- •2 Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик
- •3 Расчет и выбор элементов силовой схемы
- •3. 1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя
- •4 Двухконтурная система электропривода с отрицательной обратной связью по скорости и отсечкой по току
- •4.1 Управляемый выпрямитель, как звено сау
- •4.2 Пример расчета статических характеристик управляемого выпрямителя
- •4.3 Определение параметров обратных связей Перепад скорости в разомкнутой системе при номинальной нагрузке
Содержание
Введение……………………………………………………………………………...31 Задание и исходные данные………………………………………………………4
2 Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик …….6
3 Расчет и выбор элементов силовой схемы……………………………….............8
3. 1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя……………………………………………………………………...8
3. 2 Расчет индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов …9
3. 3 Определение параметров привода и построение……………………..10
4. Разработка функциональной схемы…………………………………………….13
4. 1 Управляемый выпрямитель, как звено САУ………………………….15
4. 2 Пример расчета статических характеристик управляемого выпрямителя………………………………………………………………………...17
4. 3 Определение параметров обратных связей……………………………19
4. 4 Расчет и построение характеристик системы ТП-Д с отрицательной обратной связью по скорости и токовой отсечкой……………………………….20
Список литературы…………………………………………………………………23
Введение
Основными функциональными задачами современного автоматизированного электропривода (АЭП) являются:
- Управление процессами пуска, торможения, реверса (функции управления). Эту функцию могут выполнять разомкнутые системы АЭП. В процессе управления осуществляется грубый контроль за током. Жесткость механических характеристик хуже естественных. К настоящему моменту это самая распространенная группа АЭП.
- Стабилизация заданной величины (ток, скорость, положение, мощность и т.д.) (функция стабилизации). Эту функцию может выполнить только замкнутая система АЭП. Основная регулируемая величина – та, по которой замыкается главная обратная связь.
- Слежение за вводимыми в систему изменяющимися входными сигналами (функция слежения). Эта задача может быть выполнена только в замкнутых системах. Современная следящая система, как правило, трехконтурная.
- Выбор целесообразных режимов работы АЭП (функция адаптации). Задача может быть выполнена в замкнутых системах.
Кроме основных функций, система АЭП выполняет еще и дополнительные:
- защита электродвигателя и оборудования от коротких замыканий, перегрузок по току, напряжению и т.д.;
- блокировка, которая обеспечивает определенную последовательность операций и исключающая аварийные режимы;
- сигнализация.
В данной курсовой работе проводится расчет регулируемого электропривода постоянного тока по схеме "тиристорный преобразователь – двигатель" (ТП - Д), выполняющего стабилизацию частоты вращения и ограничение пусковых токов. Основной задачей выполнения курсовой работы является развитие навыков самостоятельной творческой работы и ознакомление с основными этапами проектирования.
Все расчеты и диаграммы выполнены с помощью программы Mathcad 14.
1 Задание и исходные данные
В данной курсовой работе проводится расчет регулируемого электропривода постоянного тока по схеме "тиристорный преобразователь – двигатель" (ТП - Д), выполняющего стабилизацию частоты вращения и ограничение пусковых токов. Основной задачей выполнения курсовой работы является развитие навыков самостоятельной творческой работы и ознакомление с основными этапами проектирования. В результате выполнения курсовой работы студенты должны овладеть методами расчета и выбора элементов автоматизированного электропривода, анализа и синтеза систем автоматического управления приводами, навыками использования прикладных программ по моделированию и расчету электромеханических и силовых электронных устройств различных типов на ЭВМ. Для выполнения курсовой работы необходимо:
а) выбрать по каталогу электродвигатель, рассчитать и построить естественную электромеханическую характеристику и характеристику при минимальной скорости;
б) составить принципиальную силовую схему электропривода по схеме ТП – Д (схему преобразователя выбрать согласно заданному варианту), рассчитать и выбрать основные элементы схемы;
в) рассчитать и построить статические электромеханические характеристики разомкнутой системы электропривода;
г) составить функциональную схему системы автоматического управления привода, рассчитать параметры необходимых обратных связей и узел отсечки по току (ток отсечки-1,5,ток стопорения-2).
д) рассчитать и построить статические электромеханические характеристики замкнутой системы электропривода.
е) обосновать систему автоматического регулирования и рассчитать параметры регуляторов.
Варианты задания выбираются из таблиц 1 и 2 по номеру зачетной книжки и начальной букве фамилии студента.
Мощность, P = 4,5 кВт;
Скорость, n = 1500 об/мин;
Диапазон регулирования скорости, D = 12;
Статическая ошибка, = 7%;
Схема преобразователя 3-х ф. мостовая
- Кu – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий допускаемое по ПУЭ снижение напряжения сети, Кu=1,05;
- К - коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентиля при максимальном управляющем сигнале (для нереверсивных преобразователей принимают К=1, для реверсивных К=1,2);
- КR - коэффициент, учитывающий падение напряжения при нагрузке в вентилях и обмотках трансформатора, а также наличие угла коммутации (можно принимать КR=1,05);
- Ki - коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной (по опытным данным Ki=1,05…1,1);
- KT1 – коэффициент, представляющий собой отношение действующего значения соответствующего фазного тока к выпрямленному току, первичная обмотка, KT1=0,817;
- KT2 – коэффициент, представляющий собой отношение действующего значения соответствующего фазного тока к выпрямленному току, KT2=0,815;
- КН- коэффициент схемы (в нашем случае КН=0,427).
2 Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик
Выбор электродвигателя постоянного тока производится по каталогу в соответствии с заданием. В нашем случае выбираем двигатель П-82.
-
Определим номинальную частоту вращения двигателя (рад/с)
.
Для получения при номинальной нагрузке минимально заданной скорости
-
Определим номинальный момент двигателя ()
.
-
Определим сопротивление якоря (Ом)
-
Определяем параметр ()
-
Определяем скорость идеального Х.Х.
Характеристика строится по точкам номинальной нагрузки , и режима холостого хода с координатами
, == 13.635рад/с.
6. Строим электромеханическую характеристику по точкам:
Для построения естественной электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения по уравнению
, (1)
достаточно знать координаты двух ее точек: номинального режима с координатами , и режима холостого хода с координатами , .
Рисунок 2.1 – Электромеханические характеристики двигателя
7. Строим механическую характеристику по точкам
Рисунок 2.2 - Механическая характеристика двигателя
Рисунок 2. 3 - Трёхфазная мостовая схема
3 Расчет и выбор элементов силовой схемы
3. 1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя
Подводимое к схеме выпрямления напряжение
(2)
Расчетное действующее значение тока во вторичной обмотке определяется исходя из величины номинального тока двигателя Idн по формуле:
(3)
При индуктивно-активной нагрузке или при работе на встречную ЭДС этими значениями можно пользоваться как приближенными.
Расчет типовой мощности трансформатора производится с учетом нагрева первичной и вторичной обмоток трансформатора при помощи коэффициента KM. Таким образом, типовая мощность трансформатора для преобразователя, питающего якорь двигателя, может быть рассчитана по формуле
ST = Ku KαKRKiKMUdId=1,051,21,051,11,04522025,4= 8498 ВА. (4)
где КМ =1,045.
Трансформатор выбирается по типовой мощности и необходимому вторичному напряжению и проверяется по нагреву первичным током
I1=KiKT1Id= А (5)
с учетом коэффициента трансформации.
Выбираем трансформатор ТТ-6:
Для выбранного трансформатора активное и индуктивное сопротивления обмоток на фазу определяются, как
Ом, (6)
Ом. (7)
где КT - отношение вторичного напряжения к первичному, принимаем равным 1,06.
Выбор вентилей силовой схемы производится по среднему значению тока через вентиль (с учетом условий охлаждения) и максимальному мгновенному значению напряжения, прикладываемому к вентилю.
3.2 Расчет индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов (дросселей)
Требуемая величина индуктивности УД находится, исходя из ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины(35)% от двигателя, т.е.
Гн (8)
где - удвоенное эффективное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым; при , В;
- число фаз выпрямления;
- угловая частота сети.
Сглаживающие реакторы выполняют две функции: ограничивают пульсации тока в якорной цепи и обеспечивают работу в зоне непрерывных токов.
Величина относительных пульсаций I*e принимается не более 0,02 и рассчитывается как
, (9)
где – относительная величина ЭДС пульсаций;
Iном – номинальный ток;
Lдр,Lя,LТ – индуктивность сглаживающего реактора (катодного дросселя), якоря двигателя и трансформатора;
fm – угловая частота пульсаций;
f – частота сети;
m – число фаз (для трехфазной мостовой схемы m =6).
На основании специальных расчетов получены кривые зависимости от угла открывания и числа фаз. Величина берется для максимального угла открывания макс, соответствующего минимальной скорости двигателя. Приводы, рассматриваемые в данном проекте, предназначены для частых пусков и торможений и поэтому примем =0,24 для мостовой и =0,52 для нулевой схем выпрямления.
Из выражения (13) получим общую индуктивность цепи
=Гн (10)
а по ней – искомое значение Lдр. При наличии уравнительных реакторов, их индуктивность добавляется в левую часть формулы (14).
Индуктивность трансформатора определяется, как
LТ = xT/2πf Гн (11)
а индуктивность якорной цепи двигателя по эмпирической формуле
Гн (12)
где коэффициент Cx=0,5 для некомпенсированных машин
Номинальный ток реактора должен быть не менее номинального тока двигателя.
Гранично-непрерывный ток растет с увеличением угла регулирования, поэтому его следует рассчитать при угле .
.
(13)
Условие выполняется:
(14)
3.3 Определение параметров привода и построение электромеханических характеристик
Эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя
Rпр=RТ+ пRдТ +Rк=Ом (15)
где п=2
Значение коммутационного сопротивления
; (16)
где m - число фаз.
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи равна
c; (17)
где эквивалентное сопротивление якорной цепи Rэ
Ом. (18)
где =0,095 Ом (из расчетов выполненных выше).
Далее производится расчет статических электромеханических характеристик привода в разомкнутой системе. ЭДС преобразователя при номинальной скорости и номинальной нагрузке
В
Статическая характеристика строится при изменении тока по формуле
(19)
ЭДС преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке
В (20)
Статическая характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле
(21)
Верхняя и нижняя статические характеристики строятся по формулам (19), (21) и приводятся на одном графике.
Рисунок 3.1 – График статических характеристик