Электропривод крана

U_d0 – напряжение преобразователя при a=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 a=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+a(t_н-t_a)=1+0.004(100-15)=1.34;

a=0,004 – температурный коэффициент сопротивления меди;

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

t_a=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:

w_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 w_с и М_с.под:

 В.

ЭДС преобразователя при w_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 a=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.

Нагрузочная диаграмма процесса представлена на рис. 7

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 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 t_п и инерционность фильтров Т_ф к некомпенсированным постоянным времени, т.е. Т_m=t_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/Тm - 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.

 

Шунт выбираем с условием I_шн>I_яmax

 А

Выбираем шунт типа ШС-75. Его параметры: I_шн=100 А U_шн=75 мВ

Коэффициент передачи датчика  тока:

Примем R_от=R_зт, тогда

 В/А

Коэффициент усиления преобразователя:

Постоянная интегрирования ПИ-регулятора:

Коэффициент усиления регулятора:

 Ом

Стопорный ток:

 А

 

Номинальное значение задания:

В

2.2.2. Расчет контура скорости.

Рис. 10. Структурная схема  контура скорости.

 

Объект регулирования  скорости состоит из замкнутого контура  регулирования тока и механического  звена электропривода и имеет  вид

.

Некомпенсированная постоянная времени для контура скорости в а_т раз больше, чем для контура тока:

 с.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура:

,

где а_с=Т_ос/Т_mс – соотношение постоянных времени. а_с=2 в настроенном на технический оптимум контуре.

Передаточная функция  регулятора скорости (W_раз.с/W_орс):

.

Очевидно, что необходимо применить пропорциональный регулятор  скорости (П-регулятор)

Его коэффициент усиления k_ус=W_р.с.

В замкнутой системе w_с и М_с связаны соотношением:

Коэффициент обратной связи  по скорости:

 В/с

Коэффициент усиления П-регулятора

.

Максимальная скорость холостого хода:

Зададимся R_осс=100 кОм, тогда:

 Ом

Допустим, используется тахогенератор с k_тг=0,32 Вс. Тогда при w₀=w_0з.max максимальная ЭДС тахогенератора:

 В.

Сопротивление в цепи обратной связи по скорости:

 кОм.

2.3. Расчет и построение статических характеристик в замкнутой системе.

 

В замкнутой системе при М<119,37 Нм, уравнение статической характеристики:

 

При М=М_стоп=119,37 Нм скорость равна:

1/с.

4. Разработка схемы управления электроприводом.

 

Схема управления электроприводом выполнена на базе операционных усилителей постоянного тока и включает в себя регулятор тока (АА), регулятор скорости (AR), датчик интенсивности SJ. Тахогенератор BR с делителем напряжения R3 и R1 является датчиком скорости. Сигнал задания формируется в блоке задания. Уровень сигнала задания изменяется потенциометром RP, а его полярность задается с помощью реле KV1 и KV2 (движение вперед и назад). Реле KF – реле обрыва поля.

При включении автоматических выключателей QF, QF1, QF2 подается питание на силовую схему и схему управления. Срабатывает реле KF и замыкает свой главный контакт в схеме управления. При нажатии на кнопку SB1 (Подъем) происходит срабатывание реле KV1, которое замыкает свои контакты в схеме управления и в силовой цепи. Происходит подъем груза. При подъеме груза на максимальную высоту происходит срабатывание SQ2 и двигатель останавливается. Чтобы осуществить спуск груза, необходимо нажать на кнопку SB2 (Спуск). В этом случае срабатывает реле KV2, в силовой цепи и цепи управления срабатывают его контакты. Начинается спуск груза, который продолжается до замыкания конечного выключателя SQ1.  Для остановки подъема или опускания груза предусмотрена кнопка SB3 (Тормоз).

Схема управления представлена на рис. 12.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 12. Статическая характеристика в замкнутой системе.

 

 

Выводы по главе 2.

В главе 2 были рассчитаны и построены статические характеристики в разомкнутой системе, а также  уточненная нагрузочная диаграмма  двигателя за цикл при линейном изменении  ЭДС преобразователя. Выбрана структура замкнутой системы – система с подчиненным регулированием координат с настройкой на технический оптимум. Построены статические характеристики электропривода и разработана схема управления.

 

3. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ  ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ.

3.1. Математическое описание электропривода.

Структурная схема электропривода с внешним контуром регулирования  скорости и внутренним контуром тока якоря изображена на рис. 13.

 

 

Рис. 13. Структурная схема  ЭП с подчиненным регулированием параметров.

 

Пропорциональный регулятор скорости AR и пропорциональный регулятор тока AA формируют управляющие воздействия из сигналов задания U_сз и U_зт и обратных связей U_ос и U_от.

Работу электропривода с представленной структурой опишем системой алгебраических и дифференциальных уравнений, принимая во внимание, что коэффициент передачи регулятора скорости и постоянная времени регулятора тока равны соответственно:

;     .

где Т_зи – постоянная времени задатчика интенсивности;

U_п, U_з – напряжение, коммутируемое с помощью реле в составе задатчика интенсивности, и напряжение задания;

К_ос и К_от – коэффициенты усиления цепей обратных связей по контуру и по току;

R_р – сопротивление якорной цепи двигателя.

Данная система уравнений может быть приведена к виду, удобному для моделирования, путем разрешения каждого уравнения относительно первой производной от соответствующей постоянной величины.

3.2. Расчет и построение переходных  процессов.

 

Для построения переходных процессов пуска электропривода в замкнутой системе с подчиненным регулирования координат, используем ЭВМ и программу 20-sim. Для моделирования введем в компьютер схему, представленную на рис. 14.

Параметры для моделирования  представлены в приложении 2.

Рис. 14. Схема для расчета  переходных процессов пуска в  замкнутой системе.

 

Нагрузочная диаграмма  процесса представлена на рис. 15:

 

 

Рис.15. Нагрузочная диаграмма двигателя  при переходном процессе.

 

 

Выводы по главе 3.

В главе 3 проводились  исследования динамики замкнутой системы. Было дано математическое описание электропривода и структурная схема. На ее основе с помощью программы 20-sim получены графики переходных процессов пуска в замкнутой системе. Их анализ показал соответствие результатов, полученных на ЭВМ, теоретическим. Учитывалось то, что пуск происходил при скачке задания, а контур настроен на технический оптимум.

 

4. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

4.1. Построение уточненной нагрузочной  диаграммы двигателя за цикл.