Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Система ТП-Д с обратными связями

Задание на проектирование

Для системы электропривода тиристорный преобразователь - двигатель (ТП-Д) с обратными связями необходимо выполнить:

1. расчет и построение статических характеристик системы ЭП;

2. расчет и построение электромеханических переходных процессов системы ЭП;

3. проверочный расчет мощности электродвигателя для заданного цикла работы ЭП;

4. исследование влияния параметров на вид характеристик системы ЭП.

Рис.1 Принципиальная схема системы ТП-Д с обратными связями

На рисунке 1 приведена принципиальная схема системы ТП-Д с некоторыми элементами функциональной схемы, в которой применяются отрицательные обратные связи по скорости, а также отрицательная обратная связь по току якоря с отсечкой (токовая отсечка).

Схема электропривода содержит:

Тр – силовой трансформатор;

РТП – реверсивный тиристорный преобразователь, силовая часть которого содержит две мостовые схемы (схемы Ларионова);

Lсд – сглаживающий дроссель;

Lур1 – Lур4 - четыре уравнительных реактора;

М – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;

Rш – датчик тока (шунт), в качестве которого используется обмотка дополнительных полюсов двигателя М;

BR – тахогенератор;

СУ – блок системы импульсно фазового управления (СИФУ) тиристорным преобразователем;

У1 – усилительный элемент (усилитель разности сигнала здания и обратной связи по скорости, выполняющего роль пропорционального регулятора скорости);

У2 – усилительный элемент (усилитель сигнала обратной связи по току с отсечкой).

Табл. №1 Технические данные трансформатора:

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Технические данные
Тип			ТС 3
Номинальная мощность	Pн	кВА	100
Номинальное напряжение первичных обмоток	Uвн	В	380
Номинальное напряжение вторичных обмоток	Uнн	В	230
Потери холостого хода	Pхх	Вт	750
Потери короткого замыкания	Pкз	Вт	2200
Напряжение короткого замыкания	Uкз	%	3,8
Ток холостого хода	Iхх	о.е.	0,05

Табл. №2 Технические данные сглаживающего дросселя ФРОС 65/05т

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Технические данные
Номинальный ток	Iнсд	А	320
Индуктивность	Lсд	МГн	1
Сопротивление	Rсд	Ом	0,002

Табл. №3 Технические данные уравнительного реактора РОС 32/05 Т

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Технические данные
Допустимый ток	Iдоп	А	520
Индуктивность	Lур	МГн	9,35
Сопротивление	Rур	Ом	0,0012

Табл.№4 Технические данные электродвигателя:

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Технические данные
Тип	П112
Номинальная мощность	Pн	кВА	55
Номинальное частота вращения	Nн	Об./мин.	1000
Номинальное напряжение	Uн	В	220
Сопротивление обмоток якоря	Rя	Ом	0,0206
Сопротивление обмоток дополнительных полюсов	Rдп	Ом	0,00858
Номинальный ток	Iн	А	286
Число главных полюсов	2p	-	4
Число параллельных ветвей обмотки якоря	2a	-	2
Момент инерции	Jдв	кг*м²	10,3/4

Таб №5Технические данные тахогенератора ДТ-100

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Технические данные
Номинальное напряжение		В	110
Номинальная частота вращения		об/мин	1000
Сопротивление якоря		Ом	200
Номинальный ток		А	0,05

Табл.№6 Технические данные реверсивного тиристорного преобразователя:

Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Технические данные
Тип	АТР-0,32-320/230
Габаритная мощность	P	КВт	320
Номинальный ток	Iнв	А	320
Допустимый ток, длительность не более 10 секунд	Iдоп	А	640
Номинальное выпрямленное напряжение	Uн вып	В	230

Дано: вариант № 17

; ; D=16 ;

; ; ;

Комплект 1

Исследуемый параметр: Ф

1. Расчет и построение статических характеристик системы ЭП

1.1 Расчет и построение естественной электромеханической характеристики двигателя.

Уравнение электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ-НВ) описывается известным выражением:

где U – напряжение источника питания; I – ток в якорной цепи; R_ЯЦ – сопротивление якорной цепи; с - постоянная двигателя.

Рассчитаем постоянную двигателя :

Определим номинальную скорость и скорость идеального холостого хода :

; ;

Электромеханическая характеристика при неизменных параметрах двигателя – U, R и Ф, является прямой линией. Она проходит через точку идеального холостого хода (I=0, w=w₀) и пересекает ось абсцисс при токе короткого замыкания . Значение тока короткого замыкания в несколько раз больше номинального тока двигателя I_Н, поэтому при анализе рабочего участка электромеханической характеристики удобнее использовать величину статического перепада скорости Δw. Для получения этой величины разделим исходное уравнение на две части

Сопротивление обмоток двигателя с учетом температурного коэффициента:

Определим статический перепад скорости:

1.2 Расчет и построение электромеханической характеристики разомкнутой системы ТП-Д

При построении электромеханической характеристики разомкнутой системы ТП-Д, для удобства сравнения характеристик разомкнутой и замкнутой системы, примем скорость холостого хода равную: =0,94*104,666=98,383

Полное сопротивление якорной цепи при питании двигателя от реверсивного тиристорного преобразователя: ,

где - активное сопротивление сглаживающего дросселя и уравнительного реактора;

- сопротивление вторичной обмотки трансформатора:

- сопротивление открытого вентиля, падение напряжени:

- сопротивление коммутации вентилей: , где - индуктивное сопротивление обмотки трансформатора

= 6 – число фаз для схемы Ларионова

Тогда полное сопротивление якорной цепи при питании двигателя от реверсивного тиристорного преобразователя :

Определим статическую ошибку разомкнутой системы ТП-Д при изменении тока нагрузки от 0,5 до 1,5:

1.3 Построение статических характеристик системы ТП-Д с обратными связями по скорости и току с отсечкой.

Расчет регулировочных характеристик

, где - угол открывания тиристоров.

Зная предельное значение входного напряжения на входе системы управления , можно построить в соответствии с таблицей №1 регулировочную характеристику ТП _{таблица 1}

, рад

155,25

219,5

268,9

310,5

Рис 1 Регулировочные характеристики тиристорного

Определим

Находим значения , ,

По графику ; ;

Находим значения , , из расчетов:

Определяем значение коэффициента ТП для каждой из рассчитанных характеристик:

;

Для дальнейших расчетов будем использовать значение , т.к. оно минимальное из полученных.

Определим статический перепад угловой скорости:

Определим требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы с ОСС:

Рис.2 Функциональная схема системы ТП-Д с обратными связями по скорости и току с отсечкой.

Определим коэффициент усиления регулятора скорости:

Коэффициент усиления тахогенератора определяется по выражению

На основании схемы составляется система уравнений:

Совместное решение этих уравнений дает выражение для статических характеристик:

(*)

(**)

Где Ом

Коэффициент усиления усилителя обратной связи по току с отсечкой можно определить из уравнения (**) для точки короткого замыкания ( и ) как

Для и

Мы найдем

(1/с)

=> В

По формуле (*) для

(1/c)

(1/с)

Токи стопорения

Проверяем величину ошибки

По полученным значениям строим вручную статические характеристики системы ТП-Д с обратной связью по скорости

Характеристики представляют собой ломаные линии и имеют три характерных точки:

Для первой характеристики

;
;
;

Для второй характеристики

;

;
;

Для третей характеристики

;
;
;

1.4 Построение статических характеристик на ЭВМ

По полученным значениям строим на ЭВМ статические характеристики системы ТП-Д с обратной связью по напряжению в среде Excel.

Рис 3. Статические характеристики системы ТП-Д с обратной связью по скорости в среде Excel

Уравнения со описывают полученные «экскаваторные» характеристики, которые

используется в ЭП экскаваторов, кранов и других механизмов для автоматического

ограничения вылечены электрических и механических нагрузок

допустимыми значениями и . Эти характеристики имеют

два участка, при токах ЭП работает на жестком участке характеристики,

а при токах нагрузки

ЭП переходит работать на мягкий участок характеристики, скорость двигателя начинает

резко снижаться и при токе становится равной нулю.

Сравнив статические характеристики в среде Excel и построенные

вручную можно сделать вывод, что расчет произведен верно.

Из полученных характеристик видно, что выполняются заданные и рассчитанные

параметры системы.

ток отсечки: ;
ток стопорения для трех характеристик замкнутой системы ,
которые приведены в таблице точек статических характеристик:
; ;
значения скоростей: ; _,
жесткость характеристик.
Ошибки _{,
,} условие удовлетворяется
Диапозон регулирования обеспечивает требования начального условия (D=16)

2 Расчет электромеханических переходных процессов системы ТП-Д с обратными связями

2.1 Расчет и построение электромеханических переходных процессов системы ЭП на ЭВМ

Система уравнения для расчета статических характеристик дополняется ещё трём уравнениям

Где

Определим электромеханическую постоянную времени ,

для этого найдем полный момент инерции: ,

Тогда .

Определим электромагнитную постоянную времени , где

- индуктивность якорной цепи.

Индуктивность двигателя определим по формуле:

Индуктивность трансформатора определим так:

- индуктивностью уравнительного реактора, можно пренебречь.

Тогда .

Следовательно

Определим момент статический

По полученным значениям строим на ЭВМ динамические характеристики системы

ТП-Д с обратной связью по скорости в среде Mat Lab.

На основании системы уравнений строится модель «реверсивный тиристорный

преобразователь-двигатель (РТП-Д) в среде Mat Lab. Реверсивный тиристорный

преобразователь обеспечивает протекание тока якоря в обоих направлениях,

он содержит две группы тиристоров, включенные встречно-параллельно друг другу.

Модель системы ТП-Д с ОС по скорости и току с отсечкой в среде Mat Lab

Модель содержит задатчики интенсивности пуска и торможении; задатчик времени

пуска и длительности установившегося режима ; задатчик скорости ; блоки коэффициентов усиления и передачи задатчик сигнала управления тиристорным преобразователем ; блок тиристорного преобразователя; два блока описания двигателя постоянного тока; блок отсечки по току; блок задания нагрузки; измерительные приборы

Рис 4 Динамические характеристики системы ТП-Д с обратной связью по скорости в среде Matlabe

На основании полученных динамических характеристик можно сделать вывод, что : время переходного процесса при пуске двигателя составляет 2,5 секунды, при работе на естественной характеристике и набросе нагрузки состовляет 3 секунд, при торможении состовляет 3 секунды. Время всего цикла работы двигателя состовляет 8,5 секунды , что обеспечивет требование в задании. Рабочее время работы составляет примерно 5 секунд .

Значение G (перерегулирования) составляет и определяется по формуле:

_{При возмущении:}

_{При нагрузке :}

_{Большая колебательность
в переходном процессе
обусловлена большим
значением индуктивности
якорной цепи} _(Гн)

3. Проверочный расчет мощности электродвигателя для заданного

цикла работы системы ЭП.

Надежность работы ЭП и его экономичность зависят от правильного выбора мощности двигателя.

В связи этим одним из критериев выбора двигателя по мощности является температура его обмоток.

Второе условие выбора состоит в проверки способности двигателя в период максимальных нагрузок и при пуске его в ход.

Для проведения проверки двигателя по нагреву будем использовать метод эквивалентного тока, который основан на предпосылке, что потери в электрической машине могут быть разделены на две составляющие: не зависящие от нагрузки двигателя постоянные потери К и переменные потери, определяемые нагрузкой и активным сопротивлением главных цеей двигателя:

Тогда зная кривую , можно определить среднеквадратичный ток двигателя с независимой вентиляцией. Среднеквадратичный ток двигателя для ступенчатого графика тока определяется выражением:

Если отдельные участки графика тока представлены не ступенями, а трапециями или треугольниками, то в этом случае вместо слагаемого следует поставить:

Для трапеции

Где и - значение тока начала и конца j - ого участка.

Для треугольника

Разобьем кривую на рис.6 на 8 участков для каждого из которых запишем:

первый участок участок трапеция

второй участок прямоугольник

третий участок трапеция

четвертый участок прямоугольник

()

пятый участок трапеция

()

шестой участок прямоугольник

()

Теперь найдем среднеквадратичный ток:

Условие проверки двигателя по нагреву: ;

Вывод: двигатель прошел проверку по нагреву, а следовательно такой двигатель можно применять к эксплуатации в данном ЭП

На основании полученных ранее динамических характеристик произведем проверку двигателя на перегрузочную способность, по следующему соотношению:

По графику (рис.6)

Вывод: двигатель успешно прошел проверку на перегрузочную способность. Данная система приспособлена к значительным перегрузкам.

4. Исследование влияния параметра Ф на вид характеристик

Чтобы исследовать влияние при изменении Ф на вид характеристик, мы изменяем Ф на 50%

4.1 При увеличении Ф на 50%

Ф=с/k

Увеличиваем «c=2,003» и принимаем с=4,006

_{Динамические
характеристики}

Вывод: При изменении параметра Ф, который оказывает влияние на графики динамических характеристик это видно из графиков построенных в среде MatLab..

4.2 При уменьшении Ф на 50%

Ф=с/k

Уменьшаем «c=2,003» и принимаем с=1,0015

Динамическая характеристика

Вывод: При изменении параметра Ф, который оказывает влияние на графики динамических характеристик это видно из графиков построенных в среде MatLab.

Список литературы

Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г «Управление электроприводами».- Л.: Энергоиздат, 1982.- 392с.

Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. «Общий курс электропривода».- М.: Энергоатомиздат, 1992. – 544с.

Павлов В.Е., Сартаков В.Д., Федорова З.А. «Теория электропривода. Задания и методические указания к выполнению курсового проекта». – И: ИрГТУ, 2002.- 44с.