Расчет и анализ переходных процессов в электроприводе системы генератор – двигатель

1 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР – ДВИГАТЕЛЬ

 

 

Схема управления и силовой  части системы  генератор - двигатель    (рисунок 1) предусматривает две рабочие скорости вращения двигателя M1: основную (номинальную) ω_н и половинную, равную 0.5 ω_н. Управление системой осуществляется с помощью командо-контроллера S5,  имеющего пять положений.  В положении 1 двигатель Ml работает на основной характеристике, переключение в положение 2 обеспечивает вращение двигателя с половинной скоростью. В положении. 3 обмотка возбуждения генератора LG1.2   отключена. В положениях 4 и 5 двигатель Ml  вращается в противоположном направлении (реверс)  соответственно с половинной и основной скоростью. При номинальной скорости вращения электродвигателя Ml в цепь возбуждения генератора LG 1.2 вводятся резисторы   R1 и R2, при половинной скорости - R1 , R2   и R3. Пуск электродвигателя осуществляется с форсировкой возбуждения генератора закорачиванием на время переходного процесса резисторов  R2  и R3   контактами контактора К5.  Отсечка форсировки выполняется с помощью релe напряжения К6 и К7,  включенных на шины генератора G1   и настроенных на напряжения, соответствующие значению выбранной скорости двигателя. Остановка электродвигателя происходит при переводе командо - аппарата в положение 3, при этом гашение энергии магнитного поля возбуждения генератора осуществляется в разрядном контуре "обмотка возбуждения LG1.2 - разрядное сопротивление.

Схема обеспечивает ряд защит  электропривода:

• от снижения тока возбуждения двигателя ниже допустимого с помощью реле обрыва поля К9;
• превышения напряжения генератора выше допустимого - реле К8;
• максимальную токовую защиту - реле KII;
• нулевую защиту (от самозапуска после кратковременного исчезновения напряжения) - реле KI.

Все реле защиты воздействуют на реле нулевой защиты, отключающее обмотку возбуждения генератора.

Описание пуска системы генератор-двигатель

При нажатии на кнопку пуск (S1) силовой контактор К10 подключает к сети двигатель М2, вал которого начинает приводить во вращение генераторы G1 и G2. После нажатия кнопки S3 питание получает обмотка возбуждения двигателя М1, а так же готова к получению питания обмотка генератора G1. Управление схемой начинается после нажатия кнопки S4-цепь управления получит питание. С помощью командо - аппарата S5, имеющего пять положений, запускаем систему Г-Д, переводя ручку командо – аппарата в 1 положение.   При этом обмотка получит питание через резисторы R1 и R2, и через контакты реле К2.

Схема управления электроприводом  системы Г–Д и его силовая часть представлена ниже на рисунке 1.

 

 

 

Рисунок 1 – Схема управления и силовая часть системы Г–Д

 

 

 

2 ВЫБОР ГЕТЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА (ГПТ) И ЕГО ПРИВОДНОАСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (АД)

 

 

2.1 Выбор генератора постоянного тока

 

 

Выбор генератора осуществляется по следующим условиям.

Номинальное напряжение генератора должно быть примерно на 5% больше чем  номинальное напряжение двигателя:

 

 

 

где и - номинальные напряжения генератора и двигателя соответственно.

Номинальный ток генератора должен быть больше номинального тока двигателя:

 

 

 

где  и - номинальные токи генератора и двигателя соответственно.

Выбираем генератор постоянного  тока (ГПД) из таблицы Б1(приложения Б), который удовлетворяет вышеупомянутым условиям и приведем его паспортные данные в таблице 2.1.

 

 

 

 

 

Таблица 2.1 – Паспортные данные генератора постоянного тока

Тип ГПД	П52
Номинальное напряжение , В	230
Номинальная частота вращения , об/мин	1450
Количество параллельный ветвей якоря 2р, шт.	2
Количество полюсов 2а, шт.	4
Номинальный ток якоря  , А	28.2
Число витков обмотки якоря  , витков	341
Сопротивление обмотки якоря , Ом	0.395
Число витков на полюс независимой  обмотки возбуждения	1250
Сопротивление обмотки независимого возбуждения , Ом	152

 

 

Составим таблицу 2 с точками  кривой намагничивания Ф^г(F^г) для выбранного ГПД и выполним ее построение, точки данной кривой генераторов приведены в таблице Б2 (приложение Б). Общий вид кривой намагничивания представлен на рисунке 2.2.

 

 

Таблица 2.2 – Точки кривой намагничивания выбранного ГПД

Величина	Точки намагничивания генератора
Fг, А	400	800	1200	1600	2000	2400	3200	3800
Фг, мВб	2,9	5,3	7	7,8	8,3	8,8	9,65	10

 

 

 

 

Рисунок 2.1 – График кривой намагничивания ГПТ Ф^г(F^г)

 

Для построения характеристики нерабочего движения ЭДС  при номинальной скорости вращения ГПТ необходимо рассчитать ЭДС генератора Е^г и ток обмотки возбуждения генератора для каждой точки кривой намагничивания Ф^г(F^г).

Конструктивный коэффициент  генератора:

 

 

 

Номинальная угловая скорость вращения вала генератора:

 

 

 

где – номинальная частота вращения вала генератора.

Рассчитаем ЭДС генератора в каждой точке кривой намагничивания:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим ток обмотки возбуждения для каждой точки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Занесем рассчитанные результаты ЭДС генератора и тока обмотки  возбуждения генератора в таблицу 2.3.

 

 

 

Таблица 2.3 – Точки характеристики нерабочего хода при номинальной скорости вращения вала.

Величина	Точки характеристики нерабочего хода
, В	23,9	43,9	59,7	64,3	68,4	72,5	79,5	82,4
, А	0,32	0,64	0,96	1,28	1,6	1,92	2,56	3,04

 

 

С учетом данных в таблице 3 покажем на рисунке 3 характеристику нерабочего хода при номинальной скорости вращения вала ГПД.

 

 

Рисунок 2.2 – Характеристика нерабочего холостого хода при номинальной скорости вращения вала

 

 

 

 

 

 

2.2 Выбор приводного асинхронного  двигателя

 

 

Выбор приводного АД с короткозамкнутым  ротором выполняется по следующим  условиям.

Номинальная мощность составляет:

 

 

 

где  , – номинальные мощности АД и ГПД соответственно.

Номинальная частота вращения вала:

 

 

 

где , – номинальные частоты вращения валов АД с короткозамкнутым ротором и ГПД соответственно.

Определим механическую потребляемую мощность:

 

 

 

Определим электрические  потери мощности в проводниках обмотки  якоря:

 

 

 

Определим механические потери мощности:

 

 

 

Для проверки условия по мощности найдем номинальную мощность генератора:

 

 

Из таблицы В1 (Приложения В) выберем АД с короткозамкнутым ротором, который удовлетворяет  условиям по номинальной мощности и номинальной частоте вращения, приведем в таблице 2.4 его паспортные данные.

 

 

Таблица 2.4 – Паспортные данные АД с короткозамкнутым ротором

Тип двигателя	4А132S4УЗ
Механическая мощность на валу P2 ном, кВт	7,5
Номинальная частота вращения вала nном, об/мин	1455
КПД h, %	87,5
Коэффициент мощности cos(φ)	0,86
Отношение величин Мпуск к Мном	2,2
Отношение величин Мкр к Мном	3
Маховый момент ротора , кг×м2	0,11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

 

Статические характеристики двигателя постоянного тока (ДПТ) представляют собой электромеханические и механические характеристики.

Электромеханическая характеристика ЭП является зависимостью угловой скорости вала вращения ЭП от тока в обмотке  якоря в установившемся режиме ω(І_я) и выражает связь между механической и электрической величинами ЭП.

Выполним построение электромеханических  и механических характеристик в режимах «ВПЕРЕД» и «НАЗАД».

Номинальная угловая скорость ДПТ:

 

 

 

Суммарное сопротивление  якоря:

 

 

 

 

где  k_t – температурный коэффициент , который определяет сопротивление при нагреве (k_t=1,24);

, – сопротивление якоря двигателя и генератора соответственно;

, – сопротивления дополнительных полюсов двигателя и генераторасоответственно( принебрегаем);

R_пр – сопротивление соединительных проводов;

R_щ – сопротивление контактов щеток.

 

 

Определим сопротивление  соединительных проводов:

 

 

где   ρ_меди – питаемое сопротивление меди,

l_пр – длина провода, l_пр= 20…30 м;

S_пр – площадь поперечного сечения;

 – номинальный ток  двигателя; 

j – допустимая плотность тока,

Определим сопротивление  контактов щеток:

 

 

 

где ΔU_щ – падение напряжения щеточных контактов( считаем неизменным ΔU_щ = 1 В);

Определим номинальную угловую  скорость ДПТ:

 

 

 

Определим конструктивный параметр:

 

 

 

Номинальный момент на валу двигателя рамен:

 

 

 

Статический момент сопротивления  равен:

 

 

 

Определим номинальную ЭДС  генератора:

 

 

 

Определим уравнения, которые  описывают режим «ВПЕРЕД».

1. Уравнения для природных характеристик:
1. Для электромеханической характеристики:

 

 

 

 

2. Для механической характеристики:

 

 

 

 

2. Уравнения для реостатных характеристик при номинальном значении напряжения:
1. Для электромеханической характеристики:

 

 

 

 

2. Для механической характеристики:

 

 

 

 

3. Уравнения для реостатных характеристик при напряжении, равным ЭДС генератора:
1. Для электромеханической характеристики:

 

 

 

 

2. Для механической характеристики:

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Уравнения для реостатних характеристик при напряжении, равным половине ЭДС генератора:
1. Для электромеханической характеристики:

 

 

 

 

2. Для механической характеристики:

 

 

 

 

5. Уравнения для реостатных характеристик, при половине значения магнитного потока:
1. Для электромеханической характеристики: