2 Вибір тиристорного електроприводу

Основними технічними даними комплектних тиристорних електроприводів є номінальний струм І_ном і номінальна напруга U_н .

Номінальний струм електроприводу обирається за струмом ТП і може бути більше номінального струму двигуна. Номінальна напруга ЕП визначається номінальною напругою електродвигуна.

Виходячи з цього за початковими даними двигуна U_н=700 В, І_н=5150 А обираємо систему КТЕУ потужністю 1000 – 1200 кВт.

КТЕУ – 6300/750 – 1362315 – 500Т – УХЛ4

До складу тиристорного ЕП входять електропривод постійного струму з тахогенератором, ТП для живлення якоря двигуна і ТП для живлення обмотки збудження, силовий трансформатор, комутаційна та захисна апаратура (рисунок 2.1).

Для даної системи використовуємо трансформатор ТДТП – 8000/10 У2

Мережева обмотка:

Потужність Р=6110 кВ·А.

Напруга U=6 кВ.

Вентильна обмотка:

Напруга U=750 В.

Струм І=2 · 2570 А.

Перетворювач:

Напруга U=825 В.

Струм І=2 · 3200 А.

Втрати:

Холостого ходу ΔР_хх=9800 Вт.

Короткого замикання ΔР_кз=6700 Вт.

Напруга короткого замикання U_{к %}=6.3 %.

Струм холостого ходу І_хх=0.9 %.

Також відповідно даним обмотки збудження обираємо силовий трансформатор TV2 для живлення ТП обмотки збудження з довідника [2] ТСЗП – 250/0.7 У3

Мережева обмотка:

Потужність Р=220 кВ·А.

Напруга U=0.38 кВ.

Вентильна обмотка:

Напруга U=315 В.

Струм І=408 А.

Перетворювач:

Напруга U=345 В.

Струм І=500 А.

Втрати:

Холостого ходу ΔР_хх=915 Вт.

Короткого замикання ΔР_кз=3400 Вт.

Напруга короткого замикання U_{к %}=4.4 %.

Струм холостого ходу І_хх=3.6 %.

Рисунок 2.1 – Силова частина електроприводу серії КТЭУ при 12-пульсній схемі випрямлення.

3 Визначення параметрів об’єкта регулювання

1. РОЗРАХУНОК АКТИВНОГО ОПОРУ ЯКОРЯ ДВИГУНА

Активний опір якірного кола:

R_я =β_т(R_{я 15}+ R_дп+ R_ком)=1.24·(0.0131+0.00228+0.00606)=0.0266 Ом.

де R_{я 15} – опір обмотки якоря при 15⁰С;

R_дп – опір додаткових полюсів при 15⁰С;

R_ком – опір компенсаційної обмотки при 15⁰С;

β_т=1.24 – коефіцієнт, який враховує зміну опору під впливом температури.

Активний опір фази трансформатору:

Фіктивний опір, визваний комутацією тиристорів:

Максимальна ЕРС перетворювача:

тоді

Активний опір шин та вимірювальних шунтів:

R_ш=0.1· R_Я=0.1·0.0266=0.00266 Ом

Повний активний опір якірного кола:

R_ЯΣ= R_Я+ R_ТР+ R_Ф+ R_Ш=0.0266+0.0017+0.006+0.00266=0.03696 Ом.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ІНДУКТИВНОГО ОПОРУ ЯКІРНОГО КОЛА

Індуктивний опір якірного кола двигуна:

де К=0.15…0.25 – коефіцієнт ля компенсації машини.

де т – пульсність перетворювача;

f – частота живильної мережі.

Повна необхідна індуктивність якірного кола:

де I_{d гр}=0.1·І_{d H}=0.1·5150=515 А.

–діюче значення фазної напруги мережі для живлення випрямовувача.

U_d0=E_d0=986 В – ЕРС холостого ходу перетворювача, розрахованого у пункті 3.1

–конструктивна стала машини при номінальному потоку.

Індуктивність згладжуючого дроселя:

L_ДР=L_{Σ необ} – (L_ЯД+L_ТР)=9.29·10^-5–(1.3·10^–3+10^–5)= - 0.00122 Гн

Оскільки L_ДР<0, тому необхідність встановлення дроселя відсутня.

Повна індуктивність якірного кола:

L_Я= L_ЯД+ L_ТР=1.3·10^–3+10^–5=1.31 мГн

Постійна часу якірного кола:

3. ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СТАЛОЇ ЧАСУ

Момент інерції:

J_Σ= J_ДВ+ J_Н= J_ДВ+ 1.5·J_ДВ=2.5·J_ДВ=2.5·35500=88750 кг·м²

Електромеханічна стала часу електроприводу:

4. РОЗРАХУНОК ОПОРІВ КОЛА ЗБУДЖЕННЯ

Опір обмотки кола збудження:

Номінальний магнітний поток:

Ф_Н=29·10^–2=0.29 Вб

Індуктивність обмотки збудження:

де w_з – кількість витків обмотки;

2р=8 – число полюсів;

ΔФ=ΔФ_Н=0.29 Вб – номінальний магнітний поток, який визначаться за кривою намагнічування машини з довідника [1];

ΔI_з=І_зн=455 А – номінальний струм збудження.

Індуктивність розсіювання:

де Ф_sн=0.6·(σ–1)Ф_н=0.6·(1.15-1)·0.29=0.261 Гн – номінальний магнітний поток розсіювання

Стала часу обмотки збудження:

3. СИНТЕЗ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ШВИДКОСТІ

Систему регулювання швидкості двигуна для спрощення розрахунку розіб’ємо на дві:

1. по струму якоря;

2. по потоку збудження.

1. Розрахунок КОНТУРА РЕГУЛЮВАННЯ СТРУМУ ЯКОРЯ

Структурна схема крся наведена рисунку 4.2

Розрахунок КРСЯ ведуть за спрощеною схемою, наведеною на рисунку 4.2, що можливо при наступних припущеннях:

• проти–ЕРС не впливає на динаміку електроприводу;

• усі малі сталі часу відносять до вентильного перетворювача.

З умови компенсації впливу великих сталих часу та для отримання астатизму 1-го порядку передавальна функція регулятора струму має наступний вигляд:

де Т_с – стала часу інтегрування розімкненого КРСЯ, що за умовами модульной оптимізації дорівнює:

Т_с=2·Т_μ=2·0.03=0.006 с

де Т_μ – мала некомпенсована стала часу, приймаємо Т_μ=0.003 с згідно з [2].

Передавальна функція замкненого КРСЯ має вигляд:

Коефіцієнт зворотного зв’язку за струмом якоря, обираємо таким чином, щоб при максимальному струму давача не перевищувала 10В

Коефіцієнт підсилювання тиристорного перетворювача

2. РОЗРАХУНОК КОНТУРУ РЕГУЛЮВАННЯ СТРУМУ ЗБУДЖЕННЯ

Структурна сема регулювання КРСЗ наведена на рисунку 4.3

З умови компенсації великих сталих часу приймаємо ПІ-регулятор струму збудження з передавальною функцією:

Згідно з модульним оптимумом Т_сз=2·Т_μз=2·0.03=0.006 с (Т_μз – мала некомпенсована стала часу).

Коефіцієнт підсилення тиристорного перетворювача у колі збудження:

де U_{п мах} – максимальна напруга керування СІФК.

Коефіцієнт зворотного зв’язку за струмом збудження

де U_мах – максимальна вихідна напруга давача.

3. РОЗРАХУНОК КОНТУРУ РЕГУЛЮВАННЯ ШВИДКОСТІ

Структурна схема КРШ наведена на рисунку 4.4

Оскільки треба отримати треба отримати систему без статичного перепаду швидкості, то регулятор швидкості повинен бути ПІ-типу та мати наступну передавальну функцію

Його настройку слід проводити при максимальному значенні потоку.

У цьому виразі Т_μш – стала часу контуру швидкості, що враховує інерційність в каналі зворотнього зв’язку

Т_μш=Т_с+Т_ω+Т_дн

Фільтр за сталою часуТ_ω встановлюється у каналі зворотноьго зв’язку за швидкістю для значення пульсацій на виході тахогенератора. Це можливо реалізувати за схемою, наведеною на рисунку 4.5

Рисунок 4.5 – Реалізація зворотнього зв’язку за швидкістю двигуна

Для системи необхідним є тахогенератор типу ПТ–42 з напругою U_тгн=230 В та швидкістю обертання n_тгн=200 об/хв.

Кутова швидкість тахогенератора

Коефіцієнт передачі тахогенератора

Необхідний коефіцієнт передачі дільника тахогенератора

де U_max – максимальна вхідна напруга давача напруги;

ω₀ – швидкість ідеального холостого ходу двигуна

Коефіцієнт зворотнього зв’язку за швидкістю

Для реалізації дільника напруги підбираємо номінали резисторів із стандартного ряду приймаємо

R₁=0.917 кОм, R₂=10 кОм, С=3 мкФ.

Стала часу фільтра

Сталу часу давача напруги приймаємо Т_дн=0.001 с

Остаточно маємо:

Т_μш=Т_с+Т_ω+Т_дн=0.006+0.0025+0.001=0.0095 с

При настроюванні ПІ-регулятору швидкості на симетричний оптимум а=4, b=8.

Як видно з структурної схеми КРШ він має нелінійність, тому що магнітний поток змінюється у значних межах. Це можна усунити шляхом лінеаризації КРШ.

4. РОЗРАХУНОК КОНТУРА РЕГУЛЮВАНЯ ЕРС

Структурна схема контуру має вигляд

Передавальна функція регулятора ЕРС має вигляд:

де Т_е – стала інтегрування контуру ЕРС, яка при настроюванні системи за МО має наступне значення

Т_е =2·Т_сз=2·0.006=0.012 с

Коефіцієнт зворотнього зв’язку по ЕРС

Сигнал зворотнього зв’язку за ЕРС формується за допомогою ЗЗ за струмом якоря.

Коефіцієнт передачі дільника

де – коефіцієнт передачі дільника.

Відповідно до цього обираємо:

R₁=1.2 кОм, R₂=100 кОм.

Приведемо схему сумування сигналів

К_е=К_ня–К_ся=К_дв·К_де·К_дн–К_ся

Величина ЕРС залишається полярності протягом роботи, тому необхідно у зворотній зв’язок встановити блок виділення модулю.