Учебное пособие 800587

Рис. 7.22. Схема замещения системы ТП-Д

В схеме замещения контура тока преобразователь представлен в виде идеального источника напряжения Ed с последовательно включенным вентилем Vs, активным Rп и индуктивным Xп сопротивлениями. Напряжение Ed учитывает, кроме выходного идеального холостого хода Edo, также зависимое от нагрузки суммарное падение напряжения Uвср в последовательно включенных вентилях.

Активное сопротивление Rп в схеме замещения учитывает совокупность потерь на преобразователе, которые зависят от тока нагрузки, включая потери в трансформаторе и дросселях, подключенных со стороны переменного и постоянного тока, а также обусловленных коммутацией в преобразователе.

Эквивалентная индуктивность преобразователя Lп в цепи постоянного тока определяется индуктивностью сглаживающего дросселя Lдр и приведенными к цепи постоянного тока индуктивностью сетевых реакторов Lур или трансформатора Lтф, а также индуктивностью сети Lс.

Двигатель представлен в виде идеального источника напряжения E с последовательно включенным активным Rдв и реактивным Xдв сопротивлениями.

Выпрямленное напряжение пульсирует, причем число пульсаций n за период зависит от числа фаз m вторичной обмотки трансформатора и схемы соединения вентилей.

Для простых нулевых схем n = m, для простых симметричных мостовых схем, эквивалентных последовательному соединению анодной и катодной нулевых схем, n = 2m.

Среднее выпрямленное напряжение на выходе преобразователя зависит от нагрузки двигателя (величины выпрямленного тока Id на выходе преобразователя )

Ud = Ed0·cos – Id · RЭК =

где Е2ф – действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора;

m – число фаз преобразователя, для трех фазной однополупериодной схемы m = 3, для трехфазной мостовой схемы m=6 (в формуле используется Е2л вместо фазного Е2ф);

цепи, коммутационное падение напряжения в момент коммутации тиристоров и падение напряжения на тиристорах.

Значение эквивалентного сопротивления преобразователя зависит от принятой схемы, например для мостовой нереверсивной с трансформатором, в которой одновременно задействованы две фазы трансформатора (рис. 6.32):

активное сопротивление Rr равно активному сопротивлению

где R2 и R1 – соответственно активные сопротивления вторичной и первичной обмоток трансформатора; Kт – коэффициент трансформации, равный отношению числа витков первичной обмотки ко вторичной Kт = w1/w2 ;

коммутационное сопротивление RК, обусловленное про-цессом коммутации двух тиристоров, равно

где Xт = X2 + X1/ Kт2 , X2, X1 – соответственно реактивные сопротивления вторичной и первичной обмоток трансформатора;

динамическое сопротивление тиристоров, связанное с па-дением напряжения на тиристоре, равно

где Uk = 1 В – классификационное падение напряжения, Iп – предельный ток тиристора, А, Iп = 2·Iн/3,

Iн – номинальный ток двигателя, А.

Из рис. 7.22 в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать уравнение электрического равновесия

где Rяц – сопротивление силовой цепи якоря, куда входит эквивалентное сопротивление преобразователя Rэк, сопротивление якоря двигателя Rдв = Rя, сопротивление сглаживающего дросселя Rдр (при его наличии).

Из уравнения электрического равновесия получим электромеханическую характеристику электропривода

где Ed0=1,17·U2ф - для трехфазной нулевой схемы; Ed0=2,34·U2ф - для трехфазной мостовой схемы.

Заменив ток двигателя через его момент, найдем уравнение механической характеристики электропривода

Из (7.54) и (7.55) следует, что электромеханическая и механическая характеристики электропривода по системе ТП-Д представляет прямые линии, наклон которых определяется величиной Rяц. Сопротивление преобразователя из-за наличия трансформатора (токоограничивающего реактора) и сопротивления коммутации, как правило, выше сопротивления якоря Rя, поэтому статическая жесткость электромеханической и механической характеристик примерно в два раза меньше естественных. Указанные прямые при варьировании углом регулирования отсекают от оси ординат отрезки, соответствующие скорости идеального холостого хода (первый член уравнений 7.54 и 7.55) и параллельны друг другу (рис. 7.23).

Скорость идеального холостого хода равна

Приведенные на рис. 7.23 характеристики соответствуют режиму непрерывного тока.

Кроме режима непрерывных токов, различают режим прерывистых токов (рис. 7.24), при котором ток в нагрузке

Рис. 7.23 Рис. 7.24

прерывается. Время наступления режима прерывистых токов зависит от угла управления , величины и характера нагрузки (катодной индуктивности).

Причина указанных режимов работы преобразователя в системе ТП–Д заключена в количестве запасенной электромагнитной энергии в индуктивностях силовой цепи.

Ширина зоны прерывистых токов, то есть величина Iгр , зависит от угла управления a и параметров системы ТП–Д.

преобразователя, Гн;

L ДР - индуктивность сглаживающего дросселя, Гн;

LЯ - индуктивность якорной цепи двигателя, Гн.

Дальнейшее уменьшение нагрузки на валу двигателя приводит к тому, что ток становится прерывистым, появляется бестоковая пауза, где ток равен нулю.

Уравнения электромеханической (7.54) и механической (7.55) характеристик действительны при Id = Iя > Iгр, то есть вне зоны граничного тока.

Диапазон регулирования в разомкнутой системе ТП–Д ниже, чем при регулировании ДПТ НВ от источника бесконечной мощности из-за сопротивления преобразователя. Введение обратных связей по скорости и току позволяет значительно увеличить диапазон регулирования скорости до 10000. Регулирование возможно не только вниз, но и вверх от основной скорости, когда для регулирования магнитного потока также применяется управляемый преобразователь.

Мощность преобразователя для питания цепи якоря должна превышать значение номинальной мощности двигателя с учетом возможности кратковременной нагрузки двигателя выше номинальной

где М МАХ - перегрузочная способность двигателя (2,5),

МН

РН - номинальная мощность двигателя, кВт;

k ТП - перегрузочная способность тиристорного преобразователя,

для системы Simoreg фирмы Siemens k ТП = 1,5; - КПД двигателя.

Преобразователь Simoreg для управления по цепи якоря включает в себя и преобразователь для обмотки возбуждения. Напряжение питания обмотки возбуждения 220 В.

Методика расчета элементов и механических характеристик в системе ТП-Д достаточно подробно изложена в /2/.

Практика расчетов параметров системы ТП-Д показывает, что активное сопротивление преобразователя соизмеримо с активным сопротивлением двигателя, поэтому для приближенных расчетов эти сопротивления приравнивают.

Расчет механических и электромеханических характеристик системы ТП-Д

Паспортные данные двигателя 4ПФ-250М:

Uн=440 B; Pн=132 кВт; Iн=336 A; nн=1000 об/мин; Н =105 c-1;

Найдем общее входное сопротивление системы ТП-Д

Rяц Rя Rпр ,

где Rпр - сопротивление преобразователя. Примем его равным сопротивлению якорной цепи двигателя.

Рассчитаем искусственные механические характеристики двигателя, обеспечивающие выполнение технологического процесса в режиме непрерывного тока системы ТП-Д.

Характеристика привода на холостом ходу стола продольнострогального станка

При этом стол движется с минимальной скоростью, преодолевая только силу трения стола:

Напряжение питания двигателя при черновой обработке

1264 0.17

U 18.33 3.92 126.7 (В). 3.92

Механическая характеристика для этого режима

32.32 0.011M.

Режим чистовой обработки

max 95 (c 1 ); M 520.5 (H м).

Напряжение питания двигателя при чистовой обработке

Механическая характеристика для этого режима

100.8 0.011M.

Обратный ход

обр 116.4 (c 1 ) ; Mхх=86.22 Н·м.

Напряжение питания двигателя при обратном ходе

Допустимое по паспортным данным напряжение 460 В. Механическая характеристика для этого режима

117.3 0.011M.

Механические характеристики приведены на рис. 7.25.

Рис. 7.25. Механические характеристики: 1-холостой ход; 2- черновая обработка; 3 – чистовая обработка; 4 – обратный ход; 5 – при номинальном напряжении на якоре

8. ВЫБОР СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

8.1. Тиристорный преобразователь напряжения – асинхронный двигатель

A – система автоматического регулирования; U1 – блок переключения СИФУ;

U2 – блок логики;

U3 – блок задания скорости;

U4 – датчик напряжения;

U5 – датчик нуля тока;

U6 – блок слежения за током; UF – блок токовой отсечки;

A2 – система управления блоком логики;

K1–K5 – реле управления;

QF1 – автоматический включатель, предназначен для коммутации силовых цепей и защиты от перегрузок и токов короткого замыкания.

Система регулирования является двухконтурной, однократно интегрирующей с внутренним контуром регулирования напряжения ТПН и внешним контуром регулирования скорости. Обратная связь по току осуществляется с помощью тахогенератора BR.

Электропривод имеет все необходимые виды защиты: нулевую, максимальную токовую, а также защиту тиристоров от перенапряжеия и токов короткого замыкания. Максимальная токовая защита выполняется с помощью блока слежения за током U6, воздействующего на реле управления