Т _о = Т _р-t ¢-t ¢ _1-t ² _1-t ² + = 128-3-2-2-3 + = 121 c, (1.24)
де Т _р - тривалість руху, с;
t ¢, t ¢ _1, t ², t ² _{1-тривалість} руху скіпа при ході з розвантажувальним кривим, с;
V ¢ та V ² - швидкість виходу з розвантажувальних кривих і входу в них, м / с;
а ₁ і а ₃ - прискорення і уповільнення, м / с ^2.
(1.25)
де Н - висота підйому, м;
h _р - шлях руху скіпа в розвантажувальних кривих, м.
а _м = а ₁ а ₃ / (а ₁ + а ₃₎ = 0,6 '0, 6 / (0,6 +0,6) = 0,3 м / с.
Причому тривалість t ¢, t ¢ ₁ руху порожнього скіпа при ході ролика його по розвантажувальним кривим, тривалість t ², t ² ₁ руху навантаженого скіпа при ході ролика по розвантажувальним кривим визначимо за формулами:
t ¢ = t ² = V ¢ / а ¢ = V ¢ / a ² = 0,8 / 0,3 = 3 с; (1.26)
(1.27)
1.7.2. Тривалість t _1, t ₃ та шлях h _1, h ₃ рухи скіпа з прискоренням а ₁ і уповільненням а ₃ знайдемо за формулами:
(1.28)
(1.29)
1.7.3. Шлях h ₂ і тривалість t ₂ рівномірного руху визначимо за формулами:
h ₂ = Н-2h _{p-h 1-h 3} = 1079-2 × 2,4-122-122 = 830 м; (1.30)
t ₂ = h ₂ / V _max = 830/11, 4 = 69 с. (1.31)
1.7.4. Розрахункову максимальну швидкість підйому V _max визначимо по Формулі:
(1.32)
1.7.5. Необхідна частота обертання:
(1.33)
1.7.6. Тривалість руху Т підйомних судин визначили за формулою:
Т = t ¢ + t ¢ ₁ + t1 + t ₂ + t ₃ + t ² ₁ + t ² = 3 +2 +19 +69 +19 +2 +3 = 117 с. (1.34)
7.7. Фактичний коефіцієнт резерву продуктивності З _ф знайшли за формулою:
(1.35)
де С = 1,5 - коефіцієнт резерву продуктивності [1].
Остаточно приймемо параметри діаграми швидкостей і прискорень:
V ¢ = V ² = 0,8 м / с; t ¢ = t ² = 3с; h _p = 2,6 м; V _max = 12м ​​/ с;
t ₁ = t ₃ = 19с; h ₁ = h ₃ = 122м; h ₂ = 830м; t ₂ = 69с;
a ¢ = a ² = 0,3 м / с ^2; a ₁ = a ₃ = 0,6 м / с ^2; Т = 117с; Н = 1079м;
t ¢ ₁ = t ² ₁ = 2c.

1.8. Динаміка підйомної установки

1.8.1. Маса машини типу ЦШ-5'4 m ¢ _м, відхиляють шківів m ¢ _ош і двигуна типу П2-800-255-8КУ4 m ¢ _д, розрахуємо за формулами:
m ¢ _м = GD ² _м / gD ² _шт = 6250 × 10 ³ / (9,81 × 5 ²⁾ = 25,5 '10 ³ кг; (1.36)
m ¢ _ош = GD ² _ош / gD ² _шт = 500 × 10 ³ / (9,81 × 5 ²⁾ = 2039кг; (1.37)
m ¢ _д = GD ² _д / gD ² _шт = 2400 × 10 ³ / (9,81 × 5 ²⁾ = 9786кг, (1.38)
де GD ² _м, GD ² _ош, GD ² _д - махові моменти машини, які відхиляють шківів і якоря двигуна, Н × м ^2.
1.8.2. Довжину підйомних канатів L _пк визначаємо за формулою:
L _пк = Н +2 h _вк + pD _шт / 2 = 1079 +2'35 +3,14 '5 / 2 = 1157м, (1.39)
де Н - висота підйому, м;
h _вк - відстань від верхньої прийомної площадки до осі шківа тертя, м;
D _шт - діаметр шківа тертя, м.
1.8.3. Довжину врівноважити канатів L _ук визначаємо за формулою:
L _ук = Н +30 = 1079 +30 = 1109 м, (1.40)
де 30 - орієнтовна довжина каната на освіту петлі в зумпфі стовбура і закріплення каната до підйомним судинах, м.
1.8.4. Масу m _п всіх рухомих частин підйомної установки приведену до кола шківа тертя, визначимо за формулою:
m _п = Q _п +2 Q _c + L _пк Р + L _ук q + m ¢ _ош + m ¢ _м + m ¢ _д =
= 25 × 10 ³ +2 × 24,4 × 10 ³ +1157 × 4 × 8,4 +1109 × 3'11, 5 +25,5 × 10 ³ +2039 +9786 =
= 188'10 ³ кг, (1.41)
де Q _п і Q _c - маса корисного вантажу і маса скіпа, кг;
P і q - лінійна маса підйомного і врівноважує канатів, кг;
L _пк і L _ук - довжина підйомних і врівноважити канатів, кг;
m ¢ _ош, m ¢ _м, m ¢ _д - маса відхиляє шківа, машини і якоря двигуна, кг.
1.8.5. Рушійні зусилля F отримуємо з основного динамічного рівняння академіка М.М. Федорова (табліца1.1):
F = [1,1 Q _п + (Н-2h _x) × (qP)] g ± m _п а =
= [1,1 × 25 × 10 ³ + (1079-2 × h _x) (3 × 11,5-4 × 8,4)] 9,81 ± 188 × 10 ³ а =
= 283 × 10 ³ -23,5 × h _x ± 188 × 10 ³ a. (1.42)
1.8.6. Еквівалентна зусилля F _ек розраховуємо за формулою:
F _ек = , (1.43)
де Т ¢ _п = к _уд (t ¢ + t ¢ ₁ + t ₁ + t ₃ + t ² + t ² ₁₎ + t ₂ + k _п t _п = 0,5 (3 × 2 +2 × 2 +19 × 2 ) +69 +0,25 × 11 = 96 с;
до _уд = 0,5, до _п = 0,25 - коефіцієнти, що враховують погіршення умов охолодження під час відповідно прискореного і сповільненого руху;
F і t - зусилля і тривалість елементарного ділянки на діаграмі зусиль.
= (339400 ² +339381 ²⁾ + (282981 ² +282981 × 282 943 +282943 ²⁾ +
+ (395744 ² +392874 ²⁾ + (280074 ² +280074 × 260 552 +260552 ²⁾ +
+ (147752 ² +144883 ²⁾ + (257683 ² +257683 × 257 254 +257254 ²⁾ +
+ (201254 ² +201221 ²⁾ = 9,158 × 10 ³ Н; (1.44)
= 308862Н.
Таблиця 1.1

	h, м	а, м / с 2	F, Н
1	0	0,3	339400
2	0,8	0,3	339381,184
3	0,8	0	282981,184
4	2,4	0	282943,552
5	2,4	0,6	395743,552
6	124,4	0,6	392874,112
7	124,4	0	280074,112
8	954,4	0	260552,512
9	954,4	0,6	147752,512
10	1076,4	0,6	144883,072
11	1076,4	0	257683,072
12	1077,6	0	257654,848
13	1077,6	0,3	201254,848
14	1079	0,3	201221,92

1.8.7. Коефіцієнт перевантаження при підйомі:
(1.45)
де F _{max-максимальне} рушійне зусилля при підйомі вантажу, Н.
1.8.8. Номінальну потужність двигуна Р _д вибираємо з умови:
(1.46)
Діаграми рушійних зусиль наведені на рис.1.1.

\ S \ S \ S
Остаточно приймемо двигун П2-800-255-8КУ4 номінальною потужністю Р _ном = 5000 кВт, частотою обертання n _ном = 63 об / хв, так як різниця між еквівалентною потужністю і номінальною перевищує 5%, тобто [1]:

а перевантаження в період розгону складе:
<L _дв =, (1.47)

де l _дв - перевантажувальна здатність обраного двигуна.

2. СИЛОВІ ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА
Основне завдання другого етапу проектування - вибір комплектного тиристорного електроприводу з серії КТЕУ для підйомної установки, прийнятої на першому етапі проектування.

2.1. Вихідні дані для розрахунку динаміки електроприводу

Двигун
Тип П2-800-255-8КУ4
Номінальна потужність Р _ном = 5000кВт
Номінальна частота обертання n _ном = 63об/мін
Номінальна напруга U _ном = 930В
Номінальний струм I _ном = 5740А
Номінальний момент М _ном = 774кН × м
Номінальний потік порушення Ф _ном = 0,375 Вб
Коефіцієнт корисної дії h _ном = 90,5%
Струм збудження I _в = 145А
Напруга обмотки збудження U _в = 200В
Кількість полюсів 2р = 16
Число паралельних гілок якоря 2а = 16
Опір обмотки якоря R _я20 = 0,00348 Ом
Опір додаткових полюсів R _Д20 = 0,000631 Ом
Опір компенсаційної обмотки R _К20 = ​​0,00235 Ом
Опір обмотки збудження R _В20 = 0,87 Ом
Перевантажувальна здатність (робоча) l _р = 1,6
Перевантажувальна здатність (вимикає) l _в = 1,8
Число витків якоря W _отрута = 1080/16
Число витків головного полюса W _пд = ​​84
Число витків додаткового полюса W _дд = 2
Число витків компенсаційної обмотки на полюс W _кд = 3
Мережа живлення
Номінальна напруга U _з = 6000В
Частота f _с = 50Гц
Потужність короткого замикання S _к = 15000МВ × А
Підйомна машина
Тип ЦШ5'4
Ефективна потужність підйому Р _еф = 4317кВт
Максимальна швидкість підйому V _max = 16м / с
Середня швидкість V _ср = 8,4 м / с
Множник швидкості l = 1,35
Радіус шківа тертя D _шт = 5м
Максимальне зусилля F _max = 395743Н

2.2. Вибір тиристорного перетворювача

Намети до застосування силову 12-пульсная схему тиристорного електропривода з реверсом у колі збудження двигуна і послідовним з'єднанням випрямних мостів. Після вибору тиристорного перетворювача силову схему уточнимо.
2.2.1. Активний опір якірного ланцюга R _яц визначаємо за формулою:
R _яц = к ₁ до ₂ (R _я20 + R _Д20 + R _К20 + R _щ) =
1,15 × 1,1 (0,00348 +0,000631 +0,00235 +0,0005) = 0,00880566 Ом, (2.1)
де до ₁ = 1,15 - коефіцієнт приведення до робочої температури 60 ° С [2];
до ₂ = 1,1 - коефіцієнт, що враховує опір з'єднувальних
проводів [2];
R _я20, R _Д20, R _К20, R _щ - опір обмотки якоря, додаткових полюсів, компенсаційної обмотки і щіткового контакту, Ом
2.2.2. Коефіцієнт пропорційності між ЕРС двигуна і лінійної швидкістю визначимо за формулою:
(2.2)
де U _ном і I _ном - номінальні напруга і струм двигуна;
R _яц - опір якірного ланцюга, Ом;
V _max - максимальна швидкість підйому, м / с.
2.2.3. Комутаційне зниження випрямленої напруги визначаємо за формулою:
U _{до ср} = 0,5 e _до до _{v V max} = 0,5 × 0,06 × 55 × 16 = 26,4 В, (2.3)
де е _к - напруга короткого замикання трансформатора, відн.од..

2.2.4. Ефективний струм за цикл роботи підйомної установки визначаємо за формулою:
I _еф = Р _еф / (V _max × до _v) = 4317 × 10 ³ / (16'55) = 4906 А,
де Р _еф - ефективна потужність підйому, Вт.
Вибір тиристорного перетворювача зробимо по двох параметрах - випрямлена току I _{d ном} і випрямлені напрузі U _{d ном} при дотриманні умов:
I _{d ном} ³ I _еф і U _{d ном} ³ U _ном. (2.4)
Застосуємо комплектний тиристорний електропривід КТЕУ-6300 / 1050-1249314-200т-УХЛ4. Тиристорний агрегат типу ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 з послідовним з'єднанням мостів [2].

2.2.5. ККД тиристорного перетворювача, розраховуємо за формулою:
, (2.5)
де U _do - максимальне випрямлена напруга (кут управління a = 0), В;
DU _{до ср} - комутаційне зниження випрямленої напруги, В;
DU _т = 0,96 В - середньостатистичне падіння напруги на тиристорі [2].
2.2.6. Передавальний коефіцієнт до _тп тиристорного перетворювача визначимо за формулою:
до _тп = U _{d ном} / U _{вх тп} = 1050 / 8 = 131,25 В, (2.6)

де U _{d ном} - номінальна випрямлена напруга, В;
U _{вх тп} = 8 В - вхідна напруга управління.

2.3. Вибір силового трансформатора

2.3.1. Повну потужність силового трансформатора S _т визначимо за формулою:
(2.7)
де до _{м ср вз} = 0,575 - середньозважений коефіцієнт
потужності [2].
Р _ном - номінальна потужність двигуна, кВт.
2.3.2. Лінійне напруга вторинної обмотки, необхідне для вибору трансформатора, визначимо за формулою:
U ₂ = (до _з / к _сх) × (V _max до _v + U _КСР + I _еф R _яц) =
= (1,1 / 1,35) (16 × 55 +26,4 +4906 × 0,00881) = 773 В, (2.8)
де до _з = 1,1 - коефіцієнт запасу [2];
до _сх = 1,35 - коефіцієнт схеми випрямлення [2];
до _u - коефіцієнт пропорційності, В / (м / с);
U _{до ср} - комутаційне зниження напруги, В;
I _еф - ефективний струм, А;
R _яц - опір якірного ланцюга, Ом;
V _max - максимальна швидкість, м / с.
Вибір трансформатора проводиться за двома параметрами - повної потужності S _{т ном} і напрузі на вторинній обмотці U _2ном при дотриманні умов:
S _{т ної} ³ S _т і U _2ном ³ U _2. (2.9)
Для комплектної поставки у складі перетворювального агрегату типу ТП3-6300/1050-10/ОУ4 застосуємо масляний двохобмотувальні з двома активними частинами в одному баку трансформатор типу
ТДНПД-12000/10У2 [2].

2.4. Розрахунок згладжує реактора

Згладжує індуктивність визначаємо з умови безперервності випрямленого струму. При цьому приймається, що при куті відмикання тиристорів a = 80 ° і струмі навантаження 10% від номінального (0,1 I _{d ном)} режим переривчастого струму повинен бути виключений.

2.4.1. Сумарний опір ланцюга випрямленого струму R _s розраховуємо за формулою:
(2.10)

2.4.2. Базовий струм визначимо за формулою:
(2.11)
де U ₂ - максимальне значення напруги на вентильної обмотці силового трансформатора.
2.4.3. Номінальний струм у відносних одиницях:
; (2.12)
Базовий параметр навантаження визначається за графіком рис.2.1. [2] для значень 15 ^0, m _б = 6 і i _дв = 0,076 і становить tgQ _б = 7.
2.4.4. Необхідний параметр навантаження, що забезпечує допустимий коефіцієнт пульсації струму в випрямленою ланцюга:
(2.13)
2.4.5. Сумарна індуктивність ланцюга випрямленого струму.
(2.14)
де 2pf - кутова частота мережі живлення;
2.4.6. Індуктивність активної частини трансформатора.
(2.15)
де е _к - напруга короткого замикання, відн.од.;
U _{2 ном} - фазна напруга вентильної обмотки, В;
I _{2 ном} - струм вентильної обмотки, А;
f - частота живильної мережі, Гц.

2.4.7. Індуктивність якоря двигуна L _д визначаємо за формулою Ліумвіля-Уманського:
(2.16)
де з ₁ = 0,1 - коефіцієнт для компенсованих електродвигунів;
2р = 16 - число пар полюсів;

10 -3

10 -2

10 -1

1,0

1 жовтня

10 лютого

10 березня

10 -1

1,0

tgQ б

i дв

a = 20 0 a = 15 0 a = 10 0

0,076; 7

Область безперервного струму

Область переривчастого струму

m = 6

Рис.2.1. Графік для визначення значення параметра навантаження.

n _ном - номінальна частота обертання двигуна, об / хв;
U _ном - номінальна напруга двигуна, В;
I _ном - номінальний струм двигуна, А.
2.4.8. Індуктивність згладжує реактора визначаємо за формулою [4]:
(2.17)
де U _ном - номінальна напруга двигуна, В;
I _ном - номінальний струм двигуна, А.
Застосуємо реактор типу СРОС3-3200МУХЛ4 на номінальний струм
3200А і з індуктивністю 0,5 мгн [2].

2.5. Розрахунок автоматичного вимикача в якірного ланцюга

2.5.1. Коефіцієнт пропорційності між рушійним зусиллям і струмом якоря двигуна до _f визначимо за формулою:
(2.18)
де М _ном - номінальний момент двигуна, Н × м;
R _шт - радіус шківа тертя, м;
I _ном - номінальний струм двигуна, А.
2.5.2. Максимальний струм двигуна I _max розрахуємо за формулою:
(2.19)
2.5.3. Струм уставки I _вуст спрацювання реле максимального захисту визначимо за формулою:
I _вуст = к _н I _max = 1,1 × 7329 = 8062 А, (2.20)
де до _н = 1,1 - коефіцієнт надійності [2].
Застосуємо автоматичний вимикач ВАТ-42-1000/10-Л-У4 з реле захисту РДШ-6000 і діапазоном струму уставки
6000 ¸ 12000 А [1].

2.6.Вибор тиристорного збудника

2.6.1. Індуктивність обмотки збудження двигуна визначимо за формулою:

(2.21)
де L - індуктивність, обумовлена ​​корисним потоком, Гн;
L _р - індуктивність від полів розсіювання, Гн;
2р - число пар полюсів;
W _в = 84 - число витків на полюс;
s _ном = 1,1 - коефіцієнт розсіювання при номінальному потоці [2];
DФ - зміна потоку, викликане відповідною зміною ампер-витків (DI _в W _в), Вб (рис.2.2.).
\ S

2.6.2. Постійну часу ланцюга збудження Т _в визначимо за формулою:
(2.22)
де L _ів - індуктивність обмотки збудження, Гн;
R _ів - опір обмотки збудження, Ом.
2.6.3. Час ривка t _р при висоті підйому Н = 1079 м згідно з графіком [2]:
t _р = 2с. (2.23)
2.6.4. Необхідне значення коефіцієнта форсировки до _ф визначимо за формулою:
(2.24)
(2.25)
де Т _в - постійна часу збудження, с.
2.6.5. Максимальне значення випрямленої напруги U _max визначимо за формулою:
U _{d max} = К _ф U _{в ном} = 3,06 × 145 = 443,7 В, (2.26)
де U _{в ном} - номінальна напруга збудження при паралельному з'єднанні полуобмоток збудження, В.
Застосуємо тиристорний збудник ТПР9-320/460Р-31У4 з номінальним струмом 320 А і номінальною напругою 460 В [2].
2.6.6. Передавальний коефіцієнт до _тв тиристорного збудника визначимо за формулою:
До _тв = U _{d ном} / U _{вх тв} = 460 / 8 = 57,5, (2.27)
де U _{d ном} - номінальна випрямлена напруга, В;
U _{вх тв} = 8 В - вихідна напруга управління.

2.7. Вибір тахогенератора в ланцюзі ОС по швидкості

Застосовуємо тахогенератор типу ПТ-42 з номінальною частотою обертання n _{тг ном} = 100 об / хв і номінальною напругою U _{тг ном} = 230В [2].
2.7.1. Максимальна напруга на виході тахогенератора U _{тг max} визначимо за формулою:
U _тг = U _{тг ном} (n _{дв ном} / n _{тг ном)} = 230 (63/100) = 145, (2.28)
де U _{тг ном} - номінальна напруга тахогенератора, В;
n _{дв ном} - номінальна частота обертання двигуна, об / хв;
n _{тг ном} - номінальна частота обертання тахогенератора, об / хв.
2.7.2. Передавальний коефіцієнт до _тг розрахуємо за формулою:
до _тг = U _{тг max} / n _{дв ном} = 145/63 = 2,3 В / (об / хв). (2.29)

3. АВТОМАТИЧНЕ УПРАВЛІННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДОМ

На основі технічних рішень прийнятих на першому [1] і другому [2] етапах проектування, вибирають регулятори струму, швидкості та інші технічні засоби, що складають систему автоматичного керування електроприводом.
Таблиця 3.1.

Найменування величин.	Позначення.
Підйомна машина
Сумарний махового моменту	SGD 2 = 9150 кг × м 2
Нормальне прискорення і уповільнення	а 1 = а 3 = 0,6 м / с 2
Максимальна швидкість	v max = 16 м / с
Діаметр шківа тертя	D шт = 5 м
Двигун
Номінальний момент	М ном = 774 кНм
Номінальна частота обертання	n ном = 63 об / хв
Сумарний опір якірного ланцюга	R я = 0,00348 Ом
Сумарна індуктивність якірного ланцюга	L я = 0,08 мгн
Індуктивність згладжує дроселя	L р = 0,5 мгн
Номінальний струм	I я ном = 5740 А
Ефективний струм	I еф = 4906 А
Максимальний струм	I я max = 7610 А
Номінальна напруга	U ном = 930 В
Номінальна потужність	P ном = 5000 кВт
Кількість полюсів обмотки якоря	2р = 16
Число паралельних гілок обмотки якоря	2а = 16
Кількість активних провідників обмотки якоря	N =
Номінальний магнітний потік	Ф ном = 37,5 Вб
Номінальна напруга збудження	U в.ном = 200 В
Номінальний струм збудження	I в.ном = 145 А
Опір обмотки збудження	r в = 0,87 Ом
Індуктивність обмотки збудження	L в = 3,1 Гн
Передавальний коефіцієнт тахогенератора	До тг = 2,3 В / об / хв
Постійна часу обмотки збудження	Т у = 3,06 з
Номінальний струм шунта	I ш = 200 А
Тиристорний перетворювач
Постійна часу	Т м = 0,02 с
Максимальне випрямлена напруга	U d max = 660 В
Коефіцієнт передачі	До тп = 82,5
Тиристорний збудник
Постійна часу	Т вм = 0,02 с
Максимальне випрямлена напруга	U d max = 1050 В
Коефіцієнт передачі	До тв = 131,25
Коефіцієнт форсировки	К ф = 3,06
Система електроприводу
Коефіцієнт пропорційності між ерс і швидкістю	До v = 55 В / (м / с)
Коефіцієнт пропорційності між зусиллям і струмом якоря	До F = 52 Н / А
Сумарна приведена маса	m п = 188 × 10 3 кг

3.1. Розрахунок системи підпорядкованого регулювання координат

електроприводу

Розрахуємо параметри САУ на основі елементів УБСР-АІ, що входять до складу комплектного електропривода КТЕУ.
Система побудована за принципом підлеглого регулювання з залежним регулюванням струму збудження від струму якірного ланцюга при значеннях струму якірного ланцюга менше 0,5 I _{дв ном.}
Розрахунок конкретних параметрів САУ зробимо, використовуючи структурну схему, побудовану з математичного опису електромеханічних процесів в абсолютних одиницях. [3]
При розрахунку приймаємо такі припущення:
- Механічна система представляється у вигляді одномасової системи;
- Демпфірує дію вихрових струмів в шіхтованной станині електродвигуна не враховується.

3.2.Расчет контуру регулювання струму збудження

Структурна і функціональна схеми контуру регулювання струму збудження представлені на рис.3.1.
3.2.l. Постійна часу фільтра Т _ФВ розраховується за формулою:
(3.1)
де к = 5 ¸ 6 - коефіцієнт, що враховує зменшення рівня пульсацій [3];
m = 6 - пульсація сигналу за період для мостової схеми;
f = 50 Гц - частота живильної мережі.
3.2.2. Постійна часу контуру струму збудження Т ¢ _{m в:}
Т ¢ _{m в} = Т _{m в} + Т _ФВ = 0,02 +0,0025 = 0,0225 с, (3.2)
де Т _{m в} - постійна часу тиристорного збудника, с;
Т _ФВ - постійна часу фільтра, с.
3.2.3. Параметри фільтра (R _ф, З _ф):
З _ф = Т _ФВ / R _ф = 0,0025 / 100 = 25 × 10 ^-6 Ф, (3.3)
де R _ф = 10 ¸ 100 Ом - опір фільтра;
З _ф - ємність фільтра.
3.2.4. Передавальний коефіцієнт ланцюга зворотного зв'язку До _в:
(3.4)
де R _ЗТВ і R _тв - вхідні опори регулятора (R _ЗТВ = R _тв);
U _ДТВ = 10В - напруга виходу датчика струму при номінальному струмі I _{в ном.}

>

РТВ

ДТВ

U зв

U РТВ

U d в

U в max

I в

Ф

U I в

-

R о.т.в

З a.т.в.

U р.т.в

до ТБ

R е.т.в.

R по т.ч.

U д.т.в.

R ф

R ф

З ф

До шунту

Рис.3.1. Структурна (а) і функціональна (б) схеми контуру регулювання струму збудження.

а)

б)

3.2.5. Статичну помилку DI _в для пропорційного регулятора визначимо за формулою:
(3.5)

де I _{в ном} - номінальний струм збудження, А;
Т _в - постійна часу обмотки збудження, с;
а _тв = 2 - коефіцієнт настройки контуру, який приймається за умовою модульного оптимуму [3];
Т ¢ _{m в} - постійна часу контуру струму збудження, с.
Рішення: Реалізувати умова U _дв = U _ДТВ і вибрати значення вхідних опір регулятора струму збудження:
R _ЗТВ = R _тв = 10 кОм
3.2.6. Необхідний коефіцієнт датчика струму До _ДТВ визначимо за формулою:
(3.6)
де I _{ш ном} - номінальний струм шунта, А;
I _{в ном} - номінальний струм збудження, А;
К _в - передавальний коефіцієнт ланцюга зворотного зв'язку;
До _шв = U _{ш ном} / I _{ш ном} - коефіцієнт шунта.
Попередньо застосуємо осередок датчика струму типу ДТ-3АІ (УБСР-АІ), коефіцієнт передачі якого регулюється в межах 53,3 ¸ 133,3. Для зменшення необхідного коефіцієнта датчика струму застосувати два шунти типу 75ШСМ 200А, з'єднаних паралельно один одному [3].
3.2.7. Опір зворотного зв'язку регулятора струму збудження R _отв обчислимо за формулою:
(3.7)
де R _ЗТВ - вхідний опір регулятора струму збудження, Ом;
Т _в - постійна часу обмотки збудження, с;
r _в - опір обмотки збудження, Ом;
а _тв - коефіцієнт настройки контуру на модульний оптимум;
Т ¢ _{m в} - постійна часу контуру струму збудження, с;
До _тв - передавальний коефіцієнт тиристорного збудника;
К _в - передавальний коефіцієнт зворотного зв'язку.
3.2.8. Сталі рівні вихідного напруги регулятора струму збудження для номінального і форсованого режимів U _{РТВ ном} U _{РТВ ф} розрахуємо за формулами:
(3.8)
де U _{в ном} - номінальна напруга обмотки збудження, В;
До _тв - передавальний коефіцієнт обмотки збудження;
К _ф - коефіцієнт форсування.
Остаточно виберемо осередок датчика струму ДТ-3АІ (УБСР-АІ).

3.3. Розрахунок контуру регулювання струму якірного ланцюга

Структурна і функціональна схеми контуру регулювання струму якірного ланцюга представлена ​​на рис.3.2.
3.3.1. Постійну часу фільтра Т _фт на вході датчика струму розраховуємо за формулою:
(3.9)
де к = 5 ¸ 6 - коефіцієнт, що враховує зменшення рівня пульсацій [3]
m = 12 - пульсація сигналу за період для подвійний трифазної мостової схеми;
f = 50Гц - частота живильної мережі.
3.3.2. Ємність Т-подібного фільтра розрахуємо за формулою:
З _ф = Т _фт / R _ф = 0,00125 / 100 = 12,5 мкФ, (3.10)
де R _ф - опір, прийняте в межах 10 ¸ 100 Ом.
3.3.3. Еквівалентну не компенсовані постійну часу контуру струму обчислимо за формулою:
Т ¢ _{m т} = Т _{m т} + Т _фт = 0,02 +0,00125 = 0,02125 с, (3.11)
де Т _{m т} = 0,02 с - постійна часу тиристорного перетворювача.
Рішення: приймемо узгоджене управління струмом якоря I _я і струмом збудження I _{в у} функції напруги на виході регулятора швидкості U _рс.
Застосуємо умова початку реверсування I _в / I _я = 0,5 I, тобто рівень струму якоря, з якого починається зміна струму збудження, становить
i _{я рев} = 0,5.

3.3.4. Допустиме значення швидкості зміни струму якоря розраховується за формулою:
(3.12)
де К _п = 2 - коефіцієнт, що враховує перевантаження по струму якоря [3];
Т _в - постійна часу обмотки збудження двигуна, с;
К _ф - коефіцієнт форсування;

i _{я рев} - відносне значення струму якоря, при якому починається зміна струму збудження (реверс).
3.3.5. Максимальне значення параметра настройки регулятора струму а _т визначається з умови:
(3.13)
Рішення: Параметр настройки регулятора струму прийняти за умовою модульного оптимуму, тобто а _т = 2.

3.3.6. Передавальний коефіцієнт зворотного зв'язку контуру струму визначаються за формулою:
(3.14)

>

У1

U зт

U я

U рт

I з max

I я

-

R 3

З 1

R 1.

R 2

U д.т..

R ф

R ф

ДП

З ф

До шунту I я

Рис.3.2. Структурна (а) і функціональна (б) схеми контуру регулювання струму якірного ланцюга.

а)

б)

Е п

U дт

>

У2

>

РТ

R т

На вхід ТП

С від

R від

R дт

R 4

V1

V2

U огр

де R _зт і R _т - вхідні опори регулятора струму, ставлення яких приймається рівним одиниці;
U _{дт max} - не повинно перевищувати 15 В (напруга живлення УБСР-АІ)
3.3.7. Коефіцієнт шунта визначається за паспортними даними:
До _ш = U _{ш ном} / I _{ш ном} = 0,075 / 10000 = 75 × 10 ^-6 В / А, (3.15)
де U _{ш ном} = 75 мВ для шунта 75 ШСМ [3];
I _{ш ном} - номінальний струм шунта.

3.3.8. Коефіцієнт датчика струму визначається за формулою:
(3.16)
3.3.9. Параметри регулятора струму обчислюємо за формулою:
(3.17)
R _від = Т _я / С _від = 0,08 × 10 ^-3 / (2 × 10 ^-6 × 0,01438) = 2,78 кОм,
де Т _іт - постійна часу інтегральної частини ПІ-регулятора, с;
С _від = 2 ¸ 3мкФ - ємність зворотного зв'язку регулятора струмів [3];
Т _я = L _я / R _я - постійна часу якірного ланцюга, с;
До _{аналогічних продуктів,} R _я, L _z - задані величини.
3.3.10. Постійна часу інтегратора:
(3.18)
де i _{я max} = I _{я max} / I _{я ном} = 7610/5740 = 1,33.

3.3.11. Коефіцієнт посилення нелінійного елемента в лінійній зоні:
(3.19)
3.3.12. Опір зворотного зв'язку R3 при R1 = 10 кОм:
R3 = R1 × До _не = 10К _не = 10 × 35,3 = 353 Ом. (3.20)
3.3.13. Вхідний опір R4 для підсилювача У2 при С1 = 3 мкФ:
R4 = Т _ип / С1 = 3 / (3 × 10 ^-6) = 100 кОм. (3.21)

3.3.14. Напруга обмеження підсилювача У1:
(3.22)
3.3.15. Вхідний опір R2 для підсилювача У1:
R2 = R1 = 10 кОм. (3.23)

3.4. Розрахунок контуру регулювання швидкості

3.4.1. Максимальне значення приросту рушійного зусилля DF _{ст max} визначають з умови:
DF _{ст max} £ 0,1 F ₁ = 0,1 × 339 400 = 33,94 кН, (3.24)
де F ₁ - рушійне зусилля, що дорівнює статичному в початковий момент часу, Н.
Рішення: Приймемо максимальне значення рушійного зусилля, при якому в замкнутій системі регулювання швидкість не повинна зміниться більш, ніж на 1%:
DV _max = 0,01 × 16 = 0,16 м / с. (3.25)
3.4.2. Абсолютне значення статичної помилки в замкнутій системі управління DV _а визначимо за формулою:
(3.26)
де а _з = 2 - параметр настроювання регулятора швидкості [3];
Т _{m з} = а ² _т (Т _m + Т _фт) + Т _фс = 4 (0,02 +0,0125) +0,02 = 0,15 с - еквівалентна не компенсується постійна часу контуру швидкості, с;
а _т = 2 - параметр настроювання регулятора струму [3];
Т _m = 0,02 с - постійна часу тиристорного перетворювача [3];
Т _фт - постійна часу фільтра на вході датчика струму, с;
- Постійна часу фільтра на вході датчика швидкості, с;
К = 3 - кратність зменшення пульсації напруги тахогенератора [3];
- Частота полюсних пульсацій тахогенератора, Гц;
_{К К,} К _V - задані величини;
Т _м - електромеханічна стала часу електроприводу, с; m, R _S - раніше розраховані величини.
3.4.3. Відносне значення статичної помилки при сталому режимі в замкнутій системі визначимо за формулою:
DV% = (DV _a / V _max) 100% = (0,054 / 16) 100 = 0,34 < 1%. (3.27)
3.4.4. Час регулювання визначили за формулою:
(3.28)
де d = 0,03 - допустима динамічна помилка за швидкістю [3];
V _max - максимальна швидкість руху підйомних посудин, м / с;
а _max - максимальне прискорення в період розгону і уповільнення, м / с ^2.
3.4.4. Масштаб часу Z визначили за формулою:
Z = t _рег / t _нір = 3 / 6 = 0,5 с, (3.29)
де t _нір = 6 с - нормований час перехідного процесу [3].
Приймаються графік перехідного процесу для параметрів Z = 0,5, Q _т = 0,15 [5].

3.4.5. Параметри налаштування двухкратноінтегрірующего контуру швидкості визначаємо з умови рівності виразів:
в _з а _з ² а _т ² Q _m ² = 2,5 Z ^2; у _с а _з а _т Q _m = 2,5 Z. (3.30)
Звідси в _с = 2,5; а _з = Z / (а _т Q _m) = 0,5 / (2'0, 15) = 1,7. (3.31)
Рішення: Прийняли структурну і функціональну схеми контуру регулювання швидкості (рис.3.3)

3.4.6. Коефіцієнт зворотного зв'язку по швидкості розрахували за формулою:
(3.32)

де R _ЗС = R _с;
U _дс - напруга, В, що знімається з датчика швидкості при швидкості підйому V _max , М / с.
Використовуємо осередок датчика напруги ДН-2АІ (УБСР-АІ), і приєднаємо його вхід до виходу тахогенератора за допомогою дільника напруги R _д ¢ і R _д ². Прийняти | U _дс | = | V _max | [3].
3.4.7. Напруга, що знімається з тахогенератора, визначили за формулою:
(3.33)
де U _{тг ном} - номінальна напруга тахогенератора, В;
n _{тг ном} - номінальна частота обертання тахогенератора, об / хв;
n _{дв ном} - номінальна частота обертання двигуна, об / хв.
3.4.8. Повний опір подільника напруги визначимо за формулою:
R _д = U _тг / I _{тг ном} = 149,5 / 0,1 = 1,5 кОм, (3.34)
де I _{тг ном} - номінальний струм тахогенератора, А.
3.4.9. Потужність резисторів:
P _д = U _тг I _{тг ном} = 149,5 '0, 1 = 14,95 Вт (3.35)

>

РС

ДТВ

U ЗС

U ф

U рс

I я

V

U дс

-

R ос

З ос

U рс

R ЗС / 2

R з

U дс

R ф

R ф

З ф

Рис.3.3. Структурна (а) і функціональна (б) схеми контуру регулювання швидкості

а)

б)

R ЗС / 2

З фс

BR

R д''

R д '

U тг

(3.36)
Умова узгодження: R _д ¢ £ = 2400/10 = 240 Ом, (3.37)
де R _{вх д} = 2,4 кОм - вхідний опір датчика ДН-2АІ (УБСР-АІ)
Передавальна функція ПІ-регулятора швидкості має вигляд:
(3.38)
3.4.10. Параметри ПІ-регулятора швидкості:
(3.39)
Умова жорсткості підйомних канатів:
так як К _пс ³ 10 необхідно прийняти демпфуючий коефіцієнт
(3.40)
де К _пс = 10 [3].
3.4.11. Постійна часу інтегральної частини ПІ-регулятора швидкості:
(3.41)

Застосуємо клітинку регулятора швидкості РС-1АІ (УБСР-АІ).
3.4.12. Вхідні опору регулятора швидкості (С _ос = 2мкФ):
R _ЗС = R _з = Т _ис / З _ос = 0,03 / (2 × 10 ^-6) = 15 кОм. (3.42)
3.4.13. Опір зворотного зв'язку регулятора швидкості:
R _ос = R _ЗС До _пс = 15000 × 21,4 = 321 кОм. (3.43)
3.4.14. Параметри фільтра на вході регулятора швидкості:
Т _ф ¢ = в _з а _з Т _{m з} = 2,5 × 1,7 × 0,15 = 0,64 с; (3.44)
З _фс = Т _ф ¢ / (0,5 R _ЗС) = 0,64 / (0,5 × 15000) = 0,85 мкФ. (3.45)

4. Список використаної літератури

1. Родченко А.Я., Євсєєв Ю.В. Автоматизований електропривод багатоканатною підйомної установки. Ч.1. Механічна частина електроприводу: Учеб.пособие / Норільський індустрі. ін-т .- Норильськ, 1996.-44с.
2. Писарєв А.І., Родченко А.Я. Автоматизований електропривод багатоканатною підйомної установки. Ч.2. Система «керований випрямляч - двигун» з реверсом порушення двигуна. Силові елементи електроприводу: Учеб.пособие / Норільський індустрі. ін-т .- Норильськ, 1996.-48с.
3. Писарєв А.І., Родченко А.Я. Автоматизований електропривод багатоканатною підйомної установки. Ч.3. Система «керований випрямляч - двигун» з реверсом порушення двигуна. Автоматичне керування електроприводом: Учеб.пособие / Норільський індустрі. ін-т .- Норильськ, 1996.-26с.
4. Комплектні тиристорів: Довідник / І. Х. Євзеров, А. С. Горобець, Б. І. Мошкович та ін; Під ред. канд. техн.наук В. М. Перельмутер .- М.: Вища школа, 1988.-319с.: іл.
5. Католиків В.Є., Дінкель А.Д., Седунін А.М. Тиристорний електропривод з реверсом порушення двигуна рудникового підйому .- М.: Надра, 1990.-382с.: Іл.
6. Тиристорний електропривод рудникового підйому / А. Д. Дінкель, В. Є. Католиків, В. І. Петренко, Л.М.Ковалев.-М.: Недра, 1977.-312с.: Іл.
7. Александров К.К., Кузьміна Є.Г., Електротехнічні креслення і схеми .- М.: Вища школа, 1990 .- 288с.: Іл.
8. Католиків В.Є., Дінкель А.Д., Седунін А.М. Автоматизований електропривод підйомних установок глибоких шахт .- М.: Надра, 1983.-270с.: Іл.
9. Малиновський А.К., Автоматизований електропривод машин та установок шахт і копалень: Підручник для вузів .- М.: Недра, 1987 .- 277с.: Іл.
10. Хаджіков Р.Н., Бутаков С.А., Гірнича механіка: Підручник для технікумів .- 6-е вид., Перераб. і доп .- М.: Надра, 1982.-407С.