Магистр ДонНТУ Борзилов Г В
ТЕМА:Разработка и исследование частотно управляемого электропривода намоточного аппарата термогальванического агрегата
| |||||
ВведениеСовременный промышленный электропривод (ЭП) - сложная система, которая состоит из целого комплекта взаимозависимых элементов: исполнительный силовой орган (электродвигатель), источник питания (преобразователь), система управления ЭП, включая датчик параметров ЭП, задающие информационные устройства. Все эти элементы совершенствуются, что позволяет делать все более прогрессивные ЭП, которые обеспечивают оптимизацию производственных режимов работы агрегатов или комплексов. Силовая электроника бурно развивается. Четко появилась тенденция к созданию мощных управляемых силовых полупроводниковых приборов (СПП), разработке интегрированных приборов в гибридном и цельнокорпусном исполнении в виде законченных модулей со структурами, изолированными от корпуса модулей. Совершенствование технологии разрешает непрерывно увеличить мощности приборов, повышать быстродействие и даже изготовлять на одной пластине приборы по биполярной технологии. С появлением целиком управляемых приборов открывается возможность проектирования преобразователей с высокими энергетическими показателями и с хорошей совместимостью с сетью, а также реализовать раньше известные, но сложные в выполнении преобразователи с неявно выраженным звеном постоянного тока, которые отличаются однократным преобразованием энергии и допускающие двусторонний обмен энергией. До недавнего времени регулированный ЭП выполнялся преимущественно на основе применения электродвигателей постоянного тока. Однако в меру усовершенствования СПП появляется тенденция к ориентации на регулированный электропривод переменного тока. Применение, как исполнительных, двигателей переменного тока, открыло возможности практически неограниченного увеличения мощности и улучшения перегрузочной способности ЭП, недосягаемых при использовании двигателей постоянного тока вследствие ограничений по условиям коммутации. Отсутствие коллектора, кроме того, значительно расширяет области применения ЭП и обеспечивает экономию. Освоение производства управляемых силовых полупроводниковых приборов открыло новые возможности в создании инверторов напряжения с неуправляемым звеном постоянного тока и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) напряжения у инвертора. Такие ШИМ преобразователи обеспечивают высокие энергетические показатели, и, в случае использования быстродействующих СПП, позволяют формировать рабочие токи, близкие к синусоидальным. Приведенная выше новая элементная база разрешила внедрить новые алгоритмы управления в частности применять разрывные системы управления. Данный дипломный проект и посвященный разработке новых систем управления.
Технологический процесс термогальванической обработки стального проводаЦех по производству металокорда состоит из следующих производственных участков: - термогальванический участок; - волочильный участок; - канатный участок; - сортировка и состав готовой продукции. Рассмотрим технологический процесс термогальванической обработки стального провода. После размотки провод поступает в печь, в которой его нагревают до 9000С и охлаждают в расплаве свинца с температурой 5500С. Операция проводится в нить на 24-ниточном термоагрегате, состоящего из размотки, компенсаторов стабилизации натяжения проводов, проходной печи газового нагрева, ванны с расплавом свинца, термостата, ванны электрохимического травления, промывания, омеднения в нирофосфорном электролите, промывание, омеднение в серном электролите, промывание, сушка и наматывание. После нагревания в печи провод охлаждается в специальном коробе (термостате), в середину которого подается защитно-восстанавливающий газ (эндогаз). Его задача состоит в нормализации и восстановлении поверхности провода. Из термостата провод поступает в ванну электрохимического травления, в растворе серной кислоты. После травления поступает в ванну промывания, где должна быть смытая с поверхности провода кислота. После промывания провод поступает в ванну омеднения. В этой ванне находится электролит, удерживающий сернокислотную медь, нирофосфат натрия и фосфорно-кислотный натрий. Провод покрывается прослойкой меди, поступает на промывание, а после этого в другую ванну для омеднения. В ней находится серно-кислотный электролит. В этой ванне провод покрывается медью до необходимой толщины и поступает на промывание. Провод после промывания поступает в сушку, где сушится горячим воздухом. После каждой операции травления, покрытия, промывания стоят воздушные сдуви, задача которых не допускать вынос растворов из их ванн и разбавления одного раствора другим или водой из промывания. После сушения провод поступает на намоточный аппарат. На нем провод наматывается на специальные кассеты, емкостью 600 кг.
Требования, предъявляемые к электроприводу намоточного аппаратаТребования, предъявляемые к электроприводу (ЭП) намоточного аппарата ТГА-98, прежде всего, связанные с технологией изготовления новых видов продукции на термогальваническом агрегате. В связи с новой технологией производства продукции, которая изготовляется на термогальваническом агрегате, к ЭП намоточного аппарата предъявляют более жесткие технологические требования. ЭП намоточного механизма ТГА-98 должен обеспечить такие режимы работы агрегата:
Дополнительно к технологическим требованиям по режимам работы намоточного аппарата ТГА-98, ЭП должен обеспечивать такие функции работы, управление и контроля:
Электропривод намоточного аппарата должен обеспечивать стабильную работу в производственных помещениях, окружающая среда которых может содержать, в допустимых границах санитарных норм, агрессивные пары и газы, которые не вызовут разрушения изоляции и металла, а также температуру производственных помещений от +5 до +40°С.
Выбор системы электроприводаИз-за общеизвестных недостатков систем ЭП с двигателями постоянного тока для удовлетворения предъявленных требований целесообразно применять системы ЭП с двигателями переменного тока. Наиболее простым по конструкции, дешевым и надежным электрическим двигателем является асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором.Использование такого двигателя в регулируемом приводе представляет отдельный интерес. В частотно-регулируемом асинхронном ЭП используются преимущественно двухзвенные преобразователи частоты (ПЧ) на основе автономных инверторов (АИ): с промежуточным звеном постоянного (автономный инвертор тока – АИТ) или напряжения (автономный инвертор напряжения – АИН). Известно, что ЭП на основе ПЧ АИН с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) являются более универсальным, чем ЭП на основе ПЧ АИТ. Рассмотрим функциональную схему ЭП на основе АИН из ШИМ, приведенную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Функциональная схема ЭП на основе АИН с ШИМ ЭП на основе преобразователя частоты (ПЧ) АИН ШІМ содержит неуправляемый диодный силовой выпрямитель В и АИН ШИМ. Регулирование частоты f1 и размеры исходного напряжения U1 осуществляется в АИН за счет использования алгоритмов высокочастотного ШИМ - управления. Частота ШИМ обычно составляет от 2 до12 кГц, то есть в много раз превышает исходную частоту АИН.Форма кривой исходного напряжения при этом представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность импульсов. Частота импульсов определяется частотой ШИМ, продолжительность импульсов на протяжении периода исходной частоты АИН промоделирована по синусоидальному закону. Форма кривой исходного тока (тока АД), практически синусоидальная. К силовым ключам АИН ШИМ предъявляются требования высокого быстродействия и малых динамических потерь. В тормозном режиме ЭП АИН из режима инвертирования переходит в режим выпрямления (работает мост диодов обратного тока, через управляемые ключи подаётся энергия возбуждения АД). Полярность напряжения на входе АИН сохраняется, а ток изменяет направление. Поэтому реализация тормозного режима осуществляется дополнительным вводом силовых элементов, или обратным управляемым выпрямителем для рекуперации энергии в сеть, или управляемым ключом и тормозными резисторами в цепи постоянного напряжения для осуществления электродинамического торможения. Достоинством анализируемой системы ЭП с АИН является:
Необходимость включения дополнительных силовых элементов для реализации тормозных режимов есть недостатком функциональных схем ЭП с АИН ШИМ.
Синтез системы автоматического управленияДля анализа динамических показателей воспользуемся структурной схемой асинхронного двигателя, приведенной на рисунке 2.
Рисунок 2 – Структурная схема асинхронного двигателя. Синтез контура регулирования тока.Структурная схема контура регулирования тока приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема контура регулирования тока. Динамические свойства преобразователя частоты упрощены апериодическим звеном с передаточною функцией:
Желаемая передаточная функция разомкнутого КРТ:
где Тг - постоянная интегрирования КРТ. Реальная передаточная функция разомкнутого КРТ:
Приравнивая первые части (2) и (3) определим передаточную функцию РТ:
При настройке на модульный опиум: Тт=2·Тμ Передаточная функция замкнутого КРТ будет иметь вид:
Синтез контура регулирования скорости.Структурная схема контура регулирования скорости приведенная на рисунке 4.
Желаемая передаточная функция КРС имеет вид:
Покажем внутренний КРС эквивалентным звеном с передаточною функцией (5) и запишем передаточную функцию разомкнутого КРС:
Приравнивая равные части (6) и (7) можно определить передаточну функцию пропорционального регулятора скорости:
При настройке на симметричный оптимум: Тω=2Тт. Основной целью данной работы по теме “Разработка и исследование частотно управляемого электропривода намоточного аппарата термогальванического агрегата” является повышение технико-экономических показателей и функционально-технологических возможностей агрегата при освоении технологий по выпуску новых видов продукции. На основании технологического процесса термогальванической обработки стального провода были выдвинуты требования, предъявляемые к будущей системе электропривода. Для удовлетворения этих требований выбрана наиболее подходящая система электропривода. При исследовании этой системы установлено, что она не только целиком обеспечила выполнение всех технологических условий и требований к стабилизации скорости протяжки и наматывания провода (отклонение скорости не более 2,5%), широкому диапазону регулирования линейной скорости (от 20 до 70 м/мин), обеспечения плавного пуска и торможения и других дополнительных требований, но также позволила существенно (в 1.4 раза) сократить потребление электроэнергии.
Литература
|
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)