Міністерство загальної та професійної освіти
Російської Федерації.
Кафедра: Електропривод і автоматизація промислових процесів.
Пояснювальна записка до курсового проекту
за курсом систем управління електроприводом.
Керівник:
"-----"----------- 200г
Автор проекту
Студент групи
"-----"----------- 200г
Проект захищений
з оцінкою
-----------------------
-------------------------
"------"--------- 200г
200
Зміст
1. Введення
2. Вибір електродвигуна
3. Вибір структури системи управління електроприводом
4. Вибір комплектного тиристорного електроприводу
5. Вибір елементів силового електорооборудованія в комплектному електроприводі
6. Функціональна і структурна схеми електропривода. Перехід до відносних одиницях.
7. Визначення параметрів силового електрообладнання
8. Вибір типу регуляторів і розрахунок їх параметрів
9. Побудова статичних характеристик замкнутої системи електропривода
10. Захисту в електроприводі і розрахунок їх уставок
11. Дослідження якості процесів у проектованій системі електропривода
12. Висновок
Література
Введення
У даному курсовому проекті необхідно спроектувати комплектний тиристорний електропривід постійного струму на підставі технічних вимог представлених в таблиці № 1. Для цього, обраний двигун з зазначеного діапазону потужностей, визначено структуру системи управління, обраний тиристорний перетворювач і силове обладнання до нього, проведений синтез регуляторів. На підставі знань отриманих в курсі ТАУ проведено налаштування системи управління на оптимальне швидкодія і стійкість. Досліджено якості процесів у спроектованій системі.
Таблиця 1.1
Вихідні дані до курсового проекту.
2. Вибір електродвигуна
Із зазначеного діапазону потужностей вибираю двигун постійного струму тривалого режиму роботи типу П92, 220 В, захищений, незалежного збудження.
Таблиця 2.1
Параметри двигуна типу П92.
3. Вибір структури системи управління електроприводом
Вибір структури системи управління електропривода зробимо з урахуванням вимог технічного завдання на електропривод. В якості внутрішнього контуру регулювання застосовуємо контур регулювання струму якоря. Це забезпечить обмеження струму якоря допустимим значенням при можливих перевантаженнях електроприводу. Перевіряємо можливість застосування як зовнішнього контуру регулювання, контур регулювання напруги. Для перевірки подивимося, чи задовольняє даний вибір величиною статичної похибки підтримки швидкості.
Δn c = Δn c 1 + Δn c 2 (3.1)
Δn c = 2,5%
Де Δn c 1 і Δn c 2 - складові статичної похибки, викликані додатком статичного навантаження і нестабільного потоку збудження двигуна.
Δn c 1 - складова, викликана додатком статичного навантаження у схемі з інтегральним регулятором напруги, коли можна прийняти U я = const.
де до отрута - кратність струму короткого замикання якірного ланцюга двигуна.
Складову Δn c 2 на стадії попередніх розрахунків передбачити не вдається через незнання величин розкиду магнітного опору машини і нестабільності струму збудження через нагрівання обмотки, тому Δn с2 не враховую.
Перевіримо, чи задовольняє отримана величина статичного похибки заданої.
Задана величина
Розрахована величина
Таким чином, застосування в якості зовнішнього контуру регулювання контур регулювання напруги неможливо. Тому буду застосовувати як зовнішнього контуру регулювання контур регулювання швидкості двигуна.
4. Вибір комплектного тиристорного електроприводу
На підставі обраного електродвигуна зробимо вибір промислового комплектного тиристорного електроприводу постійного струму серії КТЕУ.
Вибираємо тиристорний електропривід КТЕУ 500/220-532-1ВМТД-УХЛ4.
800 - Номінальний вихідний струм
220 - Номінальна вихідна напруга.
5 - Однодвігательний електропривод з лінійним контактором.
3 - По режиму роботи електропривод реверсивний з реверсом струму в якірного ланцюга.
2 - Виконання за способом зв'язку з мережею живлення - реакторний.
1 - З пристроєм аварійного динамічного гальмування.
1 - Виконання системи автоматичного регулювання (САР) - САР швидкості однозонна.
Наявність пристроїв:
По-Харчування обмотки збудження двигуна.
М-Харчування електромагнітного гальма.
Т-Харчування обмотки збудження тахогенератора.
Д-Динамічного гальмування електропривода.
УХЛ4-Кліматичне виконання.
Таблиця 4.1
Параметри електроприводу КТЕУ 500/220-532-1ВМТД-УХЛ4
Даний електропривод був обраний на напругу більше номінальної напруги двигуна.
5. Вибір елементів силового електрообладнання в комплектному електроприводі
Для тиристорного електроприводу вибираю трансформатор ТСЕП - 160 / 0,7 У3.
Таблиця 5.1
Параметри трансформатора ТСЕП - 160 / 0,7 У3.
Розрахунок опорів трансформатора
Де, Rтр - активний опір обмотки;
zтр - повний опір обмотки;
ХТР - індуктивний опір обмотки.
Розрахуємо індуктивність трансформатора
Перевіримо в обраному тиристорному перетворювачі величину запасу по випрямленій напругою для статичних режимів підтримки швидкості.
272,2 <220 +272,2 * 0.25 +13.47 = 301,645
Де Е d 0 - ЕРС ідеально холостого ходу перетворювача.
Е д - ЕРС двигуна при максимальній швидкості
ΔU 1 - зниження напруги перетворювача, викликане коливаннями напруги мережі.
I м - максимальний робочий струм навантаження
R яц - сумарний опір силового ланцюга перетворювач-двигун.
Опір якірного ланцюга
де R я - опір якоря двигуна і додаткових полюсів
R тр - еквівалентний активний опір обмоток трансформатора приведене до вторинної ланцюга.
R е - зниження випрямленою ЕРС за рахунок комутаційних провалів.
Для трифазної мостової схеми випрямлення додатковий опір від обмоток трансформатора становить:
R тр = 2r тр = 2 * 0.0055 = 0.011 Ом (5.3)
Втрати ЕРС за рахунок комутаційних провалів.
ЕРС двигуна при максимальній швидкості обертання.
Максимальний струм навантаження
ЕРС ідеально холостого ходу перетворювача.
З формули (5.1) видно, що величина запасу по випрямленій напрузі менше, ніж бажана величина. Це може призвести до насичення тиристорного перетворювача, а це в свою чергу викликає надмірну, неконтрольовану системою регулювання посадку швидкості обертання двигуна при коливаннях напруги мережі або при перевантаженні приводу.
Розрахуємо необхідну індуктивність якірного ланцюга:
де U н I н - номінальні напруга і струм якоря.
К - емпіричний коефіцієнт.
Розрахуємо індуктивність якоря двигуна:
де k - емпіричний коефіцієнт
p п - число пар полюсів двигуна
Отримали, що L треб> L яц, тобто індуктивності якірного ланцюга не достатньо для обмеження пульсацій струму, тобто потрібен згладжує реактор.
Реактор буду вибирати з умов Lp> Lтр - Lяц, Iрн> Iндв.
Вибираю згладжує реактор Фросі - 125 / 0,543
Таблиця 5.2
Параметри реактора Фросі - 125 / 0,543
Виберемо тахогенератор. Будемо вибирати тахогенератор за величиною швидкості обертання двигуна таким чином, щоб при максимальній швидкості обертання якоря двигуна у тахогенератора залишався запас з механічної міцності (швидкості обертання). Вибираю тахогенератор типу ПТ-22 / 1.
Таблиця 5.3
Параметри тахогенератора типу ПТ-22 / 1.
Принципова схема силових, а так само релейно-контакторна ланцюгів і ланцюга порушення комплектного електропривода представлені в графічній частині проекту.
6. Функціональна і структурна схеми електропривода
Перехід до відносних одиницях.
Для виконання розрахунків, пов'язаних з вибором типу і параметрів регуляторів, оцінкою
статичних і динамічних показників процесів в електроприводі, корисно скласти для
обраного варіанта комплектного електропривода спрощену принципову
(Функціональну) (см.ріс.6.2) і структурну (см.ріс.6.3) схеми.
Структурна схема складена на підставі рівнянь ланок, записаних у відносних
одиницях, що дозволяє значно спростити запис самих рівнянь і наступні
розрахунки. В якості базових величин приймаю [1]:
для напруги та струму якоря - їх номінальні значення
для моменту на валу і електромагнітного моменту двигуна - величину електромагнітного моменту при номінальних струмі якоря і напрузі на якорі
для швидкості обертання двигуна - швидкість його ідеального холостого ходу при номінальних магнітному потоці і напрузі на якорі
для напруг на вході тиристорного перетворювача - то прирощення вхідної напруги, яке для перетворювача з лінеаризованої статичною характеристикою створюють зміна вихідної напруги, рівне базового напрузі на навантаженні
для напруг на входах датчиків зворотних зв'язків - показники датчиків при базовому значенні вимірюваної координати. При цьому величини коефіцієнтів посилення датчиків зворотних зв'язків (в абсолютних одиницях) повинні бути підібрані так, щоб у всьому можливому діапазоні вимірюваної координати вихідна напруга датчика відповідало роботі його на лінійній ділянці статичної характеристики.
для задають напруг (як в зовнішніх так і у внутрішніх контурах регулювання), порівнюємо на входах регуляторів з напругами датчиків зворотних зв'язків, - їх значення, еквівалентні базовим величинам сигналів зворотних зв'язків, тобто знайдені на підставі виразу:
U зб = U дб * R вхз / R вх ос (6.1)
Тут, U зб, U дб-базові напруги завдання і датчика зворотного зв'язку, R вхз, R вх ос - опору вхідних резисторів по каналах завдання і зворотного зв'язку.
Таблиця 6.1
Базові значення змінних у електроприводі
7. Визначення параметрів силового електрообладнання
T д-механічна стала часу ланки Д, враховує на структурній схемі механічну інерцію обертових мас двигуна та механізму
Т д = (J д + J м) n б / M н = 1.8 * 7 * 217/518.16 = 3.94 з (7.1)
Тут J д, J м - моменти інерції двигуна і робочого механізму.
- R яц - сумарний опір силового ланцюга перетворювач - двигун.
R яц = R я + R дп + Rко +2 Rтр + Rе = 0.04 Ом (7.2)
- Lяц - сумарна індуктивність якірного ланцюга
Тяц - електромагнітна постійна часу якірного ланцюга.
Тяц = Lяц / R яц = 0,04 с (7.4)
Кяц - кратність струму короткого замикання силового ланцюга перетворювач - двигун
Кяц = Uн / Iн * Rяц = 14.4
t - постійна часу чистого запізнювання перетворювача
t = Т / m = 1 / (50 * 6) = 0.003 з (7.5)
Тп - постійна часу фільтра перетворювача
Тп = 0,002 с (7.6)
8. Вибір типу регуляторів і розрахунок їх параметрів
Вид передавальної функції і параметри регуляторів буду вибирати таким чином, щоб виконати поставлені вимоги до налаштовувати контур регулювання. Точний розрахунок ведеться за допомогою логарифмічних амплітудних частотних характеристик за методикою, викладеною в курсі ТАУ.
Попередній вибір параметрів регуляторів (метод технічного оптимуму).
Налаштування контура регулювання струму якоря (КРТЯ)
При налаштуванні КРТЯ потрібно прагнути до досягнення максимально високої швидкодії, щоб не допустити в перехідному процесі небезпечних кидків струму якоря при різкому додатку надмірної статичного навантаження. Тобто регулятор струму повинен містити пропорційний (П) канал. Однак П - регулятор струму, повідомляючи контуру регулювання високу швидкодію, залишає велику статичну похибку регулювання. Це перешкоджає максимальному використанню двигуна по струму у всьому діапазоні швидкостей. Тому застосовують пропорційно - інтегральний (ПІ) регулятор струму.
Введемо розрахункову постійну часу:
ТРП = Т1 / Кяц (8.2)
Т2 = Тi max = Tяц = 0,04 с (8.3)
Т1 = (0.144 ... 0.288) з
Налаштування контура регулювання швидкості (ВРХ).
При налаштуванні ВРХ підтримку заданого значення швидкості незалежно від прикладених збурень і досягнення необхідних за якістю процесів пуску і гальмування електропривода вирішуються простіше і якісніше для швидкодіючих ВРХ. Але граничне швидкодію ВРХ обмежено умовами його стійкості і впливом оборотних пульсацій напруги тахогенератора. Для стандартних електроприводів беруть wс = (15 ... 20) рад / с.
Введемо розрахункову постійну часу:
ТРС = Тд / Крс (8.5)
Тут Крс - коефіцієнт пропорційного регулятора швидкості (РС).
ТРС = 1/wс = (0.066 ... 0,05) з (8.7)
Крс = (59 ... 78.8)
Перевіримо величину статичної помилки швидкості ên з в замкнутій системі з П-РС
ên сзамкн = êМ с / Крс = (1.3 ... 1.0)% (8.8)
ên сзамкн <Δn c зад,
Значить досить П - РС.
Уточнення параметрів регуляторів
Уточнення проведемо за допомогою логарифмічних амплітудних частотних характеристик (см.ріс.8.1 і 8.2).
Т1 = 0.09 з Т2 = 0.03 з Крс = 40
Розрахунок значень опорів і ємностей РТ і РС.
Регулятор струму
w КРТ = 100 рад / с
Kpт = Т2/Т1 = 0.333
T1 = 0.09 c
R4 = R5 = 63 кОм
R6 = 10 кОм
T2 = R4 * С4
С4 = 0.5 мкФ
Регулятор швидкості.
w ВРХ = 20 рад / с Kpс = 40
R3 = 400 кОм
R1 = R2 = 5 кОм
9. Побудова статичних характеристик замкнутої системи електропривода
Будуємо наступні характеристики електропривода:
-Електромеханічну n = f (Iя),
-Зовнішню Uя = f (Iя),
-Регуляторні Uрт = f (Iя). Uрс = f (Iя),
-Механічну n = f (M),
1. Uя = Од + Iя Rяд (9.1)
Од = w = 1 - Δw = 1 - Iя / Kpc
Uя = 1 + Iя (1 / Крс + Rяц)
2. Uрс = Кдтя * Iя * R4/R5 (9.2)
3. Uрт = Еп / Кп (9.3)
Кп = Uн / Uун = 220 / 6.25 = 35,2
4. n = f (M) (9.4)
Iя = M
Залежності представлені на малюнку 9.1.
10. Захисту в електроприводі і розрахунок їх уставок
У релейно-контакторною частини комплектного тиристорного електроприводу виконано ряд захистів, що виключають аварійні режими при складанні силової схеми і забезпечують відключення електроприводу при виникненні аварійних режимів у процесі роботи.
Захист від аварійних режимів при складанні схеми.
Захист виконана на реле КVI, КV3 і призначена для заборони складання схеми (включення лінійного контактора), якщо на перетворювачі або двигуні існує напруга, що перевищує поріг спрацьовування реле.
Настроюються реле на мінімальну напругу втягування. Для приводів 220 В - Uвт = 0,35 * 220 = 80 В.
Нульовий захист.
Захист виконана на блокувальному контакторі КFV, в ланцюг котушки якого включені всі інші захисту від аварійних режимів працюючого двигуна, а також блок-контакти апаратів, контролюючих нормальну роботу тиристорного перетворювача, збудника і системою регулювання.
Контактор KFV забезпечує контроль наявності оперативного напруги і виключає самозапуск двигуна після зникнення оперативного напруги і її повторної подачі.
Напруга втягування контактора KFV звичайно приймається рівним 145 В при напрузі оперативної мережі 220 В.
Захист від перенапруги.
Реалізована на реле KV2 і призначена для відключення двигуна при подачі на нього неприпустимо великої напруги від перетворювача (наприклад, внаслідок аварії і повного його відкриття).
Установка реле KV2 розраховується за формулою:
Uвт = (1,1 ... 1,15) Uнд = (242 ... 330) В
Де Uвт-напруга втягування KV2, Uнд-номінальне напруга двигуна.
Максимально струмовий захист.
Реалізована на реле FAI. Захист призначена для відключення двигуна при неприпустимою технологічної перевантаження.
Уставка реле розраховується за формулою:
Iвт = (1,1 ... 1,25) Км * Iн = (1,2 ... 1,25) * 2,5 * 632 = (1896 ... 1975) А
де Iвт - струм втягування реле FAI,
Км - перевантажувальна здатність двигуна,
Iн - номінальний струм двигуна.
Максимальний захист ланцюга збудження.
Захист виконана на реле КА2 і призначена для відключення двигуна при короткому замиканні в ланцюзі обмотки збудження.
Уставка реле розраховується за формулою:
Iвт = 1,1 Iвн = 5,324 А,
Де Iвт-ток втягування КА2, Iв.расч - розрахункове значення струму збудження двигуна, яке приймається при нерегульованому потоці двигуна рівним номінальному току збудження, при постійно ослабленому потоці-току збудження при цьому потоці, при регульованому потоці-максимальному току збудження.
Захист від обриву поля.
Захист реалізована на реле КА1 і призначена для відключення двигуна при обриві в ланцюзі обмотки збудження. Розрахунок уставки втягування реле КА1 виконується в залежності від способу управління потоком збудження.
При постійному потоці порушення струм втягування реле КА1
Iвт = (0,5 ... 0,7) Iвн = 2,42 ... 3,388 А,
Захист від неприпустимого збільшення швидкості двигуна.
Захист виконується за допомогою механічного відцентрового реле SR.как правило, відцентрова захист виконується на іменникових двигунах потужністю від 100 кВт і вище за умови регулювання потоку збудження. Уставка центробужного реле зазвичай задається заводом-виробником двигуна і лежить в межах:
Nвт = (1,1 ... 1,2) nмакс = 1650 ... 1800 об / хв,
Де nвт-швидкість спрацьовування відцентрового реле, nмакс-максимальна робоча швидкість обертання двигуна.
11. Дослідження якості процесів у проектованій системі електропривода
Дослідження впливу зміни параметра Т4 на вигляд перехідних процесів представлена на малюнку 11.1.
1.Крс = 40 з
Пере регулювання s = 0
Час перехідного процесу tпп = 0,5 с
2. Крс = 80 з
Пере регулювання s = 0
Час перехідного процесу tпп = 0,2 с
Крс = 160 с
Пере регулювання s = 0
Час перехідного процесу tпп = 0,1 с
12. Висновок
У даному курсовому проекті був спроектований комплектний тиристорний електропривід постійного струму на підставі технічних вимог представлених в таблиці № 1. Для цього, обраний двигун П 102, визначено структуру системи управління, обраний тиристорний перетворювач КТЕУ 800/220-532-1ВМДТ-УХЛ4 і трансформатор ТСЕП - 250 / 0,7 У3 до нього, проведений синтез регуляторів.
Література
1.Усинін Ю. С. Управління замкнутими електроприводами: Конспект лекцій. Ч.1. -
2. Усинін Ю. С., Осипов О. І., Мацін В. П.. Системи управління електроприводів: Навчальний посібник до курсового проектування .-
3. Лебедєв Є. Д.. Управління вентильними електроприводами постійного струму. М.: Енергія 1970
4. Довідкові дані по електроустаткуванню. У 2 - х т. Т. 1. Електричні машини загального застосування. - Л.: Енергія, 1964.
Специфікація
Малюнок 8.1 ЛАЧХ для уточнення параметрів КРТ
Малюнок 8.2 ЛАЧХ для уточнення параметрів ВРХ.
\ S
Малюнок 11.1. Вплив параметра Крс на показники якості перехідних процесів
Російської Федерації.
Кафедра: Електропривод і автоматизація промислових процесів.
Пояснювальна записка до курсового проекту
за курсом систем управління електроприводом.
Керівник:
"-----"----------- 200г
Автор проекту
Студент групи
"-----"----------- 200г
Проект захищений
з оцінкою
-----------------------
-------------------------
"------"--------- 200г
200
Зміст
1. Введення
2. Вибір електродвигуна
3. Вибір структури системи управління електроприводом
4. Вибір комплектного тиристорного електроприводу
5. Вибір елементів силового електорооборудованія в комплектному електроприводі
6. Функціональна і структурна схеми електропривода. Перехід до відносних одиницях.
7. Визначення параметрів силового електрообладнання
8. Вибір типу регуляторів і розрахунок їх параметрів
9. Побудова статичних характеристик замкнутої системи електропривода
10. Захисту в електроприводі і розрахунок їх уставок
11. Дослідження якості процесів у проектованій системі електропривода
12. Висновок
Література
Введення
У даному курсовому проекті необхідно спроектувати комплектний тиристорний електропривід постійного струму на підставі технічних вимог представлених в таблиці № 1. Для цього, обраний двигун з зазначеного діапазону потужностей, визначено структуру системи управління, обраний тиристорний перетворювач і силове обладнання до нього, проведений синтез регуляторів. На підставі знань отриманих в курсі ТАУ проведено налаштування системи управління на оптимальне швидкодія і стійкість. Досліджено якості процесів у спроектованій системі.
Таблиця 1.1
Вихідні дані до курсового проекту.
| Найменування | Позначення | Величина |
| Діапазон потужностей, у межах якого слід вибирати двигун. КВт | Від 50до99 | |
| Момент інерції механізму в частках від моменту інерції двигуна. | J м / J д | 2.0 |
| Зміна моменту статичного навантаження М с у частках від номінального М н | М с / М н | 0.8 |
| Коливання напруги мережі. | êU з = êU с / U з | 0.25 |
| Діапазон регулювання швидкості вниз від номінальної | D1 = NН / n min | 5 |
| Діапазон регулювання швидкості вгору від номінальної. | D2 = n max / n н | 1 |
| Допустима статична помилка підтримки швидкості при мінімальній уставці. | ên дин = ên с / n min | 0.12 |
| Величина токоограніченія при упорі | m = I max / I н | 2.0 |
| Прискорення електропривода при пуску | l = I дин / I н | 1.4 |
2. Вибір електродвигуна
Із зазначеного діапазону потужностей вибираю двигун постійного струму тривалого режиму роботи типу П92, 220 В, захищений, незалежного збудження.
Таблиця 2.1
Параметри двигуна типу П92.
| Найменування | Розмірність | Значення |
| Потужність, Рн | КВт | 75 |
| Кутова швидкість валу - номінальна, Nн | Об / хв | 1500 |
| Кутова швидкість валу - максимальна, Nмакс | Об / хв | 2250 |
| Струм якоря - номінальний, Iн | А | 381 |
| Струм збудження - номінальний, Iвн | А | 4,94 |
| Опір обмоток (R я + R дп) | Ом | 0,016836 |
| Опір обмотки збудження, Rов | Ом | 38,796 |
| Кількість полюсів | 2р | 4 |
| Число паралельних гілок | 2а | 2 |
| Момент інерції якоря, Jя | Кг * м 2 | 7 |
| Маса | Кг | 705 |
| Напруга на якорі, Uя | У | 220 |
| Потік одного полюса, Ф | МВБ | 20.1 |
Вибір структури системи управління електропривода зробимо з урахуванням вимог технічного завдання на електропривод. В якості внутрішнього контуру регулювання застосовуємо контур регулювання струму якоря. Це забезпечить обмеження струму якоря допустимим значенням при можливих перевантаженнях електроприводу. Перевіряємо можливість застосування як зовнішнього контуру регулювання, контур регулювання напруги. Для перевірки подивимося, чи задовольняє даний вибір величиною статичної похибки підтримки швидкості.
Δn c = Δn c 1 + Δn c 2 (3.1)
Δn c = 2,5%
Де Δn c 1 і Δn c 2 - складові статичної похибки, викликані додатком статичного навантаження і нестабільного потоку збудження двигуна.
Δn c 1 - складова, викликана додатком статичного навантаження у схемі з інтегральним регулятором напруги, коли можна прийняти U я = const.
де до отрута - кратність струму короткого замикання якірного ланцюга двигуна.
Складову Δn c 2 на стадії попередніх розрахунків передбачити не вдається через незнання величин розкиду магнітного опору машини і нестабільності струму збудження через нагрівання обмотки, тому Δn с2 не враховую.
Перевіримо, чи задовольняє отримана величина статичного похибки заданої.
Задана величина
Розрахована величина
Таким чином, застосування в якості зовнішнього контуру регулювання контур регулювання напруги неможливо. Тому буду застосовувати як зовнішнього контуру регулювання контур регулювання швидкості двигуна.
4. Вибір комплектного тиристорного електроприводу
На підставі обраного електродвигуна зробимо вибір промислового комплектного тиристорного електроприводу постійного струму серії КТЕУ.
Вибираємо тиристорний електропривід КТЕУ 500/220-532-1ВМТД-УХЛ4.
800 - Номінальний вихідний струм
220 - Номінальна вихідна напруга.
5 - Однодвігательний електропривод з лінійним контактором.
3 - По режиму роботи електропривод реверсивний з реверсом струму в якірного ланцюга.
2 - Виконання за способом зв'язку з мережею живлення - реакторний.
1 - З пристроєм аварійного динамічного гальмування.
1 - Виконання системи автоматичного регулювання (САР) - САР швидкості однозонна.
Наявність пристроїв:
По-Харчування обмотки збудження двигуна.
М-Харчування електромагнітного гальма.
Т-Харчування обмотки збудження тахогенератора.
Д-Динамічного гальмування електропривода.
УХЛ4-Кліматичне виконання.
Таблиця 4.1
Параметри електроприводу КТЕУ 500/220-532-1ВМТД-УХЛ4
| Номінальна напруга, В | Номінальний струм, А | |
| Електроприводу | Випрямляча | |
| 220 | 230 | 381 |
5. Вибір елементів силового електрообладнання в комплектному електроприводі
Для тиристорного електроприводу вибираю трансформатор ТСЕП - 160 / 0,7 У3.
Таблиця 5.1
Параметри трансформатора ТСЕП - 160 / 0,7 У3.
| Найменування | Розмірність | Значення |
| Лінійне напруга мережевий обмотки, U1л | У | 380 |
| Лінійне напруга вентильної обмотки, U2л | У | 202 |
| Напруга короткого замикання, Uкз | % | 4,5 |
| Втрати короткого замикання, DРкз | Вт | 2400 |
| Втрати холостого ходу, DРхх | Вт | 795 |
| Струм холостого ходу, IХХ | % | 5.2 |
| Струм вентильної обмотки, I2н | А | 408 |
| Повна потужність, Sт | КВ * А | 160 |
Розрахунок опорів трансформатора
Де, Rтр - активний опір обмотки;
zтр - повний опір обмотки;
ХТР - індуктивний опір обмотки.
Розрахуємо індуктивність трансформатора
Перевіримо в обраному тиристорному перетворювачі величину запасу по випрямленій напругою для статичних режимів підтримки швидкості.
272,2 <220 +272,2 * 0.25 +13.47 = 301,645
Де Е d 0 - ЕРС ідеально холостого ходу перетворювача.
Е д - ЕРС двигуна при максимальній швидкості
ΔU 1 - зниження напруги перетворювача, викликане коливаннями напруги мережі.
I м - максимальний робочий струм навантаження
R яц - сумарний опір силового ланцюга перетворювач-двигун.
Опір якірного ланцюга
де R я - опір якоря двигуна і додаткових полюсів
R тр - еквівалентний активний опір обмоток трансформатора приведене до вторинної ланцюга.
R е - зниження випрямленою ЕРС за рахунок комутаційних провалів.
Для трифазної мостової схеми випрямлення додатковий опір від обмоток трансформатора становить:
R тр = 2r тр = 2 * 0.0055 = 0.011 Ом (5.3)
Втрати ЕРС за рахунок комутаційних провалів.
ЕРС двигуна при максимальній швидкості обертання.
Максимальний струм навантаження
ЕРС ідеально холостого ходу перетворювача.
З формули (5.1) видно, що величина запасу по випрямленій напрузі менше, ніж бажана величина. Це може призвести до насичення тиристорного перетворювача, а це в свою чергу викликає надмірну, неконтрольовану системою регулювання посадку швидкості обертання двигуна при коливаннях напруги мережі або при перевантаженні приводу.
Розрахуємо необхідну індуктивність якірного ланцюга:
де U н I н - номінальні напруга і струм якоря.
К - емпіричний коефіцієнт.
Розрахуємо індуктивність якоря двигуна:
де k - емпіричний коефіцієнт
p п - число пар полюсів двигуна
Отримали, що L треб> L яц, тобто індуктивності якірного ланцюга не достатньо для обмеження пульсацій струму, тобто потрібен згладжує реактор.
Реактор буду вибирати з умов Lp> Lтр - Lяц, Iрн> Iндв.
Вибираю згладжує реактор Фросі - 125 / 0,543
Таблиця 5.2
Параметри реактора Фросі - 125 / 0,543
| Номінальний струм Iн, А | Індуктивність Lр, мгн | Опір R, Ом |
| 500 | 0,75 | 0.003 |
Таблиця 5.3
Параметри тахогенератора типу ПТ-22 / 1.
| Технічні дані тахогенератора | Характеристика струму збудження | ||||
| N н; об / хв | I я; А | i в; А | Тип осередку | U в; У | I в; А |
| 2400 | 0.5 | 0.35 | БФХ-0545 | 35 | 0.75 |
6. Функціональна і структурна схеми електропривода
Перехід до відносних одиницях.
Для виконання розрахунків, пов'язаних з вибором типу і параметрів регуляторів, оцінкою
статичних і динамічних показників процесів в електроприводі, корисно скласти для
обраного варіанта комплектного електропривода спрощену принципову
(Функціональну) (см.ріс.6.2) і структурну (см.ріс.6.3) схеми.
Структурна схема складена на підставі рівнянь ланок, записаних у відносних
одиницях, що дозволяє значно спростити запис самих рівнянь і наступні
розрахунки. В якості базових величин приймаю [1]:
для напруги та струму якоря - їх номінальні значення
для моменту на валу і електромагнітного моменту двигуна - величину електромагнітного моменту при номінальних струмі якоря і напрузі на якорі
для швидкості обертання двигуна - швидкість його ідеального холостого ходу при номінальних магнітному потоці і напрузі на якорі
для напруг на вході тиристорного перетворювача - то прирощення вхідної напруги, яке для перетворювача з лінеаризованої статичною характеристикою створюють зміна вихідної напруги, рівне базового напрузі на навантаженні
для напруг на входах датчиків зворотних зв'язків - показники датчиків при базовому значенні вимірюваної координати. При цьому величини коефіцієнтів посилення датчиків зворотних зв'язків (в абсолютних одиницях) повинні бути підібрані так, щоб у всьому можливому діапазоні вимірюваної координати вихідна напруга датчика відповідало роботі його на лінійній ділянці статичної характеристики.
для задають напруг (як в зовнішніх так і у внутрішніх контурах регулювання), порівнюємо на входах регуляторів з напругами датчиків зворотних зв'язків, - їх значення, еквівалентні базовим величинам сигналів зворотних зв'язків, тобто знайдені на підставі виразу:
U зб = U дб * R вхз / R вх ос (6.1)
Тут, U зб, U дб-базові напруги завдання і датчика зворотного зв'язку, R вхз, R вх ос - опору вхідних резисторів по каналах завдання і зворотного зв'язку.
Таблиця 6.1
Базові значення змінних у електроприводі
| N № | Найменування змінної | Позначення | Розрахункова формула | Чисельне значення | Розмірність |
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| 1 | Напруга на якорі, ЕРС перетворювача ТП і двигуна | Uя, Еп, Ед | Uн | 220 | У |
| 2 | Струм якірного ланцюга ЯЦ | Iя | Iн | 381 | А |
| 3 | Момент двигуна | М | Iн * кФн | 518.16 | Нм |
| 4 | Швидкість обертання двигуна | N | Uн / кФн | 217 | Рад / с |
| 5 | Коефіцієнт пропорційності між ЕРС і швидкістю двигуна | КФ | КФн | 1.36 | В * з / рад |
| 6 | Струм збудження двигуна | Iв | Iв | 4.94 | А |
| 7 | Напруга на обмотці збудження, ЕРС тиристорного збудника | Uв, ЕТВ | Iвн * Rв | 220 | У |
| 8 | Напруга на виході регулятора струму якоря | Uртя | F (Еп) | 10 | У |
| Напруга на виходах датчика струму якоря дтя і регулятора швидкості РС | Uдтя, Uрс | Кдтя * Iн | 5 | У | |
| 10 | Напруга на виходах датчика швидкості ДС і задатчика інтенсивності ЗИ | Uдс, Uзи | КДС * nб | 10 | У |
T д-механічна стала часу ланки Д, враховує на структурній схемі механічну інерцію обертових мас двигуна та механізму
Т д = (J д + J м) n б / M н = 1.8 * 7 * 217/518.16 = 3.94 з (7.1)
Тут J д, J м - моменти інерції двигуна і робочого механізму.
- R яц - сумарний опір силового ланцюга перетворювач - двигун.
R яц = R я + R дп + Rко +2 Rтр + Rе = 0.04 Ом (7.2)
- Lяц - сумарна індуктивність якірного ланцюга
Тяц - електромагнітна постійна часу якірного ланцюга.
Тяц = Lяц / R яц = 0,04 с (7.4)
Кяц - кратність струму короткого замикання силового ланцюга перетворювач - двигун
Кяц = Uн / Iн * Rяц = 14.4
t - постійна часу чистого запізнювання перетворювача
t = Т / m = 1 / (50 * 6) = 0.003 з (7.5)
Тп - постійна часу фільтра перетворювача
Тп = 0,002 с (7.6)
8. Вибір типу регуляторів і розрахунок їх параметрів
Вид передавальної функції і параметри регуляторів буду вибирати таким чином, щоб виконати поставлені вимоги до налаштовувати контур регулювання. Точний розрахунок ведеться за допомогою логарифмічних амплітудних частотних характеристик за методикою, викладеною в курсі ТАУ.
Попередній вибір параметрів регуляторів (метод технічного оптимуму).
Налаштування контура регулювання струму якоря (КРТЯ)
При налаштуванні КРТЯ потрібно прагнути до досягнення максимально високої швидкодії, щоб не допустити в перехідному процесі небезпечних кидків струму якоря при різкому додатку надмірної статичного навантаження. Тобто регулятор струму повинен містити пропорційний (П) канал. Однак П - регулятор струму, повідомляючи контуру регулювання високу швидкодію, залишає велику статичну похибку регулювання. Це перешкоджає максимальному використанню двигуна по струму у всьому діапазоні швидкостей. Тому застосовують пропорційно - інтегральний (ПІ) регулятор струму.
Введемо розрахункову постійну часу:
ТРП = Т1 / Кяц (8.2)
Т2 = Тi max = Tяц = 0,04 с (8.3)
Т1 = (0.144 ... 0.288) з
Налаштування контура регулювання швидкості (ВРХ).
При налаштуванні ВРХ підтримку заданого значення швидкості незалежно від прикладених збурень і досягнення необхідних за якістю процесів пуску і гальмування електропривода вирішуються простіше і якісніше для швидкодіючих ВРХ. Але граничне швидкодію ВРХ обмежено умовами його стійкості і впливом оборотних пульсацій напруги тахогенератора. Для стандартних електроприводів беруть wс = (15 ... 20) рад / с.
Введемо розрахункову постійну часу:
ТРС = Тд / Крс (8.5)
Тут Крс - коефіцієнт пропорційного регулятора швидкості (РС).
ТРС = 1/wс = (0.066 ... 0,05) з (8.7)
Крс = (59 ... 78.8)
Перевіримо величину статичної помилки швидкості ên з в замкнутій системі з П-РС
ên сзамкн = êМ с / Крс = (1.3 ... 1.0)% (8.8)
ên сзамкн <Δn c зад,
Значить досить П - РС.
Уточнення параметрів регуляторів
Уточнення проведемо за допомогою логарифмічних амплітудних частотних характеристик (см.ріс.8.1 і 8.2).
Т1 = 0.09 з Т2 = 0.03 з Крс = 40
Розрахунок значень опорів і ємностей РТ і РС.
Регулятор струму
w КРТ = 100 рад / с
Kpт = Т2/Т1 = 0.333
T1 = 0.09 c
R4 = R5 = 63 кОм
R6 = 10 кОм
T2 = R4 * С4
С4 = 0.5 мкФ
Регулятор швидкості.
w ВРХ = 20 рад / с Kpс = 40
R3 = 400 кОм
R1 = R2 = 5 кОм
9. Побудова статичних характеристик замкнутої системи електропривода
Будуємо наступні характеристики електропривода:
-Електромеханічну n = f (Iя),
-Зовнішню Uя = f (Iя),
-Регуляторні Uрт = f (Iя). Uрс = f (Iя),
-Механічну n = f (M),
1. Uя = Од + Iя Rяд (9.1)
Од = w = 1 - Δw = 1 - Iя / Kpc
Uя = 1 + Iя (1 / Крс + Rяц)
2. Uрс = Кдтя * Iя * R4/R5 (9.2)
3. Uрт = Еп / Кп (9.3)
Кп = Uн / Uун = 220 / 6.25 = 35,2
4. n = f (M) (9.4)
Iя = M
Залежності представлені на малюнку 9.1.
10. Захисту в електроприводі і розрахунок їх уставок
У релейно-контакторною частини комплектного тиристорного електроприводу виконано ряд захистів, що виключають аварійні режими при складанні силової схеми і забезпечують відключення електроприводу при виникненні аварійних режимів у процесі роботи.
Захист від аварійних режимів при складанні схеми.
Захист виконана на реле КVI, КV3 і призначена для заборони складання схеми (включення лінійного контактора), якщо на перетворювачі або двигуні існує напруга, що перевищує поріг спрацьовування реле.
Настроюються реле на мінімальну напругу втягування. Для приводів 220 В - Uвт = 0,35 * 220 = 80 В.
Нульовий захист.
Захист виконана на блокувальному контакторі КFV, в ланцюг котушки якого включені всі інші захисту від аварійних режимів працюючого двигуна, а також блок-контакти апаратів, контролюючих нормальну роботу тиристорного перетворювача, збудника і системою регулювання.
Контактор KFV забезпечує контроль наявності оперативного напруги і виключає самозапуск двигуна після зникнення оперативного напруги і її повторної подачі.
Напруга втягування контактора KFV звичайно приймається рівним 145 В при напрузі оперативної мережі 220 В.
Захист від перенапруги.
Реалізована на реле KV2 і призначена для відключення двигуна при подачі на нього неприпустимо великої напруги від перетворювача (наприклад, внаслідок аварії і повного його відкриття).
Установка реле KV2 розраховується за формулою:
Uвт = (1,1 ... 1,15) Uнд = (242 ... 330) В
Де Uвт-напруга втягування KV2, Uнд-номінальне напруга двигуна.
Максимально струмовий захист.
Реалізована на реле FAI. Захист призначена для відключення двигуна при неприпустимою технологічної перевантаження.
Уставка реле розраховується за формулою:
Iвт = (1,1 ... 1,25) Км * Iн = (1,2 ... 1,25) * 2,5 * 632 = (1896 ... 1975) А
де Iвт - струм втягування реле FAI,
Км - перевантажувальна здатність двигуна,
Iн - номінальний струм двигуна.
Максимальний захист ланцюга збудження.
Захист виконана на реле КА2 і призначена для відключення двигуна при короткому замиканні в ланцюзі обмотки збудження.
Уставка реле розраховується за формулою:
Iвт = 1,1 Iвн = 5,324 А,
Де Iвт-ток втягування КА2, Iв.расч - розрахункове значення струму збудження двигуна, яке приймається при нерегульованому потоці двигуна рівним номінальному току збудження, при постійно ослабленому потоці-току збудження при цьому потоці, при регульованому потоці-максимальному току збудження.
Захист від обриву поля.
Захист реалізована на реле КА1 і призначена для відключення двигуна при обриві в ланцюзі обмотки збудження. Розрахунок уставки втягування реле КА1 виконується в залежності від способу управління потоком збудження.
При постійному потоці порушення струм втягування реле КА1
Iвт = (0,5 ... 0,7) Iвн = 2,42 ... 3,388 А,
Захист від неприпустимого збільшення швидкості двигуна.
Захист виконується за допомогою механічного відцентрового реле SR.как правило, відцентрова захист виконується на іменникових двигунах потужністю від 100 кВт і вище за умови регулювання потоку збудження. Уставка центробужного реле зазвичай задається заводом-виробником двигуна і лежить в межах:
Nвт = (1,1 ... 1,2) nмакс = 1650 ... 1800 об / хв,
Де nвт-швидкість спрацьовування відцентрового реле, nмакс-максимальна робоча швидкість обертання двигуна.
11. Дослідження якості процесів у проектованій системі електропривода
Дослідження впливу зміни параметра Т4 на вигляд перехідних процесів представлена на малюнку 11.1.
1.Крс = 40 з
Пере регулювання s = 0
Час перехідного процесу tпп = 0,5 с
2. Крс = 80 з
Пере регулювання s = 0
Час перехідного процесу tпп = 0,2 с
Крс = 160 с
Пере регулювання s = 0
Час перехідного процесу tпп = 0,1 с
12. Висновок
У даному курсовому проекті був спроектований комплектний тиристорний електропривід постійного струму на підставі технічних вимог представлених в таблиці № 1. Для цього, обраний двигун П 102, визначено структуру системи управління, обраний тиристорний перетворювач КТЕУ 800/220-532-1ВМДТ-УХЛ4 і трансформатор ТСЕП - 250 / 0,7 У3 до нього, проведений синтез регуляторів.
Література
1.Усинін Ю. С. Управління замкнутими електроприводами: Конспект лекцій. Ч.1. -
2. Усинін Ю. С., Осипов О. І., Мацін В. П.. Системи управління електроприводів: Навчальний посібник до курсового проектування .-
3. Лебедєв Є. Д.. Управління вентильними електроприводами постійного струму. М.: Енергія 1970
4. Довідкові дані по електроустаткуванню. У 2 - х т. Т. 1. Електричні машини загального застосування. - Л.: Енергія, 1964.
Специфікація
Малюнок 8.1 ЛАЧХ для уточнення параметрів КРТ
Малюнок 8.2 ЛАЧХ для уточнення параметрів ВРХ.
Малюнок 11.1. Вплив параметра Крс на показники якості перехідних процесів