Содержание

Введение……………………………………………………………………………...31 Задание и исходные данные………………………………………………………4

2 Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик …….6

3 Расчет и выбор элементов силовой схемы……………………………….............8

3. 1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя……………………………………………………………………...8

3. 2 Расчет индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов …9

3. 3 Определение параметров привода и построение……………………..10

4. Разработка функциональной схемы…………………………………………….13

4. 1 Управляемый выпрямитель, как звено САУ………………………….15

4. 2 Пример расчета статических характеристик управляемого выпрямителя………………………………………………………………………...17

4. 3 Определение параметров обратных связей……………………………19

4. 4 Расчет и построение характеристик системы ТП-Д с отрицательной обратной связью по скорости и токовой отсечкой……………………………….20

Список литературы…………………………………………………………………23

Введение

Основными функциональными задачами современного автоматизированного электропривода (АЭП) являются:

- Управление процессами пуска, торможения, реверса (функции управления). Эту функцию могут выполнять разомкнутые системы АЭП. В процессе управления осуществляется грубый контроль за током. Жесткость механических характеристик хуже естественных. К настоящему моменту это самая распространенная группа АЭП.

- Стабилизация заданной величины (ток, скорость, положение, мощность и т.д.) (функция стабилизации). Эту функцию может выполнить только замкнутая система АЭП. Основная регулируемая величина – та, по которой замыкается главная обратная связь.

- Слежение за вводимыми в систему изменяющимися входными сигналами (функция слежения). Эта задача может быть выполнена только в замкнутых системах. Современная следящая система, как правило, трехконтурная.

- Выбор целесообразных режимов работы АЭП (функция адаптации). Задача может быть выполнена в замкнутых системах.

Кроме основных функций, система АЭП выполняет еще и дополнительные:

- защита электродвигателя и оборудования от коротких замыканий, перегрузок по току, напряжению и т.д.;

- блокировка, которая обеспечивает определенную последовательность операций и исключающая аварийные режимы;

- сигнализация.

В данной курсовой работе проводится расчет регулируемого электропривода постоянного тока по схеме "тиристорный преобразователь – двигатель" (ТП - Д), выполняющего стабилизацию частоты вращения и ограничение пусковых токов. Основной задачей выполнения курсовой работы является развитие навыков самостоятельной творческой работы и ознакомление с основными этапами проектирования.

Все расчеты и диаграммы выполнены с помощью программы Mathcad 14.

1 Задание и исходные данные

В данной курсовой работе проводится расчет регулируемого электропривода постоянного тока по схеме "тиристорный преобразователь – двигатель" (ТП - Д), выполняющего стабилизацию частоты вращения и ограничение пусковых токов. Основной задачей выполнения курсовой работы является развитие навыков самостоятельной творческой работы и ознакомление с основными этапами проектирования. В результате выполнения курсовой работы студенты должны овладеть методами расчета и выбора элементов автоматизированного электропривода, анализа и синтеза систем автоматического управления приводами, навыками использования прикладных программ по моделированию и расчету электромеханических и силовых электронных устройств различных типов на ЭВМ. Для выполнения курсовой работы необходимо:

а) выбрать по каталогу электродвигатель, рассчитать и построить естественную электромеханическую характеристику и характеристику при минимальной скорости;

б) составить принципиальную силовую схему электропривода по схеме ТП – Д (схему преобразователя выбрать согласно заданному варианту), рассчитать и выбрать основные элементы схемы;

в) рассчитать и построить статические электромеханические характеристики разомкнутой системы электропривода;

г) составить функциональную схему системы автоматического управления привода, рассчитать параметры необходимых обратных связей и узел отсечки по току (ток отсечки-1,5,ток стопорения-2).

д) рассчитать и построить статические электромеханические характеристики замкнутой системы электропривода.

е) обосновать систему автоматического регулирования и рассчитать параметры регуляторов.

Варианты задания выбираются из таблиц 1 и 2 по номеру зачетной книжки и начальной букве фамилии студента.

Мощность, P = 4,5 кВт;

Скорость, n = 1500 об/мин;

Диапазон регулирования скорости, D = 12;

Статическая ошибка, = 7%;

Схема преобразователя 3-х ф. мостовая

- К_u – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий допускаемое по ПУЭ снижение напряжения сети, К_u=1,05;

- К_ - коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентиля при максимальном управляющем сигнале (для нереверсивных преобразователей принимают К_=1, для реверсивных К_=1,2);

- К_R - коэффициент, учитывающий падение напряжения при нагрузке в вентилях и обмотках трансформатора, а также наличие угла коммутации (можно принимать К_R=1,05);

- K_i - коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной (по опытным данным K_i=1,05…1,1);

- K_T1 – коэффициент, представляющий собой отношение действующего значения соответствующего фазного тока к выпрямленному току, первичная обмотка, K_T1=0,817;

- K_T2 – коэффициент, представляющий собой отношение действующего значения соответствующего фазного тока к выпрямленному току, K_T2=0,815;

- К_Н- коэффициент схемы (в нашем случае К_Н=0,427).

2 Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик

Выбор электродвигателя постоянного тока производится по каталогу в соответствии с заданием. В нашем случае выбираем двигатель П-82.

1. Определим номинальную частоту вращения двигателя (рад/с)

.

Для получения при номинальной нагрузке минимально заданной скорости

2. Определим номинальный момент двигателя ()

.

3. Определим сопротивление якоря (Ом)

4. Определяем параметр ()

5. Определяем скорость идеального Х.Х.

Характеристика строится по точкам номинальной нагрузки , и режима холостого хода с координатами

, == 13.635рад/с.

6. Строим электромеханическую характеристику по точкам:

Для построения естественной электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения по уравнению

, (1)

достаточно знать координаты двух ее точек: номинального режима с координатами , и режима холостого хода с координатами , .

Рисунок 2.1 – Электромеханические характеристики двигателя

7. Строим механическую характеристику по точкам

Рисунок 2.2 - Механическая характеристика двигателя

Рисунок 2. 3 - Трёхфазная мостовая схема

3 Расчет и выбор элементов силовой схемы

3. 1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя

Подводимое к схеме выпрямления напряжение

(2)

Расчетное действующее значение тока во вторичной обмотке определяется исходя из величины номинального тока двигателя I_dн по формуле:

(3)

При индуктивно-активной нагрузке или при работе на встречную ЭДС этими значениями можно пользоваться как приближенными.

Расчет типовой мощности трансформатора производится с учетом нагрева первичной и вторичной обмоток трансформатора при помощи коэффициента K_M. Таким образом, типовая мощность трансформатора для преобразователя, питающего якорь двигателя, может быть рассчитана по формуле

S_T = K_u K_αK_RK_iK_MU_dI_d=1,051,21,051,11,04522025,4= 8498 ВА. (4)

где К_М =1,045.

Трансформатор выбирается по типовой мощности и необходимому вторичному напряжению и проверяется по нагреву первичным током

I₁=K_iK_T1I_d= А (5)

с учетом коэффициента трансформации.

Выбираем трансформатор ТТ-6:

Для выбранного трансформатора активное и индуктивное сопротивления обмоток на фазу определяются, как

Ом, (6)

Ом. (7)

где К_T - отношение вторичного напряжения к первичному, принимаем равным 1,06.

Выбор вентилей силовой схемы производится по среднему значению тока через вентиль (с учетом условий охлаждения) и максимальному мгновенному значению напряжения, прикладываемому к вентилю.

3.2 Расчет индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов (дросселей)

Требуемая величина индуктивности УД находится, исходя из ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины(35)% от двигателя, т.е.

Гн (8)

где - удвоенное эффективное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым; при , В;

- число фаз выпрямления;

- угловая частота сети.

Сглаживающие реакторы выполняют две функции: ограничивают пульсации тока в якорной цепи и обеспечивают работу в зоне непрерывных токов.

Величина относительных пульсаций I^*_e принимается не более 0,02 и рассчитывается как

, (9)

где – относительная величина ЭДС пульсаций;

I_ном – номинальный ток;

L_др,L_я,L_Т – индуктивность сглаживающего реактора (катодного дросселя), якоря двигателя и трансформатора;

_fm – угловая частота пульсаций;

f – частота сети;

m – число фаз (для трехфазной мостовой схемы m =6).

На основании специальных расчетов получены кривые зависимости от угла открывания и числа фаз. Величина берется для максимального угла открывания _макс, соответствующего минимальной скорости двигателя. Приводы, рассматриваемые в данном проекте, предназначены для частых пусков и торможений и поэтому примем =0,24 для мостовой и =0,52 для нулевой схем выпрямления.

Из выражения (13) получим общую индуктивность цепи

=Гн (10)

а по ней – искомое значение L_др. При наличии уравнительных реакторов, их индуктивность добавляется в левую часть формулы (14).

Индуктивность трансформатора определяется, как

L_Т = x_T/2πf Гн (11)

а индуктивность якорной цепи двигателя по эмпирической формуле

Гн (12)

где коэффициент C_x=0,5 для некомпенсированных машин

Номинальный ток реактора должен быть не менее номинального тока двигателя.

Гранично-непрерывный ток растет с увеличением угла регулирования, поэтому его следует рассчитать при угле .

.

(13)

Условие выполняется:

(14)

3.3 Определение параметров привода и построение электромеханических характеристик

Эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя

R_пр=R_Т+ пR_дТ +R_к=Ом (15)

где п=2

Значение коммутационного сопротивления

; (16)

где m - число фаз.

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи равна

c; (17)

где эквивалентное сопротивление якорной цепи R_э

Ом. (18)

где =0,095 Ом (из расчетов выполненных выше).

Далее производится расчет статических электромеханических характеристик привода в разомкнутой системе. ЭДС преобразователя при номинальной скорости и номинальной нагрузке

В

Статическая характеристика строится при изменении тока по формуле

(19)

ЭДС преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке

В (20)

Статическая характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле

(21)

Верхняя и нижняя статические характеристики строятся по формулам (19), (21) и приводятся на одном графике.

Рисунок 3.1 – График статических характеристик