Разработка электропривода прошивного стана трубопрокатного агрегата

агрегата" width="78" height="25" align="BOTTOM" border="0" /> кг*м2; падение напряжения на щетках одного двигателя: В; соотношение , следовательно, по перегрузочной способности двигатель подходит.

4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей

Исходя из требуемого напряжения питания двигателей (напряжение удвоенное в связи с последовательным соединением якорных обмоток) и расчетной мощности выбираем трансформатор: ТМНПД-5000/10 У2; исполнение 5, соединение обмоток .

Паспортные данные трансформатора:

Номинальная полная мощность трансформатора: ВА;

Потери холостого хода: Вт;

Потери короткого замыкания: Вт;

Напряжение первичной обмотки: В;

Напряжение вторичной обмотки: В;

Напряжение короткого замыкания: %;

Номинальная частота сети: Гц, рад/с.

Рассчитаем параметры трансформатора:

Номинальный фазный ток вторичной обмотки:

А; (4.7)

Активное сопротивление фазы вторичной обмотки:

Ом; (4.8)

Полное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора:

Ом; (4.9)

Индуктивное сопротивление фазы вторичной обмотки:

Ом; (4.10)

Индуктивность фазы вторичной обмотки:

Гн; (4.11)

Так же, исходя из вышеописанных соображений, выбираем тиристорный преобразователь ТПП1.

Паспортные данные преобразователя и некоторые данные для дальнейшего расчета:

Реверсивный;

Изготовлен по мостовой 6-ти пульсной схеме ;

Номинальное выпрямленное напряжение преобразователя: В;

Номинальный выпрямленный ток: А;

Падение напряжения на вентилях: В;

Коэффициент запаса по току: ;

Коэффициент схемы по току: ;

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Все расчеты будут проведены для одного двигателя исходя их тех предположений, что напряжение распределяется по якорным обмоткам равномерно, ток общий, момент- одинаковый. Нагрузка на один двигатель принимается половиной от общей: Н*м, Н*м, номинальная скорость двигателя рад/с.

Приведем сопротивления к рабочей температуре:

Коэффициент приведения равен:

; (5.1), ;

где0 С- температура, при которой дано сопротивление обмоток двигателя в паспортных данных;

0 С- рабочая температура двигателя с классом изоляции В.

Сопротивление якорной обмотки без учета падения напряжения на щетках:

; (5.2), Ом;

Полное сопротивление якорной цепи двигателя:

Ом; (5.3)

Индуктивность якорной цепи (по формуле Ленвиля-Уманского):

Гн, (5.4)

где- эмпирический коэффициент (при наличии компенсационной обмотки).

Максимальная ЭДС преобразователя:

; (5.5), ;

Ориентировочно оценим минимальное требуемое значение ЭДС преобразователя, учитывая диапазон :

; (5.6)

Найдем требуемую индуктивность сглаживающего дросселя из условия максимально-допустимых пульсаций тока нагрузки, равных 5%, :

Максимальный (ориентировочно) угол управления:

рад; (5.7)

Коэффициент для мостовой схемы:

; (5.8), ;

Требуемое индуктивное сопротивление сглаживающего дросселя:

; (5.9)

Гн; (5.10)

Выбираем сглаживающий дроссель СРОС3-800МУХЛ4, его паспортные данные:

Номинальный ток дросселя: А;

Номинальное сопротивление дросселя: Гн.

Номинальные потери в меди дросселя: Вт;

Ставим последовательно 2 дросселя: .

Суммарная индуктивность сглаживающего дросселя:

Гн; (5.11)

Суммарное активное сопротивление сглаживающего дросселя:

Ом; (5.12)

Эквивалентное сопротивление коммутации:

Ом; (5.13)

Полное эквивалентное сопротивление якорной цепи одного двигателя:

; (5.14)

Ом;

Полная индуктивность якорной цепи (учитывая, что вторичная обмотка трансформатора соединена в треугольник и используется мостовая схема, которая "работает" с линейными напряжениями, а, следовательно, ток нагрузки течет только по одной из обмоток трансформатора):

; (5.15)

Гн;

Определим конструктивный коэффициент двигателя, связывающий противоЭДС и скорость вращения вала двигателя:

; (5.16)

В*с/рад;

Момент на валу, развиваемый электродвигателем:

Н*м; (5.17)

Электромагнитный момент двигателя:

Н*м; (5.18)

Найдем относительную разницу между электромагнитным моментом и моментом на валу:

; (5.19)

Так как разница более 5%, то для дальнейших расчетов найдем конструктивный коэффициент двигателя, связывающий момент на валу двигателя и с током якоря:

Н*м/А; (5.20)

Угол управления при номинальной скорости и номинальной нагрузке:

; (5.21)

рад;

о; (5.22)

Угол управления при минимальной скорости и номинальной нагрузке:

; (5.23)

рад;

о;

Угол управления при номинальной скорости и нагрузке холостого хода:

; (5.24)

рад;

о;

Угол управления при минимальной скорости и минимальной нагрузке:

; (5.25)

рад;

о;

Очевидно, что максимальный угол управления в установившемся режиме соответствует о, а минимальный угол управления соответствует о. Найдем граничные токи и соответственно моменты для двух этих углов:

Для (номинальная скорость и номинальная нагрузка):

; (5.26)

;

А;

Н*м;

Для (минимальная скорость, нагрузка холостого хода):

; (5.26)

;

А;

Н*м;

Очевидно, что в статике режим прерывистых токов отсутствует при изменении нагрузок и скоростей в пределах, соответствующих заданию.

Далее рассчитаем и построим механические и электромеханические характеристики привода в разомкнутом состоянии:

Зону непрерывных токов в принципе можно было строить по 2-м точкам ( или ) и ( или ) но мы возьмем для наглядность несколько точек.

Зададимся 4-мя значениями момента. . Тогда скорость двигателя для угла управления будет равна:

; (5.27)

;

;

Результаты расчетов и графики находятся в приложении А.

Скорость двигателя для угла управления будет равна:

; (5.28)

;

;

Результаты расчетов и графики находятся так же в приложении А.

Зону прерывистых токов рассчитаем так же по точкам. Зададимся 10-ю значениями . Значения углов занесены в массив Расчеты будут производится для тех же двух углов управления, что и предыдущие. Тогда ток, момент и скорость двигателя в зоне прерывистых токов будут равны:

; (5.29)

;

; (5.30)

; (5.31)

;

Результаты расчетов и графики находятся так же в приложении А.

Характеристики замкнутой системы будут абсолютно жесткие, что будет показано далее.

Говоря по-хорошему, сопротивление в режиме прерывистых токов меньше сопротивления в режиме непрерывных токов на величину сопротивления коммутации. Однако, в этом случае будет разрыв характеристик в граничной точке. Так же, если говорить точнее, то сопротивление коммутации изменяется с изменением тока нагрузки так же как и эквивалентное сопротивление щеточного контакта. Тогда в режиме непрерывных токов с уменьшение тока нагрузки и становится равным нулю при граничном токе. Однако в этом случае двигатель механическая характеристика двигателя в режиме непрерывных токов становится нелинейной. Следовательно, оставим сопротивления одинаковым в режиме прерывистых и непрерывных токов.

6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

6.1 Обоснование перехода к одно-массовой расчетной схеме

Приведение расчетной схемы к двух-массовой приведено в подразделе 1.3 рисунок 1.5 Найдем собственную частоту колебаний двух-массовой расчетной схемы:

кг*м2; (6.1)

кг*м2; (6.2)

с-1; (6.3)

Основанием для перехода к одно-массовой расчетной схеме сводится к нижеследующему неравенству:

; (6.4)

Настройку внутреннего контура тока будем производить на модульный оптимум, а внешнего контора скорости- на симметричный в связи с потребностью получения абсолютно жестких характеристик. Из курса ТАУ известно, что ЛАЧХ разомкнутого контура скорости при настройке на симметричный оптимум имеет вид, как показано на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1- ЛАЧХ разомкнутого контура скорости

Коэффициент для этого случая равен:

. , это

будет показано позднее. Нетрудно определить путем элементарных математических преобразований желаемую частоту среза.

с-1;

Условие перехода к одно-массовой расчетной схеме выполняется.

;

;

Тогда приведенный момент инерции равен:

кг*м2; (6.5).

6.2 Расчет регуляторов и параметров структурной схемы

В данном конкретном случае система подчиненного регулирования состоит из двух контуров: контура скорости и контура тока. Запишем систему дифференциальных уравнений в операторной форме для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при регулировании напряжения по обмотке якоря.

(6.6)

Тогда передаточные функции элементов схемы примут вид:

; ; (6.7)

;

,

где−передаточная функция блока электрической части структурной схемы;

− передаточная функция блока электромеханической части структурной схемы;

− передаточная функция блока механической части структурной схемы;

−передаточная функция, учитывающая влияние внутренней обратной связи двигателя по противо-ЭДС.

При синтезе регуляторов пренебрегаем внутренней электромеханической обратной связью двигателя. Структурная схема контура тока изображена на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2

Контур тока будем настраивать на модульный оптимум согласно методике, изложенной в курсе ТАУ. В виде малой некомпенсируемой постоянной времени выбираем постоянную времени тиристорного преобразователя .

Так как настройка производится на модульный оптимум, то передаточная функция регулятора тока в общем случае будет иметь следующий вид:

, (6.8)

где−коэффициент демпфирования контура тока;