Электропривод сталкивателя блюммов

Скачать работу - Электропривод сталкивателя блюммов

Максимально допустимый момент, Нм, Сопротивление обмотки якоря (Т=20 о С), Ом.

Сопротивление обмотки добавочных полюсов (Т=20 о С), Ом.

Момент инерции якоря двигателя, кг*м 2 . Число пар полюсов Максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря Изоляция класса P N U я N I я N n N M max R яо R д.п J д p n k 1(доп) Н 3,6 220 21 1080 90 0,66 0,28 0,125 2 0,15 Определим эквивалентные данные : Мощность номинальная: P N =2 P N P N =2*3,6=7,2 кВт Момент инерции: J д =2 J д J д =2*0,125=0,25 кг*м 2 . Номинальная частота вращения: n N = n N =1080 Максимально допустимый момент: M max =2 M max M max =2*90=180 Нм Максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря k 1(доп) = k 1(доп) =0,15 Обмотки двигателей соединим параллельно тогда: Номинальное напряжение якоря : U я N = U я N =220В Номинальный ток якоря: I я N =2 I я N I я N =2*21=42А Сопротивление обмотки якоря: R яо =0,5*0,66=0,33Ом Сопротивление обмотки добавочных полюсов R д.п =0,5* R д.п R д.п =0,5*0,28=0,14Ом Составим таблицу полученных эквивалентных параметров

Параметр	Обозначение	Значение
Мощность номинальная, кВТ. Номинальное напряжение якоря, В. Номинальный ток якоря, А. Номинальная частота вращения, об/мин. Максимально допустимый момент, Нм, Сопротивление обмотки якоря (Т=20 о С), Ом. Сопротивление обмотки добавочных полюсов (Т=20 о С), Ом. Момент инерции якоря двигателя, кг*м 2 . Число пар полюсов Максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря Изоляция класса	P N U я N I я N n N M max R яо R д.п J д p n k 1(доп) Н	7,2 220 42 1080 180 0,33 0,14 0,25 2 0,15

Для дальнейшего расчета определим: Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочей температуре: R я =k Т (R яо +R ДП ), Где k Т –коэффициент увеличения сопротивления при нагреве до рабочей температуры (k T =1,38 для класса Н при перерасчете от 20 о С). R я =1,38(0,33+0,14)=0,65Ом.

Номинальная Э.Д.С. якоря: Е я N =U я N -I я N R я . Е я N =220-42*0,65=192,7 В Номинальная угловая скорость: N =n N /30 N =1080*3,14/30=113,04 рад/с.

Конструктивная постоянная двигателя, умноженная на номинальный магнитный поток: сФ N =E zN / N сФ N =192,7 /113,04 =1,7 Номинальный момент двигателя: М N = сФ N* I я N М N =1,7*42=71,4 Н*М Момент холостого хода двигателя: М= М N -P N / N М=71,4 -7,2*1000/113,04 =7,7 Н*М Индуктивность цепи якоря двигателя: где С=0,6 (не компенсированный двигатель серии Д) 3.3.Расчет передаточного числа редуктора Расчет производим так, чтобы максимальной скорости соответствовала номинальная скорость двигателя. 3.4 Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя Для проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (т.е. временной диаграммы момента двигателя без учета электромагнитных переходных процессов). Для ее построения произведем приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, определим суммарный момент инерции привода и зададимся динамическим моментом при разгоне и замедлении привода.

Момент статического сопротивления при толкании, приведенный к валу двигателя: Момент статического сопротивления при перемещении штанг на холостом ходу, приведенный к валу двигателя: Пониженная скорость, приведенная к валу двигателя: Скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя: Скорость обратного хода, приведенная к валу двигателя: Суммарный момент инерции механической части привода: где -коэффициент, учитывающий моменты инерции полумуфт, ведущей шестерни и редуктора (принимаем =1,2) Модуль динамического момента двигателя по условию максимального использования двигателя по перегрузочной способности: где ккоэффициент, учитывающий увеличение максимального момента на уточненной нагрузочной диаграмме, к=0,95 Ускорение вала двигателя в переходных режимах: Ускорение штанг в переходных режимах: Разбиваем нагрузочную диаграмму на 9 интервалов.

Выполним расчет нагрузочной диаграммы.

Интервал 1. Разгон до пониженной скорости.

Продолжительность интервала 1: Путь пройденный на интервале 1 Момент двигателя на интервале 1: Интервал 4. Разгон от пониженной скорости до скорости прямого хода.

Продолжительность интервала 4. Путь пройденный на интервале 4: Момент двигателя на интервале 4: Интервал 6. Замедление от скорости прямого хода до остановки.

Продолжительность интервала 6: Путь пройденный столом на интервале 6: Момент двигателя на интервале 6: Интервал 7. Разгон до скорости обратного хода.

Продолжительность интервала 7: Путь, пройденный столом на интервале 7: Момент двигателя на интервале 7: Интервал 9. Замедление от скорости обратного хода до остановки.

Продолжительность интервала 9: Путь, пройденный столом на интервале 9: Момент двигателя на интервале 9: Интервал 2. Подход штанг к заготовке с пониженной скоростью. Путь, пройденный на интервале 2: Продолжительность интервала 2. Момент двигателя на интервале 2: Интервал 3. Толкание на пониженной скорости. Путь, пройденный на интервале 3 (принимаем): Продолжительность интервала 3: Момент двигателя на интервале 3: Интервал 5. Толкание на скорости прямого хода. Путь, пройденный на интервале 5: Продолжительность интервала 5 Момент на интервале 5: Интервал 8. Возврат штанг со скоростью обратного хода. Путь, пройденный на интервале 8: Продолжительность интервала 8: Момент двигателя на интервале 8: 3.5 Проверка двигателя по нагреву Для поверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента.

Используя нагрузочную диаграмму двигателя, определим эквивалентный по нагреву момент за время работы в цикле. Приведем эквивалентный момент к номинальной ПВ. условие выполняется, значит двигатель на перегреется 4. Выбор основных узлов силовой части электропривода 4.1 Выбор тиристорного преобразователя Для обеспечения реверса двигателя и рекуперации энергии в тормозных режимах выбираем двухкомплектный реверсивный преобразователь для питания цепи якоря.

Принимаем встречно параллельную схему соединения комплектов и раздельное управление комплектами.

Выбираем трехфазную мостовую схему тиристорного преобразователя.

Выбираем стандартный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода КТЭУ. Параметры выбранного преобразователя: Выберем способ связи тиристорного преобразователя с сетью.

Питание силовых цепей в электроприводах КТЭУ с номинальными токами до 1000 А осуществляется от трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением U=380В через понижающий трансформатор или токоограничивающий реактор. В нашем случае, способ связи преобразователя с сетьюпонижающий трансформатор.

Питание цепи возбуждения в электроприводе КТЭУ выполняется от однофазной сети переменного тока с напряжением 380В через мостовой выпрямитель.

Выбираем КТЭУ– 50/220 –23280– УХЛ4 КТЭУ – Комплектный тиристорный электропривод унифицированный; 50/220 – Номинальный ток и напряжение якоря; 2 – Двухдвигательный с параллельным соединением якорей; 3 – Реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре; 2 – Исполнение с трансформатором; 8 – Специальная система регулирования; 0 – Без аппаратуры; 4.2 Выбор силового трансформатора Выбираем трансформатор типа ТСПтрехфазный двухобмоточный сухой с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения Определим вторичный номинальный ток трансформатора: Выпишем данные выбранного трансформатора Тип трансформатора: ТСП-16/0,7-УХЛ4 Схема соединения первичной и вторичной обмотки:Y/ Номинальная мощность S(кВт)=14,6кВт Номинальное линейное напряжение первичной обмотки U=380В Номинальное линейное напряжение вторичной обмотки U=205В Номинальный линейный ток вторичных обмоток I=41А Мощность потерь короткого замыкания Р=550Вт Относительное напряжение короткого замыкания u=5,2% Рассчитаем параметры трансформатора.

Коэффициент трансформации: Номинальный линейный ток первичных обмоток Активное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора: Активная составляющая напряжения короткого замыкания: Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания: Индуктивное сопротивление обмоток фазы трансформатора: Индуктивность обмоток одной фазы трансформатора: где -угловая частота сети (при частоте 50Гц =314рад/с) 4.3. Выбор сглаживающего реактора Сглаживающий реактор включается в цепь выпрямленного тока преобразователя с целью уменьшения переменной составляющей тока (пульсаций). Пульсации должны быть ограничены на уровне допустимых для выбранного двигателя. ЭДС преобразователя при угле управления =0: где К=1,35 трехфазная мостовая схема Минимальная эквивалентная индуктивность главной цепи по условию ограничения пульсаций выпрямленного тока: где коэффициент пульсаций Кu=0,13- трехфазная мостовая схема пульсность преобразователя p=6- трехфазная мостовая схема Расчетная индуктивность сглаживающего реактора: значит сглаживающий реактор не требуется 4.4 Разработка принципиальной электрической схемы силовой части электропривода 5. Расчет параметров математической модели силовой части электропривода 5.1 Расчет параметров силовой части электропривода в абсолютных единицах Рисунок 5.1 Схема замещения главной цепи R = , где R — фиктивное сопротивление преобразователя, обусловленное коммутацией тиристоров, Ом R = = 0,096 Ом R э = R я + R с + R + 2R т , где R э — эквивалентное сопротивление главной цепи, Ом R э = 0,65 + 0 + 0,096 +2 . 0,11 = 0,966 Ом L э = L я + L с + 2L т , где L э — эквивалентная индуктивность главной цепи, Гн L э = 0,014 + 0 + 2 . 0,00032 = 0,015 Гн Т э = где Т э — электромагнитная постоянная времени главной цепи, cек Т э = = 0,016 сек Рисунок 5.1.2 Эквивалентная схема замещения главной цепи Т я = , где Т я — электромагнитная постоянная времени цепи якоря, сек Т я = = 0,022 cек К п = , где К п — коэффициент передачи преобразователя; U y ( max) – напряжение на входе системы импульсно-фазного управления тиристорного преобразователя (напряжение управления), при котором угол управления равен нулю и ЭДС преобразователя в режиме непрерывного тока максимальна, U y ( max) = 10 В К п = = 27,68 5.2 Выбор базисных величин системы относительных единиц Принимаем следующие основные базисные величины силовой части электропривода: Базисное напряжение: U б = Е яN = 192,7В Базисный ток: I б = I яN = 42 А Базисная скорость: б = N = 113,04 рад/с Базисный момент: М б = М N = 71,4 Нм Базисный магнитный поток: Ф б = Ф N = 1,7 Вб Принимаем следующие основные базисные ток и напряжения регулирующей части электропривода: Базисное напряжение системы регулирования: U бр = 10 В Базисный ток системы регулирования: I бр = 0,5 мА R б = , где R б — базисное сопротивление для силовых цепей, Ом R б = = 4,59Ом R бр = , где R бр — базисное сопротивление для системы регулирования, Ом R бр = = 20 кОм Т j = , где Т j — механическая постоянная времени электропривода, сек Т j = = 0,87 c 5.3 Расчет параметров силовой части электропривода в относительных единицах Рисунок 5.3 Структурная схема силовой части электропривода k п = К п . , где k п — коэффициент передачи преобразователя k п = 27,68 . = 1,44 r э = , где r э — эквивалентное сопротивление главной цепи, Ом r э = = 0,21 Ом r я = , где r я — сопротивление цепи якоря электродвигателя, Ом r я = = 0,14 Ом Определяем магнитный поток электродвигателя: = = = 1 5.4 Расчет коэффициентов передачи датчиков Рассчитываем коэффициенты передачи датчиков в абсолютных единицах: I я( max) = , где I я( max) — максимальный ток якоря, А I я( max) = = 105,88 А К дт = , где К дт — коэффициент передачи датчика тока К дт = = 0,09 К дн = , где К дн — коэффициент передачи датчика напряжения К дн = = 0,036 К дс = , где К дс — коэффициент передачи датчика скорости К дс = = 0,088 Рассчитываем коэффициенты передачи датчиков в относительных единицах: k дт = К дт . , где k дт — коэффициент передачи датчика тока k дт = 0,09 . = 0,38 k дн = К дн . , где k дн — коэффициент передачи датчика напряжения k дн = 0,036 . = 0,69 k дс = К дс . , где k дс — коэффициент передачи датчика скорости k дс = 0,088 . = 0,995 6. Разработка системы управления электроприводом 6.1 Выбор типа системы управления электроприводом Рассмотрим функциональную схему системы управления электроприводом.

Система управления электроприводом представляет собой двухконтурную систему автоматического регулирования (САР) скорости.

Внутренним контуром системы является контур регулирования тока якоря, внешним и главным контуром – контур регулирования скорости. Для проектируемого электропривода выбираем однократную систему регулирования скорости.

Однократная САР скорости по сравнению с двукратной не обладает астатизмом по возмущающему воздействию (моменту сопротивления), однако для проектируемой системы обеспечение такого астатизма не требуется.

Однократная САР скорости обладает лучшими динамическими свойствами по сравнению с двукратной САР. Для контуров регулирования тока якоря и скорости применяется настройка на модульный оптимум.

Данную настройку обеспечивают пропорционально-интегральный регулятор тока (РТ) и пропорциональный регулятор скорости (РС). Плавное ускорение и замедление привода обеспечиваются с помощью задатчика интенсивности (ЗИ). Для разгона или торможения привода задатчик интенсивности формирует линейно изменяющийся во времени сигнал задания на скорость.

Сигналы обратных связей поступают в систему регулирования от датчиков тока якоря (ДТ), напряжения якоря (ДН) и скорости (ДС). Датчики состоят из измерительного элемента и устройства согласования.

Измерительным элементом для датчика тока якоря является шунт в цепи якоря Rш , для датчика напряжения – делитель напряжения Rд, для датчика скорости – тахогенератор (ТГ). Устройство согласования обеспечивает необходимый коэффициент передачи датчика и гальваническую развязку силовых цепей от цепей управления.

Косвенный датчик ЭДС (ДЭ) вычисляет ЭДС якоря по сигналам датчиков тока и напряжения.

Сигнал ЭДС через звено компенсации (ЗК) подается на вход регулятора тока, что требуется для компенсации отрицательного влияния ЭДС якоря на процессы в контуре тока.

Некомпенсируемая постоянная времени Т закладывается в фильтрах Ф1 и Ф2. Эти фильтры обеспечивают защиту объекта управления от высокочастотных помех.

Величина Т , принятая при проектировании системы, определяет быстродействие контура регулирования тока и всей системы в целом.

Управляющим воздействием на объект управления (силовую часть электропривода) является напряжение управления Uy. Напряжение управления подается на вход системы импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя, которая регулирует угол управления, т.е. фазу подачи управляющих импульсов на тиристоры.

Нелинейные элементы НЭ1 и НЭ2 предназначены для ограничения координат системы.

Элемент НЭ1 ограничивает выходной сигнал регулятора тока, а следовательно, напряжение управления преобразователя и его выходную ЭДС. Элемент НЭ2 ограничивает выходной сигнал регулятора скорости, тем самым ограничивается сигнал задания тока и сам ток якоря. 6.2 Расчет регулирующей части контура тока якоря Рисунок 6.2.1 Структурная схема контура регулирования тока якоря Рассчитаем параметры математической модели контура тока: W i (p) = , W i (p) = = 6,3 R i (p) = , где Т µ — некомпенсированная постоянная времени, Т µ = 0,004 0,01 сек, выбираем Т µ = 0,005 сек R i (p) = = 2,65 T i1 = T э = 0,016 сек T i 2 = 2T . , T i 2 = 2 . 0,005 . = 0,07 сек Ф i (p) = , Ф i (p) = = 0,942

Рисунок 6.2.2 Структурная схема контура тока с компенсацией ЭДС W к (p) = , W к (p) = = 0,26 T к1 = 2T . r э -1 , T к1 = 2 . 0,005 . 0,21 -1 = 0,048 сек T к2 = T э = 0,016 сек Рисунок 6.2.3 Структурная схема датчика ЭДС и звена компенсаций Конструктивный расчет датчика ЭДС и звена компенсации: В аналоговых системах автоматического управления электроприводами реализация регуляторов и других преобразователей сигналов осуществляется на базе операционных усилителей.

Принципиальная схема датчика ЭДС и звена компенсации показана на рис.6.2.4. Фильтр в канале напряжения реализуется на элементах R12, R13, C6. Форсирующее звено в канале тока реализуется на элементах R10, R11, С5. Операционный усилитель DАЗ предназначен для суммирования сигналов в датчике ЭДС, что осуществляется путем суммирования токов I1, и I2. Звено компенсации выполнено на операционном усилителе DА2. Элементы входной цепи и цепи обратной связи усилителя DА2 R8, R7, С4 обеспечивают реализацию свойств реального дифференцирующего звена.

Рисунок 6.2.4 Принципиальная схема датчика ЭДС и звена компенсации R 12 = R 13 = , R 12 = R 13 = = 6,9 кОм R 11 = , R 11 = = 54,3 кОм R 9 = R 7 = R бр = 20 кОм С 6 = , С 6 = = 1,45 мкФ С 4 = , С 4 = = 2,4 мкФ R 8 = , R 8 = = 6667 Ом Конструктивный расчет регулятора тока: На рис.6.2.5 показана принципиальная схема регулятора тока и его входных цепей.

Регулятор тока выполнен на операционном усилителе DА1. Последовательное включение в цепь обратной связи усилителя DА1 сопротивления R 1 и емкости С 1 обеспечивает пропорционально-интегральный тип регулятора. На входе усилителя DА1 суммируются три сигнала, приходящие по каналам задания на ток, обратной связи по току и по каналу компенсации ЭДС, путем суммирования токов I 1 , I 2 и I 3 . В цепи задания на ток и в цепи обратной связи по току установлены фильтры на элементах R 2 , R 3 , С 2 и R 4 , R 5 , С 3 соответственно.

Нелинейный элемент НЭ 1 реализуется на стабилитронах VD 1 и VD 2 .

Рисунок 6.2.5 Принципиальная схема регулятора тока и его входных цепей R 6 = R бр = 20 кОм R 2 = R 3 = , R 2 = R 3 = = 10 кОм R 4 = R 5 = , R 4 = R 5 = = 3,8 кОм С 3 = , С 3 = = 2,6 мкФ С 2 = , С 2 = = 1 мкФ С 1 = , С 1 = = 3,5 мкФ R 1 = , R 1 = = 4,6 кОм 6.3 Расчет регулирующей части контура скорости Расчет параметров математической модели контура скорости: W (p) = , W (p) = = 0,192 Рисунок 6.3.1 Структурная схема контура регулирования скорости k рс = , где k рс — коэффициент передачи регулятора скорости k рс = = 43,5 с( max) = , где с( max) — величину максимальной статической ошибки по скорости, рад/с m с( max) – Максимальный по модулю статический момент на валу двигателя (смотри нагрузочную диаграмму двигателя М 4 =174,5 Н м), m с( max) = 174,5 с( max) = = 4 рад/с Конструктивный расчет регулирующей части контура скорости: Принципиальная схема регулирующей части контура скорости представлена на рис.6.3.2. Регулятор скорости выполнен на операционном усилителе DА4. Суммирование сигнала задания на скорость и сигнала обратной связи по скорости осуществляется путем суммирования токов I 1 и I 2 . Включение в цепь обратной связи усилителя DА4 сопротивления R 16 обеспечивает пропорциональный тип регулятора.

Стабилитроны VDЗ, VD4 реализуют нелинейный элемент НЭ 2 .

Рисунок.6.3.2 Принципиальная схема регулирующей части контура скорости R 14 = R бр = 20 кОм R 15 = k дс . R бр , R 15 = 0,995 . 20000 = 19,9 кОм R 16 = k рс . R бр , R 16 = 43,5 . 20000 = 870 кОм 6.4 Расчет задатчика интенсивности Расчет параметров математической модели задатчика интенсивности: Задатчик интенсивности предназначен для формирования линейно изменяющегося во времени сигнала задания на скорость с определенным темпом.