Разработка системы автоматизированного управления регулируемым электроприводом

1.3 Определение параметров якорной цепи электропривода

 

 

Активное  сопротивление трансформатора, приведенное  к цепи  выпрямленного тока:

 

где – число параллельных проводов, – число фаз, – выпрямленный ток, - мощность короткого замыкания трансформатора:

 

.

 

Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное  к цепи выпрямленного тока:

 

,

где U_L - индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора, U_L=0,05.

 

.

 

Сопротивление, вносимое за счет перекрытия анодных  токов:

 

,

 

где m - коэффициент  пульсаций для трехфазной схемы  с нулевым выводом, m = 3.

Сопротивление щеточного контакта:

 

 

Индуктивность трансформатора, приведенная к контуру  двигателя:

 

.

 

Индуктивность двигателя:

 

 ,

 

где - индуктивность якоря,

- индуктивность дополнительных  полюсов,

 – коэффициент индуктивности  для некомпенсированных машин, – число пар полюсов,

 – номинальная угловая скорость двигателя.

 

.

 

Активное  сопротивление сглаживающего дросселя:

 

,

 

где

Расчетное активное сопротивление цепи якоря:

 

 

 

где - сопротивление проводников.

Предельный  угол регулирования:

 

,

 

где - скорость вращения электродвигателя, соответствующая нижнему пределу его регулирования:

 

,

 

где - заданный диапазон регулирования;

 

 

  где ;

 

Найдем  значение

 

 

Конструктивная  постоянная двигателя:

 

.

 

Таким образом,

 

.

 

По полученному  значению определяем относительную величину эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения .

Индуктивность сглаживающего дросселя:

 

 

- относительная величина эффективного  значения пульсаций первой гармоники  выпрямленного тока;

 

.

 

Расчетная индуктивность  якорной цепи:

 

 

 

 

 

,

.

 

Электромагнитная  постоянная времени:

 

.

 

Электромеханическая постоянная времени:

 

,

 

где  J - момент инерции привода.

 

 

1.4 Построение  статических характеристик тиристорного  преобразователя

 

 

Регулировочная  характеристика преобразователя при  условном холостом ходе может быть построена по уравнению:

               

.

 

Зависимость напряжения на якоре электродвигателя в функции угла регулирования  преобразователя при неизменном (номинальном) моменте на валу может  быть определена с помощью уравнения: 

 

где (R_т+R_п) - внутреннее сопротивление источника питания.

Расчетные значения для графического представления  характеристик приведены в таблице 1.4, графики – на рисунке 1.2.

 

Таблица 1.4 –  Результаты расчета характеристик

, град.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
	272	267,9	255,6	235,6	208,4	174,8	136	93	47,2	0
	259,7	255,6	243,3	223,3	196	162,5	123,7	80,72	35	-12,3

 
Продолжение таблицы 1.4

, град.	100	110	120	130	140	150	160	170	180
	-47,2	-93	-136	-174,8	-208,4	-235,6	-255,6	-267,9	-272
	-59,5	-105,3	-148,3	-187	-220	-247,9	-267,9	-280,2	-284,3

 

 

Рисунок 1.2 – Регулировочные характеристики преобразователя при условном холостом ходе Е_dα=f(α) и номинальной нагрузке электродвигателя U_dα=f(α)

Начальный (минимальный) угол регулирования  можно определить графически либо из уравнения:

 

,

.

 

Динамический  запас по напряжению:

 

.

 

Характеристика «вход-выход» преобразователя  может быть построена при известной регулировочной характеристике системы управления тиристорами (рисунок 1.3) и по регулировочной характеристике путем последовательного перестроения.

 

 

Рисунок 1.3 – Зависимость

= f (U_У) преобразователя

 

Характеристика  «вход-выход» преобразователя представлена на рисунке 1.4.

 

 

Рисунок 1.4 — Характеристика «вход-выход» преобразователя

 

Значение  определяем исходя из заданного диапазона регулирования:

 

.

 

По полученной характеристике определяем коэффициент  передачи преобразователя:

 

.

 

1.5 Выбор  и краткое описание комплектного  тиристорного    преобразователя

 

 

По результатам расчетов и построенной  статической характеристике выбираем источник питания на базе КТП –  реверсивную трехфазную тиристорную  станцию управления двигателями  типа ШУВ 3601-3627П. Станция имеет мостовую силовую схему, расчетный номинальный выпрямленный ток до 40 А, номинальное выпрямленное напряжение до 380 В. КТП типа ШУВ 3000 представляет унифицированную сериюв которой использован блоковый способ постороения силових и функциональных узлов управления, что позволяет комбинацией блоков одержати получить широкий класс ЕП мощностью до 200 кВт и діапазоном регулирования от 20 до 1000. Структурная схема комплексного тиристорного преобразователя показана на рисунке 1.5.

 

Рисунок 1.5 – Структурная схема станций управления ШУВ 3601-00

 

На рисунке 1.5 использованы следующие обозначения:

Р — токоограничивающие реакторы; БЗРП — блок защиты сети от радиопомех, А1—А4 — автоматические выключатели; ТТ — трансформаторы тока; МСУ — магнитные симметрирующие устройства; БЗП — блок защиты от перенапряжений; ВС1, ВС2 — вентильные секции; Яр— предохранитель, БЗ — блок защиты; УДР — узел управления дистанционным расцепителем; ПДТ — панель датчика тока; СЗ —сеточная защита; ПНЗ — панель нулевой защиты: СИФУ — система импульсно-фазового управления; РУ — регулирующее устронство; БУПН — блок усилителя полупроводникового нереверсивного; Ы\Т — блок коррекции и токоограничения; ЛУ — логическое устройство, БЛ — блок логики; БКл — блок ключей; ДН — датчик напряжения; БР — блок развязки, Ф — фильтр сетевого напряжения; ЕЯ — блок питания; ВВ — блок возбуждения двигателя; В — вентилятор.

Станция управления состоит из регулируемого тиристорного преобразователя, исполненного по мостовой трехфазной схеме, а также блоков управления и регулирования, которые обеспечивают автоматизированое регулирование електропривода постоянного тока.

Блок БЛ преобразует реверсивный сигнал для управления реверсивным усилителем.

Введение  блокирования по выходному напряжению усилителя позволяет переключать импульсы только при ну левом напряжении усилителя, соответствующее , что исключает броски тока при реверсе и торможении привода. При изменении полярности напряжения задания , меняется знак, подавая БЛ команду на переключение ключей, однако БЛ не менует свого положения из-за наличия блокираторов по току и напряжению усилителя. Начинается быстрый спад напряжения на выходе усилителя и тока в силовой цепи. При снижении напряжения и тока до нуля БЛ подает команду на переключение ключей в БКЛ, при этом также меняется полярность управляющего сигнала на входе нереверсивного усилителя.

 

 

 

 

2 СТАТИЧЕСКИЕ  РЕЖИМЫ РАБОТЫ САУ ЭП

 

 

2.1 Построение  естественной электромеханической  характеристики (при питании от  сети), характеристики в разомкнутой системе (при питании от ТП)

 

 

Уравнение механической характеристики двигателя  постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения имеет вид:

 

,

 

где U_C – напряжение подводимое к якорной цепи двигателя:

 

U_C=U_H=220 (В);

 

M – электромагнитный момент, развиваемый двигателем, Н·м;

R_ДВ – сопротивление цепи якоря:

 

;

 

kФ_Н – конструктивный коэффициент двигателя;

ω₀ – скорость идеального холостого хода:

 

,

 

Δω – перепад  скорости.

Приведенное уравнение преобразуем в уравнение электромеханической (скоростной) характеристики:

 

,

 

где I – сила тока в нагрузке.

 

Обе характеристики представляют собой прямые линии. Поэтому  их построение осуществляется по двум точкам в координатах (ω₀, I=0, ω_Н, I=I_H). Номинальная угловая скорость рассчитана в подразделе 1.3: .

Статические характеристики привода при питании  от сети приведены на рисунке 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 – Электромеханические характеристики двигателя при питании от сети

Из графика  определяем , (при Ф=0,25Ф_н) и , следовательно,

 

.

 

Диапазон  регулирования в первой зоне:

 

.

 

Диапазон  регулирования во второй зоне:

 

.

 

Полный диапазон регулирования:

 

.

 

Коэффициент при ослабленном потоке:

 

 

Жесткость механической характеристики:

 

.

 

Статизм характеристики:

 

.

 

Построение  электромеханических характеристик  двигателя при питании от преобразователя  в разомкнутой системе и при  до0пущениях непрерывности тока вплоть до I=0 можно осуществить по формуле:

 

.

 

Характеристики  строим при углах управления _н (обеспечивает получение номинальной скорости  _Н при номинальном токе нагрузки); =1,5× _н и = _max (обеспечивает минимальную скорость при номинальной нагрузке).

Значение  _н можно найти по формуле:

 

,

.

 

   Значение  найдем в точке (2I_н, w=0), тогда

 

, т.е.

.

 

Расчетные значения для построения характеристик  приведены в таблице 2.1, характеристики – на рисунке 2.2.

 

 

Таблица 2.1 – Результаты расчета  характеристик при питании от ТП

	Н = 27,7°			1,5 Н = 41,55°			max = 54,8°
I	0	IH	2IH	0	IH	2IH	0	IH	2IH
	134,2	104,7	63	88,3	56,2	18,1	70,2	39	8,56

 

 

Рисунок 2.2 – Электромеханические характеристики двигателя при питании от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе регулирования