Рисунок 4 - Нагрузочная диаграмма

По виду нагрузочной диаграммы можно определить, что данный привод работает в длительном режиме с переменной нагрузкой, поэтому tp – время разгона в цикл не входит.

Механическая характеристика рабочей машины приведена в графическом материале курсового проекта.

2 Анализ и описание системы “ЭП-сеть” и “ЭП-оператор”

Электропривод подключается к трёхфазной сети переменного тока, напряжением 6,3 кВ, частотой 50 Гц через трансформатор. Двигатель питается через вентильный преобразователь, собранный по мостовой схеме. Влияние на работу привода могут оказывать колебания напряжения и частоты питающей сети. В свою очередь привод может оказывать влияние на сеть, потребляя из сети реактивную мощность и «засоряя» её высшими гармониками.

Анализ “ЭП-оператор” необходим для проектирования схемы управления электроприводом. В результате проектирования необходимо получить автоматическую схему, которая обеспечит требования охраны труда, соблюдая качество технологического процесса, выполнение производительности рабочей машины средствами автоматизированного электропривода.

3. Выбор принципиальных решений

Цель анализа – создание исходной базы данных для проектирования оптимальной системы привода за счет более точной и полной формулировки предъявляемых к электроприводу требований. Эти данные получают в результате анализа и количественного описания систем.

Полученная количественная и полная качественная оценка условий работы электропривода является основой выбора возможных решений, как по силовому электроприводу, так и по схемам управления.

3.1 Построение механической части ЭП

В соответствии с заданием на курсовое проектирование для понижения угловой скорости, применим силовой редуктор. Передаточное отношение задано I = 4,25. Следовательно, выбор типа передачи значения не имеет.

3.2 Выбор типа привода

При определении возможных принципиальных решений выбирается несколько (обычно 2-3) вариантов электропривода, удовлетворяющих в той или иной степени требованию задания на проектирование. Выбор вариантов привода осуществляется на основе изучения существующих типовых электроприводов для данного класса рабочих машин, определяя конструкцию механической части привода, возможные типы двигателей и способы регулирования координат.

настоящее время 80 % применяемых двигателей - это двигатели переменного тока. Главный привод прокатного стана является регулируемым электроприводом, кроме того, необходимо учитывать, что приводной двигатель будет обладать достаточно большой мощностью.

При анализе литературных источников удалось установить, что в главных электроприводах прокатных станов холодной прокатки применяются две системы:

а) УВ – ДПТ;

б) Г – Д;

Можно также рассмотреть варианты применения следующих систем:

в) АД с частотным управлением;

г) Каскадная система;

д) Двигатель постоянного тока с реостатом (ДПТ−Р);

е) Асинхронный двигатель с фазным ротором и реостатом (АДФ−Р).

В связи с тем, что мощность двигателя достаточно велика, то при введении добавочных сопротивлений в силовую цепь будут значительные Джоулевы потери, следовательно, варианты д) и е) рассматриваться не будут. Оставшиеся варианты рассмотрим более подробно при помощи оценочной диаграммы, представленной на рисунке 6.

3.3 Выбор способа регулирования координат

В электроприводе существует два способа регулирования координат:

А) полноценное;

Б) не полноценное.

В данном случае применяем полноценное регулирования координат, то есть при изменении скорости вращения вала электродвигателя изменяется . Необходимо получить стабильную скорость привода для обеспечения необходимого качества прокатки. Различают также автоматическое и ручное регулирование координат. Ручное регулирование предполагает изменение скорости привода с участием оператора. В данном случае применяем автоматическое регулирование координат. Оператор необходим только для запуска привода.

3.3 Выбор способа регулирования координат

В электроприводе существует два способа регулирования координат:

А) полноценное;

Б) не полноценное.

В данном случае применяем полноценное регулирования координат, то есть при изменении скорости вращения вала электродвигателя изменяется . Необходимо получить стабильную скорость привода для обеспечения необходимого качества прокатки. Различают также автоматическое и ручное регулирование координат. Ручное регулирование предполагает изменение скорости привода с участием оператора. В данном случае применяем автоматическое регулирование координат. Оператор необходим только для запуска привода.

3.4 Оценка и сравнение выбранных вариантов

На данном этапе необходимо добиться выбора наиболее приемлемого варианта решения задачи, т.е. построения оптимального электропривода для механизма прокатного стана.

При выборе желаемых вариантов систем ЭП проведение строгих техника – экономических расчётов не представляется возможным из-за отсутствия требуемых исходных данных. Поэтому здесь можно воспользоваться так называемым «методом экспертных оценок» /6/ . Сравнение предварительных результатов или вариантов решения производиться относительно n – характеристик системы, важных с точки зрения цели проектирования, путём сравнения определённых значения соответствующих показателей качества q_i.

При выборе будем учитывать следующие условия:

• Продолжительный режим работы установки;

• Ударная нагрузка;

• Соответствие двигателя найденному эквивалентному моменту;

• Значительная мощность привода.

Принципиальные варианты решений следующие:

а) АД с частотным управлением;

б) система Г-Д;

в) ДПТ – УВ;

г) каскадная система.

Оценку системы будем проводить по следующим характеристикам:

–масса;

–надёжность;

–расход энергии за цикл;

–габариты;

–к.п.д. системы;

–стоимость;

– эксплуатационная стоимость;

– ремонтопригодность

– перспективность

Рисунок 5 - Оценочная диаграмма

Выбор наилучшего решения производится определением взвешенной суммы (лучший вариант имеет большую сумму) :

(3.1)

где − суммарная оценка;

− весовой коэффициент;

− показателей качества.

Показатели качества служат для количественной характеристики степени выполнения требований задания на проектирование ЭП, а также других требований рабочей машины (технологические, эксплуатационные и т.д.) и определяется например, следующим образом:

5 – требования к i-ой характеристике системы выполнены очень хорошо;

qi= 4 -требования к i-ой характеристике системы выполнены хорошо;

3 - требования выполнены удовлетворительно;

2 - требования выполнены неудовлетворительно

Определение лучшего варианта решения, зависит от того, являются ли все характеристики системы равноправными или их значимость для достижения цели проектирования различна. Для этого вводиться весовой коэффициент , который можно определить следующим образом:

5 – i-я характеристика системы имеет определяющее значение для цели разработки;

i= 4 - i-я характеристика системы имеет очень большое, но не определяющее значение;

3 - i-я характеристика системы имеет важное значение;

2 - данную характеристику желательно учесть;

Полученные оценки приведены ниже:

1. S1 = 75 (пунктирная линия);

2. S2 = 77 (сплошная линия);

3. S3= 71 (точечная линия);

4. S1= 65 (штрих-пунктирная линия).

Исходя из результатов расчета, выбираем вариант S2, т.е. управляемый выпрямитель двигатель постоянного тока.

4. Расчет силового электропривода

4.1 Расчет параметров и выбор электродвигателя

Расчет мощности двигателя производят, как правило, по следующим критериям:

- по нагреву;

- по перегрузочной способности;

Расчет мощности двигателя по нагреву должен производится путем определения наибольшей температуры перегрева его изоляции _max и сравнение ее с допустимой _доп :

(4.1)

где: τ = Θ - Θохл

Θ – температура нагрева обмоток, ˚С;

Θохл – температура окружающей среды ( по ГОСТ8865-87 принято унифицировать значение, равное 40˚С).

Этот метод для практических расчетов затруднен поскольку возникают определенные сложности построения кривой нагрева двигателя.

Для предварительных расчётов мощности обычно используется метод эквивалентного момента, а проверку двигателя по нагреву осуществляют методом средних потерь или методом эквивалентного тока.

Выражение метода эквивалентного момента:

; (4.3)

Интеграл можно заменить суммой:

; (4.4)

Воспользовавшись рисунком 1.4, запишем выражение для :

(Н*м)

Поскольку двигатель работает в длительном режиме с переменной нагрузкой (колебания момента на вагу двигателя более 8% от его среднего значения), мощность двигателя выбираем по формуле

Р_н.двМ_э *_н. ; (4.6)

Вт

При расчете эквивалентного момента не учитывалось ухудшение охлаждения двигателя при работе на пониженных скоростях в связи с тем, что двигатели такой мощности оснащаются независимым вентилятором типа «наездник».

Для прокатного стана с мощностью двигателя более 200 кВт можно выбрать двигатели серии: МП,2МП,П,2П,ПП,ПБК,2ПБ.

Исходя из вышесказанного, принимаем двух двигательный привод. Двигатели работают на общий вал, и включены в цепь последовательно для обтекания одним током и, соответственно, для одинаковой загрузки.

Выбираем двигатели постоянного тока МПЭ 450-900 У3. Основные требуемые для расчета данные электродвигателя следующие:

• Номинальная мощность электродвигателя:

Вт;

• Номинальное напряжение питания якоря:

• В;

• Коэффициент перегрузки по току: ;

• Номинальная скорость вращения: об/мин; тогда соответственно:

рад/с.

• Номинальный ток якоря: А;

• Сопротивления обмотки якоря (все сопротивления даны для температуры 15⁰ С):

Ом;

• Сопротивление обмотки дополнительных полюсов:

Ом;

• Сопротивление компенсационной обмотки: Ом;

• Сопротивление обмотки возбуждения: Ом;

• Напряжение обмотки возбуждения: В;

• Количество пар полюсов: ;

• Момент инерции якоря кг*м²;

• Падение напряжения на щетках одного двигателя: В;

По перегрузочной способности двигатель подходит.

4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей

Исходя из требуемого напряжения питания двигателей (напряжение удвоенное в связи с последовательным соединением якорных обмоток) и расчетной мощности выбираем трансформатор: ТМНПД-5000/10 У2; исполнение 5, соединение обмоток .

Паспортные данные трансформатора:

• Номинальная полная мощность трансформатора: ВА;

• Потери холостого хода: Вт;

• Потери короткого замыкания: Вт;

• Напряжение первичной обмотки: В;

• Напряжение вторичной обмотки: В;

• Напряжение короткого замыкания: %;

• Номинальная частота сети: Гц, рад/с.

Рассчитаем параметры трансформатора:

Номинальный фазный ток вторичной обмотки:

А; (4.7)