Sisteme de Actionare Electrica

Embed Size (px)

Citation preview

Universitatea Dunrea de Jos - Galai Facultatea de Inginerie Electric

PROIECT SISTEME DE ACTIONARE ELECTRICA

Profesor ndrumtor: Paduraru Romeo

Student: Grupa 2531 B

1

Consideraii privind alegerea motoarelor electrice alimentate prin intermediul convertizoarelor statice de frecven1. Generaliti Problema alegerii motorului electric apare fie n cadrul proiectului unui obiectiv nou, fie n cadrul modernizrii unui obiectiv existent care funcioneaz cu costuri ridicate. n primul caz se poate utiliza informaia furnizat de ctre proiectele existente ale unor obiective similare iar n cazul al doilea se poate apela la datele experimentale care se pot preleva din instalaia existent. Alegerea motorului electric de actionare presupune: Stabilirea tipului acionrii (n curent continuu sau alternativ); Nivelul tensiunii de alimentare (joas tensiune sau nalt tensiune); Forma constructiv (construcie normal, construcie nchis pentru zonele umede, construcie metalurgic, naval, antiexploziv, cu autoventilaie sau cu ventilaie forat, etc); Serviciul real de funcionare al motorului i raportarea acestui serviciu la serviciul tip standardizat; Puterea nominal a motorului corespunztoare serviciului tip determinat; Alegerea convertizorului static asociat motorului; Alegera aparatajului de comutaie i de protecie pentru motor i convertizor n funcie de puterea de scurtcircuit la barele de alimentare; Alegerea traductoarelor i adaptarea structurii sistemului de reglare pentru curent (cuplu), flux, vitez (acceleraie) i poziie (unghi); Stabilirea interfeei om-main i a comunicaiei cu sistemul ierarhic superior. Echipamentele actuale pentru sistemele de acionare electric sunt larg integrate n sensul c este suficient s se stabileasc opiunile si structura sistemului de reglare, s se calibreze informaia primit de la traductoare innd cont de parametrii motorului ales, buclele de reglare interioare fiind autoacordate la punerea n funciune a sistemului de acionare. De obicei buclele exterioare sunt preluate de ctre caculatorul ierarhic superior i funcioneaz conform algoritmului orientat pe aplicaia concret. Echipamentul unui sistem de acionare electric face parte, n cadrul aplicaiilor industriale moderne din sistemul general de conducere ierarhizat. Buclele interioare ale acionrii (bucla de curent sau de cuplu i bucla de vitez) sunt situate la nivelul zero n cadrul sistemului ierarhizat. Funciile speciale ale acionrii cum ar fi urmrirea unei traiectorii, interblocajele cu celelalte mecanisme din cadrul fluxului tehnologic sunt preluate de ctre calculatorul de proces situate la nivelul unu al ierarhizrii. n sfrit funciile de ntocmire a programului de fabricaie i optimizarea acestuia sunt situate pe nivelul doi al ierarhizrii. Revenind la problema alegerii puterii motorului de actionare aceasta este aparent o problem simpl dar cu implicaii economice mari. Problema se pune n general astfel: s se determine puterea nominal a motorului care pentru un program de fabricaie respectiv de productivitate dat, s nu se depeasc capacitatea termic a motorului. Din aceast condiie general rezult tendina supradimensionrii astfel nct motorul s funcioneze deseori cu mult sub capacitatea termic. n acest caz apar consumuri specifice mari de 2

energie electric pe seama randamentului sczut al conversiei energiei n domenii de puteri mici. innd cont c durata de exploatare a unui motor electric depete 30 ani, costurile energetice integrate pe aceast durat depesc cu mult costul iniial al investiiei la achiziionarea motorului. Capacitatea termic a motorului este corelat cu sistemul de rcire care poate s fie prin autoventilaie, cu ventilaie forat cu aer de rcire la temperatura ambiant, respective cu aer de rcire la temperatur joas, obinut prin intermediul unei instalatii frigorifice. Cu ct sistemul de rcire este mai eficient, cu att puterea nominal a motorului crete. Se poate imagina urmtoarea soluie tehnic de utilizare raional a unui motor electric din cadrul unui flux tehnologic de fabricaie: n regim de productivitate redus motorul funcioneaz autoventilat, la productivitate medie se pune n funcionare ventilaia forat iar n regim de productivitate maxim se pune n funciune instalaia frigorific pentru mrirea eficienei sistemului de ventilaie forat a motorului de acionare. n acest mod se poate menine randamentul conversiei la un nivel nalt pentru o gam larg a regimurilor de funcionare, economiile provenind din faptul c motorul funcionnd n aceast manier are puterea nominal de catalog i gabaritul mult diminuate. Sistemele de acionare electric cu m.a. alimentate cu tensiuni i frecvene variabile permit obinerea unor regimuri de funcionare ntr-o gam larg de viteze i din acest punct de vedere sunt similare motoarelor de curent continuu alimentate prin intermediul redresoarelor comandate, exceptnd faptul c vitezele maxime ale m.a. sunt cu mult superioare fa de mainile de curent continuu . n raport cu reeaua electric de alimentare cele dou tipuri de acionri se comport diferit. Convertizorul static de frecven fiind conectat la reea prin intermediul unui redresor necomandat este practic un receptor cu factor de putere unitar. Din acest motiv este uor de artat c pe msur ce viteza acionrii scade se micoreaz i curentul I absorbit din reea dac cuplul se menine constant. Puterea activ n aceste condiii este: P=3UIcos 3UI unde tensiunea U a reelei se presupune c este constant. Puterea activ la bornele motorului, neglijnd pierderile din stator se poate aproxima cu puterea electromagnetic 3UI =kM1 unde constanta k ine cont de parametrii transformatorului de alimentare a convertizorului i ai circuitului intermediar. La sistemele de acionare cu U i variabili, chiar i n regim dinamic alunecarea este mic, deci 1 . Rezult n final: M=3UI/k1 Deci pentru M i U constante, rezult I/=constant. n cazul unei acionri n c.c. cu redresor comandat, pentru cuplu M constant, curentul absorbit din reea este de asemenea constant, deoarece factorul de putere este variabil. Pe msur ce viteza scade crete unghiul de comand pe gril i scade factorul de putere, deoarece cos cos cuplul fiind mereu egal cu M=KI indiferent de mrimea vitezei . n figura 1 s-au reprezentat diagramele curenilor I absorbii din reeaua de alimentare pentru cele dou tipuri de acionri analizate n cazul funcionrii la cuplul nominal constant.

3

Fig. 1. Variaia curentului absorbit din reea n cazul acionrii cu m.a. i respectiv mainii de c.c. n regimuri de vitez variabil la cuplul constant Prin aceast analiz s-a scos n eviden avantajul major al consumatorilor care funcioneaz cu factor de putere mare: diminuarea pierderilor n cuprul cablurilor de alimentare i deci mrirea capacitii de transport a energiei n reeaua de alimentare fr utilizarea unor instalaii de compensare a factorului de putere. Deci din acest punct de vedere la alegerea unui motor de acionare trebuie s se opteze pentru acionarea n curent alternativ. Motorul asincron cu rotorul n scurtcircuit este cel mai ieftin motor de acionare. Acest motor are dimensiunile standardizate la nivelul normelor Comitetului Electrotehnic Internaional (CEI) conform figurii 2.

4

Fig. 2. Dimensiunile normalizate ale motoarelor electrice asincrone cu rotorul n scurtcircuit conform normelor IEC Aceast standardizare are avantaje economice importante deoarece aprovizionarea se poate face din orice parte a globului (de exemplu un motor asincron naval poate s fie nlocuit n orice port important de pe glob) iar stocul de motoare de rezerv poate fi meninut la minimum.

2. Alegerea puterii motoarelor electrice pentru mecanismele de ridicare i coborre a sarcinilor mecanice Informaia cea mai important pentru alegerea puterii motorului electric este coninut n diagramele cuplului static i vitezei pentru un ciclu tipic de funcionare. n practic se utilizeaz o mare varietate de cicluri de funcionare, dintre acestea reinndu-se ciclul tipic. De exemplu un ciclu tipic (reprezentativ) de funcionare al mecanismelor de ridicare-coborre a sarcinilor mecanice se compune din urmtoarele 4 operaiuni fiecare urmat de cte o pauz: ridicarea sarcinii nominale la nlimea maxim, respectiv coborrea ei la cota minim, ridicarea n gol la cota maxim i respectiv coborrea ei la cota minim. Evident c n practic ciclurile reale sunt diferite, dar experiena a confirmat c ciclul tipic poate s constituie o baz pentru calculul puterii motorului electric.

5

Fig. 3. Diagrama tipic de sarcin n regimul staionar pentru un mecanism de ridicare-coborre Cunoaterea diagramei de sarcin, permite calcularea duratei de acionare: t1 + t 2 + t 3 + t 4 DA%= 100 Tc unde t1, t2, t3, t4 sunt timpii de funcionare din cadrul ciclului cu perioada Tc. Cunoaterea duratei de acionare DA% i perioadei Tc a ciclului, permite determinarea serviciului tip pentru motorul electric. n catalogul pentru motoarele electrice puterile nominale sunt raportate la serviciul tip i la durata DA de acionare. ncadrarea n serviciul de funcionare tip se poate face n aceast etap dup urmtoarele criterii: Serviciul continuu S1 dac DA>60% i Tc>>10 minute; Serviciul de scurt durat S2 dac DA0, iar la frnare PeDA% STAS ,n, p, S x ; S x -serviviu de functionare; S 4 sau S5 - serviciu intermitent;v= H H 10.45 t = = t = 1.89 t v 5.52

M e2 =M e2 =

1 2 2 * ( M 12 t1 + M 2 t 2 + M 32t3 + M 4 t 4 ) 600

1 * (813.9 2 * 113.4 + 693.8 2 * 113.4 + 597.6 2 * 113.4 + 421.12 * 113.4) 600

16

M e2 =

1 * (75119924 ..9 + 54586042 .6 + 40498054 .4 + 20108678 .8) 600

M e = 190312 .70 = 436 .2 N

Pe = M E * Pe = 436.2 *157 = 68483.4DA% = 4 *113.4 *100 = 75.6% 600

PeDA% STAS = Pe

75.6 PeDA% STAS = 68.5 * 1.12 = 76.7kw 60

Alegerea motorului: Tipul motorului: 280M-4 / P=90kW Viteza de rotatie: 1483 r/min Eficienta: 94.5% Factor de putere: 0.88 Curent I N =157 Turatia TN =483 Momentul de inertie J=1.29[kg m 2 ] Masa=610kg

Etapa 2: Verificarea Motorului

17

Se calculeaza diagrama cuplurilor statice d M AK = M K + j M AK = M K + 249,395 dt k={1,,4}

j = jmotor ( cata log) + jreductor + jtranslatiej motor = alegem din catalog

j reductor = (0.5,...,1.5) j motor Q + Q0 v 2 582000 0.008 jtranslatie = * 2 * = 0.019 g 10 23994 t a = (0.5,..., 2) s t a =timp de accelerare d N ; = * turatia(1483rot / min) dt ta 2M FK = M K j d M FK = M K 249,395 dt

Observatii: M K = cuplurile statice( M 1 , M 2 , M 3 , M 4 ) t f = t a ; t f =timpul de franare; t a =timp de accelerare4 4 1 4 2 2 2 M = ( M k t k + M Ak t a + M Fk t f ) Tc k =1 k =1 k =1 2 e

Pe = M E * Pe < PN Pe = M e * M MAX (calcul ) < M Max (catalog)

j = jmotor + jreductor + jtranslatie = 1.29 + 1.29 + 0.019 = 2.599

d = 249 .395 dt M A1 = M 1 + 249.395 M A1 = 373.395 j*18

M A2 = M 2 + 249.395 M A 2 = 349.285 M A3 = M 3 + 249.395 M A3 = 329.365

M A4 = M 4 + 249.395 M A 4 = 305.365 M F 1 = 125.395 tk = 97,91 , t a = t f = 1 M F 2 = 149.535M F 3 = 169.425

M F 4 = 193.425M e2 = 1 *[1505464.16+976360.43+626154.12+306716,87+143940,56+122 600

000.01+108481.3+93247+15723.9+22360+28704,83+37413.23]=

427930 ,27 + 3558636 ,14 4016566 .41 M e = 6694,27735 M e = 81.81 = 600 600 Pe = M e Pe = 81.81*155 Pe = 12680,55 Pe = 12 Kw Pe = PN

Etapa 3: Alegerea convertzorului

19

VLT5075 Typcal shoft output: PVLT,N: High over torque (100%): 55[kw] Normal over torque (110%): 75[kw] Maxim constant out put curent: PVLT,N High over torque (160%): 100[A] Normal over torque (110%): 147[A] Maxim constant output at 415 VSVLT,N High over torque (160%): 73[kvA] Normal over torque (110%): 102[kvA] Parameters descriptial 101 102 103 104 105 106 Torque caracteristics Motor power Motor voltage Motor freqvency Motor curent Start freqvency Factory settings High constant torque Depends on the unit Depends the unit 50/60Hz Range Changes Setup Convertio during n operation Yes Yes 0 No No No Yes Yes Yes Yes Yes 1 0 0 -2 -1 Data type 5 6 6 6 7 5

0.18600kw 200600v

Depends 0.01No an the IVLT,N unit 0.0Hz 0.0Yes 0.0Hz

Schema de forta pentru actionare standard

20

K1I