Расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода
Содержание
Введение
.
Исходные данные
.
Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик
.
Расчет и выбор элементов силовой схемы
.1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей
преобразователя
.2 Расчет индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов
.3 Определение параметров привода и построение
Заключение
Список литературы
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.
Все расчеты и диаграммы выполнены с помощью программы Mathcad 14.
1. Исходные данные
Мощность, P = 6 кВт;
Скорость, n = 3000 об/мин;
Диапазон регулирования скорости, D = 15;
Статическая
ошибка, 
= 6%;
Схема
преобразователя 3-х ф. нулевая
Рисунок 1 - Трёхфазная нулевая схема
Кu -
коэффициент запаса по напряжению, учитывающий допускаемое по ПУЭ снижение
напряжения сети, Кu=1,05;
Кa -
коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентиля при максимальном
управляющем сигнале (для нереверсивных преобразователей принимают Кa=1, для реверсивных Кa=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);
KT2 - коэффициент, представляющий собой отношение
действующего значения соответствующего фазного тока к выпрямленному току, KT2=0,577;
KT1 =0,817;
Ku макс =2,09;
KМ =1,345;
КН- коэффициент схемы (в нашем случае КН=0,854);
2. Выбор электродвигателя и расчет
электромеханических характеристик
электродвигатель трансформатор преобразователь реактор
Выбор электродвигателя постоянного тока производится
по каталогу в соответствии с заданием. В нашем случае выбираем двигатель П-62.
7. Определим номинальную частоту вращения
двигателя (рад/с)
(1)
Для
получения при номинальной нагрузке минимально заданной скорости
(2)
.
Определим номинальный момент двигателя (
)
(3)
.
Определим сопротивление якоря (Ом)
(4)
.
Определяем параметр 
(
)
(5)
5.
Определяем скорость идеального ХХ
(6)
(7)
Характеристика
строится по точкам номинальной нагрузки 
, 
и режима холостого хода с координатами
, 
(8)
.
Строим электромеханическую характеристику по точкам:
Для
построения естественной электромеханической характеристики двигателя
постоянного тока независимого возбуждения по уравнению
(9)
достаточно
знать координаты двух ее точек: номинального режима с координатами 
, 
и режима
холостого хода с координатами 
, 
.
ХХ: w=w0, I=0
НОМ: w=wn, I=In
Рисунок
2 - Электромеханические характеристики двигателя
3.
Расчет и выбор элементов силовой схемы
Подводимое
к схеме выпрямления напряжение
Расчетное
действующее значение тока во вторичной обмотке определяется исходя из величины
номинального тока двигателя Idн по
формуле:
(10)
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
Трансформатор выбирается по типовой мощности и
необходимому вторичному напряжению и проверяется по нагреву первичным током
I1=Ki×KT1×Id=
А
с
учетом коэффициента трансформации.
Выбираем
трансформатор ТТ-14
Для
выбранного трансформатора активное и индуктивное сопротивления обмоток на фазу
определяются, как
Ом(11)
Ом(12)
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)
Сглаживающие реакторы выполняют две функции:
ограничивают пульсации тока в якорной цепи и обеспечивают работу в зоне
непрырывных токов.
Величина относительных пульсаций I*e принимается не более 0,02 и рассчитывается как
(13)
где
- относительная величина ЭДС пульсаций;
Iном - номинальный ток;
Lдр,Lя,LТ - индуктивность сглаживающего реактора (катодного
дросселя), якоря двигателя и трансформатора;
w0=2pfm -
угловая частота пульсаций;
f - частота
сети;
m - число фаз
(для трехфазной нулевой схемы m =3).
На
основании специальных расчетов получены кривые зависимости от угла открывания и числа фаз. Величина берется для максимального угла открывания aмакс,
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 (14)
а
по ней - искомое значение Lдр. При
наличии уравнительных реакторов, их индуктивность добавляется в левую часть
формулы (14).
Индуктивность трансформатора определяется, как
Гн(15)
а
индуктивность якорной цепи двигателя по эмпирической формуле
Гн(16)
где
коэффициент Cx=0,5 для некомпенсированных машин
Номинальный
ток реактора должен быть не менее номинального тока двигателя.
Гн
.3 Определение параметров привода и
построение электромеханических характеристик
Эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя
Ом(17)
где
n=1
Rдт≈0,05
для современных тиристоров.
Для
мостовых схем RТ вдвое
больше (сопротивление двух фазных обмоток). Значение коммутационного
сопротивления
(18)
где
m - число фаз.
Величина
т указывает число последовательного соединенных тиристоров (для мостовых схем
удвоенное).
Электромагнитная
постоянная времени якорной цепи равна
c (19)
где
эквивалентное сопротивление якорной цепи Rэ
Ом (20)
Далее
производится расчет статических электромеханических характеристик привода в
разомкнутой системе. ЭДС преобразователя при номинальной скорости и номинальной
нагрузке
В(21,а)
Статическая
характеристика строится при изменении тока по формуле
(22,а)
ЭДС
преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке
В (21,б)
Статическая
характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле
(22,б)
Верхняя
и нижняя статические характеристики строятся по формулам (22,а), (22,б) и
приводятся на одном графике.
Рисунок 4 - Статическая характеристика
Заключение
В результате выполнения расчетно-графической работы
мною были ознакомлены методы расчета и выбора элементов автоматизированного
электропривода, анализа и синтеза систем автоматического управления приводами,
навыками использования прикладных программ по моделированию и расчету
электромеханических и силовых устройств различных типов на ЭВМ.
Список литературы
1. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода.-СПб.: Энергоатомиздат,
2000.- 496с.
. Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-360с.
.Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода
на ЭВМ. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.-512с.