Контрольная работа: Расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода

Расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода

Содержание

Введение

. Исходные данные

. Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик

. Расчет и выбор элементов силовой схемы

.1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя

.2 Расчет индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов

.3 Определение параметров привода и построение

Заключение

Список литературы

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.

Все расчеты и диаграммы выполнены с помощью программы Mathcad 14.

1. Исходные данные

Мощность, P = 6 кВт;

Скорость, n = 3000 об/мин;

Диапазон регулирования скорости, D = 15;

Статическая ошибка,  = 6%;

Схема преобразователя 3-х ф. нулевая

Рисунок 1 - Трёхфазная нулевая схема

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

К_a - коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентиля при максимальном управляющем сигнале (для нереверсивных преобразователей принимают К_a=1, для реверсивных К_a=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_T2 - коэффициент, представляющий собой отношение действующего значения соответствующего фазного тока к выпрямленному току, K_T2=0,577;

K_T1 =0,817;

K_{u макс} =2,09;

K_М =1,345;

К_Н- коэффициент схемы (в нашем случае К_Н=0,854);

2. Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик

электродвигатель трансформатор преобразователь реактор

Выбор электродвигателя постоянного тока производится по каталогу в соответствии с заданием. В нашем случае выбираем двигатель П-62.

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

 (1)

Для получения при номинальной нагрузке минимально заданной скорости

 (2)

. Определим номинальный момент двигателя ()

(3)

. Определим сопротивление якоря (Ом)

 (4)

. Определяем параметр  ()

 (5)

5. Определяем скорость идеального ХХ

 (6)

 (7)

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

,  (8)

. Строим электромеханическую характеристику по точкам:

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

 (9)

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

ХХ: w=w0, I=0

НОМ: w=wn, I=In

Рисунок 2 - Электромеханические характеристики двигателя

3. Расчет и выбор элементов силовой схемы

Подводимое к схеме выпрямления напряжение

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

(10)

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

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

I₁=K_i×K_T1×I_d= А

с учетом коэффициента трансформации.

Выбираем трансформатор ТТ-14

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

 Ом(11)

Ом(12)

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)

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

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

 (13)

где  - относительная величина ЭДС пульсаций;

I_ном - номинальный ток;

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

w₀=2pfm - угловая частота пульсаций;

f - частота сети;

m - число фаз (для трехфазной нулевой схемы m =3).

На основании специальных расчетов получены кривые зависимости  от угла открывания и числа фаз. Величина  берется для максимального угла открывания a_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 (14)

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

Индуктивность трансформатора определяется, как

Гн(15)

а индуктивность якорной цепи двигателя по эмпирической формуле

 Гн(16)

где коэффициент C_x=0,5 для некомпенсированных машин

Номинальный ток реактора должен быть не менее номинального тока двигателя.

 Гн

.3 Определение параметров привода и построение электромеханических характеристик

Эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя

Ом(17)

где n=1

Rдт≈0,05 для современных тиристоров.

Для мостовых схем R_Т вдвое больше (сопротивление двух фазных обмоток). Значение коммутационного сопротивления

 (18)

где m - число фаз.

Величина т указывает число последовательного соединенных тиристоров (для мостовых схем удвоенное).

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи равна

c (19)

где эквивалентное сопротивление якорной цепи R_э

 Ом (20)

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

 В(21,а)

Статическая характеристика строится при изменении тока по формуле

 (22,а)

ЭДС преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке

 В (21,б)

Статическая характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле

 (22,б)

Верхняя и нижняя статические характеристики строятся по формулам (22,а), (22,б) и приводятся на одном графике.

Рисунок 4 - Статическая характеристика

Заключение

В результате выполнения расчетно-графической работы мною были ознакомлены методы расчета и выбора элементов автоматизированного электропривода, анализа и синтеза систем автоматического управления приводами, навыками использования прикладных программ по моделированию и расчету электромеханических и силовых устройств различных типов на ЭВМ.

Список литературы

1. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода.-СПб.: Энергоатомиздат, 2000.- 496с.

. Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-360с.

.Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.-512с.