Выбор системы электропривода и типоразмера электродвигателя. График полезной мощности и момента привода при двухзонном регулировании

2. Выбор системы электропривода и    типоразмера электродвигателя.

Для приводов главного движения основных технологических машин могут быть использованы следующие схемы:

1)  Электропривод постоянного тока с питанием и управлением при помощи тиристорного ( ТП - ДП) или широкоимпульсного      ( ШИП - ДП) преобразователя.

2)  Электропривод переменного тока: асинхронный одно- или двухсторонней короткозамкнутый двигатель, управляемый непосредственным преобразователем частоты (НПЧ - АД)

3)  Электропривод переменного тока: асинхронный короткозамкнутый двигатель, управляемый преобразователем частоты автоматическими инверторами тока или напряжения    ( ПЧАИН – АД или ПЧАИТ - АД).

В соответствии с заданием необходимо реализовать систему электропривода со следующими данными:

- возможность получения характеристик электропривода во всех плоскости .

-   диапазоны регулирования скорости при постоянстве момента 16 и при постоянстве мощности 5.

Система НПЧ – АД обладает хорошими электрическими показателями, но из-за невозможности регулирования скорости выше номинальной ( во второй зоне) не подходит для применения в системах, где необходимо двухзонное регулирование.

В [1] указывается, что питание асинхронных двигателей от автономного инвертора тока или напряжения мощность на валу снижается на . При этом уменьшается на  КПД и на 0,05 коэффициент мощности. При частоте примерно 5Гц момент двигателя снижается на  .

Так как при изменении скорости изменения скорости от 0 до  диапазон определяется , то  

Таким образом, из-за наличия режима работы при низких частотах при выборе электродвигателя необходимо будет значительно завысить номинальную мощность электродвигателя.

Наличие двух каналов воздействия ( по напряжению и частоте) значительно усложнили систему управления двигателем. Если принять во внимание, что сигналы переменного тока требуют ещё управление фазой, а система управления трёхфазная, сложность управления значительно увеличивается.

Система ШИП – АД применяется для управления двигателями с номинальными мощностями до 5кВт, что не удовлетворяет условию .

В настоящее время в станках применяются преимущественно регулируемые приводы движения (главного) с двигателем постоянного тока и тиристорным преобразователем напряжения. Необходимая мощность главного движения зависит от угловой скорости. При этом номинальная мощность полностью не используется при высоких и низких угловых скоростях. На рис.2.1. приведён график полезной мощности полученной путём статического исследования универсальных станков [2].

Рис.2.1. График полезной мощности и момента привода при двухзонном регулировании.

Характер изменения таков говорит, что 1/3или даже 1/2 диапазона регулирования мощности возрастает пропорционально угловой скорости и регулирование должно производиться с постоянным моментом. При достижении мощностью максимума достигается вторая зона регулирования, в которой мощность остаётся примерно постоянной. Регулирование в первой зоне осуществляется изменением напряжения на зажимах якорной обмотки двигателя, а во второй зоне – путём изменения потока возбуждения при неизменном напряжении на якоре. При этом угловая скорость изменяется вверх от номинального значения в небольшом диапазоне, который определяется коммутационными возможностями двигателей постоянного тока. Для отечественных двигателей постоянного тока серии 2П этот диапазон Д_р = const, а специальной серии 2ПФШ – этот диапазон увеличен.

Анализируя приведенные выше данные и принимая во внимание массогабаритные показатели, а также экономическую целесообразность, для привода движения выбираем систему ТП – ДПТ.

Поскольку одно из технологических требований – регулирование скорости при постоянстве момента и постоянстве мощности, то необходимо выбрать комплектный тиристорный электропривод с возможностью регулирования скорости в двух зонах. Для станков с ЧПУ применяются приводы ЭПУ1-2Д и двигатель постоянного тока серии 2П.

Для управления выбираем двухзонную систему управления с обратной связью по скорости в цепи якоря и обратными связями по току возбуждения и ЭДС в цепи возбуждения. Выбираем электродвигатель по требуемому моменту:

По справочнику выбираем электродвигатель 2ПН180МУХЛ4.

Рассчитаем номинальный момент выбранного электродвигателя:

 

.

Данные двигателя 2ПН180МУХЛ4:

Р_н = 15кВт                                      n_н = 1500об/мин

U_н = 220В                                       n_мах= 3500об/мин

КПД = 85,5%                                  R_ДП = 0,056Ом

R_я = 0,084Ом                                 

R_в = 55,5Ом

L_я = 2,7мГн

Рассчитаем некоторые параметры электродвигателя

Номинальная частота вращения:

Максимальная частота вращения:

Номинальный ток электродвигателя:

Превышение температуры обмоток электродвигателя соответствует классу В ().

Сопротивление обмоток при рабочей температуре рассчитаем по формуле:

, где  - температурный коэффициент для меди;

R – сопротивление при температуре окружающей среды;

R_t – сопротивление при повышении температуры;

 - разность между текущей температурой и окружающей средой;

Номинальный поток возбуждения:

Номинальный момент электродвигателя:

Номинальный ток возбуждения:

Максимальный момент инерции системы:

Минимальный момент инерции:

3.Выбор силового оборудования и расчёт параметров электропривода.

Для согласования сети и ТП выбираю для канала якоря трансформатор ТСП-63/0,7-УХЛ4.

;  ;   Вентильная обмотка:

Преобразовательная обмотка:

Потери:

;  ;

;    ;

Для цепи возбуждения выбираю токоограничивающий реактор  РТСТ-20-1,08У3:

;    ;

Сопротивление фазы трансформатора:

- активное:

, где m – число фаз трансформатора

- полное:

 

- индуктивное:

Индуктивность фазы трансформатора:

Сопротивление якорной цепи:

Индуктивность якорной цепи:

Постоянная времени якорного канала:

Постоянная времени канала возбуждения:

;   ;

Электромеханическая постоянная времени:

, где  - жёсткость характеристики;

;

Параметры ТП:

Якорный канал:   , где  - приращение выходной ЭДС преобразователя;

 - приращение напряжения управления;

;

, где  - ЭДС ТП;

 - ЭДС идеального Х.Х;

 - напряжение управления ТП;

 - угол открывания тиристоров;

 - максимальное опорное напряжение;

;  ;  ;  ;

Постоянная времени ТП:

, где m = 6 – пульсность схемы;

Канал возбуждения:

;

;  ;  ;  ;

;  

;

Параметры ОС:

;  ;

;  ;

Якорный канал:

;

Обратная связь по скорости:

В качестве датчика скорости использован ТГ ТС-1 с крутизной характеристики

;

 , поэтому применяю делитель с коэффициентом

 

Тогда ;

Канал возбуждения:

;