Расчет электропривода и автоматической системы управления

Расчет электропривода и автоматической системы управления

Содержание

Введение

1. Расчет и построение нагрузочной диаграммы. Выбор электродвигателя

1.1 Выбор электродвигателя

.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы

.3 Проверка электродвигателя

2. Расчет и построение полной диаграммы работы электропривода

.1 Построение естественной характеристики

.2 Построение пусковой диаграммы

.3 Выбор предварительной ступени

.4 Построение тормозной диаграммы

.5 Расчет динамического торможения

.6 Определение сопротивлений секций реостата

.7 Расчет времени работы ступеней реостата

. Разработка принципиальной схемы автоматического управления

.1 Основные требования к схеме

.2 Описание работы схемы управления

.3 Описание защит применяемых в схеме управления

.4 Описание работы сигнализации

. Выбор защитно-коммутационной аппаратуры

.1 Выбор реле времени

.2 Выбор промежуточных реле

.3 Выбор реле напряжения

.4 Выбор реле тока

.5 Выбор электромагнитного тормоза

.6 Выбор магнитных контакторов

.7 Выбор трансформатора

Заключение

Библиографический список

Введение

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую электрическую энергию в механическую. Посредствам этой системы приводятся в движение рабочие органы технологических машин, и осуществляется управление преобразованной энергией.

Если основные функции управления выполняются без участия оператора, то управление называют автоматическим, а электропривод автоматизированным. Роль оператора в данном случае может быть сведена лишь к подаче первого командного сигнала на автоматическое выполнение того или иного режима. Режимы работы электропривода определяются величинами, характеризующими движение рабочего органа или вала двигателя, т.е. скоростью, ускорением, углом поворота, моментом, мощностью. В процессе управления одна из этих величин должна изменятся по требуемому закону в соответствии с технологическими требованиями. В реальных АСУЭП существуют возмущающие воздействия, которые отклоняют регулируемую величину от требуемого закона. Чтобы учесть влияние этих воздействий с целью сохранения параметров электропривода применяют обратные связи.

К основным функциям АСУЭП относятся: управление процессами пуска, торможения и реверсирования электроприводов, поддержание постоянства заданной величины, слежение за вводимыми в систему произвольно изменяющимися входными сигналами, выбор целесообразных режимов работы электроприводов.

Автоматические системы управления электроприводами выполняют защиту двигателей от токов короткого замыкания, от недопустимых перегрузок, от перенапряжений и т.д., сигнализацию о ходе технологического процесса об исправности или неисправности механизмов и самих АСУЭП.

1. Расчет и построение нагрузочной диаграммы

Выбор электродвигателя

.1 Выбор электродвигателя

Согласно полученному заданию и кинематической схеме, представленной на рисунке 1.1, производим выбор электродвигателя.

Рисунок 1.1 - Кинематическая схема электропривода.

Установившаяся угловая скорость вращения вала двигателя:

 (1.1.1)

где

 - передаточное отношение механической передачи;

 - установившаяся скорость подъема груза;

 - диаметр барабана, м.

Установившаяся частота вращения вала двигателя:

 (1.1.2)

Установившаяся угловая скорость вращения барабана:

 (1.1.3)

Приведенный момент статического сопротивления:

 (1.1.4)

где:

 - усилие статического сопротивления в начале цикла;

- усилие статического сопротивления в конце цикла;

- число одновременно работающих электродвигателей;

- коэффициент полезного действия системы.

Средний приведенный момент статического сопротивления:

 (1.1.5)

Требуемая расчётная мощность электродвигателя:

 (1.1.6)

где  - коэффициент запаса;

По каталогу выбираем электродвигатель, у которого .

Выбираем двигатель АК-13-52-12 со следующими параметрами:

 - номинальная мощность электродвигателя;

 - номинальная частота вращения вала двигателя;

 - синхронная частота вращения вала двигателя;

 - напряжение в обмотке статора;

 - ток в обмотке статора;

 - напряжение в обмотке ротора;

 - ток в обмотке ротора;

 - номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя;

 - коэффициент мощности;

 - перегрузочная способность;

 - маховый момент электродвигателя;

Соединение фаз - “звезда”.

Номинальная частота вращения вала двигателя:

 (1.1.7)

Номинальный момент электродвигателя:

 (1.1.8)

Критический момент электродвигателя:

 (1.1.9)

1.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы

.2.1 Расчет диаграммы скорости и ускорения (рисунок 1.2)

Время разгона или замедления при постоянном ускорении на i-м участке нагрузочной диаграммы:

 (1.2.1)

где:

- начальная и конечная скорости вращения вала двигателя на i-ом участке диаграммы;

- угловое ускорение (замедление) на i-ом участке диаграммы.

участок:

участок:

3 участок:

4 участок:

участок:

участок:

 участок:

Время цикла:

 (1.2.2)

.2.2 Момент инерции системы

Момент инерции электродвигателя:

 (1.2.3)

где  - маховый момент двигателя;

Момент инерции барабана:

где  - маховый момент барабана;

Момент инерции шестерней № 2, 3:

 (1.2.4)

 (1.2.5)

Момент инерции системы:

 (1.2.6)

где:

 - масса груза;

 - число двигателей;

.2.3 Расчет нагрузочной диаграммы (рисунок 1.2)

Значение момента сопротивления на j-ом участке диаграммы:

 (1.2.7)

Момент на валу двигателя на i-ом участке диаграммы:

 (1.2.8)

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

.2.4 Расчет диаграммы токов

 (1.2.9)

Нагрузочная диаграмма представлена на рисунке 1.2.

.3 Проверка электродвигателя

Продолжительность включения:

 (1.3.1)

Поскольку продолжительность включения составила более 70%, то электродвигатель будет работать в продолжительном режиме.

1.3.1 Проверка на нагрев методом эквивалентного момента

(1.3.2)

где:

 - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения электродвигателя при уменьшении скорости и остановке;

 - суммарное время пуска и торможения соответственно;

Выбранный двигатель должен удовлетворять условию:

 (1.3.3)

Условие выполнено.

.3.2 Проверка на нагрев методом эквивалентного тока

Эквивалентный ток:

 (1.3.4)

где ,  - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения электродвигателя при уменьшении скорости и остановке;

 ,  - суммарное время пуска и торможения соответственно.

Выбранный двигатель должен удовлетворять условию:

 (1.3.5)

Условие выполнено.

.3.3 Проверка электродвигателя по условию допустимой перегрузки

 (1.3.6)

где  - максимальное значение момента из нагрузочной диаграммы.

.

Условие выполнено.

2. Расчет и построение полной диаграммы работы электропривода

.1 Построение естественной характеристики

Номинальное скольжение:

 (2.1.1)

Критическое скольжение:

 (2.1.2)

где  - перегрузочная способность;

По формуле Клоса:

 (2.1.3)

задаваясь значениями скольжения  в пределах от 0 до 1, получим зависимость , учитывая, что

 (2.1.4)

где  - синхронная частота вращения вала двигателя;

 (2.1.5)

Полученные данные сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Определим скорость вращения вала двигателя при заданном моменте сопротивления при работе на естественной характеристике

    (2.1.6)

Отличие полученной скорости от заданной:

 (2.1.7)

Так как полученное значение скорости вращения вала двигателя отличается от заданного менее чем на 5%, то выбранный двигатель для обеспечения необходимых параметров привода, может работать на естественной характеристике.

.2 Построение пусковой диаграммы

Номинальное сопротивление ротора:

 (2.2.1)

`

Сопротивление ротора:

 (2.2.2)

Построение пусковой диаграммы осуществляется аналитическим способом, рисунок 2.1. Строим естественную механическую характеристику двигателя и характеристику  Строим прямую

Искусственная характеристика двигателя при работе на участке  диаграммы (рисунок 1.2), строится аналогично естественной, с использованием формулы Клоса (2.1.3):

где - критическое скольжение для данной характеристики (в нашем случае для 1-ой).

Характеристика должна пройти через точку . Имея момент и скольжение данной точки можно вычислить . Скольжение определяем по формуле:

 (2.2.3)

Выразим критическое скольжение из формулы:

 (2.2.4)

 (2.2.5)

Вычислим значение критического скольжения:

Задаваясь значениями  в пределах (0;1) получим зависимость учитывая, что

где  - синхронная частота вращения вала двигателя;

Полученные данные сведём в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Определим сопротивление для этой характеристики:

 (2.2.6)

По полученной характеристике будет происходить разгон до скорости

На участке диаграммы  двигатель будет разгонятся ступенчато. Будем считать этот разгон аналитически. Для этого зададимся  и  (числом ступеней). Примем, , (из условия, что ,) а . Определим скольжение, соответствующее скорости при которой происходит переключение с естественной характеристики на искусственную:

 (2.2.7)

Далее определяем  - скольжение, соответствующее пересечению второй ступени разгона с

 (2.2.8)

где  - скольжение при начальной скорости ;

Определяем критическое скольжения для первой пусковой ступени:

 (2.2.9)

где

Определяем момент переключения

 (2.2.10)

Определяем критическое скольжение для второй пусковой ступени:

 (2.2.11)

где

Определяем скольжение переключения для i-ой пусковой ступени:

 (2.2.12)

Определяем критическое скольжение для i-ой пусковой ступени:

 (2.2.13)

Первая ступень:

Из формул 2.2.8 и 2.2.9.

Вторая ступень:

Третья ступень:

Четвёртая ступень:

Естественная характеристика:

Для различных значений скольжений определяем:

а) скорость (по формуле 2.1.4):

б) первую пусковую характеристику:

Таблица 2.3

в) Вторую пусковую характеристику:

Таблица 2.4

г) Третью пусковую характеристику:

электродвигатель реостат торможение сопротивление

Таблица 2.5

д) Четвёртую пусковую характеристику:

Таблица 2.6

По результатам из таблиц 2.3-2.6 строим пусковую диаграмму (рисунок 2.1).

По формуле 2.1.4 находим скорости переключения:

По формуле 2.2.6 находим сопротивления ступеней пускового реостата:

.3 Выбор предварительной ступени

Для обеспечения пуска двигателя без удара, предварительного натяжения системы привода и выбора зазоров редуктора принимают предварительную ступень реостата. Механическая характеристика предварительной ступени должна пройти через точку с координатами и .

По формуле 2.2.5 находим критическое скольжение механической характеристики предварительной ступени:

Задаваясь значениями  в пределах (0;1) получим зависимость  учитывая, что

где  - синхронная частота вращения вала двигателя;

Полученные данные сведём в таблицу 2.7.

Таблица 2.7

По данным таблицы 2.4 строим предварительную ступень.

По формуле 2.2.6 находим сопротивление предварительной ступени:

.4 Построение тормозной диаграммы

Построение тормозной диаграммы также осуществляется аналитическим способом (рисунок 2.1). Торможение на участке диаграммы  (рисунок 1.2) происходит в двигательном режиме, т.к. момент положительный ().

Построение тормозных характеристик проводится аналогично построению пусковых искусственных характеристик. Торможение начинается со скорости .

Задаёмся  и  (числом ступеней). Примем, , (из условия, что ,) а . Определим скольжение, соответствующее скорости при которой происходит переключение с естественной характеристики на искусственную (по формуле 2.2.7):

Далее определяем  - скольжение, соответствующее пересечению второй ступени торможения с  (формула 2.2.8):

где  - скольжение при конечной скорости ;

Определяем критическое скольжения для первой тормозной ступени (по формуле 2.2.9):

где

Определяем момент переключения  (по формуле 2.2.10):

Определяем критическое скольжение для второй тормозной ступени (по формуле 2.2.11):

где

Определяем скольжение переключения для i-ой тормозной ступени (по формуле 2.2.12):

Определяем критическое скольжение для i-ой тормозной ступени (по формуле 2.2.13):

Первая ступень:

Вторая ступень:

Для различных значений скольжений определяем:

а) скорость (по формуле 2.1.4):

б) первую тормозную характеристику:

Таблица 2.8

в) Вторую тормозную характеристику:

Таблица 2.9

По результатам таблиц 2.8-2.9 строим тормозную диаграмму (рисунок 2.1).

По формуле 2.1.4 находим скорости переключения:

По формуле 2.2.6 находим сопротивления ступеней пускового реостата:

Построение тормозной характеристики при работе на участке :

Выбираем точку с координатами

.

По формуле 2.2.5 находим критическое скольжение тормозной механической характеристики:

Задаваясь значениями  в пределах (0;1) получим зависимость  учитывая, что

где  - синхронная частота вращения вала двигателя;

Полученные данные сводим в таблицу 2.10.

Таблица 2.10

По результатам, сведённым в таблицу 2.10, строим тормозную характеристику (рисунок 2.1).

По формуле 2.2.6 находим сопротивление ступени тормозного реостата:

.5 Расчет динамического торможения

Динамическое торможение будет использовано в аварийном режиме. Сопротивление  принимаем равным (сопротивлению предварительной ступени). Критический момент и скольжение соответственно тоже будут равны данным предварительной ступени. Отличие в том, что зависимость скорости от скольжения при динамическом торможении будет другой:

 (2.5.1)

Задаваясь значениями S в пределах  получим зависимость

Полученные данные сводим в таблицу 2.11

Таблица 2.11

Полная диаграмма работы электропривода представлена на рисунке 2.1.

Значения сопротивлений  сведены в таблицу 2.9.

2.6 Определение сопротивлений секций реостата

Определение добавочных сопротивлений:

 (2.6.1)

где  - сопротивления пусковых и тормозных ступеней.

Сопротивление последней секции:

 (2.6.2)

где  - номер последней ступени;

 - сопротивление ротора.

Значения сопротивлений и  представлены в таблице 2.8.

Таблица 2.8

Электрическая схема цепи ротора представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Схема соединений ступеней реостата

2.7 Расчет времени работы ступеней реостата

Предварительная ступень. Время с.

Разгон от 0 до

 (2.7.1)

где  - приращение угловой скорости при разгоне от 0 до .

Разгон от  до :

; (2.7.2)

где  - приращение угловой скорости при пуске на i-ой ступени.

 (2.7.3)

Работа с постоянной скоростью .

с.

Торможение (двигательный режим) от  до :

Время торможения:

 (2.7.4)

Торможение двигателя от  до 0.

Аварийное торможение (динамическое) от  до 0:

Разбиваем кривую на участки. Графическим интегрированием заменяем кривую на ступенчатый график (рисунок 2.1).

Момент инерции двигателя :

Вычисляем для каждого участка:

Результаты расчета времени аварийного динамического торможения сводим в таблицу 2.9.

Таблица 2.9

Время аварийного динамического торможения составило

3. Разработка принципиальной схемы управления электроприводом

.1 Основные требования к схеме

Схема управления, которую необходимо собрать на основании параметров работы электропривода, отражённых на кинематической схеме и нагрузочной диаграмме, должна обеспечивать цикличность работы электропривода, пуск двигателя в четыре ступени в функции времени, торможение - в две ступени в функции времени. В случае принудительного или аварийного отключения должно использоваться динамическое торможение.

Схема управления должна иметь следующие виды защит: защиту от перегрузки и защиту от снижения питающего напряжения. Для надежной фиксации исполнительных органов необходимо использовать электромагнитный тормоз. Также необходимо составить схему сигнализации о режиме работы электропривода и причинах его аварийного отключения.

3.2 Описание работы схемы управления

Схема управления подключается к сети автоматом QF. Он расположен в цепи питания двигателя. Функцию коммутирования обмоток статоров выполняют линейные контакторы КМ1 и КМ2. Схема управления и электромагнитный тормоз питаются через выпрямительный мост VD1, подсоединенного к сети через понижающий трансформатор ТН. Если напряжение сети находится в допустимых пределах и контакты тепловых реле КК1, КК2, КК3 и КК4 в цепи промежуточного реле КL1 замкнуты, то оно замыкает свой контакт в цепи промежуточного реле КL2. Система управления готова к работе. В схеме сигнализаций загораются лампы HL1 “Сеть” и HL3 “Останов двигателя”.

При нажатии кнопки SB1 (“Пуск”) включается реле KL2, которое одним из своих контактов шунтирует кнопку «Пуск» (SB1) и включает реле времени предварительной ступени КТ1, вторым контактом подключает цепи линейных контакторов КМ1 и КМ2, подготавливает к включению промежуточное реле КL5 и подключает цепь реле времени динамического торможения КТ13, третьим контактом подготавливает к включению промежуточное реле КL4, а четвёртым и пятым контактами разрывает цепь контакторов КМ12 и КМ13. Контакторы КМ1 и КМ2 подключают своими силовыми контактами обмотки статоров двигателей к сети, при этом вал исполнительного механизма зафиксирован электромагнитным тормозом YB.

Начинается предварительное «натяжение» привода при полностью введенных сопротивлениях в цепь ротора.

Реле времени КТ1 отсчитает время работы на предварительной ступени (0,5 с), после чего произойдет включение промежуточного реле КL5, которое одним из своих контактов шунтирует контакт КТ1. Второй контакт реле КL5 включает контактор КМ8, контакты которого, замкнувшись, введут в цепь ротора сопротивление R4, которое соответствует разгону двигателя от 0 до . Третий контакт реле КL5 подключит к сети управления контактор КМ12, контакт которого, замкнувшись, подключит питание к обмоткам электромагнитного тормоза YB и вал исполнительного органа освобождается. Четвертый контакт реле КL5 включает реле времени КТ2.

Реле времени КТ2 отсчитает время разгона до скорости  (2 с), после чего произойдет включение контактора ускорения КМ7, контакты которого, замкнувшись, введут в цепь ротора сопротивление R5, которое соответствует разгону двигателя от  до . Второй контакт реле времени КТ2 включает реле времени КТ3.

Реле времени КТ3 отсчитает время разгона до скорости  (2,57 с), после чего произойдет включение контактора ускорения КМ6, контакты которого, замкнувшись, введут в цепь ротора сопротивление R6, которое соответствует разгону двигателя от  до . Второй контакт реле времени КТ3 включает реле времени КТ4.

Реле времени КТ4 отсчитает время разгона до скорости  (1,07 с), после чего произойдет включение контактора ускорения КМ5, контакты которого, замкнувшись, введут в цепь ротора сопротивление R8, которое соответствует разгону двигателя от  до . Второй контакт реле времени КТ4 включает реле времени КТ5.

Реле времени КТ5 отсчитает время разгона до скорости  (0,44 с), после чего произойдет включение контактора ускорения КМ4, контакты которого, замкнувшись, введут в цепь ротора сопротивление R9, которое соответствует разгону двигателя от  до . Второй контакт реле времени КТ5 включает реле времени КТ6.

Реле времени КТ6 отсчитает время разгона до скорости  (0,19 с), после чего произойдет включение контактора ускорения КМ3, контакты которого, замкнувшись, выведут из цепи ротора все сопротивления, начнётся разгон по естественной характеристике от  до . Второй контакт реле времени КТ6 включает реле времени КТ7.

Реле времени КТ7 отсчитает время разгона до скорости  (0,1 с), после чего произойдет включение реле времени КТ8. Двигатель работает на скорости  (при ).

Реле времени КТ8 отсчитает время работы на скорости  (70 с), после чего произойдет включение промежуточного реле КL3, которое одним из своих контактов шунтирует контакт КТ8. Второй контакт реле КL3 включает цепь промежуточного контактора КL7, который своим контактом разрывает цепь реле времени КТ1-КТ8. Третий контакт реле КL3 разрывает цепь контакторов ускорения КМ3-КМ8. Четвёртый контакт реле КL3 включает контактор КМ9, контакты которого, замкнувшись, введут в цепь ротора сопротивление R7, которое соответствует торможению от  до . Пятый контакт реле КL3 включает реле времени КТ9.

Реле времени КТ9 отсчитает время торможения до скорости

(0,24 с), после чего произойдет включение контактора торможения КМ10, контакты которого введут в цепь ротора сопротивление R3, которое соответствует торможению двигателя от  до . Второй контакт реле времени КТ9 включает реле времени КТ10.

Реле времени КТ10 отсчитает время торможения до скорости

(2,82 с), после чего произойдет включение контактора торможения КМ11, контакты которого введут в цепь ротора сопротивление R2, которое соответствует торможению двигателя от  до 0. Второй контакт реле времени КТ10 включает реле времени КТ11.

Реле времени КТ11 отсчитает время торможения до скорости  (2,82 с), после чего произойдет включение промежуточного реле КL4, которое одним из своих контактов шунтирует контакт КТ11. Второй контакт реле КL4 разрывает цепь реле времени КТ9-КТ11. Третий контакт реле КL4 разрывает цепь контакторов торможения КМ9-КМ11. Четвёртый контакт реле КL4 отключает линейные контакторы КМ1 и КМ2, контакты которых отключают обмотки статоров двигателей от сети. Пятый контакт реле КL4 размыкает цепь линейного контактора KL5, который отключит от сети управления контактор КМ12, контакт которого, разомкнувшись, отключит питание обмоток электромагнитного тормоза YB и зафиксирует вал исполнительного органа. Шестой контакт реле КL4 включает реле времени КТ12.

Реле времени КТ12 отсчитает время паузы (10 с), после чего произойдет отключение промежуточных реле КL3 и КL4. Рабочий цикл повторяется.

Для отключения электропривода нажимаем кнопку SB2 (“Стоп”), цепь промежуточного реле KL2 разрывается и оно отключает обмотки контакторов КМ1, КМ2, промежуточных реле КL3-КL5 и реле времени КТ13. Контакты линейных контакторов КМ1 и КМ2 отключают обмотки статоров двигателей от сети. Промежуточное реле KL2 замкнёт цепи контакторов КМ12 и КМ13. Контактор KM13 подключит две фазы обмоток статора электродвигателя к источнику постоянного тока, разорвёт свой вспомогательный контакт в цепи кнопки SB1 (“Пуск”) для того, чтобы не произошло включение электропривода во время динамического торможения. Начнется динамическое торможение электропривода при полностью введённом сопротивлении в течение времени, задаваемого реле KT13 (0,13 с), по истечении которого оно отключится и отключит контакторы КМ12 и КМ13. Произойдёт фиксация рабочего механизма тормозом YB и отключение обмотки статора электродвигателя от выпрямительного моста VD1. Схема вернётся в исходное состояние.

.3 Описание защит применяемых в схеме управления

В схеме управления предусмотрено два вида защит: защита от перегрузки и защита от снижения питающего напряжения. Они обеспечиваются с помощью реле KK1-KK4 и KV соответственно. Процесс отключения при срабатывании какого-либо вида защиты аналогичен принудительному отключению привода, с той лишь разницей, что при перегрузке тепловые реле отключают промежуточное реле KL1, а затем оно разрывает цепь реле KL2.

.4 Описание работы сигнализации

При подаче напряжения сработает реле КL6, чей контакт замкнется в цепи HL1 (“Сеть”) и она загорается. При подаче напряжения на обмотку статора вспомогательный контакт линейного контактора КМ1 замыкается в цепи лампочки HL2 (“Работа”) и она загорается. При срабатывании тепловых реле КК1 или КК2 их контакты замкнутся в цепи лампочки HL4 и промежуточного реле КL8, которое шунтирует контакты тепловых реле КК1 и КК2, загорается лампочка HL4 (“Перегрузка двигатель №1”). При срабатывании тепловых реле КК3 или КК4 их контакты замкнутся в цепи лампочки HL5 и промежуточного реле КL9, которое шунтирует контакты тепловых реле КК3 и КК4, загорается лампочка HL5 (“Перегрузка двигатель №2”). При снижении напряжения в сети отключится реле напряжения КV, контакт которого замкнется в цепи промежуточного реле КL10, которое, сработав, зашунтирует контакт КV, загорается лампочка HL5 (“Снижение напряжения”). В режиме паузы или после динамического (аварийного) торможения линейный контактор КМ12 отключается от сети и замыкает своим вспомогательным контактом цепь лампочки HL3 (“Останов”).

4. Выбор защитно-коммутационной аппаратуры

.1 Выбор реле времени

Реле времени выбираем исходя из времени работы двигателя на ступенях пуска и торможения, количества замыкающих и размыкающих контактов и напряжения питания.

Для предварительной ступени (с), реле КТ1; для разгона двигателя по:

второй ступени (с), реле КТ4;

третьей ступени (с), реле КТ5;

четвёртой ступени (с), реле КТ6;

естественной характеристике (с), реле КТ7;

для торможения по первой ступени (с), реле КТ9 и для динамического торможения (с), реле КТ13, выбираем реле времени ЭВ-113 со временем срабатывания с. Контактная система реле состоит из 1-го мгновенно замыкающего и 1-го основного замыкающего с выдержкой времени контактов.

Для разгона двигателя до скорости  (с), реле КТ2; для разгона двигателя по первой ступени (с), реле КТ3 и для торможения по второй ступени (с), реле КТ10, выбираем реле времени ЭВ-123 с временем срабатывания с. Контактная система реле состоит из 1-го мгновенно замыкающего и 1-го основного замыкающего с выдержкой времени контактов.

Для торможения с  до 0 (с), реле КТ11, выбираем реле времени ЭВ-133 со временем срабатывания с. Контактная система реле состоит из 1-го мгновенно замыкающего и 1-го основного замыкающего с выдержкой времени контактов.

Для работы двигателя с установившейся скоростью  (с), реле КТ8, выбираем реле времени ВЛ69-С со временем срабатывания с. Контактная система реле состоит из 1-го замыкающего и 1-го размыкающего контактов.

Для работы двигателя в режиме паузы (с), реле КТ12, выбираем реле времени ЭВ-882 со временем срабатывания с. Контактная система реле состоит из 1-го замыкающего и 1-го размыкающего контактов.

4.2 Выбор промежуточных реле

Промежуточные реле выбираем по напряжению, току и количеству необходимых контактов. Промежуточные реле KL1-KL7 находятся в цепи управления, поэтому выбираем реле типа ПЭ-21 с номинальным напряжением 220В, током контактов 5А. Данное реле имеет 4-8 замыкающих и размыкающих контактов.

Промежуточные реле KL8-KL11 находятся в цепи сигнализации, поэтому выбираем реле типа ПЭ-21 с номинальным напряжением 24В, током контактов 5 А. Данное реле имеет 4-8 замыкающих и размыкающих контактов.

.3 Выбор реле напряжения

Реле напряжения KV выбираем по необходимому напряжению отпускания равному 0,8Uном. Выбираем реле минимального напряжения РЭВ 825, Uном=220 В. Диапазон уставок 80-180 В. Уставка отключения настроена на 0,8∙Uном. Способ регулирования уставок дискретный, ступень регулировки 5 В. Выберем Uотп=180 В. Реле имеет два замыкающих и два размыкающих контакта.

4.4 Выбор реле тока

Реле тока (тепловое реле) должно срабатывать при превышении током статора своего номинального значения А, поэтому выбираем реле тока ТРА34 с максимальным током срабатывания А. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты.

.5 Выбор электромагнитного тормоза

Электромагнитный тормоз выбираем исходя из момента сопротивления на валу двигателя. Необходимый тормозной момент составляет:

 (4.4.1)

где -коэффициент запаса тормозного момента

По данному тормозному моменту выбираем электромагнитный тормоз постоянного тока ТКП 800 с параметрами:

 - тормозной момент, Н·м;

 - мощность, потребляемая катушкой электромагнитного тормоза, Вт.

4.6 Выбор магнитных контакторов

Контакторы KM1, КМ2 замыкают цепи статоров.

Рассчитаем максимальный ток в статоре:

 (4.6.1)

где  - максимальный момент двигателя;

 - номинальный ток статора;

 - номинальный момент двигателя.

Максимальный ток статора , поэтому выбираем контактор магнитный KТ-6003А c номинальным током . Контактор имеет: основные контакты - 4 замыкающих, вспомогательные - по 2 замыкающих и размыкающих.

Контакторы КМ3-КМ11 шунтируют цепь ротора.

Максимальный ток ротора:

 (4.6.2)

где  - максимальный момент двигателя;

 - номинальный ток ротора;

 - номинальный момент двигателя.

Максимальный ток ротора , поэтому выбираем контактор магнитный, КТП6053 с номинальным током . Контактор имеет: основные контакты - 4 замыкающих; вспомогательные - 2 замыкающих и 2 размыкающих.

Контактор КМ12, замыкает цепь электромагнитного тормоза. Выбираем контактор магнитный, КПВ600 c номинальным током . Контактор имеет: основные контакты - 2 замыкающих, вспомогательные - по 1 замыкающему и 1 размыкающему.

Контактор КМ13 подключает цепь динамического торможения.

Ток статора определяется по следующей формуле:

 (4.6.3)

где  - напряжение питания статора в режиме динамического торможения;

-сопротивление обмотки статора.

 выразим из уравнения:

 (4.6.4)

Получим:

где  - критическое скольжение;

 - приведенное сопротивление ротора;

 - фазное напряжение статора.

 определяется по следующей формуле:

 (4.6.5)

где n - коэффициент трансформации.

Его можно определить из соотношения токов статора и ротора:

 (4.6.6)

тогда:

Найденное значение тока статора меньше номинального значения (), следовательно в добавочном сопротивлении нет необходимости.

Выбираем контактор магнитный KТ-6003А c номинальным током . Контактор имеет: основные контакты - 4 замыкающих, вспомогательные - по 2 замыкающих и размыкающих.

.7 Выбор трансформатора

Т.к. цепь управления питается от постоянного напряжения 220В, то переменное напряжение сети 6кВ необходимо понизить с помощью трансформатора до 230В, а затем его выпрямить с помощью двухполупериодного однофазного выпрямителя.

Мощность, потребляемая схемой управления и электромагнитным тормозом:

 (4.7.1)

где  - количество реле в схеме управления;=13 - количество электромагнитных контакторов в схеме управления;

 ВА - средняя полная мощность одного реле;

 ВА - средняя полная мощность одного контактора;

 ВА - полная мощность электромагнитного тормоза;

 ВА.

 ВА.

Выбираем однофазный двухобмоточный трансформатор ОДГ-25/6 с параметрами:

 - полная мощность трансформатора, кВА;

 - напряжение высшей обмотки, кВ;

 - напряжение низшей обмотки, В.

Заключение

Рассчитанный электропривод отвечает всем требованиям полученного задания. При построении пусковой и тормозной диаграммы погрешность в расчетах не превышает 5%, что удовлетворяет инженерным расчетам. Спроектированный автоматизированный электропривод может использоваться в длительном режиме.

Схема управления обеспечивает цикличность работы электропривода, пуск двигателя в четыре ступени в функции времени, торможение - в две ступени в функции времени. В случае принудительного или аварийного отключения использоваться динамическое торможение.

Схема управления имеет следующие виды защит: защиту от перегрузки и защиту от снижения, питающего напряжения. Для надежной фиксации исполнительных органов использованы электромагнитные тормоза.

Библиографический список

1. Алиев И. И. Электротехнический справочник. - 4-е изд. испр. - М. ИП РадиоСофт 2006 - 384 с. Ил.

2. Бычков Е. В. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Теория электропривода» - Ухта. УИИ 1989.

. Гуревич П. В. Справочные данные по электрооборудованию. Т. 1-3. - М. «Энергия», 1964 г.

4. Какуевицкий Л. И. Справочник реле защиты и автоматики - М. Государственное энергетическое издание 1962 - 191с.

5. Москаленко В. В. Автоматизированный электропривод - М. «Энергоатомиздат» 1986 - 416с.