Тип тр-ра
|
SH
|
Вентильная
обмотка
|
Преобразователь
|
ΔPXX
|
ΔPКЗ
|
UКЗ
|
IХХ
|
|
|
U2HФ
|
I2НФ
|
UH
|
IH
|
|
|
|
|
|
кВА
|
В
|
А
|
В
|
А
|
Вт
|
Вт
|
%
|
%
|
ТСП 63/07
|
58
|
118
|
164
|
230
|
200
|
330
|
1900
|
5,5
|
6,0
|
7. Тахограмма работы двигателя
Построим тахограмму работы двигателя ω(t) с установившимися скоростями по тахограмме рабочей машины
(рис. 1) с учетом передаточного отношения редуктора (). Данная характеристика представлена на
рис. 4.
Рис. 4 Тахограмма работы двигателя
8. Расчет, приведенных к валу двигателя,
статических моментов рабочей машины
При определении, приведенных к валу двигателя, статических
моментов учтем момент холостого хода двигателя. Он определяется соотношением:
МХХ = МН - МНВ,
где МН - номинальный электромагнитный момент двигателя,
вычисляемый по паспортным данным;
МНВ - номинальный момент на валу двигателя.
Определим номинальный электромагнитный момент двигателя
А
МН = К. IЯН =
где RЯ = RЯ.ХОЛ (1+α(tНАГР - tОС)) = 0,023. (1 + 0,004. (115 - 20)) =
0,0317 Ом. - пересчитанное на рабочую температуру t = 115oC сопротивление якоря двигателя.
Определим номинальный момент на валу двигателя:
МНВ =
Подставив численные значения МН и МНВ в
формулу (8.1), получаем, что момент холостого хода составляет:
МХХ = 686,1 -653,82 = 32,28 Н.м.
Фактический момент сопротивления рабочей машины определится как:
МСi = M’Ci + MXX
где M’Ci - приведенный момент сопротивления рабочей машины для
двигательного режима.
М’Сi =
Т.о. находим фактические моменты сопротивления рабочей машины:
Скорости на валу двигателя, соответствующие статическим моментам,
определены в п. 7. Отложив на графике значения момента сопротивления и
скорости, построим характеристику момента сопротивления на валу двигателя,
которая используется в дальнейших расчетах. Рисунок см. в пункте 10.
9. Обоснование способов пуска, регулирования
скорости и торможения двигателя
Реверсивный вентильный преобразователь позволяет осуществлять
плавный пуск, регулирование скорости, как в сторону уменьшения, так и
увеличения ее, а также и рекуперативное торможение путем изменения, подводимого
к двигателю постоянного тока, напряжения.
Напряжение преобразователя будем регулировать с помощью
изменения угла управления α. Так как за основную
скорость ωом мы приняли максимальную
скорость механизма (ωом = 20 с-1), то
в увеличении скорости путем ослабления магнитного потока двигателя нет
необходимости.
10.
Расчет статических механических характеристик двигателя за цикл работы
Статические механические характеристики проектируемого
электропривода в первом приближении можно считать линейным (с учетом некоторых
допущений). Поэтому данные характеристики построим по двум точкам:
· I точка с координатами (ω = ωоi; M = 0);
· II точка с координатами (ω = ωсi; M = MCi).
где первая точка является точкой холостого хода, а вторая -
точкой i-установившегося
режима.
Для расчета и построения статических механических
характеристик в системе ТП - Д, соответствующих установившимся скоростям
двигателя, необходимо предварительно определить эквивалентное сопротивления
якорной цепи, которое определяется как:
RЭ = ,
где m - пульсность выпрямленного напряжения,
для 3-фазной мостовой схемы m = 6.
Активное и реактивное сопротивление трансформатора, приведенные к
его вторичной обмотке, рассчитаем по формулам:
где ΔPКЗ - мощность короткого замыкания трансформатора, Вт; m1 - число фаз;
UКЗ% -
напряжение короткого замыкания трансформатора, %
Определим коэффициент трансформации трансформатора по формуле:
КТР = U1Ф / U2Ф = 220 /
118 = 1,86.
Подставив численные значения величин в уравнения (10.2), (10.3),
получаем, что
, где
Определим сопротивления сглаживающего и уравнительного дросселей:
Ом, где ΔUСД.Н = ΔUУД.Н ≈ 0,0075 UdH.
Тогда, после подстановки численных значений всех величин, входящих
в (10.1), получаем, что эквивалентное сопротивления якорной цепи:
RЭ = ;
Статические механические характеристики рассчитываем по формуле:
, где
Ed0 =
Угол задержки открывания вентилей αi, необходимый для установления скорости ωci определяется как:
, где
ICi - ток статической нагрузки, которому
соответствует приведенный момент МCi.
K=3,68 - расчет смотри в пункте 8
Найдем скорости идеального холостого хода и статические
скорости в установившихся режимах из выражения (10.4):
Для уменьшения зоны прерывистых токов, которая возникает в
нереверсивных схемах, и в реверсивных при раздельном управлении вентилями,
сглаживания пульсаций выпрямленного тока, ограничения тока через тиристоры в
первый полупериод питающего напряжения при коротком замыкании на стороне
выпрямленного тока в тиристорном электроприводе постоянного тока применяют
дроссели, включаемые в якорную цепь.
В данном курсовом проекте преобразователь реверсивный, с
уравнительными реакторами. Следовательно, зоны прерывистых токов нет, т.к.
уравнительные токи уже являются нагрузкой для тиристоров. Добавочная
индуктивность в данном случае нужна для сглаживания пульсаций выпрямленного
тока.
Определим суммарную индуктивность, необходимую для сглаживания
пульсаций тока:
LΣ =
где ie = 0,04 - относительная величина пульсаций
первой гармоники выпрямленного тока;
ее - относительная величина пульсаций первой гармоники
выпрямленного напряжения;
ω1 = 2πf1 = 2π. 50 = 314 c-1.
Величина определяется как:
Расчетная индуктивность сглаживающего дросселя:
LСД = LΣ - LЯ - 2LТР - LУД
Индуктивность якорной цепи:
LЯ =
где K1 = 0.5 для некомпенсированных машин, рП - число пар
полюсов.
Индуктивность согласующего трансформатора:
Индуктивность уравнительного дросселя:
LУД = ,
т.к. в системе установлено 4 не насыщающихся дросселя.
Подставив в уравнение (10.6) все необходимые величины, получаем,
что
LСД = 27,3.10-3
- 4,9.10-3 - 2.1,26.10-4
-0 = 20,66 мГн.
Построим статическую механическую характеристику, согласно уравнению.
Результаты расчета приведены в табл. 8
Таблица 8. Расчет статической механической характеристики
№
характеристики
|
1 точка (М =0; ω
= ω0i)
|
2 точка и (М =MCi; ω = ωсi)
|
αi
|
ICi,
A
|
1
|
(0; 35,1)
|
(329,9; 31,5)
|
62
|
89,56
|
2
|
(0; -66,9)
|
(-362,97; -63)
|
26
|
98,54
|
3
|
(0; -12,8)
|
(-306,75; -9,45)
|
80
|
83,27
|
Статическая механическая характеристика привода, построенная
согласно данным табл. 8, показана на рис. 5.
11. Переходные процессы
Расчет переходных процессов в разомкнутой системе
электропривода при питании двигателя от тиристорного преобразователя в данном
проекте выполняется в предположении того, что управление приводом осуществляется
путем линейного изменения во времени скорости идеального холостого хода (ω0i), т.е. по следующему закону:
ωo(t) = ωoНАЧ + εо.t.
где εо - ускорение идеального
холостого хода, определяемое из условия полного использования двигателя по
моменту.
Так как скорость нарастания управляющего сигнала
ограничивается, электромагнитная инерция силовой цепи двигателя в переходном
процессе проявляется незначительно и ею можно пренебречь.
При определении длительности изменения ωо учитывается знак ускорения εо.
· εо > 0 - при пуске в области положительных скоростей и торможении
в области отрицательных;
· εо < 0 - при пуске в области отрицательных скоростей и торможении
в области положительных.
Суммарная длительность переходных процессов не должна
превышать 2%-4% от суммарного времени цикла работы механизма.
Скорость двигателя и его момент в переходных режимах
изменяются по законам:
где β, βС - соответственно коэффициенты жесткости
механических характеристик двигателя рабочей машины.
Получим численные значения жесткостей механических характеристик:
Найдем также ускорение идеального холостого хода:
где ММ, МСМ - максимально допустимый
момент двигателя (ММ = 1500 Н.м) и максимальный
статический момент соответственно.
Знак «-» возьмем при разгоне, а «+» - при торможении.
Следовательно, подставив в выражение (11.3) численные значения всех величин,
получаем два значения :
Определим электромеханическую постоянную времени привода:
Переходные процессы при пуске из неподвижного состояния
В этом случае переходный процесс разбивается на три этапа.
На I этапе, 0tt0, двигатель остается неподвижным,
поскольку момент двигателя меньше статического. Начальная механическая
характеристика двигателя проходит через начало координат, конечная - через
точку с координатами w=0, М=МС0 (ей соответствует скорость
идеального холостого хода, равная w0.КОН.I).
Для данного этапа справедливы начальные условия:
Момент двигателя на этом этапе изменяется по закону
Скорость идеального холостого хода двигателя на этом этапе
изменяется по закону:
Заканчивается I этап при увеличении М до МС0, когда
скорость w0 достигает значения:
При МСО = 302,05 Н•м.
Длительность этапа:
.
Изменение момента и скорости во времени
00,0020,0040,0060,0080,010,0120,0132
|
|
|
|
|
|
|
|
|
044,8989,79134,7179,6224,5269,4296,8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00,4920,9841,4761,9682,4612,9533,25
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II этап.
На II этапе происходит разгон
двигателя при линейном изменении w0 во времени. Начальные
условия этого этапа:
Скорость и момент на данном этапе описываются уравнениями:
,
Величина e0 имеет то же значение, что и на первом
этапе.
Начальная механическая характеристика двигателя на II этапе совпадает с конечной
характеристикой I этапа, конечная характеристика II этапа проходит через точку I заданного установившегося режима работы.
Заканчивается этап в момент времени t1, когда
двигатель выходит в точку а на характеристику, обеспечивающую заданную скорость
рабочей машины, при этом w0 достигает значения wО.КОН = 35,12 1/с.
Длительность II этапа:
Изменение момента и скорости и во времени
00,020,040,060,080,10,120,129
|
|
|
|
|
|
|
|
|
296,83706,881048,11332,11568,81766,11930,71998,9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00,4261,6073,4155,7428,511,6213,2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,258,17513,118,0222,9427,8632,7835,11
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III этап
На III этапе t>t1 происходит окончательный
разгон двигателя до установившегося режима при постоянном значении скорости
идеального холостого хода wО.КОН.=35,11 с-1 Для этого этапа начальные
условия:
,
Уравнение скорости на этапе имеет вид:
Уравнение момента имеет вид:
Длительность этапа:
, продлим время этапа до 0,83 с чтобы момент и скорость двигателя достигли
установившихся значений
Изменение момента и скорости во времени
00,160,320,480,640,80,83
|
|
|
|
|
|
|
|
1998,9705,24413,9348,29333,51330,18329,9
|
|
|
|
|
|
|
|
13,227,3830,5731,2931,4531,4931,5
|
|
|
|
|
|
|
|
Переходные процессы при реверсе системы
Реверс осуществляется линейным изменением w0 от wО.НАЧ до wО.КОН со сменой её знака в
процессе изменения.
I этап реверса - торможение до нулевой
скорости
Торможение системы от начальной скорости wНАЧ, которую она имела в исходном установившемся режиме
работы, до полной остановки. Переходный процесс проведем за один этап. На этом
этапе w0 снижается по линейному закону от wО.НАЧ
до 0. Далее происходит смена знака w0 и ее
рост при снижении w до 0. При этом
e0<0.
Начальные условия:
Скорость и момент на данном этапе описываются выражениями:
Подставив численные значения:
Этап заканчивается при w=0 длительность этапа
Изменение момента и скорости и во времени
00,030,060,090,109940,120,150,180,1885
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
329,9-433,9-1013,8-1454,8-1688-1790,6-2047-2243,3-2290,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31,530,2927,0722,3218,5116,429,6522,2240
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35,1225,5315,956,3690-3,211-12,79-22,37-25,09
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дальнейший ход переходного процесса
определяется соотношением между моментами двигателя и рабочей машины при
достижении нулевой скорости в момент времени t3.
В нашем случае т.к. Н•м и Н•м,
следовательно, этап нулевой скорости при разгоне отсутствует. В этом случае
переходный процесс разгона разбивается на два этапа:
а) этап разгона при линейном
изменении ω0 во времени (II этап реверса, t3 < t < t4);
б) этап разгона при постоянном
значении ω0 (III этап реверса, t>t4).
II этап реверса t3 < t < t4
Начальные условия:
Найдем начальное ускорение:
Скорость и момент на данном этапе описывается выражениями:
Подставим численные значения:
Изменение момента и скорости и во времени
00,020,040,060,080,10,120,140,1702
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-2290,1-2365,2-2428,3-2481,6-2526,7-2564,9-2597,6-2625,6-2660,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0-4,099-8,328-12,66-17,09-21,59-26,16-30,77-37,81
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-25,09-30,01-34,93-39,85-44,77-49,69-54,61-59,53-66,96
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длительность II этапа:
III этап реверса t>t4
III этап проходит аналогично III этапу разгона двигателя. На нем
происходит окончательный разгон двигателя до установившегося режима при
постоянном значении скорости идеального холостого хода w0.КОН. Для этого этапа начальные условия:
wНАЧ.III = wКОН.II = -37,81 c, МНАЧ.III = МКОН.II = -2660,6 Н•м, e0=0
Уравнение скорости на этапе имеет вид:
Уравнение момента имеет вид:
Подставим численные значения:
Изменение момента и скорости во времени
00,120,240,360,480,60,720,840,9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-2260,6-1113,8-608,08-442,75-388,7-371,03-365,25-363,36-362,97
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-37,81-54,77-60,31-62,12-62,72-62,91-62,97-62,99-63
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длительность этапа
, продлим время этапа до 0,9 чтобы момент и скорость двигателя достигли установившихся
значений
Переходные процессы при снижении скорости
I этап
Переходный процесс разбивается на два этапа. На I этапе () ω0 снижается от ω0нач до ω0кон с постоянным замедлением ε0.
Начальные условия:
Скорость и момент на данном этапе описывается выражениями:
Подставим численные значения:
Изменение момента и скорости и во времени
00,020,040,060,080,10,120,140,169
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-362,9169,22612,06980,741287,91543,91757,619362148,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-63-62,45-60,91-58,57-55,55-51,97-47,92-43,49-36,36
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-66,97-60,59-54,2-47,82-41,43-35,04-28,66-22,27-12,81
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длительность I этапа:
II этап
На II этапе происходит дальнейшее снижение скорости двигателя при работе его
с постоянным значением .
Начальные условия:
Уравнения скорости и момента на этапе имеют вид:
Подставим численные значения:
Изменение момента и скорости во времени
00,120,240,360,480,60,720,96
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2148,1495,81-44,372-220,97-278,71-297,58-303,75-306,43
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-36,36-18,25-12,33-10,39-9,757-9,55-9,483-9,454
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длительность этапа:
,
продлим время этапа до 0,96 чтобы момент и скорость двигателя достигли установившихся
значений
Торможение свободным выбегом
В связи с тем, что конечная скорость перед торможением имеет
малую величину, а именно
ωС3 = -9,45 с-1,
торможение будем осуществлять свободным выбегом двигателя.
Время свободного выбега определим как:
Выводы
В результате расчета переходных процессов оценим
быстродействие спроектированной системы. Для этого определим суммарное время
переходных процессов за цикл работы:
Определим суммарное время цикла работы системы с учетом времени
переходных процессов:
Определим время переходных процессов в процентах от времени цикла:
при заданном быстродействии в (2÷3)% от времени переходного процесса.
Определим фактическую продолжительность включения:
ПВФ% =
Проанализировав, представленные выше соотношения, можно прийти к
выводу, что спроектированная система обладает достаточным быстродействием.
Кроме того, двигатель полностью использован в переходных процессах
по моменту и максимальный момент не превышает допустимого.
12. Проверка двигателя на нагрев и перегрузочную
способность
Проверим выбранный двигатель на нагрев методом эквивалентного
момента. При этом необходимо учитывать изменение условий охлаждения при паузах
и изменениях скорости. Для этого построим в отдельной системе координат кривую
М(t) за цикл работы с учетом
установившихся режимов. Выполним линеаризацию кривой стандартными фигурами -
треугольниками, трапециями и прямоугольниками. Вид кривой показан в графической
части данного проекта.
Кривая М(t) была разбита на 18 фигур: 5 треугольников, 3
прямоугольников и 10 трапеций. Для каждой из фигур определим эквивалентный
момент МЭi по следующим выражениям:
где ММ, М1, М2, МСi - максимальные моменты
соответствующих фигур.
Результаты расчетов по формулам (12.1) представлены в таблице
9:
Таблица 12.1. Результаты расчетов эквивалентных моментов для
стандартных фигур
№
|
Фигура
|
M1,M2,
|
|
|
|
|
1
|
Треугольник
|
1332,14
|
-
|
769,114
|
0,06
|
35492,2
|
2
|
Трапеция
|
1332,14
|
1998,86
|
1676,58
|
0,069
|
195277
|
3
|
Трапеция
|
1998,9
|
507,66
|
1325,1
|
0,24
|
421431,3
|
4
|
Трапеция
|
507,66
|
369,4
|
440,3
|
0,4
|
77562,8
|
5
|
Трапеция
|
369,4
|
329,9
|
349,84
|
0,24
|
29373,7
|
6
|
Прямоугольник
|
329,9
|
-
|
329,9
|
80
|
8706720,8
|
7
|
Треугольник
|
-1790,63
|
-
|
1033,82
|
0,12
|
128254,8
|
8
|
Трапеция
|
-1790,63
|
-2290,13
|
2045,48
|
0,068
|
286600
|
9
|
Трапеция
|
-2290,13
|
-2660,6
|
2477,687
|
0,17
|
1044780,2
|
10
|
Трапеция
|
-2660,6
|
-502,89
|
1699,98
|
0,3
|
866984,6
|
11
|
Трапеция
|
-502,89
|
-371,03
|
438,61
|
0,3
|
57714,7
|
12
|
Трапеция
|
-371,03
|
-362,97
|
367,01
|
0,3
|
40408,1
|
13
|
Прямоугольник
|
-362,97
|
-
|
362,97
|
75
|
9881041,6
|
14
|
Треугольник
|
1543,9
|
-
|
891,38
|
0,1
|
79455,9
|
15
|
Трапеция
|
1543,9
|
2148,1
|
1854,2
|
0,069
|
239379,8
|
16
|
Трапеция
|
2148,14
|
495,813
|
1405,39
|
0,12
|
237016,5
|
17
|
Треугольник
|
495,81
|
-
|
286,26
|
0,22
|
18291,4
|
18
|
Треугольник
|
-220,97
|
-
|
127,6
|
0,137
|
2226,27
|
19
|
Трапеция
|
-220,97
|
-306,75
|
265,021
|
0,6
|
42141,5
|
20
|
Прямоугольник
|
-306,75
|
-
|
-306,75
|
25
|
2352389,1
|
Определить эквивалентный момент за цикл:
,
где- суммарное время переходных процессов за
цикл (см. п. 11).
α, βi - коэффициенты, учитывающие ухудшение
(улучшение) условий охлаждения двигателя в переходных режимах и статических
режимах при скорости отличной от номинальной.
;
Для двигателей закрытого исполнения с естественным охлаждением или
самовентиляцией принимают b0»0,5.
Рассчитаем
Теперь, зная все необходимые численные значения, вычислим
эквивалентный момент за цикл:
Определим фактическую продолжительность включения:
Пересчитаем найденное значение на номинальную продолжительность включения:
где , и а - относительные продолжительности включения и коэффициент
постоянных потерь мощности.
С учетом найденных значений коэффициентов, получаем результат
расчета по формуле (12.1):
Проверим двигатель на нагрев, согласно условию:
т.е.
627,89< 686,1
Откуда видно, что двигатель по нагреву проходит.
Ранее выбранный двигатель был проверен на перегрузочную
способность (п. 5) и проверен на нагрев. Он удовлетворил обоим параметрам,
следовательно, двигатель можно рекомендовать к внедрению.
13. Структурная схема разомкнутой системы
электропривода
Для построения структурной схемы электропривода постоянного
тока независимого возбуждения запишем уравнение динамической характеристики
этого двигателя совместно с уравнением движения в операторной форме в
предположении жестких механических связей и с учетом ЭДС управляемого
преобразователя и его передаточной функции.
В дифференциальной форме:
;
Параметр
структурной схемы
|
Расчет
параметра
|
КП - коэффициент усиления преобразователя
где
|
|
ТМ -
электромеханическая постоянная времени
|
|
ТП
- постоянная времени
|
|
- жесткость естественной механической
характеристики
|
|
ТЯ -
постоянная времени цепи якоря
|
|
- жесткость статической механической
характеристики
|
|
J - момент инерции
|
|
Подставим численные значения в структурную схему:
14.
Статическая ошибка по скорости в разомкнутой системе
Точность поддержания скорости привода в установившемся режиме
работы (статическая ошибка по скорости) определяется по соотношению:
,
где , , - скорость идеального холостого хода,
статическая скорость и статическое падение скорости вращения при на i-ой регулировочной
характеристике.
Определим точность поддержания скорости на каждом из участков
работы ЭП:
Разомкнутая система не удовлетворяет заданной точности поддержания
установившейся скорости, т.е. 2%, следовательно, необходимо произвести
синтез замкнутой системы регулирования координат, которая должна будет
обеспечить заданную точность поддержания установившейся скорости.
15.
Синтез замкнутой системы ЭП
В качестве замкнутой системы примем систему с подчиненным
регулированием координат и стандартной настройкой на технический оптимум, когда
соотношение постоянных времени контуров регулирования а=2.
При питании двигателя постоянного тока в разомкнутой системе
от тиристорного преобразователя рекомендуется применить замкнутую систему ТП-Д
с подчиненным контуром регулирования тока и внешним контуром регулирования
скорости.
16. Синтез замкнутой системы
Для синтеза замкнутой системы, настраиваемой на технический
оптимум, определим желаемую передаточную функцию разомкнутой системы , передаточную функцию объекта
регулирования, включающего в себя преобразователь, двигатель и механическую
часть электропривода, характеризуемую суммарным моментом инерции , а также передаточную функцию регулятора
.
Желаемые передаточные функции разомкнутых контуров регулирования
скорости и тока определяются по формулам:
.
где КОС, КОТ - коэффициенты обратной
связи по скорости и току;
Tμ - малая некомпенсированная постоянная времени Тμ = (0,005÷0,01) с;
β - жесткость естественной
характеристики двигателя.
К - коэффициент ЭДС. двигателя ();
ТМ - электромеханическая постоянная времени (ТМ =
0,107 с).
Передаточные функции объектов регулирования тока и скорости
имеют вид:
;
Передаточные функции регуляторов скорости и тока определяют по
формулам:
.
Т.е. в этом случае необходим - скорости с коэффициентом .
где - постоянная интегрирования ПИ-регулятора:
.
17. Расчет параметров регуляторов
Для уменьшения объема расчетов замкнутой системы электропривода
расчет параметров выполним только для регулятора скорости. Напряжение задания
скорости, соответствующее наибольшей заданной установившейся скорости, примем . Напряжения, соответствующие двум другим
установившимся скоростям, найдем пропорционально уменьшив.
Коэффициент усиления тахогенератора примем
Коэффициент обратной связи по скорости:
где - скорость идеального холостого хода
двигателя, соответствующая наибольшей заданной установившейся скорости.
Коэффициент усиления регулятора скорости при настройке токового
контура и контура скорости на технический оптимум ():
здесь - коэффициент обратной связи по току. Его
можно определить, зная параметры датчика тока и шунта, включенного в цепь якоря
двигателя.
Для облегчения работы над проектом коэффициент датчика тока примем
, ток шунта равным двойному номинальному
току двигателя , напряжение на шунте при этом токе примем
, также примем . Тогда
Далее задавшись определяем
Затем определяем ЭДС тахогенератора при :
Необходимое сопротивление
18. Расчет статических механических характеристик
в замкнутой системе ТП-Д
Расчет характеристик можно выполнить по формуле:
- модуль жесткости статической механической характеристики в
замкнутой системе;
- модуль жесткости естественной характеристики двигателя;
Напряжение задания скорости, соответствующее наибольшей заданной
установившейся скорости примем
Найдем напряжения соответствующие другим установившимся скоростям.
;
1)
2)
Таблица 10. Расчет статических механических характеристик в
замкнутой системе
Характеристика
|
UЗ, В
|
ω0 (М=0), c-1
|
ωСi (МСi), c-1
|
1
|
-12,00
|
|
|
2
|
6,0
|
|
|
3
|
-1,80
|
|
|
19. Анализ динамических качеств замкнутой
системы
Произведем анализ динамических качеств замкнутой системы,
необходимый для проверки соответствия качества динамических процессов заданным.
Определим установившуюся динамическую ошибку и просуммируем ее со статической,
т.е. найдем
Установившаяся динамическая ошибка
Статическая ошибка по скорости в замкнутой системе:
Время первого согласования:
Перерегулирование по скорости определим по соотношению:
где .
20. Принципиальные схемы разомкнутой и
замкнутой систем
21. Расчет энергетики разомкнутой системы
Произведем расчет энергетики спроектированной разомкнутой
системы электропривода.
Определим КПД проектируемой системы электропривода:
где Pi, P1i, ΔPΣi, WУi, ΔWУi - соответственно, мощность на валу
двигателя и потребляемая из сети, суммарные потери мощности в силовой части
привода, энергия, затраченная на совершение полезной работы и соответствующие
ей потери энергии в i-установившемся режиме.
Общий расход энергии за цикл работы:
WЦ = WУ + Δ WУ + ΔWПП
Энергию, затраченную двигателем на совершение полезной работы в
установившихся режимах, определим как:
WУ =
Откуда
;
;
.
Потери энергии в установившемся режиме состоят из потерь в
двигателе и тиристорном преобразователе:
ΔWУ = ΔWД + ΔWТП
Потери энергии в двигателе определим как:
где - потери на возбуждение;
Определим потери в тиристорном преобразователе:
где ΔРРН - потери
при номинальном токе якоря в УД и СД.
ΔРРН = ΔРУД+ ΔРСД = I2H.RУД+ I2H.RСД = 1922.0,0086
+ 1922.0,0086 = 635 Вт.
При расчете ΔWТП примем потери в
тиристорах ΔРТ = 0
Подставим найденные выше значения потерь в двигателе и
преобразователе в выражение (21.3):
Втс
Подставив значения ΔWУ и WУ в формулу (20.1), найдем КПД системы:
Коэффициент мощности системы ТП-Д в i-том установившемся
режиме работы определяем по формуле:
где - напряжение на якоре двигателя в i-м режиме работы; коэффициент искажения тока; номинальный
ток двигателя.
; ; (при m=6)
По найденным значениям cos φi определим коэффициенты реактивной мощности:
Определим мощности на валу двигателя в каждом из
установившихся режимов:
Тогда, при известных Рi можно определить мощность, потребляемую из сети из выражения
(21.1):
Потребление из сети реактивной мощности за цикл определим как:
Рассчитаем потери энергии в переходных процессах. Учет всех
потерь энергии, имеющих место в переходных процессах регулируемого
электропривода, представляет значительные трудности.
В виду малой длительности переходных процессов, энергия,
затраченная на покрытие постоянных потерь (механических, в стали и на
возбуждение), мала по сравнению с переменными потерями в главных цепях
двигателя. Поэтому в данном проекте учтем лишь переменные потери, пренебрегая
постоянными, и считая, что МС = const.
Суммарные потери в переходных режимах:
Потери энергии в якорной цепи двигателя следующие:
где t1-время этапа разгона c линейно
нарастающей скоростью
При пуске:
;
При реверсе:
;
При снижении скорости:
;
Откуда получаем, что
Потери энергии в тиристорном преобразователе в переходных
процессах определим как:
При расчете ΔWТП примем потери в тиристорах ΔРТ = 0
Подставляя, найденные выше значения потерь в переходных режимах, в
формулу (21.6), получаем, что суммарные потери составляют:
Следовательно, по формуле (21.2) общий расход энергии за цикл
составляет:
WЦ = WУ + Δ WУ + ΔWПП =
Вычислим общий расход энергии за час:
.
Годовой расход энергии рассчитываем для двухсменного графика
работы длительностью каждой по 8 часов при 250 рабочих днях:
Отношение суммарных потерь энергии за цикл к общему расходу
энергии:
.
22. Затраты на электроэнергию за год
Расчет производится, считая, что стоимость электрической
энергии составляет 0,79 руб. за кВт · ч.
Заключение
В результате выполнения данного курсового проекта был
спроектирован регулируемый электропривод в системе ТП-Д. Для системы были
выбраны соответствующие двигатель, тиристорный преобразователь, согласующий
трансформатор и редуктор. Двигатель был проверен на нагрев и перегрузочную
способность. Проверка показала пригодность двигателя для внедрения в
проектируемую систему. Была синтезирована и построена замкнутая система ТП-Д с
подчиненным контуром регулирования тока и внешним контуром регулирования
скорости. В результате чего система приобрела более высокие динамические
показатели. В проекте была рассчитана энергетика привода как в установившихся,
так и в переходных режимах.
Основные параметры спроектированной системы ТП-Д представлены
в табл. З.1.
Таблица З.1. Основные параметры спроектированной системы ТП-Д
Время пуска, с
|
0,972
|
Время снижения
скорости, с
|
1,129
|
Время реверса,
с
|
1,259
|
Максимальная
статическая ошибка по скорости, с-1
|
1,115
|
Динамическая
ошибка по скорости, с-1
|
7,383
|
Максимальное
перерегулирование, с-1
|
0,0479
|
Время первого
согласования, с
|
0,035
|
Расход энергии
за 1 час работы, кВт.ч
|
12,6
|
Потери энергии
за 1 час работы, кВт.ч
|
3,1
|
Потери энергии
за 1 час работы, в% от израсходованной за 1 час
|
24,6
|
Анализ, полученных в результате проектирования регулируемого
электропривода данных, позволяет сделать вывод о том, что данный электропривод
удовлетворяет заданным требованиям и показателям качества. Следовательно, он
может быть рекомендован к внедрению.
Список литературы
1. Ключев
В.И., «Теория электропривода». - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с
2. «Методика
расчетов характеристик и параметров электроприводов с двигателями постоянного и
переменного тока»: методическое пособие, сост.: Мазунин Н.Т., Столбов Б.М.,
ПермГТУ, Пермь, 1992 г.
. «Теория
электропривода»: методические указания к выполнению курсового проекта., сост.:
Столбов Б.М., Мазунин Н.Т., ПермГТУ, Пермь, 1993 г.
. «Теория
электромеханических систем»: конспект лекций, преподаватель: Столбов Б.М.,
ПермГТУ, 2001-2002 г.