151577 (Разработка электропривода лифта для высотного здания), страница 2

= .

= = 2,93.

₁₂ = С₁₂*.

₁₂ = 232,43* = 11,62 с^-1.

02 = .

02 = = 6,78 с^-1.

В данном случае J₁ и J₂ соизмеримы. Так как отсутствуют возмущения, изменяющиеся с частотой, близкой к ₁₂ = 11,62 с^-1, можно не учитывать жесткость механической связи. Поэтому можно принять С₁₂ = и перейти к одномассовой расчетной схеме:

J = J₁ + J₂.

J = 2,61 + 5,04 = 7,65 кг*м².

Динамический момент в переходных режимах:

М_ДИН = 7,65*68,64 = 525,09 Н*м.

По нагрузочной диаграмме (рисунок 1.4) найдем уточненные моменты, действующие в динамических режимах:

М_СПГ + М_ДИН = 907,74 + 525,09 = 1432,8 Н*м.

М_СПГ – М_ДИН = 907,74 – 525,09 = 382,65 Н*м.

М_СОГ + М_ДИН = 655,84 + 525,09 = 1180,93 Н*м.

М_СОГ – М_ДИН = 655,84 – 525,09 = 130,75 Н*м.

Найдем эквивалентный момент при новых значениях моментов:

М_ЭКВ =

= 1240,67 Н*м.

Произведем перерасчет на стандартное значение ПВ_СТ = 100%.:

М_ЭКВ(100%) = 1240,67* = 611,7 Н*м.

Расчетная мощность двигателя:

Р_РАСЧ = 611,7*57,18 = 34,97 кВт.

Выбранный электродвигатель по мощности проходит. Проверим условие перегрузочной способности. Номинальный момент электродвигателя:

М_Н = ,

Где _Н – номинальная круговая частота вращения двигателя.

_Н = .

_Н = = 62,8 с^-1.

М_Н = = 589,17 Н*м.

Условие проверки по перегрузочной способности:

*М_Н М_МАКС.,

Где М_МАКС. – максимальный момент нагрузки в динамических режимах.

3*589,17 = 1767,5 1432,8 Н*м.

Выбранный электродвигатель соответствует требованиям по перегрузочной способности.

Рассчитаем параметры электродвигателя.

Приведенное к рабочей температуре сопротивление якорной цепи:

R_Я.ПР..= 1,2*(R_Я+R_ДП)+,

R_Я.ПР.=1,2*(0,037+0,017) + = 0,075 Ом.

Коэффициент электродвигателя:

С_е = ;

С_е = = 3,269 Вс;

Индуктивность якоря:

L_Я = _К*,

Где _К = 0,6 – для нескомпенсированных электродвигателей.

L_Я = 0,6* = 0,001 Гн.

4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей

В качестве силового преобразователя выбираем комплектный электропривод серии ЭПУ1 по следующим параметрам:

1. по номинальному току нагрузки:

I_Н I_ЯН;

1. по номинальному выходному напряжению:

U_ВЫХ U_ЯН;

1. по перегрузочной способности:

_{ПР ДВ};

1. по диапазону регулирования:

D_ПР D_РАСЧ;

1. по наличию реверса;

2. По напряжению питающей сети:

U_СЕТИ = U_ВХ

Для выбора преобразователя используем следующие параметры:

I_ЯН = 195,5 А;

U_ЯН = 220 В;

_ДВ = 3;

D_РАСЧ = .

_ПОН = .

_ПОН = = 2,9463 с^-1.

D_РАСЧ = = 21,28.

U_СЕТИ = 380 В.

По полученным параметрам выбираем электропривод ЭПУ1-2-4627ЕУХЛ4 со следующими параметрами 4:

1. ток блока управления – 400 А;

2. выпрямленное напряжение блока – 230 В;

3. Напряжение питающей сети – 380 В;

4. диапазон регулирования – до 50;

5. перегрузочная способность – 2;

6. с обратной связью по ЭДС.

Параметры вводного токоограничивающего реактора типа РТСТ-265-0,156У3 5

1) номинальный фазный ток –265 А;

2) номинальная индуктивность фазы – 0,00156 Гн;

3) активное сопротивление фазы – 0,0072 Ом.

Оценим необходимую индуктивность якорной цепи с точки зрения ограничения пульсаций выпрямленного тока при работе в нижней точке диапазона регулирования скорости. При этом, требуемая индуктивность контура якорной цепи:

L_а = ,

Где i_n = 0,02…0,05 – относительная величина действующего напряжения первой гармоники.

e_n = ,

_max = arccos ;

E_dmin = C_e *_min + U_СД + U_В,

Где U_сд = (0,005…0,01)*U_Н – падение напряжения на сглаживающем дросселе;

U_В = 1…2 В – падение напряжения на тиристолрах в открытом состоянии.

E_d0 = C_e *_Н + U_СД + U_В.

E_dmin = 3,269*2,95 + 0,01*220 + 2 = 13,84 В.

E_d0 = 3,269*62,8 + 0,01*220 + 2 = 209,5 В.

_max = arccos = 86,21^o.

e_n = = 0,23.

L_a = = 0,006 Гн.

Требуемая индуктивность сглаживающего дросселя:

L_СД = Lа – 2*L_Р – L_Я.

L_СД = 0,006 – 2*0,00156 – 0,001 = 0,00188 Гн.

В качестве сглаживающего дросселя выбираем дроссель типа ФРОС-1000/0,5У3 со следующими номинальными параметрами:

1) номинальный постоянный ток – 800 А;

2) номинальная индуктивность – 2,3 мГн;

3) активное сопротивление – 0,0047 Ом.

Суммарная индуктивность якорной цепи:

L = L_Я + 2*L_Р + L_СД;

L = 0,001 + 2*0,00156 + 0,0023 = 0,00642 Гн.

Суммарное сопротивление якорной цепи:

R = R_ЯН + 2*R_Р + R_СД.

R = 0,075 + 2*0,0072 + 0,0047 = 0,0941 Ом.

Постоянная времени якорной цепи:

Т_Я = ;

Т_Я = = 0,068 с.

Постоянная времени тиристорного преобразователя:

Т_ТП = + (0,005…0,01) 0,01 с.

Коэффициент усиления тиристорного преобразователя:

К_ТП = .

К_ТП = = 23.

Коэффициент обратной связи по ЭДС:

К_ОЭ = ;

К_ОЭ = = 0,04871 В*с.

5 Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Для электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением статические характеристики можно построить по двум точкам:

1) точке холостого хода (М_С = 0);

2) точке номинальной нагрузки (М_С = М_Н).

При этом скорость определяется по формулам:

= – – механическая характеристика;

= – – электромеханическая характеристика;

Напряжение на якоре , при котором электродвигатель работает в точках = 57,18 с^-1 и = 2,9463 с^-1 при номинальном моменте определяем по формуле:

U_Я = Се* + .

Для естественной характеристики:

₀ = = 67,29 с^-1.

_Н = – = 62,8 с^-1.

Для скорости = 57,18 с^-1:

U_Я = 3,269*57,18 + = 203,88 В.

₀ = = 62,36 с^-1.

Для скорости = 2,9463 с^-1:

U_Я = 3,269*2,9463 + = 26,59 В.

₀ = = 8,13 с^-1.

Для построения электромеханических характеристик используем те же точки холостого хода (₀), что и расчете механических характеристик. В качестве статического тока принимаем I_ЯН = 195,5 А.

Рассчитаем значение критического тока якоря для нижней скорости диапазона:

I_КР = *2*E_2Ф**sin*(1 – *ctg)*sin_MAX.

I_КР = *2*220**sin*(1 – *ctg)*sin86,21 = 13,6 А.

Ввиду того, что величина I_КР намного меньше самого минимального значения статического тока, зоной прерывистых токов можно пренебречь.

6 Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

Структурная схема СУ ЭП типа ЭПУ1 приведена на рисунке 6.1. СУ содержат в своем составе: регулятор ЭДС (РЭ) и управляющий орган (УО), предназначенный для реализации токовой отсечки, на который подается сигнал обратной связи по току якорной цепи.

Для нахождения передаточной функции регулятора ЭДС необходимо предварительно свернуть внутренний контур электродвигателя по формуле:

W_З(Р) = ,

Где W_З(Р) – передаточная функция замкнутого контура;

W_ПР(Р) – передаточная функция прямой ветви;

W_ОБР(Р) – передаточная функция обратной ветви.

При этом целесообразно произвести условный перенос цепи обратной связи как показано прерывистой линией.

W_ПР(Р) = *Се*.

W_ОБР(Р) = С_Е.

W_ЗК(Р) == ,

Где Т_М – механическая постоянная времени электродвигателя.

Т_М = .

Т_М = = 0,067 с.

Полученное выражение с достаточной степени точности можно преобразовать в выражение:

W_ЗК(Р) =

Для синтеза регулятора ЭДС /6/, влиянием отсечки по току можно условно пренебречь и полученный разомкнутый контур регулирования ЭДС, состоящий из передаточной функции преобразователя и оптимизированной свернутой передаточной функции электродвигателя, приравнять к желаемой передаточной функции разомкнутого контура регулирования настраиваемого на симметричный оптимум:

W_ЖР(Р) =

При выборе желаемой передаточной функции замкнутой системы, Т принимают равной некомпенсируемой малой постоянной времени объекта регулирования, которую невозможно компенсировать принципиально или нецелесообразно компенсировать из соображений помехоустойчивости системы.

W_РАЗ.Э(Р) = W_РЭ(Р) **Се*К_ОЭ.

W_РЭ(Р) *Се*К_ОЭ = .

В полученном уравнении только суммарная постоянная времени Т_Я + Т_М подлежит компенсации, так как постоянная времени Т_ТП не может быть скомпенсирована потому, что тиристорный преобразователь является дискретным звеном и его динамические свойства зависят только от свойств силовых вентилей, входящих в силовую схему. Поэтому Т = Т_Я + Т_М.

Из полученного уравнения находим передаточную функцию регулятора:

W_РЭ(Р) =

Полученная передаточная функция соответствует ПИ-регулятору.

Особенностью моделирования СУ ЭП типа ЭПУ1 (с регулятором ЭДС (РЭ) и управляющим органом (УО)) является необходимость ограничения допустимого значения тока якоря путем ограничения выходного сигнала регулятора ЭДС U_ВЫХ.Р, в дополнение к собственному ограничению регулятора, исходя из условия:

если ABS(I_ЯЦ) I_ДОП.ЯЦ , то U_ВЫХ.Р =

где _ДВ – текущая скорость вращения электродвигателя;

I_ДОП..ЯЦ – допустимый ток якорной цепи с учетом перегрузочной способности электродвигателя.

При моделировании регулятора следует производить учет нелинейностей, возникающих при работе реальных операционных усилителей (ОУ), обусловленных ограничением уровня выходного сигнала уровнем напряжения питания (в общем случае U_ПИТ.ОУ = 10 В). В связи с этим в программе следует задавать условия ограничения, соответствующие зоне изменения выходного сигнала ОУ, а при наличии в составе регулятора интегральной составляющей, при достижении выходным сигналом ОУ предельных значений, производится условное размыкание интегральной ветви регулятора. Для реверсивных регуляторов зона изменения выходного сигнала: +10.0 ...–10.0.

Для представления структурной схемы (рисунок 6.1) в удобном виде для описания на языке программирования необходимо произвести разбиение передаточных функций отдельных элементов на элементарные звенья, а также учесть влияние нелинейностей. При этом получим математическую модель, приведенную на рисунке 6.2.

Параметры математической модели:

А[1] = =

= = 0,003;

А[2] = =

= = 0,3;

А[3] = К_П = 23.

А[4] = = = 100.

А[5] = = = 10,62;

А[6] = = = 14,7;

А[7] = С_Е = 3,269;

А[8] = С_Е = 3,269;

А[9] = = = 0,13;

А[10] = К_ОЭ = 0,04871;

А[11] = U_З;

А[12] = I_ЯДОП = I_ЯН* = 195,5*3 = 586,5;

А[13] = I_ЯДОП R_ЯЦ= 586,5*0,0941 = 55,18;

А[14] = К_П = 23.

А[15] = М_С;

А[16] = = = 0,04371.

Рассчитаем напряжение задания по формуле: