1. Вихідні дані до курсового проекту

Тип системи керування	Однозонна з реверсом за збудженням
Керування за колом	якоря та збудження
Тип двигуна	ПБК 285/95
Потужність двигуна Рн, кВт	2950
Номінальна напруга двигуна Uн, В	900
Номінальна частота обертання nн, об/хв.	60
Кількість двигунів	1
Діапазон регулювання швидкості	1:4
Припустима статична помилка при та,	–
Струм упора	2,2
Момент статичного навантаження	0,8
Струм якоря	1,5
Момент інерції механізму	0,8
Основний зворотний зв’язок за координатою	ω

2. Функціональна схема системи керування електроприводом

Система керування швидкості з реверсом за збудженням використовується у ЕП, де не вимагається висока якість перехідних процесів (зазвичай це підйомно-транспортні механізми). В соловій частині використовується нереверсивний ТПЯ та реверсивний ТПЗ, що дає виграш у габаритах, вартості та ін.

При регулюванні основним є вираз M=kФі, отже зміни знака моменту М, що необхідно для реверса, можна досягти за рахунок зміни напрямку як струму якоря, так і струму збудження (як у даному випадку).

У даному проекті розглядається система з узгодженим керуванням струму кола якоря і струму кола збудження, як показано на рис 2.1.

Рисунок 2.1 – Функціональна схема системи регулювання швидкості

з реверсом поля

Підсистема керування напруги на якорі за структурою аналогічна традиційній однозонній СПР за швидкістю. Регулююча частина системи має 3 контури: контур регулювання швидкості з задатчиком інтенсивності на вході, контур струму якоря та контур струму збудження. У якості вимірювача струму використовується шунт. Комірка датчика струму виконує узгодження рівнів напруг, а також гальванічну розв’язку ланок. Для вимірювання швидкості використовується тахогенератор постійного струму зі збудженням від постійних магнітів. Вихідна напруга ТГ через RC-фільтр надходить до комірки датчика напруги. Завдання на збудження виконується в функції вихідного сигналу регулятора швидкості через узгоджуючий підсилювач УП.

При виникненні тормозного режиму сигнал Uрш стане негативним, що призведе до зміни полярності Uзз, отже і до реверса поля. ТПЯ перейде у інверторний режим роботи. Настройка контурів виконується за традиційними алгоритмами, але у залежності від специфіки механізму можливі різні підходи до вибору ТСЗ, ТСЯ, ТШ. Сумісно з цим повинен виконуватися і вибір коефіцієнтів передачі підсилювача УП на лінійній ділянці. Вибір коефіцієнту УП дуже важливий, тому що при невдалому виборі можуть виникати амплітудні перехідні процеси при реверсі поля, а також динамічні удари струму та моменту в режимі, близькому до холостого ходу.

Характерний недолік системи – погана динаміка при малих струмах якоря.

3. Аналіз даних двигуна

За типом двигуна, його потужністю Р_Н, напругою на якорі U_ЯН, номінальною швидкістю обертання валу n_Н з довідникової літератури [] беремо загальні данні та обмоточні параметри двигуна:

• тип двигуна: ПБК 285/95

• номінальна потужність: Р_Н = 2950 кВт

• номінальна напруга якірного кола: U_ЯН = 900 В

• номінальна частота обертання: n_Н = 60 об/хв

Загальні данні:

• номінальний момент: М_Н = 48 Тм

• номінальний струм якірного кола: І_ЯН = 3580 А

• номінальна напруга обмотки збудження: U_ЗН = 100 В

• номінальний струм обмотки збудження: І_ЗН = 179 А

• перевантажувальна здатність: М_макс/М_н = 2,25

• маховий момент двигуна: GD_я² = 150 Тм²

Обмоточні параметри двигуна:

1) обмотка якоря:

• число полюсів: 2р = 14

• число витків на полюс: w_ОЯ = 76,5

• величина опору за температури 15 С: R_ОЯ15С = 0,00762 Ом

2) паралельна обмотка:

• число полюсів: 2р = 14

• число витків на полюс: w_ОЗ = 52

• величина опору за температури 15 С: R_ОЗ15С = 6,415 Ом

3) додаткові полюса:

• число витків на полюс: w_ДП = 3

• величина опору за температури 15 С: R_ДП15С = 0,00164 Ом

4) компенсаційна обмотка:

• число витків на полюс: w_КО = 4

• величина опору за температури 15 С: R_КО15С = 0,00451 Ом

Активний опір кола якоря двигуна розраховується за формулою:

(3.1)

де Rоя – активний опір власно обмотки якоря;

Rдп – активний опір обмотки додаткових полюсів;

Rко – активний опір компенсаційної обмотки.

Значення активних опорів обмоток у довідниках даються для температури навколишнього середовища θхол=15°С, тому їх слід привести до робочої температури θнагр=75°С за такою формулою:

(3.2)

де αТ – температурний коефіцієнт, величина якого залежить від матеріалу; значення цього коефіцієнту приблизно становить αТ≈004 1/°С.

Перераховуємо активні опри обмоток:

Ом

Ом

Ом

Отже, активний опір якірного кола двигуна:

Ом

Далі розраховуємо індуктивності обмоток машини. Розрахунок величини індуктивності якоря двигуна здійснюється за емпіричною формулою []:

(3.3)

де k=0,10…0,25 – конструктивний коефіцієнт;

UН=900 В – номінальна напруга на якорі двигуна;

IЯН=3580 А – номінальний струм обмотки якоря;

p=7 – кількість пар головних полюсів;

ωH – номінальна частота обертання якоря, рад/с:

(3.4)

Отже, індуктивність якоря двигуна

Індуктивність обмотки збудження обчислюється як сума індуктивності від головного магнітного потоку і індуктивності від потоку розсіяння:

(3.5)

де wн=52 – кількість витків обмотки збудження на полюс;

ФН – номінальний магнітний потік, Вб;

ФσН – потік розсіяння при номінальному струмі збудження, Вб;

Ізб.Н=179 А – номінальне значення струму збудження.

Значення номінального магнітного потоку ФН можна розрахувати з достатнім степенем точності за формулою []:

(3.6)

де ЕН – ЕРС двигуна при номінальному навантаженні, В:

В (3.7)

RЯ=0,0171 Ом – активний опір обмотки якоря у гарячому стані;

2а=14 – кількість паралельних гілок обмотки якоря, залежить від застосованого в двигуні типу обмотки якоря;

NЯ – кількість ефективних провідників в обмотці якоря:

(3.8)

D – діаметр якоря, мм; обирається при проектуванні двигуна в функції відносного параметру μ=(2h-0,01-D)/D, який, в свою чергу, залежить від кількості головних полюсів p (рис.3.1), у даному випадку μ=0,045;

h – висота осі обертання двигуна, h=0,85 м;

Отже, діаметр якоря можна знайти виходячи з виразу:

м (3.9)

А – лінійне навантаження якоря, А/м; рекомендовані усереднені залежності лінійного навантаження в функції діаметру якоря, які застосовуються при проектуванні машин постійного струму [], наведені на рис.3.2. А≈44000А/м.

Отже, кількість ефективних провідників в обмотці якоря:

Номінальний магнітний потік:

Вб

Значення потоку розсіяння ФσН у разі необхідності може бути розраховане за формулою:

Вб (3.10)

де σ=0,05…0,18 – коефіцієнт розсіяння;

Вδ – індукція у повітряному зазорі, Тл; для серійних машин при проектуванні звичайно дотримуються залежності [], середні значення якої наведені на рис.3.3. У даному випадку Вδ≈0,93 Тл.

Отже, індуктивність обмотки збудження:

Гн