6 Защита электропривода

6.1 Защита от перегрузки и коротких замыканий

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей при внешних и внутренних коротких замыканиях применяются быстродействующие плавкие предохранители.

Выбираемый предохранитель не должен отключать привод при перегрузках, которые являются эксплуатационными. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происходить старения под действием этих токов. Экспериментально установлено, что старение плавкой вставки не происходит при токах, равных половине тока плавления. Пусковые токи ДПТ определяются регулированием ТП и ограничиваются необходимыми параметрами.

Максимальный ток якорной цепи двигателя определяется по перегрузочной способности:

Ток плавления плавкой вставки при установке предохранителя на каждую питающую фазу якорной цепи определяется следующим образом:

По этому параметру подходит плавкий предохранитель Sentron 3NA3010 фирмы Siemens с номинальным напряжением до ~500 В, номинальным током 25 А, мощностью потери 2,7 Вт.

Предохранитель для обмотки возбуждения выбирается аналогично.

По этому параметру подходит плавкий предохранитель Neozed 5SE2306 фирмы Siemens с номинальным напряжением до ~400 В, номинальным током 6 А.

6.2 Защита от перенапряжений

Для ограничения перенапряжения при коммутации тиристоров ТП наиболее часто применяются RC-цепочки. Они ставятся на вторичной обмотке трансформатора.

Ёмкость демпфирующего конденсатора в защитных цепях трёхфазных схем выпрямителя определяется:

где – мощность питающего трансформатора;

– ток холостого хода трансформатора;

f=50 Гц – частота питающей сети;

– максимально значение напряжение тиристоров;

– амплитудное значение обратного напряжения на тиристоре.

При заряде конденсатора, в результате перенапряжений в контуре LC происходит колебательный процесс перехода электромагнитной энергии в электрическую, и обратно. Для настройки колебательного контура на апериодический процесс, последовательно с конденсатором устанавливается резистор, сопротивление которого должно быть больше двукратного волнового сопротивления этого контура.

Для защиты от коммутационных перенапряжений применяются RC – цепочки, шунтирующие вентили. Значение ёмкости в этом случае выбирается равным , а сопротивление с учётом соотношения:

7 Разработка системы управления мехатронной системой

Расчет основных параметров объекта регулирования производится в соответствии со структурной схемой на рисунке 9.

Рисунок 9 – Структурная схема объекта регулирования в двухзонной САР

Эквивалентное сопротивление рассчитывается по формуле:

где – активное сопротивление якоря двигателя, Ом;

– схемный коэффициент для мостовой схемы выпрямления;

– активное сопротивление трансформатора, Ом;

– пульсность системы;

– индуктивное сопротивление трансформатора, Ом;

Активное сопротивления якоря двигателя рассчитывается оп формуле:

где – коэффициент привидения сопротивления к рабочей температуре двигателя;

– активные сопротивления якорной обмотки, обмоток дополнительных полюсов и стабилизирующей при температуре 20⁰С, Ом;

Активное сопротивление трансформатора рассчитывается по формуле:

где – потери короткого замыкания трансформатора, Вт;

– номинальный фазный ток трансформатора, А;

Индуктивное сопротивление трансформатора рассчитывается по формуле:

где – полное сопротивление фазы трансформатора, Ом;

где - ЭДС короткого замыкания трансформатора, %.

Посчитав все, подставим данные, и проведем расчет эквивалентного сопротивления:

Далее рассчитываем эквивалентную индуктивность якорной цепи по формуле:

где – индуктивность якоря некомпенсируемого двигателя, Гн;

– индуктивность трансформатора, Гн.

Индуктивность якоря некомпенсируемого двигателя рассчитывается по формуле:

Индуктивность трансформатора рассчитывается по формуле:

После переходим к расчетам постоянных времени электропривода. Эквивалентная постоянная времени рассчитывается по формуле:

Электромагнитная постоянная времени определяется:

После расчета якорной цепи переходим к расчету механического звена.

Рассчитаем суммарный момент инерции по формуле:

где – момент инерции двигателя, ;

– момент инерции механизма, .

Электромеханическая постоянная времени электропривода рассчитывается по формуле:

Произведем расчет электромагнитной постоянной времени по формуле:

где – число пар главных полюсов электродвигателя;

– активное сопротивление цепи возбуждения, приведенное к рабочей температуре, Ом;

, – номинальный магнитный поток и намагничивающая сила, приходящаяся на главный полюс двигателя;

– коэффициент рассеяния;

– число витков обмотки возбуждения на один главный полюс двигателя.

Исходя из электромагнитной постоянной времени обмотки возбуждения можно рассчитать электромагнитную постоянную времени вихревых токов из соотношения:

Зная постоянную времени обмотки возбуждения и постоянную времени вихревых токов рассчитаем суммарную электромагнитную постоянную времени цепи возбуждения по формуле:

Перейдем к расчету коэффициентов цепей обратных связей.

Коэффициент обратной связи по току якоря определяется по формуле:

где – максимальный ток якорной обмотки электродвигателя

Максимальный ток якорной обмотки определяется по формуле:

где – перегрузочная способность двигателя по току;

Коэффициент обратной связи по ЭДС электродвигателя определяется выражением:

Коэффициент обратной связи по току возбуждения электродвигателя определяется выражением:

Коэффициент обратной связи по потоку электродвигателя определяется выражением: