Розрахунок тиристорного електропривода

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Механіка електропривода, розрахунок електромеханічних і механічних характеристик

1.1 Розрахунок моментів електропривода

При визначенні зусиль, які розвиває двигун на барабані, слід скористатися кінематичною схемою привода на якому розставлені дії усіх сил на робочий орган.

Визначення ваги візка Go:

,

де m0 - маса порожнього візка; g - прискорення вільного падіння.

H.

Визначення ваги вантажу Gн:

,

де mн - маса вантажу.

H.

Визначення ваги противаги Gп:

,

де mп - маса противаги:

H.

Визначення складових сили тяжіння, яка діє на канат та на колеса візка:

,

,

де: G=G0+Gн - для завантаженого візка; G= G0 - для порожнього візка.

Gз=9,81+29,43=39,24 H.

Gп=9,81 Н.

Н.

Н.

Н.

Н.

Сумарна сила тертя у візку:

Fтр,

де k - коефіцієнт тертя реборд о рейку; f - коефіцієнт тертя ковзання колеса о рейку; - коефіцієнт тертя у цапфах; Dк - діаметр колеса візка

? завантажений візок:

Fтрзав Н,

? порожній візок:

Fтрп Н.

Результуюче окружне зусилля на барабані:

.

Знак „+” при Fтр береться при підйомі, знак „-” - при спуску візка, так як сила тертя завжди направлена проти направлення руху.

- завантажений візок при підйомі:

Н,

- завантажений візок при спуску:

Н,

- порожній візок при підйомі:

Н,

- порожній візок при спуску:

Н.

Щоб визначити режим роботи електричної машини (двигун або генераторний), необхідно враховувати знак швидкості. Приймемо при підйомі швидкість V=Vн додатна, а при спуску від'ємною (-Vн).

Так як потужність пропорційна FV, то при однакових знаках результуючого зусилля F і швидкості візка V режим роботи електричної машини буде двигуном, при різних знаках - генераторний або гальмівний.

Попередня оцінка режиму роботи електродвигуна дозволяє правильно врахувати ККД барабана та редуктора при визначені моментів обертання та потужності на валу барабана та на валу двигуна.

1.2 Розрахунок статичних моментів в електроприводі підіймача

Статичні моменти опору на валу барабана для режимів:

а) режим двигуна:

,

де ?б - ККД барабану, в.о.

- візок завантажений при підйомі:

кНм,

- візок порожній при спуску:

кНм,

б) режим генератора:

,

- візок порожній при підйомі:

кНм,

- візок завантажений при спуску:

кНм.

Зведений до вала двигуна статичний момент механізму:

,

де ?р - ККД редуктора, в.о.

а) режим двигуна:

- візок завантажений при підйомі:

кНм,

- візок порожній при спуску:

кНм.

б) режим генератора:

,

- візок порожній при підйомі:

кНм,

- візок завантажений при спуску:

кНм.

Статичні потужності, які розвиваються на валу двигуна:

а) режим двигуна:

,

де Vн - номінальна швидкість візка.

- візок завантажений при підйомі:

кВт,

- візок порожній при спуску:

кВт,

б) режим генератора:

,

- візок порожній при підйомі:

кВт,

- візок завантажений при спуску:

кВт,

Сумарний зведений до вала двигуна момент інерції приводу:

.

1.3 Розрахунок характеристик привідного двигуна

Розрахунок природної механічної та електромеханічної характеристик для асинхронного двигуна з фазним ротором.

,

де Мк - критичний момент двигуна, Нм; Sк - критичне ковзання в.о.

Критичне ковзання для природної характеристики:

.

Знак „+” беремо для режиму двигуна та режиму противімкнення, а знак „-” - для генераторного режиму роботи електричної машини.

,

Ом.

,

Ом.

,

Для генераторного режиму максимальний момент дорівнює:

,

Нм.

Таблиця 1.1 ? Розрахунок природної характеристики

S	M	M?	I2?
-1	-498,538	-1,31757	-4,7662
-0,7	-701,211	-1,8532	-4,7293
-0,208	-1400,96	-3,70254	-3,64391
-0,104	-1077,56	-2,84785	-2,25975
0	0	0	0
0,057	548,2527	1,448955	1,193303
0,208	1000	2,64286	3,07861
0,5	740,0488	1,955845	4,106182
1	436,2868	1,153045	4,458709
1,5	303,7399	0,802742	4,556377
2	232,1606	0,613568	4,59973

Для побудови механічних та електромеханічних характеристик асинхронного двигуна у відносних одиницях користуються такими формулами:

.

.

Номінальний момент двигуна:

,

де щн - номінальна кутова швидкість двигуна, щн=100 с-1.

Нм.

Номінальне ковзання двигуна:

,

де щ0 - синхронна кутова швидкість асинхронного двигуна, с-1.

,

де р - число пар полюсів, f - частота мережі живлення, Гц.

с-1.

Розрахунок штучних механічних та електромеханічних характеристик асинхронного двигуна.

Для розрахунку штучних характеристик необхідно визначити додатковий опір Rд, який би забезпечував би швидкість двигуна .

Додатковий опір у фазі ротора:

,

де R2 - активний опір фази ротора, Ом, Sи - штучне ковзання, в.о.

,

Ом.

Критичне ковзання для штучної характеристики:

Sk=Su.

Формула Клоса для штучної характеристики прийме вигляд:

.

Розрахунок штучних характеристик зводимо до таблиці:

Таблиця 1.2 ? Розрахунок штучних характеристик

S	M	M?	I2?
-1	-1115,12	-2,94712	-2,35612
-0,7	-848,745	-2,24311	-1,71978
-0,3	-378,867	-1,00129	-0,75221
0	0	0	0
0,2	234,7095	0,620304	0,483411
0,5	530,5728	1,402229	1,149194
0,7	682,8672	1,804722	1,542599
1	845,334	2,234099	2,051399
1,5	976,409	2,580512	2,70021
2	998,8967	2,639944	3,153634

1.4 Аналітичний розрахунок опорів пускового реостата

Розраховуємо коефіцієнт л:

,

де m - задане число ступенів пуску; R1p - повний опір в одній фазі ротора асинхронного двигуна, Ом; Rр - опір фазної обмотки ротора асинхронного двигуна, Ом

,

де U2н - номінальна лінійна напруга ротора, В; Іп - пусковий струм двигуна, А.

,

де Кп - кратність перевантаження за струмом.

А,

Ом,

Rp=R2=0,124 Ом,

.

Момент переключення двигуна:

,

де М1 - пусковий момент двигуна

,

Нм,

Нм,

Опір ступенів пускового реостату.

Опір першої ступені пускового реостата:

,

Ом.

Опір другої ступені пускового реостата:

,

Ом.

Опір третьої ступені пускового реостата:

,

Ом.

Опір четвертої ступені пускового реостата:

,

Ом.

Опір секцій пускового реостата.

Опір першої секції пускового реостата:

,

Ом.

Опір другої секції пускового реостата:

,

Ом.

Опір третьої секції пускового реостата:

,

Ом.

Опір четвертої секції пускового реостата:

,

Ом.

Повний опір пускового реостата.

,

Ом.

1.5 Графічний розрахунок опору пускових реостатів

Визначення масштабу опорів.

,

Ом/мм.

Опір першої секції пускового реостата:

,

Ом.

Опір другої секції пускового реостата:

,

Ом.

Опір третьої секції пускового реостата:

,

Ом.

Опір четвертої секції пускового реостата:

,

Ом.

Повний опір пускового реостата.

,

Ом.

Швидкість встановленого руху візка.

,

де щс - швидкість двигуна по природній характеристиці, с-1

Кутову швидкість на природній характеристиці визначаємо по механічній характеристиці, яка приведена у графічній частині.

Значення кутових швидкостей приведені у таблиці.

Таблиця 1.3 ? Значення кутових швидкостей на природній характеристиці

щс1, с-1	щс2, с-1	щс3, с-1	щс4, с-1	щн, с-1	щ0, с-1
73,5	79	77	81,2	74	78,54

м/с.

м/с.

Опір ступені противімкнення.

Значення опору ступені визначаємо по графіку.

,

Ом.

Опір секції противімкнення

,

Ом.

Принципова схема електроприводу з вмиканням опорів наведено на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 ? Принципова електрична схема електроприводу

2. Розрахунок навантажувальної потужності та вибір двигуна за нагрівом

2.1 Розрахунок діаграми навантаження і швидкості

Електромеханічні постійні часу при пуску

- з вантажем:

,

де Jгр - сумарний момент інерції привода при пуску завантаженого візка, кгм2; Дщх - приріст швидкості на кожній ступені, відповідаючий приросту моменту ДМ=М1-М2.

Таблиця 2.1? Значення приростів кутової швидкості на ступенях розгону

Дщ1 с-1	Дщ2 с-1	Дщ3 с-1	Дщ4 с-1	Дщ5 с-1	Дще с-1	Дще' с-1
31	19	11	7	4	2	4

Таблиця 2.2 ? Значення статичних моментів

Мс1 Нм	Мс2 Нм	Мс3 Нм	Мс4 Нм
300	-83	-118	193

с.

- без вантажу:

,

де Jпор - сумарний момент інерції привода при пуску порожнього візка, кгм2.

с.

Розрахунки електромеханічних постійних часу заносимо до таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 - Значення електромеханічних постійних часу

Завантажений візок	Порожній візок
Т1	0,129	Т'1	0,093
Т2	0,079	Т'2	0,057
Т3	0,046	Т'3	0,033
Т4	0,029	Т'4	0,021
Т5	0,017	Т'5	0,012

Час розгону на кожній ступені пуску для візка:

? візок завантажений:

,

де Тх, Т'x - електромеханічні постійні часу при пуску відповідно завантаженого та порожнього візка, с; М1 - найбільший момент при пуску, Нм; М2 - найбільший момент перемикання, Нм; Мс1 - статичний момент при підйомі завантаженого візка, Нм; Мс3 - статичний момент при спуску порожнього візка, Нм.

с.

- візок порожній:

,

с.

Таблиця 2.4 - Інтервали часу необхідні для розгону на кожній ступені пуску

Завантажений візок	Порожній візок
t1, с	0,144	t'1, с	0,061
t2, с	0,088	t'2, с	0,037
t3, с	0,051	t'3, с	0,022
t4, с	0,032	t'4, с	0,014
t5, с	0,019	t'5, с	0,008

Час розгону від швидкості щ5 до щс1 та від щ4 до щс3 можуть бути знайдені з виразів

? завантажений візок:

,

де Те - електромеханічна постійна часу для природної характеристики при підйомі завантаженого візка;

,

с.

с.

? порожній візок:

,

де Т'e- електромеханічна постійна часу для природної характеристики при спуску порожнього візка.

,

с.

с.

Загальний час пуску візка

? візок завантажений:

,

с.

? візок порожній:

,

с.

Електромеханічні постійні часу електроприводу при гальмуванні

? візок завантажений:

,

де МТ1, МТ2 - гальмівні моменти двигуна при підйомі завантаженого візка, які визначаються по пусковій характеристиці, Нм;

МТ1=757 Нм.

МТ2=387 Нм.

с.

? візок порожній:

,

де М' Т1, М'Т2 - гальмівні моменти двигуна при спуску порожнього візка, які визначаються по пусковій характеристиці, Нм;

М' Т1=757 Нм.

М'Т2=387 Нм.

с.

Час гальмування противімкненням від сталої швидкості до повної зупинки.

? візок завантажений;

.

с.

? візок порожній;

.

с.

Для розрахунку часу сталого руху необхідно визначити шляхи та швидкості сталого руху.

Шлях усталеного руху при підйомі або спуску візка визначають як різницю заданого шляху L та шляхів, які проходить візок при спуску та гальмуванні. Ці шляхи знаходять з побудованої діаграми швидкості.

Шлях, який пройде візок з вантажем при пуску вгору, дорівнює площині трапеції abcd, при гальмуванні - площини трикутника efg.

Таким же чином знаходять шляхи пуску та гальмування при спуску порожнього візка (площини a'b'c'd' та e'f'g').

Шляхи пуску та гальмування.

? при підйомі візка з вантажем:

,

м.

,

м.

? при спуску порожнього візка:

,

м.

,

м.

Шляхи та час сталого руху.

? при підйомі візка з вантажем:

,

м.

,

с.

? при спуску порожнього візка:

,

м.

,

с.

2.2 Перевірка приводного двигуна за нагрівом

,

де tц - час циклу, с;

,

с.

%.

Визначення еквівалентних моментів для трапецеїдальних графіків.

? на ділянках ti=t1+t2+t3+t4+t5 , а також ti=t'1+t'2+t'3+t'4+t'5;

,

(кНм)2.

? на ділянках tі=t6 та tі=t'6;

,

Мс=Мс1 для t6, Mc=Mc3 для t'6;

(Нм)2.

(Нм)2.

? на ділянках tі=tТ1 tі=tТ2;

,

(Нм)2.

,

(Нм)2.

Для прямокутних графіків.

? на ділянках tі=tу1 та tі=tу2;

,

(Нм)2.

,

(Нм)2.

У зв'язку з тим, що для привода візка прийнято двигун повторно-короткочасного режиму роботи, то еквівалентний момент необхідно знаходити за час його фактичної роботи, без урахування пауз.

,

,

де б - коефіцієнт, який враховує погіршення охолодження двигуна при пуску та гальмуванню б=0,5;

с.

Отриманий еквівалентний момент необхідно привести до найближчої стандартної тривалості включення ПВст.

,

Нм.

,

Нм.

Так як МДСТ>МЭСТ, то двигун вибрано вірно.

2.3 Моделювання електропривода похилого підіймача

- коефіцієнт приведення.

.

.

.

.

Схема та результати моделювання приведені у графічній частині курсового проекту.

3. Розрахунок та побудова статичних характеристик тиристорного електропривода

У даному розділі розраховується реверсивний тиристорний електропривод з окремим керуванням групами тиристорів.

Відомо, що окреме керування групами тиристорів дозволяє виключити з схеми реактори, які обмежують зрівнювальні струми. Але в цьому випадку випрямлений струм при малих навантаженнях стає перериваним. Це обумовлено тим, що індуктивність ланцюга навантаження перетворювача є кінцевою величиною, у зв'язку з цим струм навантаження зглажен неідеально. При цьому між неперерваним та перерваним з'являється режим початково-перерваного струму, так званий граничний режим. Він характеризується тим, що перекривання вентилів відсутнє, але ще немає інтервалів нульового струму, а струм у початку кожного інтервалу (у момент відкривання послідуючого вентиля) дорівнює нулю. Тому напруга перетворювача дорівнює ЕРС.

ЕРС та струми перетворювача та швидкість двигуна для режиму перерваного струму при змінних б та л.

,

,

де Е2лmax - амплітудне значення лінійної ЕРС трансформатора, В;

.

де: б - кут відкривання вентилів; л - кутова тривалість імпульсу; m - фазність перетворювача; Id - випрямлений струм перетворювача (струм якоря двигуна), А; щ0 - кутова частота живлячої мережі; LУ - індуктивність якірного ланцюга, Ом; щ - кутова швидкість двигуна, с-1; Cg - коефіцієнт ЕРС двигуна.

,

,

де ха - реактивний опір фази трансформатора, Ом;

,

де Uк=6 %.

Ом.

Гн.

,

де г=0,6:

Гн.

Гн.

Визначаємо конструктивну постійну двигуна:

,

,

Ом.

.

Розрахунки Еd, Іd та щd в залежності від кута керування б та кута кутової тривалості імпульсу зводимо до таблиць 3.1, 3.2 та 3.3.

Таблиця 3.1 - ЕРС для режиму перервних струмів

Таб 3,3 Еd	лямбда
а	0,261667	0,523333	0,785	1,046667
0,261666667	286,62	286,62	280,11	267,44
0,523333333	286,62	276,86	261,04	239,80
0,785	267,10	248,26	224,20	195,85
1,046666667	229,41	202,75	172,10	138,56
1,308333333	176,09	143,44	108,27	71,83
1,57	110,79	74,37	37,08	0,22
1,831666667	37,94	0,23	-36,64	-71,41
2,093333333	-37,49	-73,92	-107,86	-138,18
2,355	-110,36	-143,04	-171,74	-195,54
2,616666667	-175,73	-202,43	-223,93	-239,58
2,878333333	-229,13	-248,03	-260,87	-267,32
3,14	-266,93	-276,74	-280,05	-276,86

Таблиця 3.2 - Значення струму для режиму перервних струмів

Таб 3,3 Id	лямбда
а	0,261667	0,523333	0,785	1,046667
0,261666667	-0,0108	0,0000	0,2880	1,3376
0,523333333	0,0108	0,1707	0,8445	2,5842
0,785	0,0317	0,3298	1,3435	3,6548
1,046666667	0,0504	0,4664	1,7510	4,4766
1,308333333	0,0657	0,5713	2,0393	4,9937
1,57	0,0766	0,6372	2,1888	5,1708
1,831666667	0,0822	0,6598	2,1892	4,9958
2,093333333	0,0822	0,6375	2,0407	4,4808
2,355	0,0766	0,5718	1,7531	3,6607
2,616666667	0,0658	0,4671	1,3463	2,5913
2,878333333	0,0506	0,3307	0,8478	1,3456
3,14	0,0318	0,1717	0,2915	0,0082

Таблиця 3.3 - Значення кутової швидкості для режиму перервних струмів

Таб 3,3 Wд	лямбда
а	0,261667	0,523333	0,785	1,046667
0,261666667	343,55	343,55	335,76	320,56
0,523333333	343,55	331,86	312,90	287,44
0,785	320,16	297,57	268,74	234,75
1,046666667	274,98	243,03	206,28	166,08
1,308333333	211,07	171,93	129,78	86,10
1,57	132,80	89,14	44,45	0,26
1,831666667	45,48	0,27	-43,91	-85,59
2,093333333	-44,93	-88,61	-129,28	-165,62
2,355	-132,29	-171,46	-205,85	-234,38
2,616666667	-210,63	-242,64	-268,41	-287,18
2,878333333	-274,64	-297,30	-312,69	-320,43
3,14	-319,95	-331,72	-335,69	-331,86

При навантаженнях двигуна, які відповідають неперервному струму, електромеханічні характеристики та механічні характеристики можуть вважатися лінійними і розраховуватися за такими виразами:

,

,

де Еdmax - максимальне значення випрямленої ЕРС перетворювача при б=0;

При СеФ = СмФ = Сg рівняння приймуть вигляд:

.

.

При m = 6, б = 0 та л = р/m Еdmax дорівнює:

,

де:

E2лmax=,

В.

Сумарний активний опір якірного кола:

,

де Rк - комутаційний опір, Ом.

,

Ом.

Ом.

Значення Іdгрmax визначається підстановкою m=6, б=р/2, л=2р/m;

,

А.

Розрахункові дані для побудови електромеханічних характеристик для режиму неперервного струму для значень струму Іdгрmax, 0,5Ін, Ін зводимо до таблиці 3.4.

Регулювання швидкості уверх від основної виконується зменшенням потоку збудження. При цьому необхідно враховувати нове значення конструктивної постійної двигуна С'g і так званої кутової характеристики tgг.

Регулювання швидкості в цьому діапазоні припускає постійність потужності на валу двигуна.

Нове значення C'g на відповідній характеристиці визначаємо із виразу:

є

Таблиця 3.4 - Значення кутової швидкості для режиму неперервних струмів

Wd
а	Idгр	0,5*Idн	Idн
0,261666667	318,88	308,15	295,74
0,523333333	284,19	275,03	262,62
0,785	230,15	222,34	209,93
1,046666667	160,44	153,67	141,26
1,308333333	79,81	73,69	61,28
1,57	-6,25	-12,15	-24,56
1,831666667	-91,89	-98,00	-110,42
2,093333333	-171,27	-178,04	-190,45
2,355	-238,99	-246,79	-259,20
2,616666667	-290,44	-299,59	-312,00
2,878333333	-322,12	-332,84	-345,25
3,14	-331,87	-344,27	-356,68

Рішаючи це рівняння відносно C'g, отримаємо:

.

Звідки:

.

Враховуючи, що Мщд=Рн, отримаємо:

.

Так як двигун працює в системі ТП-Д, то замість U=Uн необхідно підставити в рівняння ЕРС перетворювача Еdн, яка б забезпечувала номінальний режим роботи двигуна:

,

де Ен - ЕРС двигуна при номінальному режимі двигуна, В; Іdн - номінальний струм якоря, А.

В.

Таким чином, при відомих Еdн, RУ, Рн розраховуємо деяку постійну К:

,

та відповідну їй залежність:

.

Враховуючи, що:

,

знаходимо змінний кутовий коефіцієнт:

,

Визначення значення Мгрmax:

,

Нм.

,

Нм.

Значення кутових швидкостей механічної характеристики для режиму неперервних струмів заносимо до таблиці 3.6.

Таблиця 3.6 - Значення кутової швидкості для режиму неперервних струмів

	W
	a	Мгр	0,5*Мн	Мн
П/12	0,2617	314,05	308,15	295,74
П/6	0,5233	280,93	275,03	262,62
П/4	0,7850	228,24	222,34	209,93
П/3	1,0467	159,57	153,67	141,26
5П/12	1,3083	79,59	73,69	61,28
П/2	1,5700	-6,25	-12,15	-24,56

Розрахункові механічні та електромеханічні характеристики наведені в графічній частині.

Висновки

Виконавши курсову ми закріпили та практично засвоїти конкретні задачі розрахунку та проектування електропривода за заданими технічними умовами.

Послідовно виконали такі етапи:

- механіка електропривода, розрахунок електромеханічних та механічних характеристик;

- розрахунок діаграм навантаження та вибір потужності двигуна за нагрівом;

- моделювання розрахованої системи;

- розрахунок та побудова статичних характеристик тиристорного електроприводу (ТП - Д);

- розрахунок перехідних процесів у двомасовій пружній електромеханічній системі електроприводу.

результуючий статичний генераторний номінальний

Перелік посилань

1. Чиликин М.Г. Общий курс електропривода / М.Г. Чиликин, A.C. Сандлер // М.: Энергоатомиздат, 1981. - 576с.

2. Ильинский Н.Ф. Основы електропривода / Н.Ф. Ильинский // М: МЭИ, 2000. -164с.

3. Бондаренко В.І. Основи електричного привода / В.І. Бондаренко // Навчальний Посібник. Запоріжжя: ЗНТУ, 2003. - 314с.

4. Москаленко В.В. Электрический привод / В.В. Москаленко // учебник для студентов высших учебных заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 368с.

5. Ключев В.И. Теория електропривода / В.И. Ключев // М.: Энергоатомиздат 2001. - 704с.

6. Онищенко Г.Б. Электрический привод / Г.Б. Онищенко // Учебник для вузов. М.: РАСХН. 2003. - 320с.

7. Фираго Б.И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б.И. Фигаро, Л.Б. Павлячик // Минск «Техноперспектива» 2006. - 363с.

8. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н. Вешеневский // М.: Энергия, 1977. - 431с.

9. Клюев В.И. Теория электропривода / В.И. Клюев // М.: Энергоатомиздат. 1985. - 560с.

10. Башарин A.B. Управление электроприводами / A.B. Башарин // Учебное по-собие для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. - 392с.

11. Усатенко С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД / С.Т. Усатенко Т.К., Каченюк, М.В. Терехова // М.: Издательство стандартов, 1989. - 325с.

Размещено на Allbest.ru