Расчёт автоматизированного электропривода в разомкнутой системе тиристорный преобразователь

Содержание:

1. Исходные данные для проектирования……………………………………………3

2  РАСЧЁТ И  ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ СИСТЕМЫ ТП – Д…………...3

2.1  Расчет и выбор электродвигателя  и его параметров……………………………3

2.2  Тиристорный преобразователь  постоянного тока……………………………....4

2.3 Определение расчётных параметров  силовой цепи ТП-ДПТ…………………..8

 

3   РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И  ДИНАМИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК В РАЗОМКНУТОЙ  СИСТЕМЕ ТП – Д………………………………………………..9

3.1 Расчет  регулировочных характеристик тиристорного  преобразователя……..9

 

3.2 Внешняя характеристика тиристорного  преобразователя……………………10

3.3 Механические  характеристики системы ТП –  Д…………………………….....12

3.4 Моделирование переходных процессов  в разомкнутой системе ТП –  Д…….14

4  РАСЧЁТ ЗАМКНУТЫХ  СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ  С СУМИРУЮЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ………………………………………………….17

4.1 Система управления с отрицательной обратной связью по напряжению…….17

4.2 Система  управления с отрицательной обратной  связью по напряжению и положительной обратной связью по току……………………………………………19

4.3 Расчет системы тиристорный  преобразователь-двигатель при наличии   обратных связей с отсечками……………………………………………………………………..21

4.4 Проверка  устойчивости СУЭП……………………………………………………23

4.5 Моделирование  и анализ переходных процессов  в замкнутой системе ТП-Д с  суммирующим усилителем……………………………………………………………24

4.6 Расчёт  элементов систем управления  с суммирующим усилителем…………..25

5  РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ  СИСТЕМ ПОДЧИНЁННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ  ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО  ТОКА………………27

5.1  Расчёт параметров контура тока…………………………………………………30

5.2 Расчёт  параметров контура скорости…………………………………………….31

5.4 Переходные процессы в замкнутой  системе ТП-Д………………………………33

5.5 Расчёт статических характеристик  СПР………………………………………….34

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………36

1. Исходные данные для проектирования.

 

В курсовой работе выполняется расчёт автоматизированного  электропривода в разомкнутой системе  тиристорный преобразователь –  двигатель постоянного тока ТП –  Д, а так же с системами управления на основе суммирующего усилителя и  подчиненного регулирования переменных, обеспечивающими заданное качество регулирования.

В задании  на курсовую работу приводятся следующие  исходные данные :

Таблица1.1 – Исходные данные для проектирования

Номер ва- рианта	Мощ- ность привода Рн, кВт	Напря- жение питания сети Uс, В	Номина- льная скорость nн, об/мин	Тип при- вода	Диапа- зон регули- рования D	Приведен- ный момент инерции	Статизм механи- ческих характе- ристик δJ, %	Вид ОС	Ток отсечки	Ток стопорения	Динами- ческие Показатели δ, %; tп, с
2	95	380	1000	НР	50:1	1,5	2,8	ОСН	1,6	1,9	30; 1,0

Общие данные для всех вариантов:

• длительный режим работы привода;
• напряжение питающей сети 380/220 В с промышленной частотой     50Гц;
• плавное регулирование угловой скорости вращения вниз от заданного номинального значения при постоянном моменте нагрузки.

2 РАСЧЁТ И  ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ И  РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ТП – Д

 

2.1  Расчет и выбор  электродвигателя и его параметров

 

В курсовой работе по заданию следует применить  приводной электродвигатель постоянного  тока независимого возбуждения. Электродвигатель выбирают на основании заданных мощности и частоты вращения для длительного  режима работы по методике:

.

Таблица 2.1.1 – Технические данные двигателя 2ПН315МУХЛ4

№	РНОМ, кВт.	UНОМ,  В	η %	J	Частота вращения, об/мин.		Сопротивление обмоток при 15 oС, Ом
					nНОМ	nmax	Якоря	Добавочных  полюсов
	1	2	3	4	5	6	7	8
	100	440	88	4,2	1000	2250	0,040	0,024

Далее рассчитывают номинальный ток двигателя

 

По каталожным данным рассчитывается активное сопротивление  якорной цепи двигателя, приведенное  к рабочей температуре,

=1,74*(0,040+0,024)+0,0077=0,11906Ом,

где – сопротивление соответственно обмоток якоря, дополнительных полюсов;

=2/258,26=0,0077 Ом - сопротивление щеточных контактов;

=1+0,004∙(130-15)=1,74 – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмоток при нагреве; - температура обмоток, при которой указано сопротивление в каталоге;-рабочая температура обмоток.

Индуктивность якоря двигателя, необходимая для  дальнейших расчетов, приближенно может  быть рассчитана по формуле Линвиля-Уманского:

,                    

где Р – число пар полюсов; – номинальное напряжение, ток и угловая частота вращения двигателя; – коэффициент компенсации (=0,4-0,6 ).

 

Из уравнения  напряжений якорной цепи двигателя  определим коэффициент электродвигателя

.                                

В системе СИ .

2.2  Тиристорный преобразователь  постоянного тока

Рисунок 2.2.1- Схеманереверсивного преобразователя трехфазная мостовая симметричная.

2.2.1  Выбор комплектного тиристорного преобразователя

Мощность  тиристорного преобразователя Р_ПР и его номинальные параметры должны быть больше или равны аналогичным параметрам двигателя:

 

    Таблица 2.2.1.1 - Технические данные тиристорного преобразователя ТЕ:

Напряжение сети, В	Выходные параметры
	Номинальный выпрямленный ток I0 , А	Максимальный  выпрямленный ток  IM, А	Номинальное выпрямленное  напряжение U0, В	Номинальная мощность PПР,  кВт
380	320	720	460	147,2

 

 

           Расчетная  типовая мощность силового трансформатора, кВ·А:=0,427*1,1*1,05*1,1*1,1*1,08*

*440*258,26=73,237 кВ∙А,

где - коэффициент, характеризующий соотношение мощностей для идеального выпрямителя; К_i – коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной (по экспериментальным данным К_i  = 1,05-1,08) [4].

Расчетное значение тока вторичной обмотки:

=0,817*1,08*258,26=227,88А,

где - коэффициент характеризующий отношение токов в идеальном выпрямителе.

Расчётное значение Е_2ф при работе на якорь двигателя в зоне непрерывных токов с учетом необходимого запаса на падение напряжения в силовой цепи

 

=0,427*1,1*1,05*440=217 В, 

В результате расчета Е_2ф оказывается, что выполняется условие

Е_{2ф расч} ≤ ≤ 1,4 Е_{2ф расч}  217 ≤ 219,65 ≤ 303,8 В,

значит, при использовании трёхфазной мостовой схемы выпрямления силовой  трансформатор не требуется, т.к. силовой  мост подключается через токоограничивающие реакторы непосредственно к трёхфазной питающей сети.

2.2.2  Расчет и выбор силовых тиристоров

В тиристорных  преобразователях, работающих на якорь  двигателя либо на обмотку возбуждения, форма тока обычно отличается от синусоидальной и угол проводимости от 180⁰ (как это оговорено для классификационной схемы). Поэтому для применения известных классификационных параметров вентилей, приводимых в справочной литературе, в целях выбора вентилей, работающих в отличных от классификационных режимов, необходимо использовать пересчетные формулы.

,                               

где К_зi – коэффициент запаса по току, учитывающий пусковой ток двигателя:  К_зi=4 – 5 для двигателей серии 2П; m_тр – число фаз силового трансформатора;

К_охл – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля: при естественном охлаждении со стандартным радиатором V = 0м/с – К_охл = 0,35.

Номинальный ток тиристора I_т.ном должен удовлетворять условию:

.                                             

Расчетное значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к вентилю

=1,4*1,05*220=754,44

где К_3U – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети и периодические выбросы, обусловленные процессами коммутации вентилей (К_зv=1,4 – 1,6); К_U.обр– коэффициент, равный отношению для принятой схемы выпрямления; Е_2ф, Е_2п – соответственно фазная и линейная ЭДС.

Величина  рабочего напряжения тиристора должна удовлетворять условию:

.                                           

На основании I_вср и U_{обр.расч.} выбираем силовые вентили типа Т143-1000, имеющие параметры:

I_п = 1000 А,

I_п ≥ I_в.ср                  1000 ≥ 983,84

 

2.2.3 Выбор анодных реакторов.

При бестрансформаторном  исполнении преобразователя на стороне  переменного тока включают реакторы, предназначенные для ограничения  скорости нарастания и величины аварийного тока через тиристоры. Реакторы не должны уменьшать свою индуктивность при  токах короткого замыкания, поэтому  они выполняются воздушными без  железного сердечника.

Величину  индуктивности токоограничивающего  реактора можно приближенно определить из выражения

 

=1,22∙(380∙1,3/19000∙104,97)=0,000102 Гн, (2.23)

 

где – коэффициент запаса превышения допустимого ударного тока; – допустимый ударный ток тиристора согласно справочных данных, А.

Реактор выбирают на напряжение питающей сети и рассчитанный ток вторичной цепи по формуле:

=0,817*1,08*258,26=227,88 А,

 

.

Выбираем  токоограничительный реактор РТС–265–0,156,имеющий следующие параметры:

I_ном = 265 А;

L_ор = 0,156 мГн.

 

 

2.2.4 Расчёт и выбор сглаживающего реактора.

 

Сглаживающий  реактор, включаемый последовательно  с якорем двигателя, выбирают исходя из условий обеспечения непрерывности  тока двигателя во всём диапазоне  нагрузок от I_min до I_н (изменения угла регулирования α от  α = 90°   до   min), а также ограничения пульсаций якорного тока на уровне 0,03…0,05 I_н, которые ухудшают коммутацию двигателя и увеличивают потери на нагрев.

 

Необходимая индуктивность сглаживающего  реактора

 

 

I_min = (0.03 – 0.05)I_ном = 12,913A

 

Выбираем сглаживающий реактор  типа ФРОС – 250/0,5УЗ, ТЗ имеющий следующие параметры:

индуктивность   4,2 мГн;

 

2.2.5 Реактор для ограничения зоны прерывистых токов.

 

Для получения  гранично-непрерывного режима при заданном максимальном значении угла регулирования  в цепь выпрямленного тока необходимо включить индуктивность L_гр., значение которой можно определить исходя из требуемой индуктивности 0,063

,   

I_{d гр.} – требуемый непрерывный минимальный ток двигателя, обычно  I_dгр.=0,1I_{d ном.}; m_п – число пульсаций выпрямленного напряжения за период напряжения питающей сети.

Максимальное  значение угла управления исходя из требований обеспечения минимальной угловой  скорости:

.        

Минимальное значение ЭДС преобразователя, соответствующее  значению при I_ном:

 

 

где

R_ш = K_rs = U_{ш ном.} / I_{ш ном.}=0,0075/300=0,000025Ом,