Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Электропривод и автоматизация промышленных установок

РАСЧЕТНОГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине: Элементы автоматизированного электропривода

Алматы 2015



Содержание

• Введение
• 1. Расчетная часть
• 1.1 Выбор электродвигателя и преобразователя
• 1.2 Определение расчетных параметров силовой цепи
• 1.3 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя
• 1.4 Расчет разомкнутой системы ТП-Д
• 1.5 Определение параметров обратной связи по скорости
• 1.6 Расчет и построение характеристик замкнутой системы
• 1.7 Составление структурной схемы замкнутой системы ТП-ДПТ с НВ
• 1.8 Передаточная функция замкнутой системы ТП-ДТП НВ
• Заключение
• Список используемой литературы
• 

Введение

Тиристорным преобразователем постоянного тока является устройство для преобразования переменного тока в постоянный с регулированием по заданному закону выходных параметров. Тиристорные преобразователи предназначаются для питания якорных цепей двигателей и их обмоток возбуждения.

Тиристорные преобразователи состоят из следующих основных узлов: трансформатора или токоограничивающего реактора на стороне переменного тока, выпрямительных блоков, сглаживающих реакторов, элементов системы управления, защиты и сигнализации.

Трансформатор осуществляет согласование входного и выходного напряжений преобразователя и ограничение тока короткого, замыкания во входных цепях. Сглаживающие реакторы предназначаются для сглаживания пульсаций выпрямленных напряжения и тока. Реакторы не предусматриваются, если индуктивность нагрузки достаточна для ограничения пульсаций в заданных пределах.

Применение тиристорных преобразователей постоянного тока позволяет реализовать практически те же характеристики электропривода, что и при использовании вращающихся преобразователей в системах генератор-двигатель, т. е. регулировать в широких пределах частоту вращения и момент двигателя, получать специальные механические характеристики и нужный характер протекания переходных процессов при пуске, торможении, реверсе и т. д.

При согласованном управлении отпирающие импульсы на тиристоры подаются на обе группы вентилей таким образом, чтобы средние значения выпрямленного напряжения у обеих групп были равны между собой. Мгновенное значение напряжений групп при совместном управлении не равны друг другу во все моменты времени, вследствие чего в замкнутом контуре (или контурах), образуемых тиристорными группами и обмотками трансформатора, течет уравнительный ток, для ограничения которого в цепь тиристорного преобразователя включаются уравнительные реакторы. Преобразователи с несогласованным управлением имеют меньшие габариты реакторов, чем при согласованном управлении. Однако при несогласованном управлении снижается диапазон допустимых углов регулирования, что приводит к худшему использованию трансформатора и уменьшению коэффициента мощности установки. Одновременно нарушается линейность регулировочных и скоростных характеристик электропривода. Для полного исключения уравнительных токов используется раздельное управление вентильными группами.

Механические характеристики двигателей принято подразделять на естественные и искусственные. Естественная характеристика соответствует номинальному напряжению питания и отсутствию добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя. Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, характеристика называется искусственной.

Характеристики разомкнутых ЭП, построенных по системе «преобразователь - двигатель» (П - Д), имеют относительно невысокую жесткость из-за влияния внутреннего сопротивления преобразователя. Для получения значительных диапазонов и высокой точности регулирования скорости требуется иметь более жесткие характеристики, которые можно получить лишь в замкнутой системе П - Д. Кроме того, характеристики разомкнутой системы не обеспечивают точного регулирования (или ограничения) тока и момента, что также требует перехода к замкнутой системе.

Замкнутая система П - Д с отрицательной обратной связью по скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Основу структурной схемы составляет разомкнутая схема П - Д. На валу ДПТ находится датчик скорости - тахогенератор, выходное напряжение которого пропорциональное скорости ДПТ и является сигналом обратной связи. Коэффициент пропорциональности носит название коэффициента обратной связи по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения ТГ. Жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомкнутой системе. Сами характеристики расположение которых определяется уровнем задающего сигнала по скорости и соответственно скоростью холостого хода. Здесь же для сравнения приведена характеристика ДПТ в разомкнутой системе.



1. Расчетная часть

Задание на расчетно-графическую работу:

1. В соответствии с индивидуальным заданием выбрать по каталогу электрический двигатель.

2. Рассчитать элементы тиристорного преобразователя (ТП).

3. Составить принципиальную схему силовой цепи системы ТП-Д, определить параметры ее элементов и выбрать жесткие обратные связи.

4. Рассчитать узел отсечки по току.

5. Рассчитать и построить статические характеристики разомкнутой и замкнутой систем ТП-Д

6. Составить структурную схему ТП - ДПТ с НВ с обратной связью по скорости,

7. Образовать передаточную функцию замкнутой системы ТП - ДПТ по скорости в системе MATLAB,

8. Определить устойчивость движения замкнутой системы ТП - ДПТ,

9. Получить переходные и частотные характеристики системы,

Исходные данные

Мощность P,кВт	4,8
Скорость,n,об/мин	3000
Диапазон регулирования скорости D	9
Статическая ошибка ,%	5
Номинальное напряжение , В	220
Схема преобразователя	3-х ф. нулевая
Номинальный ток якоря ,А	27,3



1.1 Выбор электродвигателя и преобразователя

Выбираем электродвигатель серии П41О4 двигатель постоянного тока. Для электроприводов, работающих с частыми пусками, реверсами, и торможениями, широко применяется реверсивная схема «тиристорный преобразователь-двигатель» (ТП-Д) состоящая из двух встречно-параллельных групп тиристоров, обеспечивающих изменение тока якоря двигателя.

Рисунок 1 - Принципиальная схема силовой цепи электропривода по системе ТП-Д.

В комплект привода входят: силовой трансформатор ТС, обеспечивающий получение вторичного напряжения, соответствующего номинальному напряжения двигателя; тиристорный преобразователь ТП с тиристорами, управительные дроссели, выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя ОВД.

Тиристорный преобразователь состоит из двух групп вентилей, включенных по трехфазной нулевой встречно параллельной схеме (встречно по отношению к друг-другу, параллельно якорю двигателя)

где и - углы управления соответственно первой и второй группами вентилей, отсчитываемые от моментов естественного открывания тиристоров.

Регулировочные характеристики системы управления представляют зависимости

Расчет элементов и параметров ТП при известных номинальных значениях тока I_н и напряжении U двигателя производится в следующем порядке, считая, что

и

Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов, напряжения и типовой мощности трансформатора.

Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

где - расчетный коэффициент, характеризующий соотношение напряжений / в реальном выпрямителе. Для трехфазной нулевой схемы = 0,922. двигатель тиристорный преобразователь замкнутый

- коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети до

Принимаем ;

- коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при максимальном управляющем сигнале, принимаем ;

- коэффициент запаса по напряжению учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора и в вентилях, принимаем ;

Расчетное значение тока вторичной обмотки трансформатора

Где - коэффициент схемы, характеризующий отношение токов в идеальном выпрямителе, принимаем = 0,578

- коэффициент учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной, принимаем ;

Определим номинальную частоту вращения двигателя:

Определим сопротивление якоря:

Расчетная типовая мощность трансформатора

где - коэффициент схемы, характеризующий, соотношение мощностей для идеального выпрямителя принимаем

;

Выбираем силовой трансформатор типа T11

> = 8,85 кВА;

= 260 В > = 234,81 В;

Основные технические данные трансформатора

· Потери к.з. = 385 Вт

· Напряжение к.з. =5 %

Выбор тиристоров производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2) ? I_н условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.

Среднее значение тока через тиристор

Где = (2-2,5) - коэффициент запаса по току

- коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении = 0,35

Максимальная величина обратного напряжения

, В ;

Где = (1,5-1,8) - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей

- коэффициент обратного напряжения;

= 2,25

- напряжение преобразователя при предварительно подсчитывается по формуле

Выбираем тиристоры типа Т-141-80

= 80 А >

=1200 В > =859,5 В

Расчет индуктивности уравнительных дросселей

Требуемая величина индуктивности УД находится в зависимости от ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины (3-5 %) от двигателя, т.е.

Где - удвоенное активное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым. При ,

= 250 В

m- число фаз выпрямителя,

- угловая частота сети, = 314 рад/с

Расчет индуктивности дросселя

Индуктивность дросселя, включаемого последовательно с якорем двигателя, определяется из условия обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузки от до и изменение угла управления от до

Где - действующее значение первой гармоники напряжения. Для трехфазной схемы выпрямления =120 В

- минимальный ток преобразователя, принимается равным (3-5)% от номинального значения

Сглаживающий дроссель не ставится в случае, если

1.2 Определение расчетных параметров силовой цепи

Расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока:

Где - сопротивление обмоток якоря и дополнительных полюсов двигателя при температуре 15 ⁰С;

- сопротивление щеточного контакта

k_п - сопротивление преобразователя

k_т и х_т - активное и индуктивное сопротивления обмоток силового трансформатора, приведенные к цепи выпрямленного тока, определяются по данным опытов к.з. и х.х.

Расчетная индуктивность цепи якоря:

Где L_дв - индуктивность якоря и дополнительных полюсов

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя:

Сглаживающий дроссель в схему не ставится.

Постоянная двигателя:

Электромагнитная постоянная времени



1.3 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя

Зависимость называемая характеристикой управления, приведена на рисунке 2.

Коэффициент усиления преобразователя

Uу, В	0	2	4	6	8	10	12
Ь	90	75	60	45	30	15	0
Еп,В	0	78,7	152,1	215,1	263,44	293,83	304,2
		39,35	38,03	35,85	32,93	29,38	25,35

Рисунок 2 - Характеристика управления

Зависимости и приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Регулировочные характеристики

1.4 Расчет разомкнутой системы ТП-Д

ЭДС преобразователя при номинальной скорости:

Где

- падение напряжения в переходе тиристора,

- падение напряжения на щетках двигателя

Статическая характеристика строится по формуле:

Эдс преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке:

Статическая характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле:

Статические характеристики приведены на рисунке 4.

При

Определяем скорость идеального ХХ:

Снижаем величину напряжения до значения:

Для получения скорости идеального ХХ при номинальной нагрузке минимально заданной скорости:

Рисунок 4 - Статические характеристики



1.5 Определение параметров обратной связи по скорости

Структурная схема системы с жесткой отрицательной обратной связью по скорости приведена на рисунке 5

Рисунок 5 - Структурная схема системы с обратной связью по скорости

Перепад скорости в разомкнутой системе

Перепад скорости в замкнутой системе

Где у₃ - статическая ошибка в о.с.

Необходимый коэффициент обратной связи

Коэффициент усиления К_п берется из регулировочной характеристики преобразователя при Е_мин.

При Е_мин =190,4 В = 36,1

По необходимому коэффициенту обратной связи выбираем тахогенератор типа ТД-103

1.6 Расчет и построение характеристик замкнутой системы

Для повышения эффективности действия токовой отсечки и для ограничения уровня сигнала на входе ТП используется схема на рисунок 6.

Рисунок 6 - Система ТП-Д с отрицательной обратной связью по скорости и токовой отсечки

На 1 участке I < I_отс, токовая отсечка не работает. Величина сигнала на входе ТП

на этом участке САУ работает в режиме поддержания постоянства заданной скорости. На 2 участке I > , поэтому в результате действия токовой отсечки наклон характеристики увеличивается.

Пробивается стабилитрон 2СТ и управляющий сигнал.

Где - коэффициент токовой отсечки

На 3 участке вследствие увеличения сигнала пробивается стабилитрон 1СТ и действует только токовая отсечка. При этом

Напряжение пробоя стабилитрона 1 СТ определяется по формуле

Где и задающие напряжение соответственно на верхней и нижней характеристиках;

и - скорость отсечки соответственно на верхней и нижней характеристиках

Скорость на 1 участке

Скорость на 2 участке

Скорость на 3 участке

Из уравнения (на 1 участке) при номинальных значениях скорости и тока определяются задающие напряжения на верхней и нижней характеристиках

Скорости х.х для верхней и нижней характеристик:

Скорости отсечек на верхней и нижней характеристиках

Коэффициент токовой отсечки при щ=0 и

Напряжение пробоя стабилитрона 2СТ

Подставляем в уравнение значение тока

Скорость на 2 участке

Скорость на 3 участке

Характеристики замкнутой системы представлены на рисунке 7

Рисунок 7 - Статические характеристики замкнутой системы

1.7 Составление структурной схемы замкнутой системы ТП-ДПТ с НВ

Математическое описание ДТП с НВ можно представить следующими дифференциальными уравнениями:

Согласно выше указанным уравнениям динамики ДТП с НВ структурную схему двигателя в системе MATLAB можно представить в следующем виде

Рисунок 8 - Структурная схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

постоянная якорной цепи двигателя;

, коэффициенты.

Структурную схему тиристоного преобразователя можно представить инерционным звеном, которое в системе MATLAB имеет следующий вид

Рисунок 9 - Структурная схема тиристорного преобразователя (ТП)

Структурная схема замкнутой системы ТП - ДПТ с НВ в MATLAB имеет вид:

Рисунок 10 - Структурная схема замкнутой системы ТП - ДТР НВ

1.8 Передаточная функция замкнутой системы ТП-ДТП НВ

Образование передаточную функцию замкнутой системы ТП - ДТП НВ

(рисунок 9) осуществляется с помощью математической системы MATLAB.

Для решения задачи из номинального момента двигателя:

Определим коэффициент :

Определяем параметр :

Момент инерции для двигателя постоянного тока П41О4 равен:

Рисунок 11 - Программа образования передаточной функции системы замкнутой системы ТП - ДПТ НВ с определением устойчивости системы

Устойчивость системы определяется с помощью программы с добавлением оператора системы MATLAB. - имя характеристического уравнения системы. Программа определения корней характеристического уравнения для анализа устойчивости системы.

Рисунок 12 - Программа определения устойчивости системы ТП - ДПТ

Рисунок 13 - Продолжение программы определения устойчивости системы ТП - ДПТ



Заключение

В данной работе определил тип двигателя и рассчитал основные его параметры. Так же определил питающий трансформатор и тиристорый преобразователь. Был взять двигатель постоянного тока П41О4 и силовой трансформатор типа T11. Выбрал тиристоры типа Т-141-80. Позже строил регулировочные и статистические характеристики. Построенье данных характеристик обязательно, т.к. они показывает возможность двигателя. И по ним мы уже определяем режим работы двигателя. Рассчитывал параметры обратной связи по току и по скорости. И получили статистическую характеристику замкнутой системы. Где в начале работает только обратная связь по скорости, но после тока отсечки включается связь по току, которая и тормозит двигатель до полной его остановки. По необходимому коэффициенту обратной связи выбирал тахогенератор типа ТД-103. Далее модулировал систему в среде MATLAB.



Список используемой литературы

1. Вешеневский С.Н. Характеристики электродвигателей в электроприводе. - М.: Энергия, 1977.

2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - Москва: Энергоиздат, 1981.

3. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Бащарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ. -Л.: Энергоатомиздат, 1985.

Размещено на Allbest.ru

...