Учебная работа. Разработка системы управления электроприводом лифта

Учебная работа. Разработка системы управления электроприводом лифта

Введение

сейчас уже тяжело представить для себя украинский город без работающего вертикального транспорта. Для большого количества людей обычная работа лифтового хозяйства является синонимом обычной жизни. Высококачественная работа лифтов и подъемных устройств и их надежность остается одним из главных качеств в деле обеспечения сохранности жилых и публичных спостроек, потому нужно непрерывное развитие и Модернизация лифтового оборудования.

Лифт — механизм вертикального транспорта, созданный для транспортировки пассажиров и грузов в жилых и производственных помещениях. Обширное распространение использования лифтового электропривода в индустрии и в ежедневной жизни, описывает лифт как более всераспространенный вид вертикального транспорта.

Наблюдаемая в крайнее время тенденция к увеличению этажности спостроек в городках, также к уюту передвижения в лифтах ведёт к усложнению систем управления действием передвижения. Благодаря развитию современных микропроцессорных систем управления данные задачки удачно решаются в истинное время.

Современный лифт — это сложное электромеханическое устройство, работающее в автоматическом режиме по установленной программке. программка работы лифта определяется дейтсвиями пассажиров, местонахождением и положением (свободна либо занята) кабины и регламентируется с помощью системы управления лифтом.

Система управления лифтом обязана решать задачки неопасного и удобного передвижения пасажиров. Передвижение обязано осуществяться с допустимым убыстрением, требуемой скоростью и отсутствие осязаемых рывков. Для выполнения приведённых требований нужно получать информацию о положении и скорости движения кабины при помощи разных датчиков.

Огромное внимание нужно уделить вопросцу сохранности передвижения в вариантах пожаров и землетрясений, обрыва канатов, срабатывания ловителей.

Современные тенденции развития электропривода лебёдки и лифтового оборудования ориентированы в сторону отказа от машинного помещения и сотворения автономной конструкции лифта. Другими словами, лифт содержит внутри себя все механизмы передвижения, включая лебёдку.

Также необходимо подчеркнуть немаловажную роль возможности системы управления приостановить кабину с точностью на данном уровне.

В истинное время в нашей стране стоит неувязка подмены устаревшего лифтового оборудования. Подмены редукторного электропривода с релейно-контакторной системой управления. Целенаправлено употреблять имеющегося шахтного оборудования и проводки, произвести подмену только системы управления и приводные механизмы дверей и лебёдки лифта.

Также следует направить внимание на внедрение системы управления не только лишь для модернизации имеющегося лифтового оборудования, да и внедрение в новеньком строительстве.

В данном курсовом проекте будет разработана более лучшая система управления электроприводом лифта.

1. Теоретическая часть

1.1 Общие положения

Электроприводом именуется электромеханическая система, созданная для приведения в движение рабочих органов машин и устройств и управления их технологическим действием, состоящая из электродвигателя, преобразовательного устройства, устройства управления и передаточного устройства.

Многофункциональная схема автоматического электропривода представлена на рис. 1.1

Набросок 1.1 — многофункциональная схема автоматического электропривода

На рис. 1.1 приняты последующие обозначения

ПрУ — преобразовательное устройство;

СПУ — силовое преобразовательное устройство;

ИСУ — информационная система управления;

ЭМП — электромеханический преобразователь;

РД — ротор мотора;

ПУ — передаточное устройство;

ИМ — рабочий орган исполнительного механизма;

ЗУ — задающие устройства;

ДОС — датчики оборотной связи.

Как надо из определения понятия «Электропривод», так и из его многофункциональной схемы электропривод состоит из 4 главных частей:

— электронного мотора;

— силового преобразовательного устройства;

— передаточного устройства;

— системы управления.

Сначала разглядим кратко составные части электропривода.

Электронные движки предусмотрены для преобразования электронной энергии в механическую. На рис. 1.1 электронный движок состоит из 2-ух частей: электромеханического преобразователя энергии ЭМП, модифицирующего электронную энергию в электромагнитную, и ротора мотора РД, в каком электромагнитная энергия преобразуется в механическую. движок развивает момент M на валу ротора, который вращается с угловой скоростью щ.

По роду потребляемого тока электронные машинки делятся на:

— движки неизменного тока;

— движки переменного тока.

Различают последующие электродвигатели неизменного тока:

— независящего возбуждения;

— параллельного возбуждения;

— поочередного возбуждения;

— смешанного возбуждения;

— с возбуждением от неизменных магнитов;

— с полым немагнитным якорем;

— с печатным якорем;

— с полупроводниковым коммутатором;

— магнитогидродинамические электродвигатели и т.д.

Электроприводы переменного тока могут быть реализованы на базе последующих электродвигателей:

— асинхронных с короткозамкнутым ротором;

— асинхронных с фазным ротором;

— синхронных с независящим возбуждением;

— синхронных с неизменными магнитами;

— однофазных асинхронных движков;

— двойного питания;

— реактивных синхронных;

— синхронных гистерезисных;

— редукторных;

— линейных;

— коллекторных переменного тока;

— электровибрационных;

— емкостных и т.д.

Силовые преобразовательные устройства СПУ могут быть выполнены на базе последующих устройств:

— электромашинных преобразователей;

— электромагнитных преобразователей;

— полупроводниковых преобразователей.

Передаточные устройства ПУ предусмотрены для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному механизму ИМ и согласования вида и нрава движения электродвигателя и рабочего органа исполнительного механизма. Более соответствующие типы передаточных устройств:

— редукторы;

— цепные передачи;

— ременные передачи;

— планетарные системы;

— кулисные механизмы;

— шарико-винтовая передача;

— электромагнитные муфты скольжения и т.д.

системы управления электропривода представляют собой совокупа управляющих и информационных систем, созданных для управления электроприводом с целью обеспечения данного движения рабочего органа исполнительного механизма. Принципно системы управления различаются по уровню главных функций, которые они делают:

— запуск, реверс, торможение, также поддержание угловой скорости с низкой точностью в статике и динамике. Такую функцию делают разомкнутые релейно-контакторные системы управления электроприводов неизменного и переменного тока;

— поддержание скорости с высочайшей точностью в статике, а так же формирование требуемых переходных действий. Такую функцию делают системы «преобразователь — движок» с разными оборотными связями, к примеру, по скорости, току мотора, напряжению преобразователя;

— слежение за хоть какими, произвольно изменяемыми входными действиями. Эту функцию делают следящие системы;

— отработка данной программки. Такую функцию делают системы программного управления;

— выбор хороших режимов работы. Эту функцию делают адаптивные системы управления — автоматом изменяющие свою структуру либо характеристики системы управления с целью, к примеру, выработки хороших режимов работы.

Выбор системы управления определяется как технологическим действием, так и технико-экономическими обоснованиями.

1.2 Современный автоматический электропривод и тенденции его развития

Современный автоматический электропривод фактически на сто процентов отвечает требованиям индустрии, сельского хозяйства и науки по требуемой мощности, спектру регулирования скорости и плавности ее регулирования.

Пределы мощности применяемых машин в электроприводах очень широки — от 10-ов тыщ киловатт до толикой ватт.

В 70-е годы ХХ века разработаны и в неких вариантах выпускаются до реального времени в промышленных масштабах станочные электронные приводы неизменного тока с транзисторными и тиристорными преобразователями с спектром регулирования скорости до 1: (10000 — 30000) и наиболее.

В истинное время основная цель серийно выпускаемых и вновь разрабатываемых электроприводов ориентирована сначала на повышение их надежности, уменьшение массогабаритных характеристик, цены и эксплуатационных расходов. Главные разработки современных электроприводов проводятся на базе электронных машин переменного тока.

Новейшие системы электроприводов переменного тока получили распространение в связи с предстоящим развитием микропроцессорной техники и силовой полупроводниковой техники на на сто процентов управляемых тиристорах (GTO) и новейших поколений транзисторов, до этого всего биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и МДП-транзисторов с индуцированным каналом (MOSFET).

На современной элементной базе получили возможность реализации последующие системы электроприводов:

— для асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором — системы фазового управления (регулирование угловой скорости конфигурацией напряжения), частотное регулирование (конкретный преобразователь частоты, автономный инвертор напряжения, автономный инвертор тока), частотно-токовое управление;

— для асинхронного мотора с фазным ротором — фазовое управление, частотное управление в режиме машинки двойного питания, каскадные схемы, системы с импульсным управлением в цепи выпрямленного тока ротора;

— для синхронных движков — частотное управление, частотно-токовое управление, вентильный электропривод.

Для регулируемого электропривода переменного тока возникла необходимость разработки особых конструкций электронных машин переменного тока для регулирования угловой скорости, различающихся от серийно выпускаемых асинхронных и синхронных движков созданных для работы с неизменной скоростью. Это становится нужным, в главном, из-за перегрева машин на угловых скоростях хороших от номинальной скорости. Комплектные электро-привода должны гарантированно обеспечивать работу в данном спектре скоростей без перегрева мотора и преобразователя.

1.3 Движки неизменного тока

Движки неизменного тока употребляются в прецизионных приводах, требующих плавного регулирования частоты вращения в широком спектре.

характеристики мотора неизменного тока, так же как и генераторов, определяются методом возбуждения и схемой включения обмоток возбуждения. По способу возбуждения можно поделить движки неизменного тока на движки с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.

Движки с электромагнитным возбуждением разделяются на движки с параллельным, поочередным, смешанным и независящим возбуждением.

электронные машинки неизменного тока обратимы, другими словами, вероятна их работа в качестве движков либо генераторов.

к примеру, если в системе управления с внедрением генератора в оборотной связи отсоединить генератор от первичного мотора и подвести напряжение к обмоткам якоря и возбуждения, то якорь начнет вращаться и машинка будет работать как движок неизменного тока, преобразуя электронную энергию в механическую. Движки независящего возбуждения более много удовлетворяют главным требованиям к исполнительным движкам самоторможение мотора при снятии сигнала управления, широкий спектр регулирования частоты вращения, линейность механических и регулировочных черт, устойчивость работы во всем спектре вращения, малая мощность управления, высочайшее быстродействие, малые габариты и масса.

Но движки неизменного тока имеют значительные недочеты, накладывающие ограничение на область их внедрения малый срок службы щеточного устройства из-за наличия скользящего контакта меж щетками и коллектором, скользящий контакт является источником радиопомех.

Набросок 1.2 — структурная схема мотора независящего возбуждения

Подставим в уравнение второго закона Кирхгофа для якорной цепи Iя и Ея получим

, (1.1)

, (1.2)

где Rя — якорное сопротивление,

Rд — дополнительное сопротивление.

Электродвижущая сила (ЭДС) якоря — Ея пропорциональна угловой скорости -щ, связь меж ЭДС и угловой скоростью, а так же меж крутящим моментом М и Iя в системе единиц СИ определяется единым электромагнитным коэффициентом

, (1.3)

где р — число пар полюсов мотора,

N — число проводников обмотки якоря,

a — число пар параллельных веток обмотки якоря,

Ф — магнитный поток.

При этом,

, (1.4)

где а — конструктивный коэффициент.

, (1.5)

, (1.6)

тогда E якоря

, (1.7)

а момент

, (1.8)

и напряжение, подаваемое на движок

, (1.9)

Откуда

, (1.10)

механическая черта мотора неизменного тока записывается в виде

. (1.11)

Как следует, механическая черта при Ф = const представляет собой прямую линию. Угловую скорость, подобающую при М = 0 и номинальном напряжении — Uном запишем в виде

. (1.12)

Эту скорость именуют угловой скоростью безупречного холостого хода.

Набросок 1.3 — механические свойства в двигательном режиме

Разглядим установившиеся режимы работы мотора неизменного тока для варианта соответственного неизменному моменту сопротивления.

Таковая схема нагружения мотора неизменного тока соответствует подъему либо спуску неизменного груза.

Набросок 1.4 — структурная схема нагружения мотора неизменного тока для неизменного момента нагружения

Разглядим обобщенные механические свойства мотора неизменного тока

Набросок 1.5 — механическая черта мотора неизменного тока

В первом квадранте движок неизменного тока находится в двигательном режиме и потребляет энергию из сети. При вращении якоря со скоростью w>w0 движок неизменного тока перебегает из двигательного режима с моментом М>0 (1-ый квадрант) в генераторный режим (2-ой квадрант) с отрицательным крутящим моментом (якорь вращается перпендикулярно, к примеру, под действием инерции исполнительного механизма). При всем этом момент М<0 и Iя<0, т.е. движок неизменного тока дает энергию в сеть.

Положив в выражение для механической свойства w=0 и R=Rя, U=Uном, получим пусковой момент

(1.13)

Потому что пусковой ток

, (1.14)

то

. (1.15)

При включении мотора без дополнительного резистора (естественная черта — 1) груз поднимается со скоростью мотора w1. При включении дополнительного резистора (искусственная черта — 2) груз не подвижен (w2=0). При работе мотора в режиме, определяемом чертой 3, груз опускается со скоростью w1, искусственная черта 4 соответствует режиму динамического торможения, заключающемуся в отсоединении якорной цепи от источника и замыкании ее на дополнительный резистор, черта 5 подобна характеристике 2, но напряжение U=Uном, черта 6 параллельна свойства 1 и соответствует во 2-м квадранте противовключению при подаче напряжения U=Uном.

2. Практическая часть

2.1 Построение структурной схемы АЭП

Для построения структурной схемы, нужно проанализировать работу данного механизма — лифта.

Набросок 2.1 — структурная схема электропривода

Схема состоит из последующих частей:

­ панель управления;

­ ПИД-регулятор;

­ ДПТ;

­ барабан;

­ кабина лифта;

­ оборотная связь по току с отсечкой;

­ тахогенератор;

­ датчик перемещения.

Панель управления(ПУ) содержит клавиши вызова лифта и экран, на котором отображается информация о положении лифта. С ПУ сигнал поступает на ПИД-регулятор, который является многофункциональной частью схемы. С его помощью происходит управление входным сигналом электропривода и задание режимов работы. Дальше сигнал идет на движок неизменного тока, который приводит в движение барабан с тросом, и поднимает(опускает) кабину лифта.

В схеме находятся три оборотные связи:

­ по току с отсечкой;

­ по перемещению кабины лифта;

­ по скорости вращения ротора мотора.

Для контроля перемещения кабины лифта можно употреблять фотоэлектрический датчик перемещений. Датчики такового типа разрешают надзирать перемещения на любые расстояния.

Для контроля скорости вращения ротора можно употреблять тахогенератор. Он определяет угловую скорость ротора и подает эту величину со знаком «минус» на ПИД-регулятор, что приводит к изменению управляющего сигнала и стабилизации скорости вращения ротора.

Для контроля величины тока якорной обмотки употребляется оборотная связь по току с отсечкой. С ее помощью «обрезаются» огромные пусковые токи, что уменьшает возможность поломки мотора из-за высочайшего значения входного тока.

2.2 Синтез математической модели объекта

Разглядим «физику» процесса перемещения кабины лифта.

Составим уравнение, используя 2-ой законНьютона

? F(t)=m(t)·a(t) (2.1)

где ;

,

g — убыстрение вольного падения, g=9.81 м/с2.

;

ml — масса кабины лифта, ml=450 кг;

mnm — масса метра троса, mnm=8 (кг/м);

Fg(t) — сила, развиваемая движком, ;

— сила трения в подшипниках, ;

— момент мотора;

— радиус барабана, м;

— коэффициент трения в подшипниках, .

Тогда дифференциальное уравнение системы будет иметь вид:

(2.2)

Преобразуем это уравнение в наиболее удачный вид и построим его визуальную модель в среде Simulink.

(2.3)

Набросок 2.2 — зрительная модель дифференциального уравнения системы.

2.3 Расчет характеристик ДПТ

Сопротивление обмотки якоря определяется по закону Ома для участка цепи:

(2.4)

(Ом)

Индуктивность обмотки якоря:

(2.5)

(Гн)

Индуктивность обмотки возбуждения:

(2.6)

(Гн)

Обоюдная индуктивность меж цепью якоря и цепью обмотки возбуждения:

(2.7)

(Гн)

Утраты мощности ДПТ складываются из механических утрат и электромагнитных утрат.

Механические утраты определяются от номинальной мощности ДПТ:

(2.8)

(Вт)

Коэффициент вязкого трения:

(2.9)

Коэффициент сухого трения:

(2.10)

2.4 Построение в MatLab релейной схемы управления

Набросок 2.3 — релейная схема управления электроприводом

Промоделировав полученную схему, мы получили:

Набросок 2.4 — угловая скорость вращения ротора

движок разгоняется до скорости 32 рад/сек за четыре шага, время регулирования t=32 с.

Набросок 2.5 — ток якоря

Пусковой ток за 32 секунды устанавливается в 24.7 А.

Набросок 2.6 — график переходного процесса электропривода

Набросок 2.7 — механическая черта ДПТ

движок имеет четырехступную механическую характеристику.

Набросок 2.8 — механическая черта электропривода

2.5 Построение в MatLab схемы управления с регулированием по скорости

Набросок 2.9 — схема управления электроприводом по скорости

Промоделировав полученную схему, мы получили:

Набросок 2.10 — угловая скорость вращения ротора

Как и в прошедшем способе регулирования, движок разгоняется до скорости 32 рад/сек. время регулирования t=2 с.

Набросок 2.11 — ток якоря

ток якоря добивается установившегося значения 24.7 А за 2 секунды.

Набросок 2.12 — график переходного процесса электропривода

Набросок 2.13 — механическая черта ДПТ

Набросок 2.14 — механическая черта электропривода

2.6 Построение в MatLab схемы управления с ПИД-регулятором

Набросок 2.15 — схема управления электроприводом с помощью ПИД-регулятора

Промоделировав полученную схему, мы получили:

Набросок 2.16 — угловая скорость вращения ротора

движок с ПИД-регулятором разгоняется до скорости 1800 рад/сек за 20 секунд.

Набросок 2.17 — ток якоря

Значение тока якоря составляет 1280 А.

Набросок 2.18 — график переходного процесса электропривода.

Переходный процесс добивается установившегося режима за 15 секунд.

Набросок 2.19 — механическая черта ДПТ

Набросок 2.20 — механическая черта электропривода

2.7 Сравнительный анализ разработанных систем управления

Аспект

Релейная система

Регулирование по скорости

ПИД-регулятор

Скорость вращения ротора, С-1

32.1

32.1

1777

ток якоря, А

23.1

23.2

1282

Момент вращения ротора, о/мин

37.6

37.6

2080

время регулирования, с

32

2

20

Выводы

В данном курсовом проекте я разработал систему автоматического управления электроприводом грузового лифта с движком неизменного тока. Были создано три системы управления: релейная система, система регулирования по скорости и система регулирования с ПИД-регулятором. Также были построены в среде Simulink имитационные модели для каждой из систем. Опосля моделирования я получил графики выходных черт электропривода и по сиим данным сделал анализ систем и избрал наилучшую.

Для регулирования электропривода лифта более прибыльно употреблять ПИД-регулятор, поэтому что в данном случае мы получаем наиболее высочайшие выходные свойства за наименьшее время, по сопоставлению с иными системами управления. Также лишь при помощи этого способа регулирования система устойчива и можно достигнуть хотимого результата. Но, ПИД-регулятор имеет недочет — высочайший пусковой ток, который приводит к огромным энергетическим затратам для реализации этого метода регулирования.

Перечень использованных источников и литературы

1. Дементьев Ю.Н., Чернышев А.Ю., Чернышев И.А. «Автоматический электропривод: Учебное пособие» — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 224 с.

2. HTTP://freepapers.ru

3. http://energo20.ru

4. А.А. Осьмачко «Лабораторный практикум по дисциплине «Автоматический электропривод» — Харьков: ХНАДУ, 2008. — 40 с.

5. Конспект лекций по дисциплине «Автоматический электропривод».

]]>