м

Расстояние, которое проходит груз без ускорения:

м

Время работы привода без ускорения:

с

Время цикла с учетом ускорения:

с

Рис. 3. Нагрузочная диаграмма двигателя.

По нагрузочной диаграмме находим новое значение эквивалентного момента:

Нм

М_экв=35,53М_н;

М_max2.5*М_н=2,5*47,748=119,37

Выбранный двигатель удовлетворяет условиям нагрева и допустимой нагрузки.

1.4. Выбор схемы и расчет элементов силового преобразователя.

Для данного случая выбираем трехфазную мостовую схему. Схема приведена на рис.4:

Рис. 4. Мостовая реверсивная схема.

1.4.1. Выбор трансформатора.

Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов I₁ и I₂, напряжению U₂ и типовой мощности S_тр.

Расчетное значение напряжения U_2ф вторичной обмотки трансформатора, имеющего m-фазный ТП с нагрузкой на якорь двигателя в зоне непрерывных токов, с учетом необходимого запаса на падение напряжения в силовой части, определяется формулой:

В,

где k_u=0,461 – коэффициент, характеризующий отношение напряжений U_2ф/U_d0 в реальном выпрямителе;

k_c=1,1 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

k_=1,1 – коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале;

k_R=1,05 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, в вентилях и за счет перекрытия анодов;

U_d=220 В – номинальное напряжение двигателя.

Расчетное значение тока вторичной обмотки:

А,

где k_I=0,815 – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I_2ф/I_d в идеальной схеме;

k_i=1,1 – коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной;

I_d – значение номинального тока двигателя.

А

Расчетная типовая мощность силового трансформатора:

кВА,

где k_s=1,065 – коэффициент схемы, характеризующий отношение мощностей S_тр/U_dI_d для идеального выпрямителя с нагрузкой на противо-ЭДС.

Выбираем силовой трансформатор, удовлетворяющий условиям:

S_н11,644 кВА; U_2фн128,854 В; I_2фн36,822 А.

Выбираем трансформатор ТС-16.

Его характеристики:

S_н=16 кВА; U_1нл=3805% В; U_2нл=230-133 В; Р₀=213 Вт; Р_к=529 В; U_к=4,6% Y/Y₀-

Коэффициент трансформации:

Расчетное значение тока первичной обмотки:

А.

1.4.2. Выбор тиристоров.

Среднее значение тока тиристора:

А,

где k_зi=2,5 – коэффициент запаса по току;

k_ох – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля. При естественном охлаждении k_ох=0,35;

m_тр=3 – число фаз трансформатора.

Максимальная величина обратного напряжения:

В,

где k_зн=1,8 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети (включая режим холостого хода) и периодические выбросы U_обр, обусловленные процессом коммутации вентилей;

k_Uобр=1,065 – коэффициент обратного напряжения, равный соотношению напряжений U_Bmax/U_d0 для мостовой реверсивной схемы выпрямления;

U_d0 – напряжение преобразователя при =0:

В

Из справочника [3] выбираем тиристор серии Т151-100.

1.4.3. Выбор индуктивности дросселей.

Под действием неуравновешенного напряжения, минуя цепь нагрузки, может протекать уравнительный ток, который создает потери в вентилях и обмотках трансформатора и может приводить к аварийному отключению установки.

Требуемая величина индуктивности уравнительных дросселей, исходя из ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины, не превышающей 10%:

,

где U¹_п – удвоенное эффективное значение первой гармоники выпрямленного напряжения:

В,

где U_п/U_d0=0.26 – определено по рисунку из [2] для m=6 и =90⁰;

m=6 – число фаз выпрямления.

Гн.

Уравнительные дроссели выберем частично насыщающимися, т.е.

L_уд=0,7L_{уд.расч}=0,029 Гн.

Выбираем дроссель серии ФРОС-150. L_уд=0,03 Гн.

Рассчитаем индуктивность сглаживающего дросселя:

Гн,

где U_п=U¹_п/2=72,673 Гн – действующее значение первой гармоники выпрямленного напряжения.

Необходимая величина индуктивности сглаживающего дросселя:

L_сд=L_необх-(L_дв+2L_тр+L_уд),

где L_дв – индуктивность якоря и дополнительных полюсов двигателя:

Гн

2L_тр – индуктивность двух фаз трансформатора, приведенная к контуру двигателя.

Гн.

L_сд=0,027-(0,010+0,00106+0,03)=-0,014 Гн

Т.к. L_сд0, то сглаживающий дроссель не требуется.

1.4.4. Определение расчетных параметров силовой цепи ТП-Д.

Расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока:

,

где k=1+(t_н-t_)=1+0.004(100-15)=1.34;

=0,004 – температурный коэффициент сопротивления меди;

t_н=100⁰ – рабочая температура двигателя для класса изоляции В;

t_=15⁰ – температура окружающей среды;

R_щ – сопротивление щеточного контакта:

Ом;

R_п – сопротивление преобразователя:

,

где R_т – активное сопротивление обмоток трансформатора:

Ом;

х_т – индуктивное сопротивление обмоток трансформатора:

Ом

R_уд – активное сопротивление уравнительных дросселей:

Ом.

Итак,

Ом

Ом.

Выводы по главе 1.

В главе 1 на основе технических данных и требований электропривода подъемного механизма крана был произведен выбор схемы ЭП. В результате анализа и обзора применяемых систем регулирования показана целесообразность применения системы тиристорный преобразователь – двигатель.

Построение нагрузочных диаграмм производственного механизма и двигателя позволило предварительно выбрать двигатель, а затем проверить его по условиям нагрева и по перегрузке. Выбранный двигатель серии 2П удовлетворяет этим условиям.

Расчет силового преобразователя включил в себя выбор его элементов, а также определение расчетных параметров силовой цепи ТП-Д.

2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ.

2.1. Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе.

Статические характеристики в разомкнутой системе могут быть построены по следующим выражениям:

где R_я.дв – сопротивление якорной цепи двигателя с учетом нагрева:

Ом

Ток возбуждения двигателя:

А

Номинальный ток якоря:

А

Статические скорость и момент:

_с=144,67 1/с;

М_с.под=106,918 Нм;

М_с.сп=68,428 Нм.

Из уравнений для статических характеристик:

В/с

ЭДС преобразователя при _с и М_с.под:

В.

ЭДС преобразователя при _с и М_с.сп:

В.

Уравнение статической механической характеристики при Е_{п.необх.под}:

;

.

Уравнение статической механической характеристики при Е_{п.необх.сп}:

;

.

Максимальная ЭДС преобразователя при =0:

В.

Уравнение статической характеристики при Е_п.max:

;

.

Статическая характеристика при Е_п=0:

;

.

Естественная статическая характеристика:

;

.

Рис.5. Статические и динамические характеристики в разомкнутой системе.

Рассчитаем нагрузочную диаграмму двигателя за цикл при линейном изменении ЭДС преобразователя.

Жесткость статической механической характеристики:

В²с²/Ом

Электромеханическая постоянная времени:

с

Расчетная суммарная индуктивность цепи якоря:

Гн

Электромагнитная постоянная времени:

с

Соотношение постоянных времени:

Для построения нагрузочной диаграммы двигателя за цикл при линейном изменении ЭДС, используем ЭВМ и программу 20-sim. Для моделирования введем в компьютер схему, представленную на рис. 6. Параметры для моделирования представлены в приложении 1.

Н
агрузочная диаграмма процесса представлена на рис. 7

Рис. 6. Схема для расчета нагрузочной диаграммы двигателя при линейном изменении ЭДС.

1. Выбор структуры замкнутой системы электропривода, расчет ее параметров.

В соответствии с рекомендациями выберем систему ТП-Д с подчиненным регулированием координат с настройкой на технический оптимум.

Рис. 8. Принципиальная схема подчиненного регулирования тока и скорости в системе ТП-Д.

2
.2.1. Расчет контура тока

Рис. 9. Структурная схема регулирования тока.

Отнесем время запаздывания тиристорного преобразователя _п и инерционность фильтров Т_ф к некомпенсированным постоянным времени, т.е. Т_=_п+ Т_ф=0,01 с. Тогда, если не учитывать внутреннюю обратную связь по ЭДС двигателя, можно записать передаточную функцию объекта регулирования тока:

,

где k_п – коэффициент усиления преобразователя.

Желаемая передаточная функция прямого канала разомкнутого контура при настройке на технический оптимум:

,

где а_т=Т_от/Т - соотношение постоянных времени контура.

Отношение W_раз.п к W_орт есть передаточная функция регулятора тока:

,

где Т_ит – постоянная интегрирования регулятора тока:

Из выражения для W_р.т. видно, что необходим ПИ-регулятор тока.

Коэффициент усиления пропорциональной части:

k_ут=Т_я/Т_пт или k_ут=R_ост/R_зт

Постоянная времени ПИ-регулятора:

Т_пт=R_зтС_ост

Компенсируемая постоянная времени регулятора:

Отсюда,

Ом,

где Т_я=Т_э – электромагнитная постоянная времени.

Коэффициент обратной связи по току:

,

где k_ш – коэффициент передачи шунта;

k_ут – коэффициент усиления датчика тока.