1.6. Расчет статических характеристик электропривода

Уравнение электромеханической характеристики электропривода системы УВ-Д при разомкнутой системе управления [3] имеет вид

(1.47)

Угловая скорость идеального холостого хода двигателя согласно (1.47) равна

(1.48)

а перепад угловой скорости

(1.49)

Изменяя угол регулирования α, можно получить семейство параллельных характеристик, обеспечивающих возможность плавного пуска и регулирования скорости в широком диапазоне.

При замкнутой системе управления с подчиненным регулированием координат перепад угловой скорости корректируется на величину Т_ω/Т_м, и уравнение электромеханической характеристики с учетом (1.46) имеет вид

(1.50)

Наличие зовы прерывистых токов затрудняет расчет электромеханических характеристик, так как в пределах этой зоны характеристики являются нелинейными. Появление прерывистых токов вызвано тем, что в контуре преобразователя действует э.д.с. Е_д якоря двигателя, направленная встречно напряжению U_d преобразователя, мгновенные значения которых в отдельные интервалы времени становятся равными. Поддержание непрерывности тока в этих интервалах осуществляется благодаря запасенной в индуктивностях якоря и сглаживающего дросселя электромагнитной энергии, пропорциональной . При токах якоря, близких к току холостого хода двигателя, эта энергия оказывается недостаточной для поддержания непрерывного тока через вентили в интервалах при U_d<Е_д. Вследствие этого ток в якорной цепи прерывается и вращающий момент двигателя становится равным нулю, что приводит к снижению скорости под действием сил сопротивления. После появления тока якоря при U_d>Е_д скорость вращения может увеличиваться. Характер изменения скорости в этом случае зависит от момента инерции движущихся частей, нагрузки на валу, параметров схемы и т.д. Поэтому зависимость (1.50) нарушается и величину ω₀ следует считать фиктивной.

Область прерывистых токов определяется величиной граничного тока, зависящего от угла регулирования и параметров схемы. Из (1.18) для трехфазной мостовой схемы

(1.51)

где L=L_я+L_др+L_a - суммарная индуктивность в системе УВ-Д.

Подставляя (1.51) в (1.50), можно определить граничные точки электромеханических характеристик при различных углах α регулирования.

Учитывая данные табл. 1.1, окончательно получаем:

(1.52)

точки которого лежат на дуге эллипса (см. рис. 1.5).

2. Порядок выполнения Курсовой работы

Для двухдвигательного электропривода механизма подъема экскаватора с последовательным соединением якорей машин (параметры электродвигателей заданы в приложении 1) выбрать основные элементы силового оборудования, рассчитать систему управления электроприводом и построить электромеханические характеристики. Тиристорный преобразователь выполнен по трехфазной мостовой схеме. Напряжение питающей сети 6 кВ.

1. Типовая мощность трансформатора при U_d=2U_н и I_d=I_н (последовательное соединение якорных цепей электродвигателей) в соответствии с (1.7) равна

S_mp=K_sK_cK_iK_RU_dI_d ·10^-3 кВА.

2. Расчетное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора согласно (1.8)

В.

Линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора

В.

3. По полученным значениям S_тр и U_2л выбираем силовой трансформатор с паспортными данными:

.

4. Номинальные значения фазного напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора

;

.

5. Номинальный ток первичной обмотки трансформатора

.

6. Активное и индуктивное сопротивления трансформатора, приведенные к вторичной обмотке, согласно (1.10)

,

где K_тр=U_1л/U_2л - коэффициент трансформации;

.

7. Активное сопротивление сглаживающего дросселя принимаем ориентировочно равным

.

8. Эквивалентное сопротивление преобразователя согласно (1.12)

.

9. Максимальное значение выпрямленного напряжения (при α =0)

.

10. Напряжение преобразователя при минимальном значения угла регулирования α_min=20°

.

11. Напряжение преобразователя при номинальной нагрузке

.

12. Напряжение преобразователя при α=α_min и падении напряжения сети на 5%

.

Если выполняется условие (1.13), т.е. , то выбранный трансформатор обеспечивает необходимые режимы работы электропривода.

13. Среднее значение выпрямленного тока через вентиль при пуске электропривода согласно (1.14)

.

14. Максимальное обратное напряжение на вентиле согласно (1.15)

.

Следовательно, необходимо применение тиристоров с предельным током и рекомендуемым рабочим напряжением . Выбираем тиристоры (табл. 1.3) с током в каждом плече моста ; с рекомендуемым рабочим напряжением (табл. 1.2) .

15. Необходимая индуктивность цепи выпрямленного тока из условия обеспечения непрерывного тока двигателя при минимальной нагрузке и скорости вращения двигателя (т.е. при эл) согласно (1.18)

16. Необходимая индуктивность цепи выпрямленного тока из условия ограничения пульсаций тока величиной согласно (1.22)

17. Индуктивность, необходимая для ограничения тока через вентили при коротком замыкании на стороне постоянного тока, при и согласно (1.24)

18. Индуктивность фазы трансформатора

.

19. Индуктивность якоря двигателя согласно (1.4)

где - номинальная угловая скорость двигателя.

20. Индуктивность сглаживающего дросселя определяем по наибольшему значению L, полученному в выполненных выше расчетах,

Согласно табл. 1.4 выбираем реактор с номинальным током и индуктивностью .

Активное сопротивление сглаживающего дросселя при потерях в обмотке .

.

21. Активное сопротивление якорной цепи двигателя

,

где - коэффициент, учитывающий изменение сопротивления при перегреве τ= 60°С.

22. Эквивалентное сопротивление цепи преобразователя

.

23. Активное сопротивление цепи выпрямленного тока

.

24. Индуктивность цепи выпрямленного тока

.

25. Электромагнитная постоянная времени цепи выпрямленного тока

.

26. При последовательном соединении якорных цепей двигателей, работающих на общую нагрузку, и абсолютно жесткой механической связи якорей, двухдвигательный электропривод может рассматриваться как эквивалентный однодвигательный. У эквивалентного двигателя вращающий электромагнитный момент в два раза больше момента реального двигателя при одинаковых токах якоря, а равные скорости идеального холостого хода имеют место при вдвое большем напряжении. Следовательно, коэффициент э.д.с. эквивалентного двигателя , а эквивалентная электромеханическая постоянная времени привода (1.6)

где .

27. При максимальном напряжении на входе СИФУ преобразователя U_yм создается напряжение на выходе выпрямителя U_d0. Тогда коэффициент усиления преобразователя ориентировочно (1.1)

.

27. Для измерения тока якорной цепи выбрать шунт с номинальным током I_шн и падением напряжения на нем при этом токе ΔU_ш. Рассчитать коэффициент передачи шунта

.

27. В качестве датчика тока принять ячейку гальванической развязки типа РГ-5ЛИ из серии УБСР-АИ, коэффициент усиления которого регулируется в пределах от 40 до 140.

28. Коэффициент передачи звена скорости (1.5)

.

27. Коэффициент передачи звена тока якоря (1.2)

.

27. Расчет параметров контура регулирования тока.

При ПИ-регуляторе тока и настройке на «технический» оптимум коэффициент передачи замкнутого контура регулирования тока для и максимального задающего напряжения В на входе РТ согласно (1.29)

а постоянная времени .

Необходимое значение коэффициента обратной связи по току согласно (1.30),

Требуемая величина коэффициента усиления датчика тока (1.31)

,

что обеспечивается датчиком тока (см. пункт 29). Поэтому входные сопротивления РТ (см. рис. 1.4) могут быть приняты одинаковыми

Задаваясь величиной емкости мкФ, находим в соответствии с (1.35) сопротивление резистора

Постоянная времени регулятора тока Т_рт согласно (1.33)

Тогда входные резисторы РТ

33. Расчет параметров контура регулирования скорости.

При П-регуляторе скорости для ожидаемой ее величины (ожидаемое перерегулирование и максимального значения задающего напряжения В на входе PC коэффициент передачи замкнутою контура (1.41)

Для измерения скорости можно принять тахогенератор типа ТД-100 с номинальным напряжением В при об/мин ( с^-1); номинальный ток I_нтг=0,035А. Коэффициент э.д.с. тахогенератора при этом приближенно равен

Напряжение, снимаемое с тахогенератора при максимальной скорости двигателя, будет

Для ограниченна его до допустимой по входу усилителя величины В устанавливаем делитель напряжения с коэффициентом передачи

Тогда коэффициент обратной связи по скорости (1.42)

Необходимые коэффициент усиления регулятора скорости по задающему входу (1.43)

Расчет величин сопротивления делителя напряжения

.

При настройке на «технический» оптимум . Тогда коэффициент усиления PC согласно (1.44)

Задаваясь величиной сопротивления в цепи обратной связи кОм, по (1.45) определяем сопротивление резистора

.

Для обеспечения необходимого коэффициента усиления по задающему входу

Усилитель регулятора скорости должен быть охвачен дополнительной обратной связью со стабилитронами или блоком регулируемого ограничения напряжения PC величиной В.

34. Расчет и построение электромеханической характеристики электропривода.

Так как электромеханическая характеристика является линейной функцией вне зоны прерывистых токов, то достаточно знать координаты двух точек, через которые можно провести прямую линию.

Координату одной точки удобно определять при I_d=0 (режим холостого хода), тогда фиктивная угловая скорость вала двигателя согласно (1.48)

.

Для получения семейства характеристик задаемся различными значениями, угла регулирования α и вычисляем :

Перепад скорости для всего семейства характеристик один и тот же вследствие параллельности характеристик. Координату второй точки можно определить при , тогда перепад скорости в соответствии с (1.46)

Координаты второй точки семейства характеристик вычисляются из следующего выражения

Производя вычисления для семейства из пяти характеристик, получаем следующие координаты второй точки.

Величину граничного тока зоны прерывистых токов вычисляем согласно (1.51):

.

Используя данные координат первой и второй точки семейства характеристик, а также величины граничных такой, строим электромеханические характеристики электропривода системы УВ-Д (рис. 1.5) в режиме "вперед". Аналогично строятся электромеханические характеристики а III квадранте для режима "назад".

ПРИЛОЖЕНИЕ 1