Выбор сглаживающего реактора.

Индуктивность сглаживающего реактора выбирается из условия ограничения пульсаций тока якоря на допустимом уровне. Суммарная индуктивность якорной цепи должна быть:

,(69)

где E_по – ЭДС преобразователя при α = 0, Е_по =U_2N∙K_е= 205 ∙ 1,35 =277В

p= 6 – пульсность преобразователя для мостовой трёхфазной схемы

ТП;

k_v= 0,13 – коэффициент пульсаций напряжения (для мостовой трёх-

фазной схемы ТП);

k_1(доп)– допустимый коэффициент пульсации тока якоря;

k_1(доп) = 0,07 – для двигателей серии 4П;

k_1(доп) = 0,07 – для двигателей серии Д,

где К_е– коэффициент выпрямленного напряжения (для трехфазной мостовой схемы К_е= 1,35)

L_яц ==0,00097 Гн = 0,97 Гн. (70)

Т.к. то нет необходимости в сглаживающем фильтре.

4.2 Разработка принципиальной электрической схемы силовой части электропривода

В состав комплектного тиристорного ЭП входят:

- электродвигатель постоянного тока с тахогенератором и центробежным выключателем (при необходимости);

- ТП для питания якоря электродвигателя, состоящий из силовых тиристоров с системой охлаждения, защитных предохранителей, разрядных и защитных RLC - цепей, СИФУ, устройств выделения аварийного режима, контроля предохранителей и защиты от перенапряжений;

- ТП для питания обмотки возбуждения; силовой трансформатор или анодный реактор;

- коммутационная и защитная аппаратура в цепях постоянного и переменного тока (автоматические выключатели, линейные контакторы, рубильники);

- сглаживающий реактор в цепи постоянного тока (при необходимости);

- устройство динамического торможения (при необходимости);

- система управления электроприводом; комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода.

На рис.8 приведена принципиальная схема реверсивного электропривода серии КТЭУ на ток до 200 А. Тиристорный преобразователь ТП, состоящий из двух встречновключенных мостов VSF, VSB, получает питание от сети 380 через автоматический выключатель QF1 и анодный реактор LF (или трансформатор ТМ). На стороне постоянного тока защита осуществляется автоматическим выключателем QF1. Линейный контактор КМ служит для частой коммутации якорной цепи (при необходимости), динамическое торможение электродвигателя М осуществляется через контактор KV и резистор RV. Трансформатор Т1 и диодный мост V служат для питания обмотки возбуждения двигателя LM. Тахогенератор BR возбуждается от отдельного узла A-BR; имеется также узел питания электромагнитного тормоза YB. Система управления СУ по сигналам оператора с пульта управления ПУ, сигналом о состоянии коммутационных и защитных аппаратов, получаемых из узлов управлений этими аппаратами и сигнализации УУК и С, сигналом из общей схемы управления технологическим агрегатом СУТА, сигналом о токе якоря и токе возбуждения, получаемым с пунктов RS1, RS2. сигналом о напряжении на якоре электродвигателя, снимаемом с потенциометра RP1, сигналом о скорости, формируемым тахогенератором BR, выдает сигналы управления в СИФУ, УУКиС и на пульт управления ПУ. Узел управления коммутационной аппаратурой и сигнализации УУКиС по командам оператора и сигналом от СУ выключает или выключает аппараты QF1-QF3, KM, KV, а также осуществляет сигнализацию о состоянии этих и других защитных аппаратов.

Сигналы задания и обратных связей в СУ гальванически разделяются от внешних протяженных цепей или цепей с высоким потенциалом. Система управления СУ через гальванические разделители выдает в СУТА значения необходимых регулируемых параметров (скорости, тока и др.) Устройство УУКиС получает сигналы от ПУ, датчиков, СУТА через двухпозиционные гальванические разделители и преобразователи напряжения высокого уровня в напряжение низкого уровня, используемое в системе. Устройство УУКиС выдает на пульт управления и в СУТА двухпозиционные логические или контактные сигналы: о готовности электропривода к работе, состояние аварийной и предупреждающей сигнализации, нулевой скорости или достижении некоторой заданной скорости и т.п.

Рис. 8. Принципиальная схема реверсивного электропривода серии КТЭУ на ток до 200А

4.3 Расчет параметров силовой части электропривода в абсолютных единицах

Главную цепь системы «тиристорный преобразователь – двигатель» можно представить в виде схемы замещения (рис.9). В главной цепи действуют ЭДС преобразователя E_d и ЭДС якоря двигателя Е_я. На схеме замещения показаны активные сопротивления якорной цепи двигателя R_я, сглаживающего реактора R_c, двух фаз трансформатора 2R_т, а также фиктивное сопротивление R_, обусловленное коммутацией тиристоров. Кроме того, представлены индуктивности якорной цепи двигателя L_я, сглаживающего реактора L_c и двух фаз трансформатора 2L_т. Направления тока и ЭДС соответствуют двигательному режиму электропривода (см. рис.9).

2R_т

R_γ

L_я

E_я

Рис.9. Схема замещения главной цепи

От исходной схемы замещения переходим к эквивалентной схеме (рис.10), где все индуктивности объединяются в одну эквивалентную индуктивность L_э, а все активные сопротивления – в одно эквивалентное сопротивление R_э.

E_я

Рис.10. Эквивалентная схема замещения главной цепи

Определим параметры силовой части в абсолютных (т.е. физических) единицах.

Фиктивное сопротивление преобразователя, обусловленное коммутацией тиристоров:

R_γ=. (71)

Эквивалентное сопротивление главной цепи:

R_э=R_я+R_с +R_γ+2R_т=0,29+0+0,053+2∙0,054=0,451Ом. (72)

Эквивалентная индуктивность главной цепи:

L_э=L_я +L_с+2L_т=0,01+0+2∙0,18∙10⁻³ = 0,0104 Гн. (73)

Электромагнитная постоянная времени главной цепи:

с. (74)

Электромагнитная постоянная времени цепи якоря двигателя:

. (75)

Коэффициент передачи преобразователя:

. (76)

где U_{у max}– напряжение на входе системы импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя (напряжение управления), при котором угол управления равен нулю и ЭДС преобразователя в режиме непрерывного тока максимальна. В проекте примемU_{у max}=10 В.

4.4 Выбор базисных величин системы относительных единиц

При рассмотрении модели силовой части электропривода как объекта управления параметры и переменные электропривода удобно перевести в систему относительных единиц. Переход к относительным единицам осуществляется по формуле:

, (77)

где Y– значение в абсолютных (физических) единицах;Y_б– базисное значение (также в абсолютных единицах);y– значение в относительных единицах.

Принимаем следующие основные базисные величины силовой части электропривода:

- базисное напряжение:

U_б =E_яN=201,15 В;

- базисный ток:

I_б =I_яN=130А;

- базисную скорость:

Ω_б = Ω_N=80.6 с^-1;

- базисный момент:

М_б =M_N=325 Нм;

- базисный магнитный поток:

сФ_б=сФ_N=2,5 Вб.

Базисный ток и базисное напряжение регулирующей части электропривода выбираются так, чтобы они были соизмеримы с реальными уровнями токов и напряжений в регулирующей части. В проекте рекомендуется принять:

- базисное напряжение системы регулирования:

U_бр= 10 В;

- базисный ток системы регулирования:

I_бр=0,5 мА.

Рассчитаем производные базисные величины:

- базисное сопротивление для силовых цепей:

; (78)

- базисное сопротивление для системы регулирования:

. (79)

Механическая постоянная времени электропривода зависит от суммарного момента инерции и принятых базисных значений скорости и момента:

. (80)

4.5 Расчет параметров силовой части электропривода в относительных единицах

На рис.11 показана структурная схема модели силовой части электропривода как объекта управления. Переменные модели выражены в относительных единицах. В модель входят следующие звенья:

- тиристорный преобразователь (ТП) – пропорциональное звено с коэффициентом передачи k_п;

- главная цепь (ГЦ) – апериодическое звено с электромагнитной постоянной времени Т_эи коэффициентом передачи, равным, т.е. эквивалентной проводимости главной цепи в относительных единицах;

- механическая часть (МЧ) – интегрирующее звено с механической постоянной времени T_j;

- звенья умножения на магнитный поток φ (поток рассматривается в модели как постоянный параметр).

Входные величины модели представляют собой управляющее воздействие u_у(сигнал управления на входе преобразователя) и возмущающее воздействиеm_c(момент статического сопротивления на валу двигателя).

Переменными модели являются:

- ЭДС преобразователя e_d;

- ЭДС якоря двигателя e_я;

- ток якоря двигателя i_я;

- электромагнитный момент двигателя m;

- угловая скорость двигателя ω.

Рис.11. Структурная схема объекта управления

Определим параметры электропривода в относительных единицах:

- коэффициент передачи преобразователя:

; (81)

- эквивалентное сопротивление главной цепи:

; (82)

- сопротивление цепи якоря двигателя:

; (83)

- магнитный поток двигателя:

. (84)

Расчет коэффициентов передачи датчиков.

Рассчитаем коэффициенты передачи датчиков в абсолютных единицах так, чтобы при максимальном значении величины, измеряемой датчиком, напряжение на выходе датчика было равно базисному напряжению регулирующей части.

Коэффициент передачи датчика тока:

, (85)

где, I_я(max)– максимальный ток якоря по перегрузочной способности двигателя. Максимальный ток определяется по формуле:

. (86)

Коэффициент передачи датчика напряжения:

. (87)

Коэффициент передачи датчика скорости:

. (88)

Рассчитаем коэффициенты датчиков в относительных единицах.

Коэффициент передачи датчика тока:

. (89)

Коэффициент передачи датчика напряжения:

. (90)

Коэффициент передачи датчика скорости:

. (91)