Кафедра "Электропривод и автоматика промышленных установок"

 

Курсовой проект

 

Главная Лекции Практика -------- Самостоятельная работа Экзамен Список литературы Глоссарий

 

 

Содержание курсового проекта                     Графическая часть

 

 

Курсовой проект являются заключительным этапом обучения при изучении дисциплины,  представляет собой самостоятельное исследование какого-либо актуального вопроса в области разработки (проектирования) автоматизированных электроприводов.

 

Целью курсового проектирования является:

- расширение, закрепление, систематизацию теоретических знаний и приобретение навыков практического применения этих знаний при решении конкретной научной, технической, производственной;

- развитие навыков ведения теоретических и экспериментальных исследований, навыков работы с нормативной и справочной документацией при решении конкретных научно-технических задач;

- приобретение опыта обработки, анализа и систематизации результатов теоретических и инженерных расчетов в формировании обоснованных выводов в решении исследуемых проблем и возможной области применения;

- выявление подготовленности выпускника самостоятельно решать проектные, производственные;

- приобретение опыта представления и публичной защиты результатов своей деятельности.

 

Курсовой проект по "Автоматизированному электроприводу типовых производственных механизмов" во многом построен на основе курсовых проектов и работ по "Электрическому приводу", "Теории электропривода", "Системам управления электроприводами" и расчетно-графическом задании по "Типовым решениям в технике электропривода".

 

Тематика курсового проекта должна быть актуальной, соответствовать современному состоянию и перспективам развития автоматизированных электроприводов,  выбирается в соответствии с предполагаемой темой выпускной квалификационной работой. Студенты, которые не определились с тематикой дипломного проекта выполняют курсовой проект по стандартной тематике. Окончательное заключение о целесообразности и актуальности темы курсового проекта осуществляется преподавателем выпускающей кафедры.

 

Примерная тематика курсовых проектов

    1.   Автоматизированный электропривод мостового крана

    2.  Автоматизированный электропривод пассажирского лифта

    3.  Автоматизированный электропривод шахтной (скиповой или клетьевой) подъемной машины

    4. Автоматизированный электропривод машин непрерывного транспорта

    5. Автоматизированный электропривод одноковшового экскаватора

    6. Автоматизированный электропривод вентиляторной установки

    7. Автоматизированный электропривод насосной установки

    8. Автоматизированный электропривод компрессорной станции

    9. Автоматизированный электропривод металлорежущего станка

    10. Автоматизированный электропривод прокатного стана

 

Приведенная тематика далеко не исчерпывает возможные направления курсового проектирования. Учитывает широкое многообразие применения автоматизированных электропривода самим студентом может быть предложена тема курсового проекта. не совпадающая с указанной тематикой, но отвечающая требованиям государственного образовательного стандарта по специальности. Для студентов заочной формы обучения целесообразно выполнение проекта не тему, вытекающую из нужд предприятия, где работает студент.

Студенты могут выполнять курсовой проект исследовательского характера. В качестве темы может быть выбрана часть экспериментально-теоретического исследования проводимой кафедрой электропривода и автоматики промышленных установок.

 

Примерное содержание курсового проекта:

 

 Введение

 1. Назначение, устройство и принцип работы оборудования

2. Требования, предъявляемые к электроприводу и системе управления электроприводом

3. Перспективные направления в разработке и создании систем автоматизированного электропривода

4. Обоснование и выбор системы электропривода

5. Расчет статических нагрузок и выбор мощности двигателей ЭП

6. Расчет параметров и выбор элементов силовой части

        6.1 Выбор элементов силовой части

6.1.1 Выбор преобразователя частоты (или тиристорного преобразователя)

6.1.2 Выбор силового трансформатора (или согласующего устройства)

6.1.3 Выбор сглаживающего (или токоограничивающего) дросселя

   6.2 Выбор передаточного устройства

6.3 Расчет приведенных моментов статической нагрузки и моментов инерции

7Разработка структурной схемы силовой части ЭП

8. Предварительная проверка по нагреву

9Синтез системы управления

         9.1 Синтез контура регулирования тока якоря (статора или ротора)

         9.2 Синтез контура регулирования скорости

   9.3 Синтез контура регулирования положения

10. Расчет статических и динамических характеристик ЭП

         10.1 Расчет естественных механических и электромеханических характеристик двигателя

         10.2 Расчет статических характеристик в разомкнутой системе

         10.3 Расчет статических характеристик в замкнутой системе

         10.4 Расчет динамических характеристик электропривода

11Расчет энергетических характеристик привода

12Проверка правильности выбора двигателя

13Выбор аппаратов управления и защиты

14Оценка качества электропривода

Список литературы

 

                В разделе "Введение" отражают актуальность решаемой задачи, значение электропривода для развития соответствующей отрасли промышленности. Актуальность тематики выпускной работы выражается в ее новизне и реальной потребности, вытекающей из перспективных планов развития автоматизированных электроприводов.

 

       В разделе "Назначение, устройство и принцип работы оборудования"  должно быть описано назначение объекта проектирования;  приведены техническая характеристика объекта,   указаны особенности работы электропривода.

Технические данные на проектирование могут содержать: требуемую производительность машины; данные по кинематической схеме машины, моментам инерции движущихся частей и др.; нагрузочные диаграммы машины в номинальном режиме и предельные кратковременные перегрузки; диапазон регулирования скорости; требуемую точность поддержания координат; объем и уровень автоматизации; перечень необходимых защит и блокировок.

 

В разделе "Требования, предъявляемые к электроприводу и системе управления электроприводом" должны быть отражены требования исходя их особенностей, режима  работы рабочей машины. В разделе должны быть отражены следующие требования:

1) Основные требования: соответствие мощности требуемой нагрузки; наличие регулирования скорости и других координат ЭП; направление регулирования; диапазон регулирования; плавность; точность регулирования и т.д.

2) Требования к динамике электропривода: быстродействие; наличие перегулирования; колебательность и т.д.

3) Требования по перегрузкам: возможность перегрузок (длительных кратковременных) по току, моменту; их длительность.

4) Технологические требования  определяются спецификой ЭП, областью применения и условиями эксплуатации.

5)Общие конструктивные требования: удобство обслуживания, безопасность обслуживания, устойчивость к климатическим воздействиям и пр.

6) Эксплуатационные требования: защита от внешних помех, рациональные массогабаритные показатели; уменьшение потерь в цепях и т.д.

 

В разделе "Перспективные направления в разработке и создании систем автоматизированного электропривода" должны быть указаны перспективные направления для данного конкретного механизма. Данный раздел должен содержать обзор научной и методической литературы, посвященной рассматриваемому вопросу.

В настоящее время наиболее перспективными являются следующие системы регулируемого электропривода:

- электропривод на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, получающий питание от транзисторного преобразователя частоты с ШИМ; микропроцессорные системы управления;

- адаптивные и следящие электрприводы;

- электроприводы на основе шаговых, вентильных двигателей и пр.

 

В разделе "Обоснование и выбор системы электропривода" указать какой вид тока и почему используется в данной системе электропривода; достоинства и недостатки данного вида тока; обосновать способ управления электропривода; указать достоинства и недостатки данного способа.

Выбор системы электропривода должен быть аргументирован технически на основе сопоставительного анализа.

Например, сравнение технических параметров различных вариантов можно свести в таблицу:

 

Таблица - Технические данные для сравнения по вариантам

Показатели системы электропривода Вариант для сравнения

Предлагаемый вариант

Тип двигателя    
Номинальная мощность двигателя, кВт    
Номинальная скорость вращения, об/мин    
Источник питания двигателя    
Регулируемые параметры    
Управление технологическим процессом    
Диапазон регулирования параметров    
Вероятность безотказной работы за 6 месяцев    
Допустимое число включений в час    
Электрическая изностойкость в долях от 106 циклов    
Возможность работы без обслуживающего персонала    
Возможность дистанционного управления    
Эксплуатационное обслуживание    
Условия наладки    

 

 

Расчет статических нагрузок и выбор мощности двигателей ЭП. Методы расчета мощности изучались в рамках дисциплины "Типовые решения в технике электропривода". Расчет мощности механизмов. работающих в повторно - кратковременной нагрузки на основе тахограммы и нагрузочной диаграммы изложен в курсе "Теория электропривода". Как правило на основе нагрузочной диаграммы и скоростных диаграмм производится лишь предварительный выбор мощности двигателя.

 

Расчет параметров и выбор элементов силовой части должен содержать электрическую схему силовой части. В этом разделе производится выбор преобразователя, питающего двигатель, дроссели или трансформатор.  Преобразователь выбирается по величинам номинального напряжения двигателя и  номинального тока двигателя, а также величинам и длительности возможной перегрузки.

 

Разработка структурной схемы силовой части ЭП

Анализ свойств системы необходимо проводится по  структурной схеме силовой части, для которой определяются коэффициенты передачи отдельных звеньев, электромеханические и электромагнитные постоянные времени, а также строятся частотные характеристики. По ним определяется порядок астатизма, а также устойчивость системы. Характеристики необходимо строить для определения ошибки по задающему воздействию и по возмущению, на основании чего делается вывод о необходимости коррекции системы. Пример расчета и анализа силовой части системы ПЧ-АД приведен в практикуме.

 

Предварительная проверка по нагреву 

Целью предварительной проверки является: снижение затрат времени на выполнение курсового проекта для случая когда предварительно выбранный двигатель не проходит по нагреву.

Предварительная проверка производится методом эквивалентного момента. Метод применяется для проверки двигателей по нагреву, если поток машины постоянен, т.к. между моментом и током существует прямая зависимость.

Величина эквивалентного момента сопоставляется с допустимым моментом.

 

      Синтез контура регулирования координаты

Математические методы теории автоматического управления является основой для синтеза замкнутых систем регулируемого электропривода с заданными статическими и динамическими показателями.

В электроприводах преимущественно используется принцип последовательной коррекции с подчиненным регулированием. Система подчиненного регулирования - это система последовательного включения контуров регулирования, число которых должно быть числу регулируемых величин.

Синтез систем методом последовательной коррекции с подчиненным регулированием координат предусматривает компенсацию  нежелательных динамических звеньев в объекте регулирования.

Контур регулирования должен строиться так, чтобы иметь только одну большую постоянную времени. Регулятор подбирается из условия, чтобы при включении компенсировать  большую постоянную времени, а взамен ее действовала меньшая - некомпенсируемая постоянная времени.

Если требуется исключить статическую ошибку по заданию, необходимо, чтобы в контуре был интегрирующий элемент. При этом останется динамическая ошибка, возникающая при изменении задания. Увеличение порядка астатизма повышает динамическую точность регулирования.

Чтобы после замыкания контура регулирования отрицательной обратной связью по регулируемой координате обеспечивались требуемые показатели качества регулирования, необходимо чтобы ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования имела определенный вид. Общая форма желаемой ЛАЧХ приведена на рисунке 1.

Рисунок - Желаемая ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования

 

Параметры регулятора по передаточным функциям  желаемой  системы W(p)жел и объекта регулирования W(p)ор определяются, как:

 

.

 

Расчет статических и динамических характеристик ЭП.

Расчет статических характеристик включает расчет механических и электромеханических (скоростных) характеристик двигателя. Динамические характеристики строятся либо по моделям в программе Simulik, либо по передаточным функциям в МАТLAB.

 

Расчет энергетических характеристик привода включает в себя определения коэффициента мощности, потерь и КПД ЭП.

 

Проверка правильности выбора двигателя осуществляется на основе построенных нагрузочных диаграмм. Проверка правильности двигателя осуществляется косвенными методами. К ним относят метод средних потерь и методы эквивалентных величин - тока, мощности, момента. Суть методов излагалась в "Теории электропривода".

 

Выбор аппаратов управления и защиты включает выбор автоматических выключателей, магнитных пускателей, защитных реле [с. 16-18, 3]. В случае использования высоковольтного электропривода должно быть выбрано высоковольтное оборудование (силовой выключатель, разъединитель, отделитель, измерительные трансформаторы) после составления схемы питания и расчета токов короткого замыкания.

В схемах управления асинхронными двигателями применяют нулевую, максимально-токовую и тепловую защиты. Нулевая защита осуществляется линейными контакторами, реле напряжения и автоматическими выключателями с нулевыми расцепителями. Максимально-токовая защита обеспечивается плавкими предохранителями и автоматическими выключателями и максимально-токовыми расцепителами. Тепловая защита, защищающая двигатель от перегрузки, осуществляется тепловыми или максимально-токовыми реле, а также автоматическими выключателями.

Блокировки в электрических схемах исключают ложные и аварийные выключения аппаратов и повышают надежность работы схем. Блокировки разделяют на внутренние и внешние.

Внутренние блокировки применяют, например, в реверсивных схемах, для предотвращения одновременного включения направления движения "Вперед" и "Назад".  Такая же блокировка применятся в схемах динамического торможения.

Внешние блокировки дают разрешение или запрещение работы одного электропривода при работающем или неработающем другом одного или нескольких механизмов, связанных общим технологическим процессом.

Сигнализация, применяемая в схемах электроприводов разделяется на контрольную, технологическую и аварийную. Контрольная сигнализация контролирует наличие того. или иного сигнала или напряжения питания. Технологическая сигнализация указывает последовательность операций, совершаемых схемой электропривода. Аварийная сигнализация указывает аварийное состояние или действие той или иной защиты.

Сигнализация и блокировки могут быть заведены в программируемый контроллер.

 

В разделе "Оценка качества электропривода" производится  соответствие  спроектированного электропривода требованиям, предъявляемым к электроприводу. Здесь же необходимо привести основные показатели  спроектированного автоматизированного электропривода, сделать вывод о возможности использования для конкретного технологического оборудования.

 

Графическая часть проекта

 

    Графическая часть проекта содержит два листа формата А1, и может включать в себя следующие чертежи:

  •  общий вид оборудования с указанием габаритных размеров, места расположения двигателей, датчиков и устройств автоматики;

  • функциональные, кинематические и технологические схемы оборудования;

  • структурные схемы электропривода в целом или силовой части и системы управления по отдельности;

  • принципиальные схемы электропривода;

  • статические, динамические характеристики электропривода;

  • нагрузочные диаграммы, тахограммы;

  • алгоритмы расчетов на ЭВМ.

Примеры листов графической части

 

Лист 1Лист 2

 

Выполненный курсовой проект сдается на кафедру для проверки. После проверки проводится защита. Для защиты курсового проекта желательно выполнить презентацию, где в краткой форме осветить основные положения выполненного проекта.

 

Пример презентации

 

.

 

 

 

Данный ресурс является собственностью кафедры ЭАПУ