Предварительный выбор мощности электродвигателя и его параметров

3. Предварительный выбор мощности электродвигателя и его параметров

 

Выбор электродвигателя производится из условий эксплуатации и требований, предъявляемых к системе. В крановых приводах используются асинхронные двигатели переменного тока серии 4А. Электродвигатели серии 4А применяют для привода механизмов подъёма и передвижения электрических талей. В связи с тяжёлыми условиями эксплуатации применяют двигатели со степенью защиты IP44.

Та как в данном электроприводе нагрузка на валу двигателя меняется в достаточно широких пределах, произведём выбор электродвигателя по эквивалентному моменту [3. стр. 189 (5,22а; 5,22б)]:

 (5)

Исходя из условия, что

Так как выбранный таким образом двигатель P=55кВт подходит по моменту, но не подходит по условиям нагрева.

Выбираем двигатель [4, стр. 29. таб. 2,1] серии 4А200М4У3 со следующими параметрами:

-   номинальная мощность

-   номинальный момент

-   номинальная частота вращения

-   номинальный ток двигателя

-   число пар полюсов

-   номинальная величина скольжения

-   номинальное напряжение сети

-   коэффициент полезного действия

-   коэффициент активной мощности

-   перегрузочная способность

-   кратность пускового момента

-   кратность пускового тока

-   момент инерции ротора:

– исполнение двигателя: IP44

– класс изоляции: F

C учётом передачи барабан – редуктор J_Σ=0.481

Определим номинальный момент двигателя:

 (6)

4. Разработка схемы и выбор силовой цепи

В качестве системы ПЧИ-АД выберем [3] систему: неуправляемый выпрямитель – автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель (НВ-АИН-АД).

Рисунок 6 – Схема принципиальная ПЧИ-АД

Выбираем в качестве выпрямителя три диодных модуля RM100CA/C1A-XXF с параметрами:

– средний ток в открытом состоянии 100А;

– импульс обратного напряжения 600 В.

Выбор силового модуля на IGBT транзисторах осуществим исходя из условия:

В качестве IGBT модуля используем CM300HA-12Hс параметрами: I=300А, U= 600В.

Расчет параметров емкостного фильтра выполним на основе рекомендаций, изложенных в справочнике.

Емкость конденсатора С определим по формуле:

 (7)

где =2;

q-коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (для трехфазного неуправляемого выпрямителя q=0.1);

В качестве  принимаем

Таким образом:

Рабочее напряжение конденсатора определяется как:

Значение емкости, выберем с некоторым запасом, чтобы пропустить значительные токи, возникающие при гашении инвертора.

Исходя из вышеизложенных соображений, выберем необходимый конденсатор К50–12:

– номинальная ёмкость

– номинальное напряжение

На основании литературных источников известно, что в общем случае рекуперативное торможение эффективно при мощности двигателя больше 30 кВт.

При меньшей мощности используется резистивное торможение, где энергия торможения, превышающая потери энергии в двигателе и инверторе, рассеивается в тормозном сопротивлении, включаемом через коммутируемый транзистор на шины промежуточного звена постоянного тока.

С помощью управления тормозным транзистором VT поддерживается заданный уровень напряжения в звене постоянного тока.

При торможении кинетическая энергия, освобождаемая инерционными массами электропривода при снижении скорости, рассеивается в виде потерь в АД, АИН и тормозном сопротивлении Rт:

 (8)

где J, ω – момент инерции электропривода и угловая скорость АД,

Iт – ток в тормозном сопротивлении Rт,

,  – потери мощности в АД и АИН.

Выполним расчет величины тормозного сопротивления без учета потерь мощности в АД и АИН, считая, что вся запасенная кинетическая энергия выделяется в виде тепла на сопротивлении Rт.

Величину тормозного тока Iт определим из соотношения:

 (9)

Интегрируя левую часть уравнения (8), получим:

Интегрируя правую часть уравнения (8) с учетом (9), получим:

 (10)

Подставим уравнения (8) и (10) в уравнение (8):

Аппараты защиты.

Защита необходима для ликвидации аварийных ситуаций (коротких замыканий, перегрузок) недопустимых с точки зрения нормальной работы вентилей и двигателя.

Выбор автоматического выключателя для цепи переменного тока (перед выпрямителем):

  

По справочнику [7] выбираем автомат А3110 со следующими параметрами:

– номинальный ток

– ток установки расцепителя

– номинальное напряжение

Для защиты полупроводниковых приборов используют быстродействующие предохранители, выбираем их из следующих условий: . Так как  диода больше чем ток , то целесообразно записать: .

По справочнику [7] выбираем предохранители ПР-2–60:

-   предельный ток

-   номинальный ток

5. Расчет статических характеристик электропривода

Пересчитаем параметры обмоток асинхронного двигателя из относительных единиц в абсолютные:

Электрическая мощность, забираемая из сети в номинальном режиме:

 (11)

Номинальный ток одной фазы:

 (12)

Полное сопротивление одной фазы:

 (13)

Умножим на Zн все параметры схемы замещения:

Для расчета статических механических характеристик воспользуемся уточненной формулой Клосса:

Закон управления будет заключаться в том, чтобы критический момент оставался постоянным М_к=599Н*м

Параметры рабочих режимов сведены в таблицу 6

Таблица 6

i	1	2	3	4	5	6
ω, рад/с	78,125	7,8125	0	-156,25	-15,625	0
Мпр, Н·м	-410,25	-328,2	-	-451,2	-369,23	-

Будем считать, что для формирования необходимых нам статических характеристик система управления электроприводом реализует закон управления ,

При этом можно записать:

В двигательном режиме двигатель работает при скоростях  и .

Рассчитаем механические характеристики на участках:

1) при w₁=78,125 с^-1

Напряжение на выходе преобразователя:

Частота тока на выходе преобразователя:

;

;

2) при w₂=7,8125 с^-1

Напряжение на выходе преобразователя:

Частота тока на выходе преобразователя:

В тормозном режиме двигатель работает при скоростях  и .

3) при w₄=-156,25 с^-1

Напряжение на выходе преобразователя:

Частота тока на выходе преобразователя:

4) при w₅=-15,625 с^-1

Напряжение на выходе преобразователя:

Частота тока на выходе преобразователя: