НАО АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

 

Расчетно-графическая работа №1, 2, 3

по дисциплине

«ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

для специальности 5В071800 – Электроэнергетика

Заведующий кафедрой

ЭиАПУ д.т.н., профессор П.И. Сагитов

Составила ст. преподаватель каф. ЭиАПУ Ж.Ж. Тойгожинова

Алматы 2015

Задание

• В соответствии с индивидуальным заданием выбрать по каталогу электрический двигатель.

• Рассчитать элементы тиристорного преобразователя (ТП).

• Составить принципиальную схему силовой цепи системы ТП-Д, определить параметры ее элементов и выбрать жесткие обратные связи.

• Рассчитать узел отсечки по току (ток отсечки – 1,5 Iн, ток стопорения – 2Iн).

• Рассчитать и построить статические характеристики разомкнутой и замкнутой систем ТП-Д

• Составить структурную схему и проверить систему на устойчивость.

Содержание

ЗАДАНИЕ………………………………………………………………………2

1. Исходные данные……………………………………………………………....4

2. Выбор электродвигателя и преобразователя ………………………………...4 3. Определение расчетных параметров силовой цепи……………………….…8

4. Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя ….10 5. Расчет статических характеристик разомкнутой системы ТП-Д ………….11

6. Определение параметров обратной связи по скорости …………………….13 7. Расчет и построение характеристик замкнутой системы…………………..14

ВЫВОД………………………………………………………………………..16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….17

1 Исходные данные

Мощность P,кВт	8
Скорость,n,об/мин	1500
Диапазон регулирования скорости D	13
Статическая ошибка ,%	8
Ноинальное нпряжение , В	220
Схема преобразователя	3-х ф. нулевая
Номинальный ток якоря ,А	43,5
Сопротивление цепи якоря ,Ом	0,92

2 Выбор электродвигателя и преобразователя

Выбираем электродвигатель серии П52 двигатель постоянного тока. Для электроприводов, работающих с частыми пусками, реверсами, и торможениями, широко применяется реверсивная схема «тиристорный преобразователь-двигатель» (ТП-Д) состоящая из двух встречно-параллельных групп тиристоров, обеспечивающих изменение тока якоря двигателя.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема силовой цепи реверсивного электропривода по системе ТП-Д.

Рисунок 1 Принципиальная схема силовой цепи электропривода по системе ТП-Д

В комплект привода входят: силовой трансформатор ТС, обеспечивающий получение вторичного напряжения, соответствующего номинальному напряжения двигателя; тиристорный преобразователь ТП с тиристорами, управительные дроссели, выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя ОВД.

Тиристорный преобразователь состоит из двух групп вентилей, включенных по трехфазной нулевой встречно параллельной схеме (встречно по отношению к друг-другу, параллельно якорю двигателя)

ά₁+ά₂ =180⁰

где ά₁и ά₂ – углы управления соответственно первой и второй группами вентилей, отсчитываемые от моментов естественного открывания тиристоров.

Регулировочные характеристики системы управления представляют зависимости

Е_п =f(U_Ў) и Е_п =f₁(U_Ў)

Расчет элементов и параметров ТП при известных номинальных значениях тока I_н и напряжении U двигателя производится в следующем порядке, считая, что

I_d =43,5 А и U_d = U_н =220 В

Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов, напряжения и типовой мощности трансформатора.

Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

U_2Фрасч =k_u · k_с · k_а· k_г · U_d В

где k_u - расчетный коэффициент, характеризующий соотношение напряжений U_2ф / U_dо в реальном выпрямителе. Для трехфазной нулевой схемы k_u = 0,922.

k_с – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети до U = 0,9 U_н

Принимаем k_с = 1,05;

k_а – коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при максимальном управляющем сигнале, принимаем k_а = 1,05;

k_г – коэффициент запаса по напряжению учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора и в вентилях, принимаем k_г = 1,05

U_2фрасч = 0,922·1,05·1,05·1,05·220 = 234,81 В

Расчетное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I_2расч = k_I · k_i · I_d А

Где k_I – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I_2ф /I_d в идеальном выпрямителе, принимаем k_I = 0,578

k_i – коэффициент учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной, принимаем k_i =1,05

I_2расч = 0,578 · 1,05 · 43,5 = 26,4 А

Расчетная типовая мощность трансформатора

S_T =k_s· k_u· k_a· k_i· U_d· I_d· 10^-3 кВА,

где k_s – коэффициент схемы, характеризующий, соотношение мощностей для идеального выпрямителя принимаем

k_s = 1,45

S_T = 1,45·0,922·1,05·1,05·220·43,5·10^-3 = 14,1 кВА

Выбираем силовой трансформатор типа Т19

S_нт =19 кВА > S_рт = 14,1 кВА

U_2фн = 260 В > U_2фрасч = 234,81 В

Основные технические данные трансформатора

• Потери к.з. Р_к.з. =665 Вт

• Напряжение к.з. U_к =5 %

Выбор тиристоров производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2) · I_н условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.

Среднее значение тока через тиристор

I_ср= k_з· I_н /k_ох· m_т А

Где k_з = (2-2,5) – коэффициент запаса по току

k_ох – коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении k_ох = 0,35

I_dср = 2,5·49,5/0,35·3= 103,57 А

Максимальная величина обратного напряжения

U_обрм =k_зн· k_uобр· I_dо , В

Где k_зн = (1,5-1,8) – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей

k_uобр – коэффициент обратного напряжения;

k_uобр = 2,25

U_dо – напряжение преобразователя при ά = 0 предварительно подсчитывается по формуле

U_dо = k_с· k_a· k_г· U_d = 1,05· 1,05· 1,05· 220 = 254,68 В

U_обрм =1,5· 2,25· 254,68 = 859,5 В

Выбираем тиристоры типа Т-150-10

I_ном= 150 > I_dср

U_ном =1000 В > U_обрм =859,5

Расчет индуктивности уравнительных дросселей

Требуемая величина индуктивности УД находится в зависимости от ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины (3-5 %) от I_н двигателя, т.е.

Где U’_п - удвоенное активное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым. При ά =90^о ,

U’_п = 250 В

m- число фаз выпрямителя, m= 3

ώ_c - угловая частота сети, ώ_c = 314 рад/с

Расчет индуктивности дросселя

Индуктивность дросселя, включаемого последовательно с якорем двигателя, определяется из условия обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузки от I_dмин до I_dмин и изменение угла управления от ά = ά_мин до ά = 90⁰

Где U_п - действующее значение первой гармоники напряжения. Для трехфазной схемы выпрямления U_п =120 В

I_dмин – минимальный ток преобразователя, принимается равным (3-5)% от номинального значения

Сглаживающий дроссель не ставится в случае, если

L_необх ≤ L_удрасч +h_дв+L_тр