Газиз

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра ЭиАПУ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1,2,3

По дисциплине: «Элементы автоматизированного электропривода»

Тема: «Расчет элементов электропривода по схеме ТП-Д»

Специальность: 5В071800 – Электроэнергетика

Выполнил: Кунпеисов Г.

Группа: ЭУ-13

№ зачетной книжки: 134211

Приняла: ст. преп. Кузьмин Ю.В.

Алматы 2016

Исходные данные двигателя П52

Мощность P,кВт	1
Скорость, n,об/мин	3000
Номинальное напряжение , В	220
Схема преобразователя	3-х ф. нулевая
Номинальный ток якоря ,А	12,5
Момент инерции двигателя Jдв, кг/м^2	0,052

1.1 Выбор электродвигателя и преобразователя

В соответствии с заданием выбираем электродвигатель постоянного тока.

Выбираем электродвигатель серии П52 двигатель постоянного тока. Для электроприводов, работающих с частыми пусками, реверсами, и торможениями, широко применяется реверсивная схема «тиристорный преобразователь-двигатель» (ТП-Д) состоящая из двух встречно-параллельных групп тиристоров, обеспечивающих изменение тока якоря двигателя.

На рисунке 1.1 изображена принципиальная схема силовой цепи реверсивного электропривода по системе ТП-Д.

В комплект привода входят: силовой трансформатор ТС, обеспечивающий получение вторичного напряжения, соответствующего номинальному напряжения двигателя; тиристорный преобразователь ТП с тиристорами, управительные дроссели, выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя ОВД.

Тиристорный преобразователь состоит из двух групп вентилей, включенных по трехфазной нулевой встречно параллельной схеме (встречно по отношению к друг-другу, параллельно якорю двигателя)

ά₁+ά₂ =180⁰,

где ά₁и ά₂ – углы управления соответственно первой и второй группами вентилей, отсчитываемые от моментов естественного открывания тиристоров.

Регулировочные характеристики системы управления представляют зависимости

Е_п =f(U_Ў) и Е_п =f₁(U_Ў).

Расчет элементов и параметров ТП при известных номинальных значениях тока I_н и напряжении U двигателя производится в следующем порядке, считая, что

I_d =12,5 А и U_d = U_н =220 В.

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема силовой цепи электропривода по системе ТП-Д

1.2 Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов, напряжения и типовой мощности трансформатора

Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

U_2Фрасч =k_u · k_с · k_а· k_г · U_d В,

где k_u - расчетный коэффициент, характеризующий соотношение напряжений U_2ф / U_dо в реальном выпрямителе. Для трехфазной нулевой схемы k_u = 0,922;

k_с – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети до U = 0,9 U_н

Принимаем k_с = 1,05;

k_а – коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при максимальном управляющем сигнале, принимаем k_а = 1,05;

k_г – коэффициент запаса по напряжению учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора и в вентилях, принимаем k_г = 1,05.

U_2фрасч = 0,922·1,05·1,05·1,05·220 = 234,8 В.

Расчетное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I_2расч = k_I · k_i · I_d А,

где k_I – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I_2ф /I_d в идеальном выпрямителе, принимаем k_I = 0,578;

k_i – коэффициент учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной, принимаем k_i =1,05.

I_2расч = 0,578 · 1,05 · 12,5 = 7,59 А.

Расчетная типовая мощность трансформатора

S_T =k_s· k_u· k_a· k_i· U_d· I_d· 10^-3 кВА,

где k_s – коэффициент схемы, характеризующий, соотношение мощностей для идеального выпрямителя принимаем - k_s = 1,45.

S_T = 1,45·0,922·1,05·1,05·220·12,5·10^-3 = 4,05 кВА.

Выбираем силовой трансформатор типа ТТ-6, на основании полученных данных, со следующими параметрами:

А) S_нт ≥S_т; S_н =6,0 кВА

Б) U_2фн ≥ U_2фрасч; U_2фн = 260 В

В) I_2фн≥I_2расч;

.

и техническими данными:

Г) P_кз=210 кВт;

Д) U_k=5%.

1.3 Выбор тиристоров

1.3 Выбор тиристоров производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2)I_н условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.

Среднее значение тока через тиристор

I_ср= k_з· I_н /k_ох· m_т А,

где k_з = (2-2,5) – коэффициент запаса по току;

k_ох – коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении k_ох = 0,35;

I_dср = 2,5·12,5/0,35·3= 29,76 А.

Максимальная величина обратного напряжения

U_обрм =k_зн· k_uобр· I_dо , В,

где k_зн = (1,5-1,8) – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей;

k_uобр – коэффициент обратного напряжения;

k_uобр = 2,25.

U_dо – напряжение преобразователя при ά = 0 предварительно подсчитывается по формуле

U_dо = k_с· k_a· k_г· U_d = 1,05· 1,05· 1,05· 220 = 254,68 В.

U_обрм =1,5· 2,25· 254,68 = 859,54 В.

Выбираем тиристоры типа Т-50: I_ном= 50 > I_dср. U_ном= 1000 В > U_обрм = 859,5.

1.4 Расчет индуктивности уравнительных дросселей

Далее выполним расчет индуктивности уравнительных дросселей. Требуемая величина индуктивности УД находится в зависимости от ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины (3-5 %) от I_н двигателя, т.е.

,

где U’_п - удвоенное активное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым. При ά =90^о, U’_п =250 В;

m- число фаз выпрямителя, m= 3;

ώ_c - угловая частота сети, ώ_c = 314 рад/с.

1.5 Расчет индуктивности сглаживающего дросселя

.

Индуктивность дросселя, включаемого последовательно с якорем двигателя, определяется из условия обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузки от I_dмин до I_dмин и изменение угла управления от ά = ά_мин до ά = 90⁰

Сглаживающий дроссель не ставится в случае, если

L_необх ≤ L_удрасч +h_дв+L_тр.

1.5 Определение расчетных параметров силовой цепи

Расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока

R_p =1.2(R_я+R_дп)+R_щ+R_п,

где R_я+R_дп - сопротивление обмоток якоря и дополнительных полюсов двигателя при температуре 15 ⁰С; R_я+R_дп =0,269

R_щ - сопротивление щеточного контакта

R_щ = 2/ I_н =2/12,5= 0,16 Ом,

R_п - сопротивление преобразователя

R_п = R_т +R_т · m/2π,

R_т и R_т - активное и индуктивное сопротивления обмоток силового трансформатора, приведенные к цепи выпрямленного тока, определяются по данным опытов к.з. и х.х.

R_m= Р_к.з. /m · I_1н · k_тр².

.

.

.

х_т = U_к %· U_1ф /100· I_1н · k_тр² =5· 380/100· 9,12· 1,46² = 0,98 Ом.

.

Все данные определены для расчета сопротивления выпрямленного тока:

R_p =1,2· 0,269+0,16+4,07= 4,55 Ом.

Расчетная индуктивность цепи якоря:

L_р = L_дв + L_тр +L_уд,

где L_дв – индуктивность якоря и дополнительных полюсов

L_дв= 5,73· U_н/р· ώ_н· I_н.

.

.

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя:

L_тр = х_т /2πf = 0,98/ 2· 3,14·50 = 0,003 Гн.

L_необх< L_уд+h_дв+L_тр.

0,12 Гн < 0,16+0,6+0,003 = 0,76 Гн.

Сглаживающий дроссель в схему не ставится.

Постоянная двигателя:

С= (U_н-1,2(k_я+ k_дп) · I_н)/ώ = 220-1,2· 0,269·12,5/214 = 0,69.

Электромагнитная постоянная времени:

Т_м = (J_дв+J_мех) · R_р/4C² = (0,052+0,7·0,052)∙4,55/4·0,69² = 0,2 с.

Вывод:

В данной расчетно-графической работе были исследованы и рассчитаны элементы системы управления по схеме ТП-Д. Благодоря этим расчетам был выбран электродвигатель постоянного тока П52, силовой трансформатор ТТ-6 и тиристоры типа Т-50. По расчетам видно, что сглаживающие дроссели ставить нет необходимости.

Также для дальнейших расчетов, проводимых в расчетно-графических работах №2 и №3 были определены расчетные параметры силовой цепи, такие как расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока R_p=4,55 Ом и постоянная двигателя С=0,69.

Список литературы

1. Епифанов А.П. Основы электропривода.-СПб., 2008.

2. Цыба Ю.А. Системы управления электроприводами. Конспект лекций, Алматы: АУЭС, 2013.

3. Сагитов П.И., Цыба Ю.А. Мустафин М.А. Методические указания по курсовому проектированию по СУЭП, Алматы, АИЭС, 2003.

4. Цыба Ю.А. Автоматическое управление электромеханическими системами. Учебное пособие, Алматы: АИЭС, 2008.– 77с.

5. С.Н. Вишневский, Характеристики двигателей в электроприводе – М: Энергия 1977

9