ЗМІСТ
Введення
1 Вибір схеми тиристорного перетворювача
2 Визначення ЕРС умовного холостого ходу тиристорного перетворювача
3 Розрахунок параметрів силового трансформатора
4 Вибір тиристорів
5 Вибір згладжує реактора
6 Вибір зрівняльних реакторів
7 Захисту тиристорного перетворювача
ВСТУП
В даний час найбільш поширеними і масово випускаються промисловістю є системи управління електроприводом, побудовані за принципом підлеглого управління. У порівнянні з попередніми їм системами вони володіють великою швидкодією, виконані на базі уніфікованих елементів, що полегшує проектування і складання. Хоча в наші дні існують системи управління, щоб забезпечити кращі показники, системи підлеглого управління все ще актуальні.
Принципи підлеглого управління дозволяють з'єднати систему управління з об'єктом незалежно від того, чи використовується в ньому система ТП-Д, Г-Д або інший керований перетворювач. Велика інерційність електромашинних пристроїв компенсується, можливо, обмеження динамічних струмів на заданому рівні.
Сучасні уніфіковані системи автоматичного керування електроприводом будують за принципом підлеглого регулювання параметрів.
Аналіз структурних схем об'єкта управління - силової частини електроприводу - показує, що вони мають вигляд ланцюжка послідовно з'єднаних ланок, на виході кожного з яких формується той чи інший параметр.
Перевагою системи підлеглого управління у можливості обмеження величини підлеглого параметра шляхом обмеження вихідного сигналу регулятора зовнішнього контуру.
Метою даної курсової роботи є розрахунок позиційної системи підлеглого управління з наступними параметрами: статізм швидкісного контуру - не більше 5%; діапазон регулювання - 30 ¸ 1; момент інерції на валу 0.8 J ДВ.
Двигун типу П151-5К з наступними паспортними даними:
Р Н = 320 кВт;
U Н = 4400 В;
I Н = 788 А;
n Н = 500 об / хв;
2а = 6;
2р = 6;
W В = 460;
N = 696;
r Я = 0.0122 Ом;
r К = 0.0067Ом;
r Д = 0.00197 Ом;
r У = 1,86 Ом;
J Д = 88,75 кг × м 2.
U C = 6000 В.
1. ВИБІР СХЕМИ Тиристорний ПЕРЕТВОРЮВАЧА
Як відомо з усіх способів регулювання та зміни напрямку швидкості, використання реверсивного тиристорного перетворювача (РТП) є одним з найсучасніших способів створення швидкодіючого регульованого електроприводу постійного струму. Реверсивним тиристорним перетворювачем називається перетворювач, через який струм може протікати в обох напрямках. Оскільки тиристори пропускають струм тільки в одному напрямку, то для зміни напрямку струму навантаження необхідно використовувати дві групи вентилів, кожна з яких проводить струм у своєму напрямку. Ці групи вентилів найчастіше збираються за трифазною бруківки чи трифазної нульової схемою. Трифазна нульова схема відрізняється простотою, меншим числом вентилів застосовуваних у схемі. Трифазна мостова схема має ряд переваг у порівнянні з трифазною нульовий:
Випрямлена ЕРС при одному і тому ж вторинному напрузі трансформатора в два рази більше;
Пульсації випрямленою ЕРС в два рази більше за частотою і менше по амплітуді;
Вентильні групи можуть підключатися до мережі без трансформатора;
Типова потужність трансформатора менше.
Перераховані достоїнства зумовлюють переважне застосування трифазної мостової схеми в системах електропривода (ЕП) потужністю десятки - сотні кіловат. Оскільки потужність ТП, яке живить якірний ланцюг досить велика, то вибираємо трифазну бруківку схему.
Як було зазначено вище, для отримання реверсивного ТП дві групи вентилів певним чином сполучають між собою. Розрізняють зустрічно - паралельне і перехресне з'єднання. При зустрічно - паралельному з'єднанні застосовується простий двохобмотувальні трансформатор меншої потужності. Перевага перехресної схеми в тому, що в даній схемі аварійні процеси при одночасному включенні тиристорних груп протікають легше, тому цю схему цю схему доцільно застосовувати у відповідальних ЕП. На підставі цього вибираємо зустрічно - паралельне з'єднання випрямних груп.
Застосовуються два основні методи управління комплектами РТП: спільне і роздільне. При спільному управлінні імпульси подаються на тиристори обох одночасно. При цьому одна група працює в випрямному режимі з кутом регулювання a В, розвиває середнє значення випрямленої напруги U a В і забезпечує протікання струму через навантаження. В цей же час друга група переводиться в інверторний режим з кутом регулювання a І і середнє значення випрямленої напруги U a І. При такому управлінні в РТП утворюється замкнутий контур, за яким може протікати зрівняльний струм. Для зменшення цього струму кути регулювання повинні бути в певному співвідношенні. При узгодженому управлінні співвідношення кутів встановлюється таким чином, щоб виконувалося співвідношення: . Це рівність виконується за умови
. При цьому способі управління в зрівнювальному контурі протікає переривчастий струм середнє значення, якого називають статичним зрівняльним струмом і обмежують до допустимого зрівняльними реакторами. Для зменшення зрівняльного струму застосовують неузгоджене управління групами тиристорів в РТП. При цьому співвідношення кутів управління:
. При цьому в зрівнювальному контурі завжди є постійна складова напруги, спрямована проти провідності тиристорів, оскільки інверторна група розвиває більшу напругу, ніж випрямна. Це призводить до різкого зменшення статичного зрівняльного струм, хоча динамічний зрівняльний струм зменшується незначно. Необхідно відзначити також те, що перебіг невеликого зрівняльного струму сприятливо позначається на статичних характеристиках ТП. Таким чином переваги спільного управління:
Відсутність необхідності в перемиканнях силового ланцюга;
Висока швидкодія при переході з одного режиму в інший і постійна готовність до цього переходу;
Однозначність в статичних характеристиках ТП.
У розробляється перетворювачі застосуємо спільне управління вентильними групами.
Для управління ТП в даний час застосовують головним чином безінерційні системи фазового управління з пилоподібним або синусоїдальним опорною напругою. Перевагою синусоїдальної форми опорного напруги є лінійність результуючої характеристики ТП. Однак діапазон регулювання кута a складає менше 180 О, так як практично слід виключити із зони регулювання околиці максимуму і мінімуму і максимуму опорного напруги, де воно практично не змінюється. Крім того, збереження суворо синусоїдальної форми опорного напруги представляє значні труднощі. Тому в розробляється ТП застосуємо пилкоподібну опорне напруга.
На малюнку 1.1 представлена принципова схема тиристорного перетворювача.
Малюнок 1.1 - Принципова схема тиристорного перетворювача
2. ВИЗНАЧЕННЯ ЕРС УМОВНОГО ХОЛОСТОГО ХОДУ ТП
Падіння напруги на активному опорі відповідно згладжує, зрівняльного реактора
(2.1)
де - Середнє значення випрямленої напруги
Комутаційне падіння напруги на тиристорі при номінальному навантаженні приймаємо
(2.2)
де зазвичай беруть 5 ... 7%.
Напруга випрямлення ВАХ тиристора
(2.3)
де U КЛ - класифікаційне падіння напруги на тиристорі при номінальному струмі (береться з паспорта на тиристор), .
Допустимий струм вентилів
(2.4)
Динамічний опір тиристора
(2.5)
Середнє значення падіння напруги на тиристорі
(2.6)
Запас по напрузі тиристорного перетворювача, необхідний для виконання умови реалізації оптимальної настройки контуру струму на модульний або симетричний оптимум
(2.7)
Можливі коливання напруги від нестабільності живильної мережі складають
(2.8)
Визначимо е.р.с. умовного холостого ходу тиристорного перетворювача за формулою
(2.9)
3. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Лінійне напруга на вторинній обмотці силового трансформатора
(3.1)
Фазна напруга на вторинній обмотці СТ:
(3.2)
Чинне значення струму вторинної обмотки СТ:
(3.3)
Чинне значення струму первинної обмотки:
(3.4)
Виходячи з каталожних даних по каталогу вибираємо СТ з двома вторинними обмотками. При цьому вибирається СТ з рівною, або найближчій більшою потужністю:
- Для СТ з двома вторинними обмотками (триобмотковий трансформатор) вибираємо трансформатор з потужністю:
(3.5)
де
При виборі трансформатора потрібно виконати перевірку його по струму і напрузі, тобто необхідно дотримання наступних умов:
(3.6)
Якщо допустиме значення чинного струму вторинної обмотки в каталозі не зазначено, то його можна розрахувати за формулою:
(3.7)
З таблиці 4.1 методичних вказівок до виконання курсового проекту [1] виписуємо наступні дані вибраного силового трансформатора типу ТМ - 400/10:
P Н. ТР = 400 кВт - номінальна потужність;
= U 1.ТР = 10 кВт - напруга живильної мережі;
U До% = 4,5% - напруга короткого замикання;
D P КЗ = 5,7 кВт - потужність втрат короткого замикання;
D P ХХ = 0,96 кВт - потужність втрат холостого ходу;
I ХХ% = 2,55% - струм холостого ходу;
U 2Л.ТР = 690 В - вторинне лінійна напруга;
I 2.ТР = 334,696 А - діюче значення струму вторинної обмотки.
Після вибору обов'язково необхідно перерахувати значення максимальної випрямленою ЕРС:
(3.8)
4. Вибір тиристоров
Тиристор вибираємо по протікає через нього струму, умовам охолодження вентилів і максимальному зворотному напрузі.
Середнє значення струму, який протікає через тиристор зі стандартним радіатором при номінальному навантаженні і примусовому охолодженні:
(4.1)
За величиною I В. СР з каталогу вибираємо тиристор. У паспорті на тиристор вказується, який струм він пропускає при примусовому повітряному охолодженні з максимальною швидкістю повітряного потоку 10 або 15 м / с і вказується класифікаційне падіння напруги на тиристорі при цьому струмі U КЛ.
Якщо струм через тиристор при природному повітряному охолодженні не вказаний, то необхідно керуватися тим, що при застосуванні типових семіреберних охолоджувачів з алюмінієвих сплавів тиристори можна навантажувати струмом не більше 35% від паспортної величини.
Максимальна зворотна напруга на тиристорі:
(4.2)
де К ЗАП = 1,25 ... 2 - коефіцієнт запасу в залежності від необхідного ступеня надійності електроприводу.
До U ОБР = 1.045 - коефіцієнт зворотної напруги.
Тиристор вибираємо виходячи з умов:
(4.3)
де U ПОВТ - каталожна величина повторюваного напруги.
З таблиці 4.2 методичних вказівок до виконання курсового проекту [1] виписуємо наступні дані вибраного тиристора типу Т15-125:
I В. ДОП = 125 А - максимальний середній струм;
U КЛ = 2,05 В - напруга у відкритому стані;
U ПОВТ = 1800 В - повторювана напруга;
r Д = 1,5 мОм - динамічний опір;
5. ВИБІР згладжується і ВИРІВНЮЮЧІ РЕАКТОРА
Сглаживающий реактор, що включається послідовно з якорем двигуна необхідний для:
Забезпечення безперервного струму якоря двигуна в певному діапазоні навантажень і частот обертання його;
Обмеження амплітуди змінної складової струму якоря двигуна до припустимої величини.
Для забезпечення безперервного струму при мінімальному навантаженні РТП та вугіллі регулювання a МАКС, а також якщо обрано один СТ з двома вторинними обмотками, то індуктивність згладжує реактора можна визначити за формулою:
(5.1)
де - Кругова частота перших гармоніки випрямленої напруги;
f = 50 Гц;
m = 6.
Для більшості систем сучасних вентильних електроприводів зрівняльні реактори (УР) вибираються таким чином, що при I d ³ 1,5 I УР (де I УР складає близько 0,1 I Н) вони насичуються. Тому L УР у вищенаведених формулах можна не враховувати
Розрахуємо складові входять у формулу (5.1) для розрахунку :
Розрахунок індуктивності якоря двигуна по емпіричній формулі:
(5.2)
де k = 5 ... 6 - для компенсованих машин.
Відносна величина ефективного значення першої гармоніки випрямленої напруги e n визначається за величиною максимального кута регулювання a МАКС, відповідного мінімальної робочої швидкості електродвигуна:
(5.3)
Розрахуємо складові входять у формулу (5.3) для розрахунку a МАКС:
Коефіцієнт пропорційності між швидкістю і е.р.с.:
(5.4)
де - Опір якірного ланцюга двигуна, для машин серії П.
Таким чином:
Вважаємо, що необхідний діапазон регулювання швидкості рівним D Р = 30, тоді мінімальна швидкість:
(5.5)
Сумарний опір якірній (вихідний) ланцюга системи ТП-Д:
(5.6)
де - Комутаційне опір
(5.7)
- Опір згладжує і зрівняльного реактора
(5.8)
Отримані значення підставимо у формулу (5.3) отримаємо:
Знаючи, a МАКС величину e n визначаємо за графіком (1, стор 56) визначаємо:
Відносна величина ефективного значення першого гармоніки випрямленої струму i В в залежності від потужності електроприводу знаходиться в межах:
Розрахувавши всі значення входять у формулу (5.1) можна розрахувати :
6. ВИБІР УРАНІТЕЛЬНИХ РЕАКТОРІВ
Необхідна індуктивність двох насичується зрівняльних реакторів розраховується за формулою:
(6.1)
де - Фазна вторинна напруга трансформатора;
;
- Діюче значення статичного зрівняльного струму;
- Коефіцієнт, що залежить від діапазону регулювання вихідної напруги ТП.
L ТР - індуктивність фази трансформатора.
Кут a змінюється a = 0 ... a МАКС <90 °, то К ЕФ слід визначити за величиною a МАКС на рис.2.2 методичних вказівок до виконання домашнього завдання № 1 [2].
Таким чином, отримуємо:
У реверсивному ТП використовується як правило, два зрівняльних реактора, один з яких насичується при протіканні струму навантаження, а другий обмежує зрівняльний струм. У цьому випадку беруть два однакових зрівняльних реактора, індуктивність кожного з яких у ненасиченому стані більше або дорівнює розрахункової. Номінальний струм обраного реактора I УР.Н ³ I Н, а зрівняльний струм повинен бути приблизно дорівнює розрахунковим значенням I УР
Вибираємо зрівняльний реактор типу РОС-100/05Т:
I У P = 48 А - номінальний зрівняльний струм реактора;
L У P = 12 мгн - індуктивність реактора;
I Н. УР = 500 А - номінальний постійний струм.
7. РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТА ПОСИЛЕННЯ ТП по напрузі і ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИК І стуктурно СХЕМИ
Оскільки опорне напруга СІФУ - пилкоподібну, то максимальний коефіцієнт посилення ТП по напрузі при куті регулювання a = 90 О.
Коефіцієнт передачі ТП розраховується за формулою:
(7.1)
де U У. МАКС - максимальне керуюча напруга ТП, зазвичай приймають U У. МАКС = 10 В. Будуємо регулювальну характеристику БВ на холостому ходу за формулою:
(7.2)
На малюнку 7.1 представлена регулювальна характеристика БВ.
Малюнок 7.1 - Регулювальна характеристика БВ
За малюнком 7.1 визначаємо збільшення:
Коефіцієнт посилення блоку вентилів До БВ:
(7.3)
При пилкоподібної опорному напрузі СІФУ характеристика вхід-вихід ТП нелінійна і являє собою добуток двох характеристик - регулювальної характеристики СІФУ і регулювальної характеристики блоку вентилів (БВ). Побудуємо на малюнку 7.2 регулювальну характеристику СІФУ при пилкоподібної опорному напрузі вона лінійна:
Малюнок 7.2 - Регулювальна характеристика СІФУ
За малюнком 7.2 визначаємо збільшення:
Коефіцієнт передачі СІФУ:
(7.4)
Загальний коефіцієнт передачі ТП:
(7.5)
Постійна часу ТП:
(7.6)
де T Ф - постійна часу фільтра, встановленого на вході СІФУ при спільному погодженому управлінні, T Ф = 4 ... 8 мс.;
T С.З. - середньостатистичне запізнювання, притаманне ТП як ланці запізнювання
Еквівалентна активний опір системи якірного ланцюга системи ТП-Д:
(7.7)
Еквівалентна індуктивність якірного ланцюга системи ТП-Д:
(7.8)
Електромагнітна постійна часу системи ТП-Д:
(7.9)
Електромеханічна постійна часу системи ТП-Д:
(7.10)
де - Сумарний момент інерції, приведений до валу електродвигуна, складається з моменту інерції двигуна J ДВ і механізму J МЕХ. Якщо J МЕХ не заданий, то його можна прийняти:
Розрахунок конструктивної постійної двигуна:
(7.11)
Розрахунок номінальної швидкості обертання двигуна:
(7.12)
Коефіцієнт А, що зв'язує кут повороту вала двигуна з величиною переміщення механізму визначимо, виходячи з таких припущень. Оскільки згідно завдання на курсовий проект система повинна відпрацьовувати заданий переміщення з виходом на максимальну швидкість, а статичний момент опору на валу двигуна дорівнює нулю, то для цього випадку правильне співвідношення:
, (7.13)
Де номінальної швидкості обертання двигуна;
динамічний струм двигуна в динамічних режимах. Таким чином:
На малюнку 7.3 представлена структурна схема системи ТП-Д:
Малюнок 7.3 - Структурна схема системи ТП-Д