Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Деятельность предприятия. 2

Введение

Регулируемый электропривод металлорежущего станка, обеспечивающий непосредственно процесс резания, называется главным. Назначение привода главного движения – регулирование скорости вращения шпинделя при различных режимах работы станка. Главный привод должен регулироваться при постоянной мощности, т.к. силовое резание выполняется при меньших частотах вращения шпинделя, а чистовая обработка с меньшими усилиями резания – при высоких частотах.

Анализ технологических режимов различных групп станков показывает, что диапазон регулирования частот вращения шпинделя не превышает 100. Однако в большинстве случаев станки имеют дополнительную двух - трехступенчатую коробку скоростей. Главный привод должен обеспечивать точность обработки при соблюдении заданной шероховатости и с необходимой производительностью. Особенно жесткие требования предъявляются к статической и динамической жесткости привода. Неудовлетворительные динамические свойства РЭП являются причиной увеличения шероховатости поверхностей. Для обеспечения необходимой точности следует иметь высокостабильный привод с апериодическим переходным процессом при изменении скорости.

Целью данного курсового проекта является проектирование регулируемого электропривода на базе комплектного тиристорного преобразователя, в котором реализована система подчиненного регулирования с последовательной коррекцией. Конечной целью проекта является расчет параметров электропривода, которые позволят обеспечить поставленные задачи по точности и стабильности.

1 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭП НА БАЗЕ КОМПЛЕКТНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Согласно заданию выбираем электродвигатель типа 2ПН-100L со следующими техническими характеристиками:

номинальная мощность: ;
номинальное напряжение якоря: ;
номинальная сила тока якоря: ;
номинальная частота вращения: ;
КПД: ;
сопротивление якоря: ;
сопротивление добавочных полюсов: ;
момент инерции электродвигателя: ;
статическая погрешность:

Тип

электро-двигателя

Номинальные

Частота вращения, об/мин

КПД, %

Максимальная мощность

возбуждения, Вт

Сопротивление при 15⁰ С, Ом

Моментов инерции

ротора, кг·м²

мощность,

кВт

напряжение якоря, В

сила тока якоря,

номинальная

максимальная

якоря

дополнительных полюсов

2ПН-100L

1,10

220

6,81

1500

4300

74,0

124

2,2

1,57

0,012

Трехфазная мостовая схема силовой части преобразователя выбрана в соответствии с заданием, показана на рисунке 1.1.

3,50 Гц.

KM3

KM1

KM4

VS1

VS2

KM2

Рисунок 1.1 – Схема силовой части преобразователя

1.1 Расчет и выбор силового трансформатора

Теоретическое значение типовой мощности трансформатора идеального выпрямителя с нагрузкой на противоЭДС:

(1.1)

где – коэффициент схемы по мощности.

(1.2)

Расчетная типовая мощность трансформатора:

(1.3)

где

(1.4)

На основании найденных значений типовой мощности, линейного напряжения и тока принимаем трансформатор ТТ-6.

Таблица 1.1 - Технические характеристики согласующего трансформатора ТТ-6

Параметр		Значение
Мощность, кВА		6
Первичная обмотка	Напряжение, В	380/220
	Число витков	177
Вторичная обмотка	Напряжение, В	208±7
	Число витков	84
В		4
В		Не более 5
Потери в меди, Вт		240

Для выбранного трансформатора и заданной схемы соединения вентилей определяем фактическое значение и :

(1.5)

Необходимое напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора для мостовой трехфазной схемы:

(1.6)

Теоретическое значение тока вторичной обмотки :

, (1.7)

где - коэффициент схемы по току вторичной обмотки.

. (1.8)

Ток вторичной обмотки определим по формуле:

(1.9)

Коэффициент трансформации :

, (1.10)

где , фазное напряжение первичной обмотки трансформатора.

. (1.11)

Теоретическое значение тока первичной обмотки :

, (1.12)

где - коэффициент схемы по току первичной обмотки.

Ток первичной обмотки :

. (1.13)

1.2 Расчет и выбор тиристоров для силовых вентильных блоков комплектного преобразователя. Выбор схемы соединения вентильных блоков

Для выбора вентилей определяется среднее значение тока вентиля:

(1.14)

где – коэффициент схемы по среднему току вентиля.

(1.15)

Номинальный ток вентиля:

(1.16)

где – коэффициент запаса, выбираемый исходя из надежности работы вентиля с учетом пусковых токов.

(1.17)

Величина тока, проходящего через вентиль при коротком замыкании на стороне постоянного тока:

(1.18)

Полагая, что кратковременный допустимый ток, протекающий через вентиль, не должен превышать 15-тикратного значения номинального тока, найдем номинальный ток вентиля:

(1.19)

Так как , то принимаем номинальный ток вентиля .

Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю, определяется по соотношению:

(1.20)

где – коэффициент схемы по максимальному напряжению вентиля.

(1.21)

На основании параметров выбираем тиристор T112–10- 12.

Таблица 1.2 - Технические характеристики тиристора

Параметр	Значение
, А	10
, А	150
, В	1200

1.3 Определение параметров якорной цепи электропривода

Активное сопротивление трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока:

(1.22)

где – число параллельных проводов, – число фаз, – выпрямленный ток.

(1.23)

Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока:

(1.24)

Сопротивление, вносимое за счет перекрытия анодных токов:

(1.25)

Сопротивление щеточного контакта:

(1.26)

Индуктивность трансформатора, приведенная к контуру двигателя:

(1.27)

Индуктивность двигателя:

(1.28)

где – коэффициент индуктивности для компенсированных машин, – число полюсов,

– угловая скорость двигателя.

(1.29)

Активное сопротивление сглаживающего дросселя:

(1.30)

Расчетное активное сопротивление цепи якоря:

(1.31)

Предельный угол регулирования:

(1.32)

где,

(1.33)

(1.34)

где ;

; ;

(1.35)

(1.36)

По определяем относительную величину эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения – . (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 –Зависимость для трехфазной мостовой схемы

Индуктивность сглаживающего дросселя:

(1.37)

Расчетная индуктивность якорной цепи:

(1.38)

Электромагнитная постоянная времени:

(1.39)

Электромеханическая постоянная времени:

(1.40)

1.4 Построение статических характеристик тиристорного преобразователя

Регулировочная характеристика преобразователя (рисунок 1.2) при условном холостом ходе может быть построена по уравнению:

. (1.41)

Зависимость напряжения на якоре электродвигателя в функции угла регулирования преобразователя при неизменном (номинальном) моменте на валу может быть определена с помощью уравнения:

(1.42)

Результаты расчетов представлены в таблице 1.3

Таблица 1.3 - Результаты расчетов и

280,8

276,53

267,06

250,19

227,17

198,55

165,05

127,48

86,77

43,93

265,75

262,29

252,01

235,14

212,12

183,51

150

112,43

71,72

28,87

-15,05

Рисунок 1.2 – Регулировочные характеристики при условном холостом ходе

и номинальной нагрузке электродвигателя

Динамический запас по напряжению:

(1.43)

Начальный угол регулирования можно определить графически или из уравнения:

(1.44)

Характеристика «вход-выход» преобразователя может быть построена при известной регулировочной характеристике системы управления тиристорами и по регулировочной характеристике путем последовательного перестроения (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Характеристика «вход-выход» преобразователя

По полученной характеристике определяем коэффициент передачи преобразователя:

(1.45)

1.5 Выбор и краткое описание комплектного тиристорного преобразователя

По результатам расчетов и построенной статической характеристике выбираем источник питания на базе КТП – нереверсивную трехфазную тиристорную станцию управления двигателями типа ШУВ3502-1АУ4. Станция имеет мостовую силовую схему, рассчитана номинальный выпрямленный ток до 50 А, номинальное выпрямленное напряжение до 230 В. КТП типа ШУВ 3000 представляет унифицированную серию, в которой использован блочный способ построения силовых цепей и функциональных узлов управления, что позволяет комбинацией блоков получить широкий класс РЭП мощностью до 200 кВт и диапазоном регулирования от 20 до 2000.

Рисунок 1.4 – Структурная схема КТП серии ШУВ3000

Р – токоограничительные реакторы; БЗРП – блок защиты сети от радиопомех; А1-А4 – автоматические выключатели; ТТ – трансформаторы тока; БЗП – блок защиты от перенапряжений; ВС – вентильная секция; ПР – предохранитель; БЗ – блок защиты; УДР – узел управления дистанционным расцепителем; ПДТ – панель датчика тока; СЗ – сеточная защита; ПНЗ – панель нулевой защиты; РУ – регулирующее устройство; БУПН – блок усилителя полупроводникового нереверсивного; БКТ – блок коррекции и токоограничения; ЛУ – логическое устройство; БЛ – блок логики; БКЛ – блок ключей; ДН – датчик напряжения; Ф – фильтр сетевого напряжения; БП – блок питания; БВ – блок возбуждения двигателя; В – вентилятор.

Станция управления состоит из регулируемого тиристорного выпрямителя, выполненного по мостовой трехфазной схеме, а также блоков управления и регулирования, обеспечивающих создание автоматизированного регулируемого электропривода постоянного тока.

Блок БЛ преобразует реверсивный сигнал в однополярный для управления нереверсивным усилителем.

Введение блокировки по выходному напряжению усилителя позволяет переключать импульсы только при нулевом напряжении усилителя, соответствующем , что исключает броски тока при реверсе и торможении привода. При смене полярности задающего напряжения меняет знак, давая БЛ команду на переключение ключей, однако БЛ не изменяет своего состояния из-за наличия блокировок по току и напряжению усилителя. Начинается быстрый спад напряжения на выходе усилителя и тока в силовой цепи. При снижении напряжения и тока до нуля БЛ выдает команду на переключение ключей в БКЛ, при этом также меняется полярность управляющего сигнала на входе нереверсивного усилителя.

2 СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ САУ ЭП

2.1 Построение естественной электромеханической характеристики (питание от сети) и характеристики в разомкнутой системе (при питании от ТП)

Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения имеет вид:

(2.1)

где – сопротивление цепи якоря двигателя.

Уравнение электромеханической характеристики будет иметь вид:

, (2.2)

где - сила тока в нагрузке.

Используя паспортные данные двигателя, определим:

угловую скорость идеального холостого хода:

(2.3)

максимальную угловую скорость:

(2.4)

(2.5)

Выражаем

коэффициент ЭДС электродвигателя:

(2.6)

номинальный момент:

(2.7)

- угловые скорости при

(2.8)

; (2.9)

. (2.10)

Исходя из условий параллельности искусственных характеристик, природной характеристики находятся величины и .

- минимальная угловая скорость:

; (2.11)

- угловая скорость идеального холостого хода при минимальном напряжении:

. (2.12)

Электромеханические характеристики при питании от сети на основе расчетных данных представлены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Электромеханические характеристики при питании от сети

Жесткость механической характеристики:

(2.13)

Статизм механической характеристики:

(2.14)

Коэффициент при ослабленном потоке:

(2.15)

Диапазон регулирования скорости в первой зоне (изменением напряжения):

(2.16)

Диапазон регулирования скорости во второй зоне (изменением магнитного потока):

(2.17)

Полный диапазон регулирования:

. (2.18)

Построение электромеханических характеристик двигателя при питании от преобразователя в разомкнутой системе и при допущениях непрерывности токов вплоть до осуществляется по формуле:

(2.19)

Характеристику следует строить при углах управления (обеспечивает получение номинальной скорости при номинальном токе нагрузки);

(обеспечивает минимальную скорость при номинальной нагрузке).

Значение и находим по формуле:

(2.20)

Результаты расчетов приведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Расчет параметров для построения электромеханических характеристик

I_н

2·I_н

I_н

2·I_н

I_н

2·I_н

180,46

129,68

78,91

121,24

70.46

19,68

101,73

50,95

0,22

По расчетным данным строим электромеханические характеристики двигателя при питании от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе регулирования (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Электромеханические характеристики двигателя при питании от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе регулирования

Жесткость электромеханической характеристики:

(2.21)

Статизм электромеханической характеристики:

(2.22)

На основании результатов можно сделать вывод, что при питании от тиристорного преобразователя жесткость электромеханической характеристики значительно уменьшается.

2.2 Составление расчетной функциональной схемы РЭП

Рисунок 2.3 – Расчетная функциональная схема 2-хконтурной замкнутой САУ РЭП

Расчетная функциональная схема РЭП составляется в соответствии с рисунком 2.3. На рисунке приняты следующие обозначения: ЗС – задатчик скорости; ЗИ – задатчик интенсивности; – напряжение задания; – напряжение управления во внешнем контуре, определяемое разностью между и сигналом обратной связи по скорости ; НЗ2 – нелинейное звено в регуляторе скорости – зона насыщения; – напряжение сравнения в зоне насыщения; РС – регулятор скорости; – коэффициент усиления регулятора скорости; – выходное напряжение регулятора скорости; – напряжение управления во внутреннем контуре, определяемое разностью между и разностным значением сигнала обратной связи по току и опорным напряжением в НЗ1; РТ – регулятор тока; – выходное напряжение регулятора тока; ТП – тиристорный преобразователь; – напряжение на выходе тиристорного преобразователя; Д1 – статорная часть электродвигателя; – момент сопротивления; – ток двигателя; Д2 – якорная часть двигателя; ДТ – датчик тока; НЗ1 – нелинейное звено в контуре тока – зона нечувствительности; – угловая скорость; – напряжение сравнения в контуре тока; ТГ – тахогенератор – реализует обратную связь по скорости; – коэффициент передачи по скорости; ПУ – промежуточный усилитель в цепи обратной связи по скорости. В схеме используется отрицательная обратная связь по скорости и отрицательная обратная связь по току с отсечкой. Цепь обратной связи по току выполнена зоной нечувствительности , а входной каскад усилителя насыщается .

Перепад скорости в замкнутой системе:

(2.23)

Перепад скорости в разомкнутой системе:

(2.24)

где

Тогда:

(2.25)

Требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы, необходимый по соображениям заданного статизма, определим следующим образом:

(2.26)

Коэффициенты усиления регуляторов скорости и тока по контурам управления:

(2.27)

Необходимый коэффициент обратной связи по скорости:

(2.28)

2.3 Расчет задатчика интенсивности

Для получения постоянного динамического тока якоря в переходных режимах система управления электропривода должна обеспечить постоянное ускорение двигателя. Это достигается с помощью задатчика интенсивности, рисунок 2.4

Рисунок 2.4 – Схема электрическая принципиальная задатчика интенсивности

Входное постоянное напряжение, пропорциональное заданной скорости привода, заряжает конденсатор C1, в цепи которого установлен транзистор VT1, регламентирующий зарядный ток, который остается постоянным вплоть до очень малого напряжения на переходе «коллектор-база». Величина этого тока регулируется током смещения через эмиттерный переход. Требуемая полярность напряжения на транзисторе VT1 обеспечивается мостом VD1¸VD4.

Напряжение на конденсаторе C1 изменяется по закону:

(2.29)

где

– заданное допустимое угловое ускорение;

– постоянная времени заряда;

– сопротивление в цепи заряда.

Из соотношения получим .

Если к зажимам конденсатора подключить вход СУ, охваченной отрицательной обратной связью, то напряжение на конденсаторе и напряжение (скорость) на двигателе будет изменяться по линейному закону: .

2.4 Построение упорной электромеханической характеристики РЭП в замкнутой системе

Значение угловой скорости определяется из уравнения статической характеристики для замкнутой САУ:

(2.30)

Упорная характеристика строится по пяти характерным точкам, каждая из которых определяется двумя координатами: значением угловой скорости и заданным значением силы тока I.

Точка 1 – точка идеального холостого хода: .

Скорость идеального холостого хода:

(2.31)

Точка 2 – точка номинального режима: .

(2.32)

(2.33)

Точка 3 – точка, в которой регулятор скорости переходит в режим насыщения (обратная связь по скорости прекращает свое действие): .

(2.34)

(2.35)

(2.36)

Точка 4 – точка, в которой вступает в действие отсечка по току: .

(2.37)

(2.38)

(2.39)

Точка 5 – точка, в которой наступает стопорный режим: .

(2.40)

Упорная электромеханическая характеристика в замкнутой САУ ЭП представлена на рисунке 2.5

Деятельность предприятия. 2 📙 Курсовая → 🆔 71351