятора управления электродвигателем

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Кафедра «Управление и информатика в технических системах»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

 

 

 

По дисциплине: «Технические средства автоматизации и управления»

 

На тему: «Проектирование логико-командного регулятора управления электродвигателем»

 

 

 

 

 

 

 

 

выполнил:  ст. Рябинин К.В. (АУИ-311)

проверил:   доц. Давыдюк В.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2006 г.

 

Содержание.

 

 

1. Исходные данные и текст задания.

 

Исходные данные

Таблица 1

Тип	Pн кВт	Iн A	nн об/мин	Ŋн	Cos(fн)		Данные ротора
							I2н	E2кВ	Јд  кг/м2
4АК180М4	13,0	29	955	0,855	0,80	4	25	325	0,18

 

 

Текст задания

 

1. В соответствии со своим вариантом из таблицы данных выписать технические параметры двигателя. Пользуясь исходными данными двигателя рассчитать коэффициенты уточненной формулы Клосса.
2. С помощью формулы Клосса  построить:

-   естественную механическую  характеристику

-   искусственные механические  характеристики 

     75%,50%,25%, от номинального  значения момента.                                                                                                               

3. Построить пусковую характеристику (3-4 ступени). Рассчитать значения сопротивления ступеней пускового реостата. Рассчитать время торможения
4. Рассчитать и построить разгонную пусковую характеристику при суммарном моменте на валу ротора Ј∑=1,75*Јд
5. Выбрать элементы логико-регулирующей аппаратуры, разработать принципиальную схему ЛКР и привести ее описание.

 

2.Теоретическая часть.

 

Двигатель 4А с фазным ротором

 

 Двигатели 4АК и 4АНК предназначены для приводов механизмов с тяжелыми условиями пуска, либо требующих дискретного или плавного регулирования частоты вращения. Двигатели выпускаются закрытые, обдуваемые(степень защиты IP44) и защищенные  - IP23.

  Высоты осей вращения для машин  IP44-160-250 мм, для машин IP-160-335 мм. Диапазон мощностей 5,5-400 кВт. Статоры машин унифицированы с двигателями основного исполнения. Роторы имеют всыпную двухслойную петлевую обмотку  при H=160-200 мм; для машин большей мощности (H=225-355) – стержневую двухслойную обмотку. Обмотка ротора соединяется в звезду, ее концы присоединяются к контактным кольцам. Буква К в обозначении означает наличие фазного ротора  с контактными кольцами.

 Двигатели мощностью от 0,55кВт  до 200кВт изготавливаются на напряжении 220/380 и 380/360 В. Схема соединения обмоток треугольник или звезда.

 

3.Расчет коэффициентов  уточненной формулы Клосса.

 

Формула Клосса:

 

;                                                                      (0)

 

;                                                                                    (1)

где Sн – номинальное скольжение.

 

;                                                                                         (2)

где p- число пар полюсов, f- частота.

 

;                                                                                      (3)

где ωн- номинальная скорость.

 

;

 

r1= ;                                                    (4)

 

где Uфн – номинальное напряжение; Iн – номинальный ток;

 

;                                                                                  (5) 

где Мн – номинальный момент; r1 и r2’- сопротивления из схемы замещения.

 

;                                                   (6)

где Рн – номинальная мощность.

 

 

 ;                                      (7)

 

;                                      (8)

 

;                                            (9)

где Sкр- критическое скольжение.

 

 ;                                                                   (10)

где - коэффициент;

 

Рассчитаны коэффициенты уточненной формулы Клосса.

4. Построение естественной и искусственной механической характеристик.

 

  а) Построение естественной механической характеристики.

 

  Подставляя  коэффициенты  в  формулу  Клосса,  получим  естественную механическую характеристику.

 

Где ;                                              (12)

 

Скольжение (s) меняется от 0,001 до 1 с шагом 0,1. Полученные результаты сведены в Таблицу 2.

Таблица 2
s	w(s)	M(s)
0	105	0
0,1	94,5	398,8
0,2	84	515,4
0,3	73,5	506,6
0,4	63	464,1
0,5	52,5	417,7
0,6	42	375,6
0,7	31,5	339,3
0,8	21	308,4
0,9	10,5	282,1
1	0	260

Результат построения ЕМ показан на Рис.1

 

 

 

б) Проведем расчет для ЕМ с пониженным на 20% фазным напряжением, т.к. момент двигателя пропорционален квадрату фазного напряжения, имеем:

 

 

Построение см. Рис.1

 

в) Построение искусственных механических характеристик с Мс=75%, 50%, 25% см. Рис.2

 

г) Расчет времени торможения до полной остановки

 

  

    

   

 

 

Время до полной остановки в режиме противовключения, считая зависимость скорости от момента линейной, составляет 0.25 сек.

 

 

Рис.1 Естественная механическая характеристика при номинальном и пониженном напряжении питания.

 

 

Рис.2 Искусственные механические характеристики при различных моментах

 

 

5. Построение пусковой характеристики.

 

 Пусковая характеристика показана на Рис. 3а.

 

 

 М1 и М2 выбираются из следующих соотношений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем значения сопротивлений пускового реостата

 

 

Семейство реостатных характеристик показано на Рис. 3б.

Рис. 3а Пусковая характеристика

Рис. 3б Семейство реостатных характеристик

6. Расчет  и построение  разгонной пусковой характеристики

 

 

 

I ступень

 

         

  Мс=130

 

II ступень

 

      

  Мс=130

 

 

III ступень

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разгон после отработки пускового реостата

 

Разгонная пусковая характеристика отображена на Рис.4

 

 

Рис. 4 Разгонная пусковая характеристика  
                                                                            

7.Принципиальная схема  ЛКР и ее описание.

 

 

Пуск двигателя совершается нажатием кнопки SB1 (вперед) или SB2 (назад), тем самым подается питание на катушку контактора КМ1 (или КМ2). Рассмотрим работу схемы при срабатывании контактора КМ1. Обмотки статора подключаются к сети, включается блокировочное реле РБ. Катушка РП не притягивает свой якорь из-за малой ЭДС ротора и размыкающий контакт РП замкнут. Затем замыкающим контактом РБ собирается цепь катушки контактора КП, шунтирующего своими контактами ступень сопротивлений Rn в цепи ротора.

 

С помощью механического маятникового реле времени РВ, пристраиваемого

к контактору КП, осуществляется выдержка времени, необходимая для некоторого разгона двигателя, после чего включается контактор КУ, шунтирующий сопротивления Rg в цепи ротора, и двигатель выводится на естественную характеристику. Таким образом, пуск двигателя совершается в одну ступень с резистором в роторе Rg. Ступень резистора Rn служит для ограничения тока при торможении.

 

Если требуется реверсирование двигателя, то необходимо нажать на кнопку противоположного направления вращения (в нашем примере на кнопку SB2), не воздействуя на кнопку SB3 (стоп). При этом отключаются контакторы М1

и КП. Последний – из-за размыкания контакторов КМ1 и РБ. Как только замкнется размыкающий контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2, он включится, и двигатель переведется в режим торможения противовключением.

 

В приведенной на Рис. 5 схеме реализуется управление торможением в функции угловой скорости (по величине ЭДС ротора, которая пропорциональна скольжению). Реле напряжения РП через выпрямитель V подключается к выводам обмотки ротора. Реле настраивается с помощью резистора Rр так, что при начале торможения, когда направления вращений магнитного поля статора и ротора противоположны (S=2), оно срабатывает, а при угловой скорости, близкой к нулю (S=1), когда напряжение на его катушке снижается почти вдвое, реле отпускает свой якорь. При пуске в обратную сторону реле РП не срабатывает, так как ЭДС ротора становится еще меньше, достигая нулевого значения при S=0.

 

После включения контактора КМ2, когда произойдет реверсирование магнитного поля статора, срабатывает реле РП и своим размыкающим контактором разорвет цепь катушки контактора КП, что обеспечит на период

торможения введение всех резисторов в цепь ротора (Rg и Rn). Блокировочное реле РБ служит для создания временного разрыва в цепи катушки контактора КП, оно отключается одновременно с контактором КМ1,

включается только после замыкания контактов контактора КМ2. Когда контакты РБ сомкнутся, уже успеет сработать реле РП. По окончании процесса торможения контакт РП закроется и контактор КП зашунтирует ступень сопротивления Rn. Затем произойдёт изменение направления вращения ротора, то есть пуск в противоположном направлении (назад).

 

Если остановку двигателя производить кнопкой SB3, то обмотки статора отключатся от сети, но электрического торможения не произойдет, двигатель остановится под действием статического момента сопротивления на валу.

 

 

 

 

 

Рис. 5 Принципиальная схема ЛКР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Список литературы.

 

 

1. «Технические средства АСУ ТП» В.Д. Родионов, В.А. Терехов, В.Б. Яковлев. Москва, «Высшая школа» 1989 г.
2. «Обий курс электропривода»М.Г. Чиликин, «Энергия» Москва 1971 г.
3. «Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления»  
   Л.В. Ющенко, Хабаровск 1999 г.