Электропривод по системе генератор-двигатель

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему «Электропривод по системе генератор-двигатель»

Содержание

электропривод автоматизированный ток автомат

Введение. Система генератор-двигатель (Г-Д)

1. Расчет и выбор силового электрооборудования привода

1.1 Выбор двигателя

1.2 Выбор генератора

1.3 Выбор гонного двигателя

1.4 Выбор тиристорного возбудителя двигателя

1.5 Выбор тиристорного возбудителя для генератора

1.6 Выбор автомата главного тока

2. Составление структурной схемы привода и расчет ее параметров

3. Расчет статических характеристик привода

4. Расчет динамических характеристик привода

5. Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Современные автоматизированные электроприводы представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя различные линейные и нелинейные элементы (двигатели, генераторы, усилители, полупроводниковых и другие элементы), обеспечивающие в своем взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики.

Электропривод по системе Г-Д с тиристорным возбуждением генератора находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Достаточно сказать, что большинство мощных электроприводов постоянного тока различного назначения выполнены по системе Г-Д. Это объясняется рядом ее важных преимуществ по сравнению с другими приводами;

-высокая жесткость механических характеристик;

-ббольшой диапазон и плавность регулирования скорости;

-отсутствие пусковых сопротивлений и потерь энергии в них;

-простота реверса двигателя без переключений в цепи якоря;

-ппростота перевода привода в режимы торможения с рекуперацией энергии в сеть;

-относительная простота схемного решения системы управления приводом, не требующая высокой квалификации обслуживающего персонала. Наряду с перечисленными достоинствами система Г-Д не лишена существенных недостатков, к числу которых относятся:

- недостаточное быстродействие привода;

- неустойчивая работа двигателя в зоне низких скоростей, ограничивающая диапазон регулирования;

- низкий коэффициент полезного действия, не превышающий 75-80%;

- высокая установленная мощность, равная трехкратной мощности регулируемого двигателя; - большая занимаемая площадь.

Система генератор-двигатель (Г-Д)

Первоначально для питания двигателей использовался электромашинный управляемый преобразователь (система «генератор-двигатель»)

Рис. Схема системы «генератор-двигатель»

В пунктир заключён электромашинный преобразователь, включающий в себя гонный асинхронный двигатель и генератор постоянного тока. Такой преобразователь позволяет в широком диапазоне изменять напряжение на двигателе, изменяя ток возбуждения генератора (ОВГ). Очевидно, что в данном случае напряжение на выходе преобразователя определяется ЭДС генератора. Данная система позволяет обеспечить все возможные режимы работы двигателя. Механические характеристики двигателя (рис. 4.14) располагаются во всех 4 квадрантах. Основной режим работы двигателя в такой системе - это работа с постоянным магнитным потоком, то есть . Мы можем записать уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя, полагая, что :

;

,

Где - магнитный поток двигателя;

Rя - сопротивление якоря двигателя;

Rг - сопротивление якоря генератора.

Рис. Механические характеристики двигателя в системе Г-Д

Как видим, механические характеристики представляют параллельные прямые, наклон которых несколько больше, чем у естественной характеристики двигателя (жесткость меньше) при Ф=const. Мы наблюдаем их во всех четырёх квадрантах, т. е. двигатель может работать во всех возможных режимах. Реверс двигателя осуществляется за счет изменения полярности тока в обмотке возбуждения генератора (ОВГ).

Данная система позволяет осуществить двухзонное регулирование:

1 зона - за счет изменения напряжения (ЭДС генератора);

2 зона - за счёт изменения магнитного потока двигателя при номинальном напряжении (характеристики показаны пунктиром рис 4.14).

Достоинством данной системы являются плавность регулирования, широкий диапазон регулирования, возможность получения линейных непрерывных характеристик во всём диапазоне регулирования и получение всех возможных режимов работы двигателя.

К недостаткам данной системы можно отнести: утроенную установленную мощность машин, низкий КПД, большую инерционность.

1. Расчет и выбор силового электрооборудования привода

1.1 Выбор двигателя

Исходные данные:

F1=13т; F2=16.25т; F3=10.5т; F4=3,3т; F55.3т

t1=13сек; t2=20сек; t3=52сек; t 4=20сек; t5=13сек

время паузы: t6=100сек.

Определяем эквивалентную мощность Fэкв:

Выбор двигателя должен удовлетворять неравенствам:

Pэф Pн.дв Iэф Iн.дв Mэф Mн.дв

Произведя вычисления результаты, которых удовлетворяют неравенствам, выбираем двигатель типа П2-18170-0.315

Технические характеристики двигателя.

Тип.. П2-18170-0.315 Мощность, кВт.315

Напряжение номинальное. В.440

Напряжение возбуждения, В .220

Частота вращения номинальная, об/мин.36

КПД, % .78

Сопротивление обмотки при 15°, 0м

якоря 0,00895

добавочных полюсов. 0,0012

Ток двигателя номинальный, А .. 920

Динамический момент инерции 1000 кгм. 1.2

Произведем дополнительные вычисления:

мощность возбуждения:

Рв= 3%*Pдв= 0.03*315=9.45 кВТ

ток возбуждения:

сопротивление возбуждения:

1.2 Выбор генератора

Генератор выбираем по напряжению и мощности двигателя.

Uном.г Uном.д

Iя.ном.г Iя.ном.д

PГ=

Где:

Pг - мощность генератора, кВт;

Pд - мощность двигателя, кВт;

- кпд двигателя, о.е;

Iя.ном.г - номинальный ток якоря генератора, А;

Iя.ном.д- номинальный ток якоря двигателя, А.

Скорость двигателя не является критерием при выборе генератора.

По параметрам удовлетворяет генератор типа П-142-6К

Краткая техническая характеристика генератора П-142-6К

Тип _______________________________________________П-142-6К

Мощность, кВт__________________________________________ 430

Напряжение якоря, В _____________________________________460

Номинальная частота вращения, об/мин_____________________1000

Напряжение возбуждения, В _______________________________220

КПД, % ________________________________________________93,5 Вычислим ток якоря генератора:

Выбранный нами генератор удовлетворяет неравенствам:

Uном.г Uном.д, т.е. 460 (В) 440 (В)

Iя.ном.г ???Iя.ном.д , т.е. 1000 (А) ? 920(А)

1.3 Выбор гонного двигателя.

Основной критерий выбора гонного двигателя - это равенство скоростей вращения якоря генератора и ротора гонного двигателя

Кроме того нужно учитывать:

где

Uгон.д- напряжение гонного двигателя, В;

Pгон.д - мощность гонного двигателя, кВт.

По параметрам подходит асинхронный двигатель АД-4

Краткая техническая характеристика двигателя АД-4.

Тип _____________________________________________________АД-4

Мощность, кВт _____________________________________________440

Скорость ротора, об/мин ____________________________________1000

Скольжение, % _____________________________________________1,5

КПД,% ___________________________________________________94,4

cos?,% ___________________________________________________0,86

1.4 Выбор тиристорного возбудителя двигателя

Тиристорный возбудитель двигателя должен обеспечивать три режима:

- ослабленный;

- форсированный;

- нормальный.

В ослабленном режиме:

В номинальном режиме работы:

В форсированном режиме:

Uфор=(3?4)Uв.ном.д=660В

Мощность тиристорного возбудителя двигателя:

Sтвд = Uв.ном.дIв.ном.дKп

где

Kп = 1,04??1,05 - повышающий коэффициент мощности трансформатора.

Sтвд = Uв.ном.д Iв.ном.д Kп = 220 *4З * 1,04 = 9838 ВА

По всем параметрам подходит нереверсивный тиристорный возбудитель:

Тип___________________________________________АТЕЗ-50/230Р-У4

Напряжение питания сети______________________________190-220 В

Номинальный выпрямленный ток_________________________50 А

Максимальный ток________________________________________100 А

Номинальная мощность _________________________________11.5 кВт

1.5 Выбор тиристорного возбудителя для генератора

Uтвг.max =1.15Uв.ном.г = 1,15*230=264,5В

Iном.твг = KзIв.ном.г = 1,15*58.6= 66,7 A

По всем параметрам подходит реверсивный тиристорный возбудитель:

Тип_________________________________________АТЕРЗ-50/230Р-У4

Напряжение питания сети ______________________________190-220 В

Номинальный выпрямленный ток _________________________50 А

Максимальный ток _______________________________________100 А

Номинальная мощность _________________________________11.5 кВт

1.6 Выбор автомата главного тока

Автомат главного тока выбирают по максимальному току и выпрямленному напряжению.

Imax= 2,5Iд.ном = 2,5* 920 = 2300 А

Тип выключателя_____________________ ВЛТ-42-4000/6-А-У4

Номинальный ток _________________________________2500 А

Номинальное напряжение ___________________________600 В

2. Составление структурной схемы привода и расчет ее параметров

На рисунке представлена структурная схема электропривода по системе Г-Д с тиристорным возбуждением генератора.

Двигатель представлен колебательным звеном, а генератор и тиристорный преобразователь представлены апериодическими звеньями.

где

Uн.д - номинальное напряжения двигателя, В

1я.д - номинальный ток якоря двигателя, А

Rя.д - сопротивление якорной цепи двигателя, 0м

пн - номинальные обороты двигателя, об/мин

Определим сопротивление якорной цепи генератора

где

-КПД генератора, о.е.

Uн.г -номинальное напряжение генератора, В

Iн.г -номинальный ток генератора, А

Определим суммарное сопротивление якорной цепи двигателя и генератора

где

Rя.д -сопротивление якоря двигателя, 0м

Rд.п.д -сопротивление добавочных полюсов двигателя, 0м

Rя.г -сопротивление якоря генератора, 0м

Причем, сопротивления R, R, R, входящие в эту электрическую цепь мы не учитываем т.к. их величины на два порядка меньше сопротивлений представленных в этой формуле.

Определим электромеханическую составляющую привода:

где

Jдв -момент инерции двигателя,

Jдв = 1.2Jдв -момент инерции рабочей машины,

g= 9,8 -ускорение свободного падения, м/с

Определим индуктивность якоря генератора:

где

Uном -номинальное напряжение генератора, В

1ном -номинальный ток генератора, А

пном -номинальная скорость вращения, об/мин

р = 6 -число пар полюсов генератора

Найдем суммарную индуктивность двигателя и генератора:

Определим постоянную времени якорной цепи привода:

Постоянная времени Т? = 0,003 для многоканальной СИФУ.

где

Рном -номинальная мощность генератора, кВт

nном -номинальное число оборотов генератора, об/мин

Найдём,

где U упр.max - максимальное напряжение управления В.

3. Расчет статических характеристик привода

Для дальнейших расчетов необходимо преобразовать исходную структурную схему.

Для преобразованной структурной схемы запишем систему уравнений:

Воспользуемся методом подстановок приведенных выражений друг в друга и ориентируясь на то, что в левой части - скорость, а в правой - момент конечном выражении получим:

Предположим, что р= 0 (для замкнутой системы):

Предположим, что Кт = 0 (разомкнутая система):

4. Расчет динамических характеристик привода

Преобразуем исходную систему уравнений методом подстановки.

Сделаем замену и подставим в систему уравнений.

Заключение

Выполняя данную работу, мы не только закрепили пройденный теоретический материал, но и обрели некоторые практические навыки при проектировании данной системы электропривода и расчета ее параметров, что является важнейшим фактором нашей программы обучения. Также, используя необходимую справочною литературу, мы получили действительные представления о современных систем электроприводов и о большом количестве электрооборудования, используемом в настоящее время в электроприводе на различных предприятиях, в том числе, и горных.

Список литературы

1. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/Под ред. В.М. Перельмутера, 2010;

2. Автоматическое регулирование. : Н.Н. Иващенко, 2008г;

3. Теория электропривода: В.И. Ключев, 2014;

4. Примеры расчетов автоматизированного электропривода/Под ред. А.В. Бошарина, 1972г.

5. Исследование характеристик электропривода по системе Г-Д с тиристорным возбуждением; методическое пособие/Под редакцией Б.В. Васильева 2012г.

Размещено на Allbest.ru

...