Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Проектирование реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока со схемой правления на элементах БСР

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….5
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ………………………………………………6
ВЫБОР СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА............6
ВЫБОР КОМПЛЕКТНОГО ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА…………...8
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В КОМПЛЕКТНОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ………………………………………………………………9
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ПЕРЕХОД К ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ЕДИНИЦАМ…………………………………………………………..13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ……17
ВЫБОР ТИПА РЕГУЛЯТОРОВ И РАСЧЕТ ИХ ПАРАМЕТРОВ……..20
ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА…………………………………………….25
ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ И РАСЧЕТ ИХ СТАВОК……….28
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССОВ В ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА……………………………………………..31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………..…………………………….......38
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………...………............39

Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока со схемой правления на элементах БСР. Спроектированная система правления создана по подчиненной схеме регулирования, которая получила широкое распространение в современных электроприводах благодаря своей простоте расчета и наладки. Регуляторы в системах подчиненного регулирования применяются разного типа, но чаще всего пропорционально-интегральные. Пропорциональный канал дает возможность величить быстродействие контура, интегральный – получить вертикальный наклон механической (электромеханической) характеристики при работе электропривода на пор. Механическая характеристика при этом имеет чаще всего прямоугольную (или близкую к ней) форму. В зоне рабочих нагрузок электропривод работает в режиме поддержания заданной скорости, при перегрузках система правления переключает его в режим поддержания момента. Процесс наладки многоконтурной системы регулирования сводится к последовательности нескольких этапов, на каждом из которых настраивается система регулирования с одной обратной связью. Ограничение на допустимом ровне промежуточных координат в данной схеме производится введением ровня ограничения на статической характеристике соответствующего регулятора. Преимуществом проектируемой системы подчиненного регулирования является также ее ниверсальность, поскольку она способна довлетворить разнообразному сочетанию требований со стороны технологического процесса.

Выбор электродвигателя

Из заданного диапазона мощностей (таблица 1) выбираю двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа П151-5к продолжительного режима работы, защищенный. Параметры двигателя П151-5к представлены в таблице 2. Таблица 2. – Параметры двигателя П151-5к Тип двигат. Мощ. Pн, кВт Ток IН, А Частота Вращ.nН, об/мин Момент инер. якоря J, кг.м2 Сопрот. обмотки якоря rЯ, Ом Номин. ток обмотки возбуж., А Напряжение, В Максимальный момент, Нм П151-5к 250 622 400 92,5 0,018 44 440 14244 Нм. 3. Выбор структуры системы правления электроприводом Выбор структуры системы правления электропривода произведем с четом требований технического задания на электропривод. В качестве внутреннего контура регулирования применяем контур регулирования тока якоря. Это обеспечит ограничение тока якоря допустимым значением при возможных перегрузках электропривода. Проверяем возможность применения в качестве внешнего контура регулирования, контур регулирования напряжения. Для проверки посмотрим, довлетворяет ли данный выбор величине статической погрешности поддержания скорости. Δnc=Δnc1+Δnc2 (1) где Δnc1 и Δnc2- составляющие статической погрешности, вызванные приложением статической нагрузки и нестабильного потока возбуждения двигателя. Δnc1- составляющая, вызванная приложением статической нагрузки в схеме с интегральным регулятором напряжения, когда можно принять Uя=const. % (2 где кяд - кратность тока короткого замыкания якорной цепи двигателя., (3) Составляющую Δnc2 на стадии предварительных расчетов предсказать не дается из-за незнания величин разброса магнитного сопротивления машины и нестабильности тока возбуждения из-за нагрева обмотки, поэтому Δnс2 не учитываю. Проверим, довлетворяет ли заданная величина статической погрешности полученной. Заданная величина ; %; Рассчитанная величина =3,75%. Таким образом, в качестве внешнего контура регулирования необходимо применить контур регулирования по скорости.

Выбор комплектного тиристорного электропривода

Выбор преобразователя осуществляется по значениям напряжения и тока [1]. По словию задания нам неизвестны нагрузочные диаграммы привода. Мы незнаем в течении какого времени привод испытывает перегрузки, в связи с чем трудно выбрать преобразователь. Для выбора преобразователя чтём, что по словиям работы среднеквадратичное значение момента за период не превышает допустимого, перегрузки кратковременны. Тогда величину тока преобразователя будем выбирать такой, чтобы преобразователь выдерживал заданные перегрузки. По заданию ограничение по току составляет 2 Iн = 124А. Выбираем тиристорный электропривод КТЭУ 800/440-532-ВМТД-УХЛ4.

800 - Номинальный выходной ток
440 - Номинальное выходное напряжение.
5- Однодвигательный электропривод с линейным контактором.
3- По режиму работы электропривод реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре.
2- Исполнение по способу связи с питающей сетью – с трансформатором.
1- Исполнение системы автоматического регулирования (САР) – САР скорости однозонная. Наличие стройств:
В- Питания обмотки возбуждения двигателя.
М- Питания электромагнитного тормоза.
Т- Питания обмотки возбуждения тахогенератора.
Д- Динамического торможения электропривода.
УХЛ4- Климатическое исполнение. Преобразователь допускает протекание тока I = 124А (составляющего 1,6Iпр.н) в течении одной минуты.

Выбор элементов силового электрооборудования в комплектном электроприводе

Мощность проектируемого привода весьма значительна. Для таких приводов рекомендуется станавливать отдельный трансформатор, питающийся от сети 6кВ. По справочной литературе [1] выбираем ближайший по параметрам трансформатор: ТСЗП – 630/1УЗ, параметры трансформатора представлены в таблице 5.1. К сожалению, мощность выбранного трансформатора несколько завышена. Более близкий по параметрам трансформатор можно выбрать среди совтоловых трансформаторов, однако, сухие трансформаторы более предпочтительны. Также можно заказать именной трансформатор. Таблица 5.1 Параметры силового трансформатора Наименование Размерность Значение Линейное напряжение сетевой обмотки,U1л кВ 6 (10) Линейное напряжение вентильной обмотки,U2л В 410 Напряжение короткого замыкания,Uкз % 5,9 Потери короткого замыкания,Ркз Вт 6 Потери холостого хода, Рхх Вт 2100 Ток холостого хода,Iхх % 2 Ток вентильной обмотки, I2н А 816 Полная мощность,Sт кВА 580 Выбор сглаживающего дросселя в якорной цепи осуществляется исходя из требуемой индуктивности. В общем случае величина требуемой индуктивности в якорной цепи определяется исходя из допустимой величины пульсаций тока. Так как нам, по заданию не задана величина пульсаций, воспользуемся приближённой формулой для определения требуемой индуктивности. мГн, (5.1) где к - эмпирический коэффициент, по рекомендации [4] принимаем к = 1,4. Рассчитаем индуктивность якоря двигателя:, (5.2) здесь k – коэффициент, учитывающий наличие компенсационной обмотки; ωн – номинальная гловая скорость двигателя; pп – число пар полюсов двигателя. ωн = nн/9,55, ωн = 400/9,55 = 42рад/с, (5.3). Получили, что Lтреб<Lя, т.е. индуктивности якорной цепи достаточно для ограничения пульсаций тока. При этом мы ещё не чли индуктивность обмоток трансформатора. Таким образом, становка сглаживающего дросселя не нужна. Выбор тахогенератора Тахогенератор выбирается по величине скорости вращения двигателя, таким образом, чтоб при максимальной скорости вращения якоря двигателя у тахогенератора оставался запас по механической прочности (скорости вращения). Выбираем тахогенератор [4] типа ПТ-32. Параметры тахогенератора представлены в таблице 5.2 Таблица 5.2 Технические данные тахогенератора Характеристика блока возбуждения nн; об/мин Iя; А iв; А Тип ячейки Uв; В Iв; А 600 0.5 0.52 БФХ-0545 35 0.75 6. Определение параметров силового электрооборудования Сопротивления обмоток трансформатора: – активное, ; (6.1) - полное, ; (6.2) – индуктивное,. (6.3) Индуктивность трансформатора:,. (6.4) в этом выражении f – частота питающей сети. Полное сопротивление якорной цепи: Rяц = Rя +Rдп +Rко+2rтр+ Rэ, (6.5) где Rэ – фиктивное значение сопротивления, учитывающее снижение выпрямленной ЭДС за счет коммутационных провалов.,, (6.6) здесь m – пульсность схемы, в трёхфазной мостовой схеме m = 6. Rяц = 0,0181+0,0033+0,0125+2•0,003+0,015=0,055 Ом. Проверим в выбранном тиристорном преобразователе величину запаса по выпрямленному напряжению для статических режимов поддержания скорости. словие обеспечения заданного напряжения:, (6.7) здесь Еd0 - ЭДС идеально холостого хода преобразователя; Ед - ЭДС двигателя при максимальной скорости, Ед = Uн; ΔU1- снижение напряжения преобразователя, вызванное колебаниями напряжения сети. Imax - максимальный рабочий ток нагрузки.,, (6.8) Еd0= 1,35 U2н, Еd0= 1,35•410 = В. Подставив полученные значения в (6.7) получим: В < 440 + •0,1+0.055•1244 = 56В. Из полученных результатов видно, что величина запаса по выпрямленному напряжению мала и преобразователь не обеспечивает поддержание требуемого напряжения при проседании напряжения. Это может привести к насыщению тиристорного преобразователя, это в свою очередь вызывает посадку скорости вращения двигателя при колебаниях напряжения сети и при перегрузке привода. По словиям проектирования необходимо выбирать новый трансформатор с большей величиной вторичного напряжения. Однако в данной работе допускается оставить прежний трансформатор. Будем считать, что в нашей системе не происходит одновременной перегрузки привода и проседания напряжения сети. Рисунок 6.1-Схема электрическая принципиальная силовых цепей комплектного электропривода при токе якоря свыше 80А. Рисунок 6.2 – Схема подключения обмотки возбуждения.

Функциональная и структурная схемы электропривода

Для выполнения расчётов, связанных с выбором типа и параметров регуляторов, оценкой статических и динамических показателей процессов в электроприводе, составим для проектируемого комплектного электропривода прощенную функциональную (рисунок 7.1) и структурную (рисунок 7.2) схемы. Структурная схема составлена на основании равнений звеньев, записанных в относительных единицах, что позволяет значительно простить запись самих равнений и последующие расчёты. В таблице 7.1 представлены базовые значения переменных в электроприводе. Рисунок 7.1- прощенная функциональная схема Рисунок 7.2 − Структурная схема системы электропривода Выберем базовые значения и занесем их в таблицу 5.1. В качестве базовых величин переменных принимаем: − для напряжения и тока якоря, магнитного потока возбуждения – их номинальные значения; − для момента на валу, электромагнитного момента двигателя – величину электромагнитного момента при номинальных значениях тока якоря и магнитном потоке двигателя; − для скорости вращения двигателя – скорость его идеального холостого хода при номинальных значениях магнитного потока и напряжении на якоре; − для напряжений на выходе тиристорного преобразователя – те приращения входных напряжений, которые для преобразователя с линеаризованной статической характеристикой создают изменение выходного напряжения, равное базовому напряжению на нагрузке; − для напряжений на входах датчиков обратных связей – показания датчиков при базовом значении измеряемой координаты. При этом величины коэффициентов силия датчиков обратных связей должны быть подобраны так, чтобы во всем возможном диапазоне изменение измеряемой координаты выходное напряжение датчика соответствовало работе его на линейном частке статической характеристики. Так для базового значения напряжения на выходе датчика тока якоря принято UДТБ = 5 В с четом того, что при максимально допустимом токе якоря IМАКС = 2•IН напряжение на выходе ДТЯ составит UДТ =2•5 = 10 В. − для задающих напряжений, сравниваемых на входах регуляторов с напряжениями датчиками обратной связи – их значения, эквивалентные базовым величинам сигналов обратных связей. При равенстве входных сопротивлений по каналам задания и обратной связи, базовые значения напряжений, сравниваемых на входе каждого регулятора, равны. Номинальные напряжения операционных силителей возьмем 1В. Абсолютные значения коэффициентов датчиков обратных связей определяются по формулам: ; (7.1). (7.2) При подстановке значений в формулы (5.1) и (5.2) получаем: ;. Таблица 7.1 − Базовые значения переменных электропривода Наименование переменной Обозначение Расчетная формула Численное значение Размерность Напряжение на якоре, ЭДС преобразователя ТП и двигателя UЯ, ЕП, ЕД UН 440 В Ток якорной цепи ЯЦ Iя IН 622 А Момент двигателя М kФН•IН 6344 Нм Скорость вращения двигателя ω0 UН/ kФН 43 рад/с Коэффициент пропорциональности между ЭДС и скоростью двигателя kФ kФН 10,2 В•с/рад Напряжение на выходе регулятора тока якоря UРТЯ f(ЕП) 10 В Напряжение на выходах датчика тока якоря ДТЯ и регулятора скорости РС UДТЯ, UРС КДТЯ•IН 5 В Напряжение на выходах датчика скорости ДС и задатчика интенсивности ЗИ UДС, UЗИ КДС•nБ 10 В

Определение параметров силового электрооборудования

Механическая постоянная времени ТД двигателя, учитывающая на структурной схеме механическую инерцию вращающихся масс двигателя и механизма:, (8.1) где JД – момент инерции якоря двигателя; JМ – момент инерции рабочего механизма; n0 – скорость идеального холостого хода двигателя; MН – номинальный электромагнитный момент двигателя. Подставляем численные значения в формулу (6.1): с. Электромагнитная постоянная времени силовой цепи: ; (8.2) ; Ом; ; Ом; ; Ом; ; Гн; LЯЦ = LЯД + 2•LТР; LЯЦ=4+0,9=4,009 мГн. с. Кратность тока короткого замыкания силовой цепи преобразователь – двигатель: ; (8.3). Регулировочные свойства тиристорного преобразователя учитываются звеном с передаточной функцией:, (8.4) где ТП = 0,002 с – постоянная времени фильтра на входе СИФУ преобразователя; τ – время чистого запаздывания. Время чистого запаздывания определяется по формуле:, (8.5) где f – частота сети, Гц. При подстановке в (8.5) получаем: с. При частотах звено чистого запаздывания можно заменить апериодическим звеном:. На структурной схеме, представленной на рисунке 7.2, наблюдается перекрестная обратная связь, обусловленная влиянием ЭДС двигателя. С целью прощения расчетов допустимо пренебрежение местной обратной связью по ЭДС двигателя, если частота среза контура регулирования тока якоря ωТ лежит выше частота среза контура саморегулирования ЭДС ωЭ. Чаще всего на практике частота среза ωТ лежит в диапазоне (80…150) рад/с, в то время как ωЭ в диапазоне (20…40) рад/с. Поэтому обрывание обратной связи по ЭДС допустимо. Тогда с четом принятых допущений получаем структурную схему, представленную на рисунке 8.1. Рисунок 8.1 – Преобразованная структурная схема электропривода.

Выбор типа регуляторов и расчет их параметров

Вид передаточной функции и параметры регуляторов выбираются так, чтобы выполнить заданные требования к настраиваемому контуру регулирования. Структурная схема была преобразована в пункте 8, теперь перейдем к настройке регуляторов тока якоря и скорости. 9.1 Настройка контура регулирования тока якоря (КРТЯ) При настройке контура регулирования тока якоря КРТЯ стремятся к достижению максимально высокого его быстродействия, чтобы не допустить в переходном процессе опасных бросков тока при резком приложении чрезмерной статической нагрузки, но при этом двигатель должен быть максимально использован по току во всем диапазоне скоростей. Поэтому выберем пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор тока, обеспечив тем самым и высокое быстродействие, и минимум статической погрешности в КРТЯ. Передаточная функция регулятора тока имеет следующий вид:. (9.1) Структурная схема КРТЯ представлена на рисунке 9.1. Рисунок 9.1 – Структурная схема КРТЯ Найдем желаемые величины параметров регулятора тока из правила технического оптимума. Так как обычно ТЯЦ > ТП > τ, то выберем постоянную времени Т2: Т2 = ТМАХ = ТЯЦ = 0,07 с. Введем расчетную постоянную времени ТРТ:. (9.2) Выберем величину расчетной постоянной времени: ТРТ = (2…4)•(ТП + τ); (9.3) ТРТ = 2•(0,002 + 0,003) = 0,01 с. Тогда постоянная времени Т1: Т1 = ТРТ•КЯЦ, Т1 = 0,01•12,8 = 0,128 с. Реализуем регулятор тока на операционных силителях согласно связи параметров передаточной функции и принципиальной схеме регулятора:, (9.4) где, – базовые значения напряжения на выходе и входе регулятора тока якоря. Т2 = R6•C2. (9.5) Возьмем емкость конденсатора равной C2 = 1 мк, тогда: R6 = Т2/C2; R4 = R5 = (Т1•UРТ)/(UРТЯ•C2). Подставляем численные значения: R6 = 0,07/10-6 = 7•104 = 70 кОм; R4 = R5 = (0,128•5)/(10•10-6) = 64 кОм. Для последующей настройки контура регулирования скорости потребуется аппроксимация выражения для передаточной функции замкнутого настроенного КРТЯ произведений передаточных функций апериодических звеньев. С этой целью на рисунке 9.2 построены аппроксимированные ЛАЧХ КРТЯ. [4]. Рисунок 9.2-ЛАЧХ КРТЯ Частота среза разомкнутого КРТЯ определяется по формуле ωТ = 1/ ТРТ; (9.6) ωТ = 1/0,01 = 100 рад/с. 7.2 Настройка контура регулирования скорости (КРС) При настройке контура регулирования скорости КРС поддержание заданного значения скорости независимо от приложенных возмущений и достижение требуемых по качеству процессов пуска и торможения электропривода решаются проще и качественнее для быстродействующих КРС. Но предельное быстродействие КРС ограничено словиями его стойчивости и влиянием оборотных пульсаций напряжения тахогенератора. Требования достижения заданной статической точности регулирования определяют выбор необходимого типа регулятора скорости – пропорционально-интегрального (ПИ). Передаточная функция регулятора напряжения имеет следующий вид:. (9.7) Структурная схема КРС представлена на рисунке 9.2. Рисунок 9.3 – Структурная схема КРС Найдем желаемые величины параметров регулятора скорости. Введем расчетную постоянную времени ТРС:. (9.7) Выберем величину расчетной постоянной времени согласно правилам технического оптимума: ТРС = (2…4)•( ТРТ +ТП + τ); (9.8) ТРС = 2•(0,01 + 0,002 + 0,003) = 0,03 с. Построим ЛАЧХ КРС на рисунке 9.3. Рисунок 9.3-ЛАЧХ КРС В районе частоты среза ωС должен работать П - канал регулятора, интегральный должен работать в районе низких частот. Количественные рекомендации для этого дает правило симметричного оптимума:. (9.9) Из построения видно, что частота среза разомкнутого КРН равна: ωС = 1/ ТРС; (9.10) ωС = 1/0,03 = 33 рад/с. Определим коэффициент силения: ;. Тогда постоянная времени Т4 из выражения (9.9): ; Постоянная времени Т3 определяется по формуле: ; Реализуем регулятор напряжения на операционных силителях согласно связи параметров передаточной функции и принципиальной схеме регулятора:, (9.11) где, – базовые значения напряжения на выходе и входе регулятора тока якоря. Т4 = R3•C1. (9.12) Возьмем емкость конденсатора равной C1 = 1 мк, тогда: R3 = Т4/C1; R1 = R2 = (Т3•UЗИ)/(UРС•C1). Подставляем численные значения: R3 = 0,12/10-6 = 12•104 = 120 кОм; R1 = R2 = (0,004•10)/(5•10-6) = 8 кОм.

Построение статических характеристик замкнутой системы электропривода

В проекте необходимо построить следующие статические характеристики электропривода: − электромеханическую ω = f(IЯ); − внешнюю UЯ = f(IЯ); − регуляторные UРТ = f(IЯ), UРС = f(IЯ); − механическую ω = f(M). Преобразуем структурную схему электропривода. Для становившегося режима работы в выражениях для передаточных функций звеньев положим р = 0. Тогда структурная схема имеет вид, представленный на рисунке 10.1. Рисунок 10.1 – Структурная схема электропривода для статических режимов 10.1 Построение электромеханической и механической характеристик Построим электромеханическую характеристику электропривода на рисунке 10.2, механическую на рисунке 10.3. Поскольку в проектируемой системе правления применяется ПИ-регулятор скорости, то рабочий часток как механической, так и электромеханической характеристики жесткий. По мере величения нагрузки на валу двигателя сигнал на выходе регулятора скорости UРС величивается, препятствуя тем самым снижению скорости. Но как только этот сигнал возрастет до значения UРСМАКС, регулятор скорости насытится, контур регулирования скорости разомкнется, и дальнейшее величение нагрузки же не будет вызывать величение UРС. Это приведёт к резкому снижению ЕП и скорости n. Поскольку используется ПИ-регулятор тока, который обеспечивает точное выполнение равенства Iя=0, электромеханическая характеристика привода при достижении током якоря значения IM идет вертикально вниз. Точка идеального холостого хода: ωН = 43 рад/с, IЯ = 0; точка режима работы на пор Iм = 1400 А, Мм = 14244 Нм. 10.2 Построение внешней характеристики Внешняя характеристика электропривода UЯ = f(IЯ) строится по известной электромеханической характеристике с использованием равнения для якорной цепи двигателя: UЯ = ЕД + IЯ•rЯД, (10.2) где Ед – ЭДС двигателя; rЯД – сопротивление якорной цепи двигателя. В точке идеального холостого хода: UЯ = ЕД = 440 В. В режиме пора: UЯ = ЕД + IЯМАКС•rЯД; UЯ = 440 + 1400•0,018 = 465 В; UЯ = IЯМАКС•rЯД; UЯ = 1400•0,018 = 25 В. Внешняя характеристика электропривода представлена на рисунке 10.4. 10.3 Построение регуляторных характеристик При построении регуляторной характеристики UРТ = f(IЯ) сначала необходимо построить зависимость ЭДС преобразователя Еп от тока якоря: ЕП = ЕД + IЯ•rЯЦ, где rЯЦ – суммарное сопротивление силовой цепи преобразователя. В точке идеального холостого хода: ЕП = ЕД = 440 B. В режиме пора получаем: ЕП = ЕД + IЯМАКС•rЯЦ; ЕП = 440 + 1400•0,055 = 517 В. Характеристика представлена на рисунке 10.5. Регуляторная характеристика UРТЯ = f(IЯ) строится с использованием зависимости ЭДС преобразователя ЕП = f(IЯ) и с использованием статической характеристики тиристорного преобразователя ЕП = f(Uу). Характеристика представлена на рисунке 10.6. Как видно из рисунка, тиристорный преобразователь ненасыщен. Регуляторная характеристика UРН = f(IЯ) в схеме с ПИ – регулятором тока строится с чётом того, что:. (10.3) где КДН − коэффициент силения датчика тока, определяемый по формуле: ; (10.4) В точке идеального холостого хода: UРН = 0. В режиме пора: UРС = 0,008•1400 = 11,В. По этим двум точкам на рисунке 10,7 построена регуляторная характеристика электропривода UРН = f(IЯ).

Защиты в электроприводе и расчет их ставок

В релейно-контакторной части комплектного тиристорного электропривода выполнен ряд защит, исключающих аварийные режимы при сборке силовой схемы и обеспечивающих отключение двигателя при возникновении аварийных режимов в процессе работы. 11.1 Защита от аварийных режимов при сборке схемы Защита выполнена на реле KV1, KV3 (рисунки 6.1 и 6.3) и предназначена для запрета сборки схемы (включения линейного контактора), если на преобразователе или двигателе существует напряжение, превышающее порог срабатывания реле. С целью снижения порога срабатывания катушки реле KV1 и KV3 выбираем на напряжение вдвое меньше рабочего напряжения двигателя. Поскольку проектируемый электропривод рассчитан на 440 В, принимаем катушки реле на 220 В. Последовательно с катушками реле включены добавочные резисторы, обеспечивающие номинальный режим работы катушек при полном напряжении преобразователя. Добавочные резисторы зашунтированы размыкающими контактами реле. Таким образом, до момента включения на катушку реле поступает полное напряжение преобразователя. Настраиваются реле на минимальное напряжение втягивания. Для приводов на 440 В напряжение втягивания реле: UBT = 0,35•220 = 80 B. 11.2 Нулевая защита Защита выполнена на блокировочном контакторе KFV (рисунки 6.1 и 6.3), в цепь катушки которого включены все остальные защиты от аварийных режимов работающего двигателя, также блок - контакты аппаратов, контролирующих нормальную работу тиристорного преобразователя, возбудителя и системы регулирования. Контактор KFV обеспечивает контроль наличия оперативного напряжения и исключает самозапуск двигателя после исчезновения оперативного напряжения и его повторной подачи. Напряжение втягивания контактора KFV принимаем равным 145 В при напряжении оперативной сети 220 В. 11.3. Защита от перенапряжения Реализована на реле KV2 (рисунки 6.1 и 6.3) и предназначена для отключения двигателя при подаче на него недопустимо большого напряжения от преобразователя (например, вследствие аварии и полного его открытия). ставка реле KV2 рассчитывается по формуле: UBT = (1,1…1,15)•UНД, (11.1) где UBT − напряжение втягивания KV2; UНД − номинальное напряжение двигателя. Подставляем в формулу (11.1) численные значения: UBT = 1,1•440 = 484 В. 11.4. Максимальнотоковая защита Реализована на реле FA1 (рисунки 6.1 и 6.3). Защита предназначена для отключения двигателя при недопустимой технологической перегрузке. становка реле рассчитывается по формуле: IBT = (1,2…1,25)•KM•IH, (11.2) где IBT − ток втягивания реле FA1; KM − перегрузочная способность двигателя; IH − номинальный ток двигателя. При подстановке в (11.2) получаем: IBT = 1,2•1,8•622 = 1343,52 А. 11.5 Максимальная защита цепи возбуждения Защита выполнена на реле КА2 (рисунки 6.1 и 6.3) и предназначена для отключения двигателя при коротком замыкании в цепи обмотки возбуждения. ставка реле рассчитывается по формуле: IBT = 1,1•IВ РАСЧ (11.3) где IBT − ток втягивания КА2; IВ РАСЧ − расчётное значение тока возбуждения двигателя, которое принимается при нерегулируемом потоке двигателя равным номинальному току возбуждения. Подставляем численные значения в формулу (11.3): IBT = 1,1•44 = 48,4 А. 11.6 Защита от обрыва поля Защита реализована на реле КА1 (рисунки 6.1 и 6.3) и предназначена для отключения двигателя при обрыве в цепи обмотки возбуждения. Расчёт ставки втягивания реле КА1 выполняется в зависимости от способа правления потоком возбуждения. При постоянном потоке возбуждения ток втягивания реле КА1: IBT = (0,5…0,7)•IВ РАСЧ (11.6) где IBT − ток втягивания КА1; IВ РАСЧ − расчётное значение тока возбуждения двигателя, которое принимается при нерегулируемом потоке двигателя равным номинальному току возбуждения. Согласно формуле (11.6), получаем: IBT = 0,5•44 = 22 А. Из-за низкого коэффициента возврата реле КА1 (0,3…0,4), схема не гарантирует защиту от недопустимого снижения потока возбуждения (кроме полного обрыва), поэтому ток отпадания реле не регулируется.

Исследование качества процессов в проектируемой системе электропривода

Целью динамических расчетов является проверка настроек регуляторов тока и скорости применением прямых оценок качества. Для этого в программе Matlab строим переходную характеристику контура регулирования скорости, представленную на рисунке 12.1, по структурной схеме, изображенной на рисунке 7.2.1, с четом выбранных параметров РС. Рисунок 12.1 – Переходные характеристики I = f(t) и n = f(t) при исходном сочетании параметров системы J=1, Tд=0,8с.. Пронализируем влияние на показатели переходной функции контура регулирования скорости изменения момента инерции J( для исходного состояния системы примем J=1), следовательно механической постоянной времени ТД, в исходной схеме равной 0,8 с. При этом мы будем изменять постоянную времени так, чтобы система оставалась стойчивой и не худшались показатели переходного процесса. На рисунке 7.2.2 приведена ЛАЧХ контура регулирования скорости, на которой проиллюстрированы изменения в системе, вызванные изменением ТД. Изменяя ТД, мы изменяем ТРС. На рисунках 12.2 – 12.5 показаны кривые переходных процессов n = f(t) и I = f(t) в зависимости от значения ТД. Пронализируем характер этого влияния Рисунок 12.2 – Переходные характеристики n = f(t) и I = f(t) при J=2, ТД = 1,6 с Рисунок 12.3 – Переходные характеристики n = f(t) и I = f(t) при J=0,8, ТД = 0,64 с Рисунок 12.4 – Переходные характеристики n = f(t) и I = f(t) при J=0,5, ТД = 0,4 с Рисунок 12.5 – Переходные характеристики n = f(t) и I = f(t) при J=0,2, ТД = 0,16 с Рисунок 12.5 – Переходные характеристики n = f(t) и I = f(t) при J=0,0125, ТД = 0,01 с. С меньшим моментом инерции двигателю проще разгоняться до номинальной скорости под действием номинального момента. Как следствие, меньшается время переходного процесса, и чем меньше J, тем меньше tпп. Поскольку нагрузка на двигатель становится меньше, то и броски тока становятся меньше – максимум тока якоря IМ меньшается. Также меньшается и время достижения этого максимума. Изменение ТД влечет изменение введенной нами расчетной постоянной времени ТРС, которая должна быть больше другой расчетной постоянной времени ТРТЯ (КРТЯ является более быстродействующим, чем КРС). величение ТД происходит за счет величения маховых масс, разгон двигателя затрудняется, и, как следствие, растет время переходного процесса tпп, что также видно по ЛАЧХ. Нагрузка на двигатель становится больше, броски тока величиваются, максимум тока якоря IМ растет. Вместе с этим растет и время достижения этого максимума. При этом с точки зрения стойчивости системы мы можем величивать ТД сколь годно много – система будет продолжать оставаться стойчивой. Но с физической точки зрения, при больших маховых массах двигатель просто не сможет разогнаться, и броски тока будут чрезмерно высокими. Поэтому момент инерции можно величивать до определенного значения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В курсовом проекте были рассмотрены вопросы проектирования реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока со схемой правления на элементах БСР. Электропривод выполнен с применением двигателя постоянного тока П151-К, питающегося от тиристорного преобразователя. После проверки на перегрузочную способность был выбран комплектный тиристорный электропривод КТЭУ – 800/440 – 532 – ВМТД – ХЛ(04) по номинальному току и напряжению. Выбран тиристорный преобразователь с силовым трансформатором типа ТСЗП-630/1УЗ исполнения 5. Также был выбран тахогенератор ПТ-32 и составлены принципиальная схема силовых цепей КТЭ, электрическая принципиальная схема релейно-контакторных цепей и схема цепей возбуждения двигателя. Далее был произведен выбор регуляторов тока якоря и скорости. Вид передаточной функции и параметры регуляторов выбирались так, чтобы выполнить заданные требования к настраиваемому контуру регулирования. В качестве РТЯ взяли пропорционально-интегральный регулятор, поскольку наличие И – канала позволяет получить вертикальный наклон механической характеристики при работе привода на пор. П – канал дает возможность величить быстродействие контура регулирования тока, что облегчает словие настройки последующего контура регулирования скорости и при резких перегрузках привода исключает в переходных режимах выбросы ток якоря сверх допустимых значений. Рассчитаны необходимые сопротивления и емкости. В качестве регулятора скорости выбрали ПИ-регулятор, выполнив тем самым требования достижения заданной статической точности регулирования. Были построены статические характеристики электропривода и пронализированы пределы возможного регулирования. Построенные статические характеристики подтвердили то, что выбранный тиристорный преобразователь работает в ненасыщенном состоянии. Выбраны реле защиты в ЭП, также проведен расчет их становок. Исследованы переходные процессы, и влияние на их качество момента инерции

Библиографический список

Альбом технических данных индивидуальных электрических машин для приводов прокатных станов: справочные материалы для проектирования/ под ред. А.И. Шейнмана. – М.: ГПИ ТПЭП, 1968. – 363 с.
Комплектные тиристорные электроприводы: справочник / И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; под ред. В.М. Перельмутера. – М.: Энерготомиздат, 1988. – 319 с.
Гельман, М.В. Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного тока: учебное пособие / М.В. Гельман. – Челябинск: ЧГТУ, 1996. – 91 с.
Стандарт предприятия: курсовые и дипломные проекты. Общие требования к содержанию и оформлению. СТО УрГУ 04 – 2008. – Челябинск: : Издательский центр УрГУ, 2008 – 56 с.
Усынин, Ю.С. Системы правления электроприводов: учебное пособие к курсовому проектированию / Ю.С. сынин, С.М. Бутаков, Р.З. Хусаинов, В.П. Мацин. – Челябинск: Издательство УрГУ, 2. – 46 с.
Усынин, Ю.С. Системы правления электроприводов: учебное пособие для ВЗов / Ю.С. сынин. – Челябинск: Издательство УрГУ, 2004. – 326 с. 7 сынин, Ю.С. Теория автоматического правления: учебное пособие для ВЗов/ Ю.С. сынин. ¬– Челябинск: Издательство УрГУ, 2010. – 174 с.

Blog