Выбор электродвигателя и расчет его параметров. Выбор комплектного электропривода. Выбор структуры системы управления. Расчет параметров структурной схемы

1. Выбор электродвигателя и расчет его параметров

Выбираю электродвигатель по номинальной мощности и частоте вращения. Исходя из вида рабочей машины (передвижение крана) выбираю двигатель серии Д. [2, стр.65]

Выбранный двигатель: Д22 Тихоходного исполнения с параллельным возбуждением.

U_Н = 220 В

P_Н = 4.8 кВт

I_Н = 26 А

n_Н = 1150 об/мин

Таблица 1.1 Обмоточные данные двигателя

Рассчитываю недостающие параметры:

– индуктивность якоря

где: β_К = 0.6 – коэффициент учитывающий наличие компенсационной обмотки,

       р_Д = 2 – число пар полюсов двигателя,

       ω_Н = 120,4 – номинальная угловая скорость вращения двигателя (рад/с);

– конструктивная постоянная двигателя

где: N – число активных проводников якоря,

       2а – число параллельных ветвей обмотки якоря;

– произведение конструктивной постоянной на номинальный магнитный поток (Вб)

– номинальный момент (Н*м)

– коэффициент от I_В до kФ (Вб/А)

где: I_ВН – номинальный ток обмотки возбуждения (А);

В справочниках сопротивления, как правило, приводятся для температуры 15⁰С или 20⁰С. Его необходимо привести к рабочей температуре

где: α – температурный коэффициент (для меди α = 3.9*10^-3),

      Δt – разница между допустимой температурой обмотки (выбирается по классу изоляции двигателя (Н – 160⁰С)) и температурой, для которой приведено сопротивление в справочнике (20⁰С).

Величину постоянной времени цепи возбуждения T_В можно приблизительно оценить по [1, рис. 1.1.] Постоянная времени вихревых токов принимается Т_ВТ = 0,1*Т_В.

Т_В = 0.3 с, Т_ВТ = 0.03 с.

2. Выбор комплектного электропривода. Выбор трансформатора. Расчет параметров якорной цепи двигателя

Выбор комплектного электропривода производится исходя из вида рабочей машины,  для которой рассчитывается электропривод.

Выбор трансформатора производится по требуемым номинальным напряжению и току преобразователя.

Выбираю из справочника [3] комплектный ЭП.

КТЭУ-50/220-13213-УХЛ4(-04)

Комплектный тиристорный электропривод унифицированный серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт. ТУ16-530, 252-79. Iном = 50 А, Uном = 220 В. Однодвигательный. Реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре. С трансформатором. С основным регулируемым параметром ЭДС или скорость, однозонное регулирование с линейным контактором.

Выбираю из справочника [3, стр.270] трансформатор ТСП-16/0.7-УХЛ4

Таблица 2.1. Справочные данные трансформатора

Для трансформатора рассчитываются параметры обмотки фазы, приведенные ко вторичной обмотке:

– полное сопротивление:

где u_К – напряжение короткого замыкания,

      U_2НФ – номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора,

      I₂ - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора;

– активное сопротивление

где Р_КЗ – потери короткого замыкания (Вт);

– реактивное сопротивление (Ом) и индуктивность (Гн)

,

где: ω_с = 2πf_c – угловая скорость вращения напряжения сети (рад/с).

Расчет параметров якорной цепи двигателя производится по следующим формулам:

– активное сопротивление при мостовой силовой схеме тиристорного преобразователя

где Rк – коммутационное сопротивление

где р – количество пульсаций выпрямленного напряжения за период сети (р = 6 для трехфазной мостовой схемы выпрямления);

– индуктивность при мостовой силовой схеме тиристорного преобразователя

– постоянная времени якорной цепи

3. Расчет параметров и характеристик тиристорных преобразователей для режимов непрерывного и прерывистого тока

Для тиристорного преобразователя якорного канала строятся регулировочные и внешние характеристики в режимах непрерывного и прерывистого токов. Определяются: постоянная времени, коэффициент передачи для обоих режимов, внутреннее сопротивление для режима прерывистого тока.

Постоянная времени преобразователя равна

Построение характеристик производится в следующем порядке.

Максимальное значение ЭДС преобразователя

где:  k_сх – схемный коэффициент силовой цепи преобразователя (для трехфазной мостовой k_сх =2,34).

Зона прерывистого тока ограничена эллипсом. Полуоси эллипса равны:

– по оси тока

– по оси напряжения

Внешние характеристики в режиме прерывистого тока строятся для нескольких значений α ( 0°,10° … 90° ). Для каждого значения α определяется граничный угол проводимости из уравнения

где E_m = √2U_2НЛ – для мостовой схемы выпрямления

Далее расчет реализуется в MathCAD и представлен в Приложении 1

По полученным значениям получаю семейство характеристик при различных α (рис.1.)

Рис.1. Семейство внешних характеристик преобразователя в режиме прерывистого тока.

Через несколько значений Ed = Eя проводим горизонтальные линии и в точках пересечения с характеристиками определяем по несколько значений Id = Iя и а для каждого Eя . Полученные значения заносим в первые 3 столбца таблицы 3.1

Поскольку, приведенные ранее выражения для тока и ЭДС преобразователя получены при пренебрежении активным сопротивлением якорной цепи, то фактическое значение ЭДС преобразователя (4-ая колонка таблицы 3.1) рассчитывается по формуле

Еd=Ея + (Rя - Rк)*Iя.

Напряжение управления преобразователем (5-ая колонка таблицы 3.1) определяется по выражению