Введение

Электропривод является неотъемлемой частью многих агрегатов и комплексов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники. Наряду с тенденцией автоматизации технологических и производственных процессов на базе вычислительной техники, современный электропривод стал наиболее распространенной разновидностью систем автоматического управления техническими объектами. Эти факторы оцениваются как основные, позволившие утроить объем мирового производства за последние два десятилетия. Поэтому проблеме автоматизации управления электроприводом уделяется все большее внимание.

Основным типом преобразователей, применя­емых в настоящее время в регулируемом ЭП постоянного тока, являются полупроводниковые статические преобразователи, и в первую очередь тиристорные. Они представляют собой управляемые реверсивные или нереверсивные выпрямители, со­бранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схеме.

Тиристорные преобразователи состоят из следующих основных узлов:

• трансформатора или токоограничивающего реактора на стороне переменного тока,

• выпрямительных блоков,

• сглаживающих реакторов,

• элементов системы управления, защиты и сигнализации.

Трансформатор осуществляет согласование входного и выходного напряжений преобразователя и (так же, как и токоограничивающий реактор) ограничение тока короткого замыкания во входных цепях. Сглаживающие реакторы предназначаются для сглаживания пульсаций выпрямленных напряжения и тока. Реакторы не предусматриваются, если индуктивность нагрузки достаточна для ограничения пульсаций в заданных пределах.

Применение тиристорных преобразователей постоянного тока позволяет реализовать практически те же характеристики электропривода, что и при использовании вращающихся преобразователей в системах генератор-двигатель (Г — Д), т. е. регулировать в широких пределах частоту вращения и момент двигателя, получать специальные механические характеристики и нужный характер протекания переходных процессов при пуске, торможении, реверсе и т. д.

Однако, по сравнению со вращающимися статические преобразователи имеют целый ряд известных преимуществ, поэтому в новых разработках электроприводов предпочтение отдается статическим преобразователям. Тиристорные преобразователи постоянного тока наиболее перспективны для применения в электроприводах механизмов мощностью свыше 50—100 кВт и механизмов, где требуется получение специальных характеристик привода в статических и динамических режимах.

.

1. Исходные данные

Целью выполнения настоящего курсового проекта является исследование системы «Тиристорный преобразовать – двигатель постоянного тока» (далее система ТП-Д) и приобретение навыков расчета и выбора силового оборудования.

Основные вопросы, подлежащие рассмотрению в данном проекте:

1. расчет и выбор двигателя постоянного тока на основании заданных характеристиках механизма;

2. выбор и проверка тиристорного преобразователя;

3. выбор силового трансформатора;

4. выбор сглаживающего реактора;

5. составление принципиальной схемы силовой части электропривода

Исходные данные для выполнения курсового проекта заданы в таблице 1.1. Силовая схема подключения двигателя к сети изображена на рисунке 1.1.

Таблица 1.1 Исходные данные для курсового проектирования

Вариант	3
Угловая скорость механизма, рад/c	14
Момент на валу механизма при движении «вперед» Mc1, Н∙м	5000
Момент на валу механизма при движении «вперед» Mc2, Н∙м	4000
Момент инерции механизма J, кг∙м2	60
Диапазон регулирования скорости D	30
Время работы вперед и назад tp1, c	50
Время паузы после рабочего хода tо1, c	70
Время паузы после обратного хода tо2, c	7
Максимальный статизм s	0,09
Номинальное напряжение двигателя U, В	220

График работы механизма М_с = f(t) представлен на рисунке 1.1. Силовая схема подключения электродвигателя к сети представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 График работы механизма

Рисунок 1.2 Силовая схема системы ТП-Д

2. Предварительный выбор мощности двигателя

Согласно исходным данным режим работы механизма – повторно-кратковременный.

При повторно-кратковременном номинальном режиме в период работы двигателя входит время его пуска t_п и время торможения t_т. Так как длительность этих процессов зависит от данных двигателя то точно определить необходимую мощность двигателя сразу невозможно. Вначале ее можно найти приближенно, пренебрегая временем переходных процессов.

Воспользовавшись обобщенным методом эквивалентного момента, определим требуемый эквивалентный момент М_э. Для нагрузочной диаграммы (рисунок 1.1) формула эквивалентного момента имеет следующий вид:

( 2.1)

где – отношение постоянных потерь к переменным. Вначале мощно принять =0,8;

– коэффициент ухудшения охлаждения для двигателей с самовентиляцией;

– для двигателей с принудительной вентиляцией;

- КПД редуктора.

Определим требуемую эквивалентную мощность:

(2.2)

где – угловая скорость механизма, рад/c;

По эквивалентной мощности двигателя можно предварительно выбрать из каталога ближайший по мощности двигатель по условию Р_н ³ Р_э.

3. Выбор двигателя по угловой скорости

Для приводов с длительным режимом работы при выборе передаточного числа не имеет значения длительность переходных процессов, и выбор двигателя по скорости определяется его весогабаритными показателями, стоимостью и коэффициентом полезного действия.

При частых пусках и торможениях, как известно, оптимальное передаточное число i редуктора будет определено выбором такого электродвигателя найденной ранее мощности, при котором произведение J_д i² будет наименьшим (или, что то же, запас кинетической энергии J_д _д²/2 будет наименьшим). Поэтому для выбора двигателя по скорости выписывают из каталога все двигатели данной серии с мощностью, ближайшей большей по отношению к расчетной; указывают их моменты инерции и значения J_д i² (или J_д _д²/2), а затем выбирают двигатель.

Выпишем из каталога все двигатели серии 2ПФ с мощностью, ближайшей к расчетной и заполним сравнительную таблицу.

Таблица 3.1 Выбор двигателя по угловой скорости

Высота оси вращения	Рн , кВт	Uн , В	Nн , об/мин	д, рад/c	Jд, кгм­2	Jд д2/2
280L	45	220	600	62,83	2,3	4539,75
280М	45	220	750	78,53	2,13	6567,81
250L	45	220	1000	104,71	1,22	6688,15

Наименьшее значение J_д _д²/2 наблюдается у двигателя с высотой вращений 280L со следующими характеристиками (таблица 3.2)

Таблица 3.2 Технические характеристики двигателя

Высота оси вращения	Рн , кВт	Uн , В	Nн , об/мин	Nмах , об/мин	К.П.Д., %	Rя , Ом	Rдп , Ом	Rвоз , Ом	J, кгм­2
280L	45	220	600	1500	85,5	0,037	0,017	25,2	2,3

1.Допустимая температура нагрева двигателя : υ_доп=80 °С;

2. Число пар полюсов: р = 2;

3. Температурный класс изоляции: В;

4. Допустимая перегрузка по току якоря: 2* I_ном – 60 с , 3* I_ном – 10 с;

5. Допустимая величина пульсаций тока якоря: iе* : 2%;

6. Сопротивления обмоток якорной цепи приведены для υ^о=15 °С.

Определим требуемое передаточное отношение редуктора:

Выбираем цилиндрический одноступенчатый горизонтальный общемашиностроительного применения редуктор серии ЦУ-250. Его технические параметры представлены в таблице 2.3

Таблица 3.3 Технические параметры редуктора

Тип редуктора	Передаточное число	Номинальный крутящий момент, Н∙м	1н, об/мин	η, о.е	Масса, кг
ЦУ-250	4,5	5000	<1500	0,98	250

Данный тип редукторов допускает кратковременные перегрузки в 2,2 раза превышающие номинальные, если число циклов нагружения тихоходного вала за время действия этих перегрузок не превысит 10⁵ в течении всего срока службы редуктора.