3.4 Расчет и выбор основных силовых элементов системы регулируемого электропривода

Максимальное скольжение определяется из значения диапазона регулирования двигателя D,

где

отсюда находим

3.4.1 Максимальное выпрямленное напряжение ротора в заданном диапазоне регулирования определяется по выражению:

[3.1]

где =1,35- коэффициент схемы выпрямления;

=246В- напряжение на кольцах ротора двигателя;

=0,756- максимальное скольжение в диапазоне 3:1.

3.4.2 Номинальный выпрямленный ток ротора определяется по выражению:

[3.2]

где =200А- номинальный ток ротора двигателя.

3.4.3 Выбор трансформатора инвертора

3.4.3.1 Трансформатор инвертора выбирается по току и напряжению вторичных обмоток. Напряжение вторичной обмотки трансформатора зависит от глубины регулирования скорости вращения двигателя, т.е. от s_макс.

[3.3]

где =2,34- коэффициент схемы соединения вентилей инвертора для 3^х мостовой;

=15⁰- минимальный угол управления вентилей инвертора;

3.4.3.2 Ток вторичной обмотки трансформатора определяется по величине выпрямленного тока ротора I_dн, соответствующей длительной нагрузке двигателя:

[3.4]

где =0,815- коэффициент, зависящий от схемы соединения вентилей инвертора.

3.4.3.3 Расчетная мощность трансформатора:

[3.5]

где =1,045-коэффициент схемы выпрямления ( запас 4,5%)

По полученным расчетным значениям мощности S_тр выбираем трансформатор ТСЗП-100/0,7-УХЛ4, паспортные данные которого следующие:

Мощность ;

Напряжение первичной обмотки ;

Напряжение вторичной обмотки = 205 В;

Номинальное значение мощности короткого замыкания: = 2,3 кВт;

Относительное напряжение короткого замыкания .

Номинальные параметры выпрямителя:

- номинальный выпрямленный ток трансформатора;

Ток вторичной обмотки трансформатора

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора:

Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора на фазу

,

Полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора:

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора на фазу:

Индуктивность вторичной обмотки на фазу:

где рад/с.

3.4.4 Выбор вентилей выпрямителя В

Вентили роторного неуправляемого выпрямителя выбираются по значению выпрямленного тока ротора I_dн, соответствующего максимальному значению момента на валу двигателя .

Схема соединения вентилей роторной группы всегда принимается мостовой. Вентили выбираются по среднему току через вентиль и по максимальному обратному напряжению.

Ток через вентиль определяется по выражению:

где k_ч=0,92- коэффициент, учитывающий снижение допустимого тока через вентиль при работе с низкой частотой;

k_в=0,9- коэффициент, учитывающий снижение допустимого тока при скорости движения охлаждающего воздуха меньше 15 м/с ( в принятых конструкциях преобразовательных устройств скорость при принудительном охлаждении лежит в пределах 10 м/с);

k_к=0,9- конструктивный коэффициент, учитывающий различные температурные условия работы вентилей;

k_п=0,9- коэффициент, учитывающий снижение допустимого тока через вентиль при их параллельном соединении.

Максимальное обратное напряжение на вентиле:

где =1- максимальное скольжение привода в схеме каскада;

- напряжение на кольцах ротора двигателя;

=1- число включенных последовательно вентилей;

=0,8-коэффициент, учитывающий перенапряжения, вызванные коммутациями различного характера;

=0,8-коэффициент. Учитывающий неравномерность распределения обратного напряжения между последовательно включенными вентилями.

По найденным току и напряжению и из справочника выбираем диод низкочастотный Д 151-160 9 класса, паспортные данные которого следующие:

=0,3-1,6кВ- обратное напряжение на вентиле;

- предельный ток отключения вентиля;

4 Расчет механических переходных процессов за цикл работы ω=f(t) и I_d=f(t)

При расчете статических характеристик двигательного режима при непрерывном токе АД заменяют эквивалентным генератором постоянного тока, и пользуются схемой замещения цепи выпрямленного напряжения при соединении обмоток двигателя и трансформатора инвертора в звезду.

Особенность протекания переходных процессов в схемах, содержащих управляемые и неуправляемые вентили, направление потока мощности однозначно и приводной двигатель не может быть переведен в генераторный режим. Следовательно, если интенсивность изменения скорости привода в сторону ее увеличения может регулироваться путем воздействия на СУ инвертором, то при необходимости уменьшения скорости после снижения выпрямленного тока ротора до нуля привод становится неуправляемым и характер переходного процесса определяется только механической постоянной времени и моментом нагрузки.

4.1 Уравнение движения ЭП:

где - динамический момент движения электропривода;

- суммарный момент инерции привода;

- скорость изменения привода во времени;

2. Определим суммарный момент инерции:

где =(0,5-1,3)- коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора;

- момент инерции двигателя;

- момент инерции исполнительного механизма;

- передаточное число редуктора.

2. Порядок расчета переходных процессов следующий:

- Электромеханические характеристики, разбиваем на равные интервалы скорости и графически определяем соответствующие значения скорости .

- По известным значениям скорости , определяем соответствующее значение выпрямленного тока ротора I_di, затем аналитически определяем значения момента M_i и момента сопротивления M_ci по выражениям для расчета электромеханической характеристики М=f(I_d).

Для расчета выпрямленного тока используем выражение [4.5] для расчета и построения электромеханической характеристики .

,

Для расчета электромеханической характеристики М=f(I_d) для первой рабочей области используем выражение:

(1)

где =1,35- коэффициент схемы выпрямления;

Для расчета электромеханической характеристики М=f(I_d) для второй рабочей области используем выражение:

(2)

Для определения границы перехода схемы в рабочую область II определим значение тока переключения:

Момент статической нагрузки рассчитывается по выражению:

Причем расчет пусковых ступеней немного отличен от вычисления регулировочных характеристик, это обусловлено наличием момента переключения М_{пер.пуск} и пускового момента М_п, практически равного значению момента переключения областей работы схемы выпрямления М_пер.

Т.к. нам известен момент переключения пусковых ступеней, то определяем значение тока переключения пусковых характеристик по выражению (1):

Решив квадратное уравнение определяем его корни:

- не удовлетворяет условию;

- Определяем средний динамический момент на i-ом участке:

где и

- Определяем время переходного процесса, которое требуется для достижения скорости на каждом участке:

- Полученные на отдельных участках интервалы времени суммируются для получения полного времени переходного процесса:

где n- число отдельных участков.

Результаты расчетов для каждой характеристики сводятся в таблицы 4-7, по данным которых строятся переходные процессы для рабочего цикла работы АД (рисунок 11,12).

Таблица 4

Первая пусковая ступень (до значения )
∆ωi, рад/с	6,28	6,28	6,28	8,16
ωi, рад/с	6,28	12,56	18,84	27
S	0.9	0.8	0.7	0.57
Idi, А	630	553	463	348
Мi.ср, Нм	3298	2987	2601	2364
Мсi.ср, Нм	10.6	53	150	292
Мдин.ср.i, Нм	3251	2943	2562	2089
∆ti, с	0.07	0.077	0.089	0.15
∆tiс накоплением, с	--	0.147	0.236	0.386
t, с	0.386

Таблица 5

Вторая пусковая ступень (до значения )
∆ωi, рад/с	4,4	3,14	3,14	6,32
ωi, рад/с	31,4	34,54	37,68	44
S	0.5	0.45	0.4	0.3
Idi, А	620	560	494	347
Мi.ср, Нм	3261	2877	2439	2112
Мсi.ср, Нм	460	586	688	903
Мдин.ср.i, Нм	2591	2868	2265	1402
∆ti, с	0.055	0.045	0.051	0.15
∆tiс накоплением, с	--	0.1	0.151	0.3
t, с	0.3

Таблица 6

Первая регулировочная характеристика (до Iуст.1=254 А)
∆ωi, рад/с	3,1	3,14	3,14	1,82
ωi, рад/с	47,1	50,24	53,38	55,2
S	0,25	0,2	0,15	0,121
Idi, А	620	495	350	254
Мi.ср, Нм	3156	2647	2217	1860
Мсi.ср, Нм	1120	1275	1445	1590
Мдин.ср.i, Нм	2810	2285	1405	560
∆ti, с	0,048	0,0618	0,1	0,146
∆tiс накоплением, с	--	0,1098	0,2098	0,3558
t, с	0,3558

Таблица 7

Вторая регулировочная характеристика (до Iуст.2=-26,5А), ТПВ с Iнач=-2160А (ω=55,2с-1)
∆ωi, рад/с	55,2	3,14	6,28	10,08
ωi, рад/с	0	3,14	9,42	19,5
S	1	0,95	0,9	0,69
Idi, А	-508	-445	-378	-26,5
Мi.ср, Нм	15900	4460	3945	1820
Мсi.ср, Нм	820	50	100	154
Мдин.ср.i, Нм	14580	4410	3845	1665
∆ti, с	0,15	0,032	0,0735	0,27
∆tiс накоплением, с	--	0,182	0,255	0,0,525
t, с	0,525

Рисунок 11. График переходных процессов

Рисунок 12. График переходных процессов