125441 (Розрахунок електроприводу головного руху вертикального сверлійно-фрезерно-росточного напівавтомата 243ВМФ), страница 3

СІФУ виконує 3 функції:

формує імпульс;

визначає кут відхилення тиристора (чим більше кут тим напруга, що випрямляється, менше; чим менше кут тим напруга, що випрямляється, більше);

подає даний імпульс на відповідний тиристор;

Виходи СІФУ залежать від вибраної схеми подачі імпульсів . Схема управління, що управляють, сумісна означає на виході СІФУ буде така кількість імпульсів які рівно загальній кількості тиристорів обох груп.

Даний двигун працює при запуску в режимі зниженої напруги,в діапазоні частот (167-33), для гальмування двигуна використовується режим динамічного гальмування і режим реверсу двигуна. Пуск двигуна здійснюється при зниженій напрузі 40(В), яке видає тиристорний перетворювач відповідно до виходу з СІФУ кута . Чим менше кут тим

більша напруга тиристорного перетворювача, двигун виходить на

природну характеристику. Для зупинки двигуна використовуємо режим динамічного гальмування, який здійснюється відключенням якірної обмотки від мережі і замиканням її на динамічний опір . Щоб здійснити реверс двигуна СІФУ перемикає групи тиристорів і по цьому міняється полярність напруги. Регулятор струму і регулятор швидкості забезпечують регулювання частоти обертання. Параметри регулятора струму і регулятора швидкості розраховані по «технічному оптимуму» перехідних процесів.

2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Початкові данні:

розрахункова потужність ;

розрахункова частота обертання ;

схема тиристорного перетворювача (ТП): трифазна нульова ;

настроєння перехідного процесу ,’’ технічний оптимум’’: 4,3% ;

відношення моментів інерції механізму та двигуна: = 0,62 ;

коефіцієнт підсилення ТП: ;

постійна часу ТП: ;

2.1 Вибір двигуна і розрахунок його механічних характеристик

Двигун вибираю по умові:

По довіднику[6] вибираю двигун типу 2ПБ132МГУХЛ4: друга серія машин постійного струму; закритого виконання з природним охолоджуванням; із заввишки осі обертання 132мм.; з якорем великої довжини; з вбудованим тахогенератором для використання в помірному кліматі.

Номінальні параметри двигуна: потужність ;

частота обертання ;

напруга ;

КПД % ;

опір якірного ланцюга ;

опір обмотки збудження ;

індуктивність ;

момент інерції двигуна ;

Розрахунок механічних характеристик вибраного двигуна зводиться до розрахунку координат точок, оскільки графіки механічних характеристик двигуна з незалежним збудженням є прямою лінією, для їх побудови досить мати координати двох точок.

Вибираємо ці крапки для режиму холостого ходу і для режиму номінального навантаження.

Номінальна частота обертання

(1)

Струм збудження

(2)

Споживана потужність двигуна

(3)

Повний струм

(4)

Струм якоря

(5)

Машина постійна

(6)

Момент що обертає

(7)

Частота обертання холостого ходу

(8)

Пуск двигуна відбувається при зниженій напрузі.

Максимальний пусковий струм

(9)

Пускова знижена напруга

(10)

Частота обертання холостого ходу при зниженій напрузі

(11)

Режим динамічного гальмування відбувається відключенням обмотки якоря від ТП і замикання його на .

Момент динамічного гальмування

(12)

Режим динамічного гальмування закінчується. Режим противовключення здійснюється за рахунок зміни полярності і величини напруги якоря (змінюються групи тиристорів в тиристорному перетворювачі).

Максимальний момент

(13)

Графіки механічних характеристик показані на (рис. 3)

Природна характеристика А (0 Нм;180,6 ), Б(15,9 Нм;167,5 )

Пускова характеристика В(39,8 Нм;0 ),Г(0 Нм;32,9 )

Динамічне гальмування Ж(-39,8 Нм;167,5 ),З(0 Нм;0 )

Режим противовключення И(-39,8 Нм;147,7 )

2.2 Розрахунок, вибір і перевірка силового тиристора

Силовий тиристор вибирається по умові:

Для вибору тиристора необхідно розрахувати середній прямий Ivs і зворотне U тиристора.

Середній прямий струм

(14)

Зворотня напруга

(15)

Силовий тиристор вибираємо по довіднику[7] по умові:

Тип тиристору Т10-10

Максимально допустимий діючий середній струм у відкритому стані:

Максимально допустима постійна зворотна напруга:

Ударний струм у відкритому стані:

Динамічний опір у відкритому стані:

Для трифазної нульової схеми вибраний тиристор перевіряємо в режимі короткого замикання в силовому ланцюзі. Для цього розглянемо спрощену схему (рис.4). Напруга на вторинній обмотці трансформатора:

(16)

Струм вторинної обмотки трансформатора:

(17)

Потужність навантаження

(18)

Повна потужність силового трансформатора:

(19)

Застосовуємо потужність короткого замикання рівну 3% від повної потужності:

(20)

Напругу трансформатора приймаємо рівною 4% від напруги вторинної обмотки:

(21)

Повний опір короткого замикання трансформатора, приведений до вторинної обмотки:

(22)

Активний опір трансформатора приведена до вторинної обмотки:

(23)

Індуктивний опір короткого замикання приведений до обмотки:

(24)

Опір мережі, приведений до вторинної обмотки трансформатора:

(В)

(25)

Повний опір спрощеної схеми заміщення:

(26)

Струм короткого замикання спрощеної схеми:

(27)

Перевіряємо вибраний тиристор:

Вибраний тиристор підходить.

Для живлення обмотки збудження двигуна використовуємо однофазну мостову схему

Діод вибираємо для однофазної мостової схеми по умові

Для вибору діода необхідно розрахувати середній прямий Ivд і зворотне U діода.

Середній прямий струм

(28)

Зворотна напруга

(29)

Діод вибираємо по довіднику [8] по условию:

Тип діода КД209А

Вибраний діод підходить.

2.3 Розрахунок параметрів схеми управління

Розрахунок починаємо з внутрішнього контура струму.

Функціональна схема контура струму показана на (рис 5).

Для розрахунків всі ланки функціональної схеми представимо на (рис 6) за допомогою передавальних функцій (математично).

Торт- постійна часу регулятор струму визначається по формулі

Торт = Rот ∙ С (30)

Т1рт - постійна часу регулятора струму.

Т1рт = R3 ∙ C (31)

Кu - коефіцієнт посилення тиристорного перетворювача.

Тu- постійна часу тиристорного перетворювача.

Rе- еквівалентний опір якірного ланцюга

(32)

Те - електромагнітна постійна часу двигуна.

Передавальна функція розімкненого контура струму рівна твору передавальних функцій реальної схеми.

Щоб піти від постійної Торт необхідно підібрати параметри регулятора струму ,таким чином ,щоб ,Торт = Те

Передавальна функція замкнутого контура струму

Якість перехідного процесу вказаний в заданий «технічний оптимум». У технічному оптимумі перерегулювання рівна =4,3% від номінала. Настройка замкнутого контура струму на технічний оптимум виконується при наступному співвідношенню коефіцієнтів.

Для реалізації системи управління вибираємо (уніфіковану блокову систему регулювання) з уніфікованим сигналом.

Приймаємо сигнал зворотнього зв'язку по струму

Коефіцієнт зворотнього зв’язку по струму :

(32)

Постійна часу регулятора струму

(33)

Задаємося значенням місткості (від 3 до 10 мФ)

(34)

Електромагнітна постійна часу

Торт = Те

(35)

(36)

(37)

Розглянемо контур швидкості.

Функціональна схема контура швидкості показана на (рис. 7). Для розрахунків всі ланки функціональної схеми представимо на (рис .8) за допомогою передавальних функцій (математично). Приймаємо сигнал зворотнього зв'язку за швидкістю Uос=8В

Коефіцієнт зворотнього зв'язку за швидкістю:

(38)

∆w перепад частот обертання двигуна при зміні навантаження від холостого ходу до номінального

(39)

Електромеханічна постійна часу двигуна

(40)

Коефіцієнт регулювання швидкості:

(41)

Відповідно до схеми регулятора швидкості Rос=200 кОм

(42)

(43)

Вузол обмеження струму виконується на регуляторі швидкості за допомогою стабілітронів. Призначення стабілітронів обмеження струму двигуна.

Значення обмежуваного струму

(44)

де - перерегулювання «технічного оптимуму» =4,3%

Напруга стабілізації

(45)

Вибираємо стабілітрон по каталогу [8].

По умові U_VD≤U_СТ

Тип КС482А U_СТ=9,2 В

2.4 Аналіз схеми електроприводу на стійкість

Проводився за допомогою логарифмічних частотних характеристик. Передавальна функція електроприводу - це передавальна функція замкнутого контура швидкості. Необхідно побудувати графіки логарифмічної амплітудної частотної характеристики (ЛАЧХ) і логарифмічною фазою частотної характеристики (ЛФЧХ). Вісь w починається з 1, оскільки в діапазоні від 0 до 1 ЛАЧХ не міняє кут нахилу залишається паралельно осі ω. Спрощена передавальна функція електроприводу

де

ЛАЧХ при ω=1 L(1)=20lgk ,де К- числітель нашої передаточної функції