Бланк для лабораторной работы №3 Атомы. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Электрический привод

• Название: Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Электрический привод
• Анкор: Бланк для лабораторной работы №3 Атомы
• Дата: 01.12.2022
• Размер: 1.85 Mb.
• Имя файла: 1664339294988614 (2).doc
• Тип: Методические указания; #822535
• страница: 8 из 20

РС

РТ

ТП

U_ЗС

R_ЭТ

ТГ




R_OC

Д




R_OT

Ш










ОВД

ДТ

б)

Рисунок 15. Структурная (а) и принципиальная (б) схемы системы ТП–Д с подчиненным контуром регулирования тока и внешним контуром регулирования скорости


-


Рисунок 16. Структурная (а) и принципиальная (б) схемы системы ПЧ–АД с автономным инвертором напряжения

К п.16. При синтезе замкнутой системы, настраиваемой на технический оптимум методом последовательной коррекции, должны быть определены желаемая передаточная функция разомкнутой системы W_раз (р), передаточная функция объекта регулирования W_ор(р), включающая в себя управляемый преобразователь, двигатель и механическую часть электропривода, характеризуемую суммарным приведенным моментом инерции J, а также передаточная функция регулятора (скорости, тока): W_р(р) = W_раз(р)/W_ор(р).

Эти передаточные функции могут быть найдены по формулам, приведенным в работе [1], там же показано, как определить тип требуемого регулятора.

Для системы УП–Д и, следовательно, ТП–Д, желаемые передаточные функции разомкнутых контуров регулирования скорости и тока определяются по формулам:

, .
Передаточные функции объектов регулирования тока и скорости имеют вид [1, с. 467, 528]:
,
где k_П – коэффициент усиления преобразователя,

;

Т_μ – малая некомпенсированная постоянная; Тμ = (0,005 ÷ 0,01) с;

R_яΣ – суммарное сопротивление якорной цепи (цепи выпрямленного тока);

Т_м – электромеханическая постоянная электропривода;

β – жесткость естественной характеристики двигателя;

kФ – коэффициент ЭДС двигателя;

– коэффициенты обратной связи по скорости и току.

Передаточные функции регуляторов тока и скорости определяют по формулам:



здесь – постоянная интегрирования ПИ-регулятора, т.е. необходим ПИ-регулятор,

.

В этом случае необходим П-регулятор скорости с коэффициентом .

Коэффициент обратной связи по скорости:



где – скорость идеального холостого хода двигателя, соответствующая наибольшей заданной установившейся скорости.

В системе ПЧ–АД с замкнутым контуром регулирования скорости передаточная функция регулятора скорости:



где К_ОМ – коэффициент обратной связи по моменту.

К п.17. Для уменьшения объема расчётов замкнутой системы электропривода расчёт параметров предлагается выполнить только для регулятора скорости, ориентируясь на пример 7.1 и 7.2 в работе [1]. Напряжение задания скорости , соответствующее наибольшей заданной установившейся скорости, принять равным 12 В. Напряжения, соответствующие двум другим установившимся скоростям, должны быть пропорционально уменьшены.

Коэффициент усиления тахогенератора k_ТГ определяют, выбрав по справочнику тахогенератор постоянного тока, например типа ТНГ. При затруднениях принять k_ТГ = 0,5 В·с.

Коэффициент усиления регулятора скорости при настройке токового контура и контура скорости на технический оптимум (а_Т = 2, а_с = 2)



здесь К_ОТ – коэффициент обратной связи по току. Его можно определить, зная параметры датчика тока и шунта, включенного в цепь якоря двигателя. В курсовом проекте предлагается коэффициент датчика тока К_ДТ принять равным 50, ток шунта – равным двойному номинальному току двигателя и считать напряжение на шунте U_ш при этом токе равным 75 мВ (0,075 В). Тогда

.

Приняв (см. схему), получаем:

.

Задавшись далее , определяем

.

Затем определяем ЭДС тахогенератора при :

.

Необходимое сопротивление:

.

К п.18. Расчёт статических механических характеристик в замкнутых системах УП–Д (при настройке контура регулирования скорости и подчиненного контура регулирования тока (момента) на технический оптимум можно выполнить по приведенным ниже уравнениям.

Для системы ТП–Д:

,

где – модуль жесткости статической механической характеристики замкнутой системы;

β – модуль жесткости естественной характеристики двигателя.

Для системы ПЧ–АД

.

Примеры расчётов статических механических характеристик в замкнутых системах приведены в работах [1, 2].

К п.19. Анализ динамических качеств замкнутой системы необходим для проверки соответствия качества динамических процессов заданным. Определяют установившуюся динамическую ошибку и суммируют её со статической ошибкой, т.е. находят . Установившаяся динамическая ошибка . Статическая ошибка по скорости в замкнутой системе .

Время I-го согласования текущего и установившегося значения скорости находится по выражению или определяется по кривой ω(t) при пуске вхолостую. Перерегулирование по скорости при пуске вхолостую также находится по кривой ω(t) или определяется по соотношению:



где .

К п.20. Составить принципиальные схемы разомкнутой и замкнутой систем. На них следует показать питающий трансформатор (при наличии такового), вентильный преобразователь со всеми основными элементами, электродвигатель, датчики и регуляторы тока (момента) и скорости. Систему управления вентилями преобразователя приводить не следует (условно она может быть изображена прямоугольниками).

К п.21. Расчёт энергетики выполнить для спроектированной разомкнутой системы электропривода. Для этого необходимо определить:

а) полезно затраченную энергию и потери за цикл в установившихся режимах работы – и ;

б) общий расход энергии за цикл, час, год – Расход электроэнергии за год W_Г рассчитать из условия работы предприятия в две смены длительностью каждая по 8 часов и 250 рабочих дней в году;

в) потери энергии в двигателе и преобразователе – и (показать отдельно);

г) отношение суммарных потерь энергии за цикл к общему расходу энергии, % – ;

д) КПД и коэффициент мощности электропривода в каждом установившемся режиме работы, а также потребление реактивной энергии за цикл.

Независимо от типа проектируемой системы электропривода его КПД определить по известному соотношению:

,

где – соответственно, мощность на валу двигателя и потребляемая из сети, суммарные потери мощности в силовой части схемы ЭП, энергия, затраченная на совершение полезной работы и соответствующие ей потери энергии вi-м установившемся режиме работы.

, кВт.

Определение других составляющих написанной формулы КПД рассмотрено ниже.

Потребление из сети реактивной энергии W_Р за цикл независимо от системы ЭП определить по известному соотношению:

,

где – число установившихся режимов работы за цикл; реактивная мощность, потребляемая из сети (вар), время работы и коэффициент реактивной мощности в i-м установившемся режиме ( определяется по найденному коэффициенту мощности (см. далее)).

Примечание: в системе ТПД-Ч потребление W_Р не рассчитывать.

Расход электроэнергии выразить в кВт·ч. Годовой расход энергии рассчитывается для двухсменного графика работы при 250 рабочих днях. Общий расход энергии за цикл составляет:

.

Энергию, затраченную двигателем на совершение полезной работы в установившихся режимах работы, независимо от системы электропривода рекомендуется определять по формуле:

, Вт·с.
Расчёт потерь энергии и энергетических показателей в установившихся режимах работы.
Система ТП–Д. Потери энергии в установившемся режиме работы состоят из потерь в двигателе и тиристорном преобразователе (ТП):

.

Потери энергии в двигателе определяются по уравнению [1, с. 338]

, (1)

где – потери мощности на возбуждение;

– сумма потерь мощности (механических и в стали) при номинальной скорости двигателя;

– скорость идеального х.х. двигателя на регулировочной характеристике.

,

где – скорость идеального х.х. на естественной характеристике двигателя.

Потери энергии в ТП [1, с. 346]:

, (2)

где – соответственно потери мощности х.х. и к.з. согласующего трансформатора (токоограничивающих реакторов), потери при номинальном токе якоря в реакто­рах (уравнительных и сглаживающих дросселях), а также в тиристорах;

I_НП – номинальный ток преобразователя.

,

здесь I_H – номинальные токи уравнительных и сглаживающих дросселей.

Потери мощности в тиристорах рекомендуется принять равным 0.

Коэффициент мощности системы ТП–Д в i-м установившемся режиме работы определить по формуле:

,

где – напряжение на якоре двигателя в i-м режиме работы; коэффициент искажения тока; номинальный ток двигателя: (при ).

Система ПЧ–АД. Потери энергии в АД и ПЧ в установившемся режиме .

Потери энергии в асинхронном двигателе [1, с. 346]:

, (3)

где – механические потери при номинальной скорости ;

– потери в стали статора при номинальной частоте;

– номинальный ток намагничивания ; (4)

– скорость идеального х.х. при работе двигателя на регулировочной характеристике, соответствующей i-му установившемуся режиму;

– скольжение двигателя, соответствующее этому режиму .

Постоянные потери мощности в двигателе

,



где – номинальный электромагнитный момент и скорость идеального х.х. на естественной характеристике.

Потери энергии в ПЧ рекомендуется определять по приближенной формуле

,

здесь – номинальная полная мощность, потребляемая ПЧ из сети;

– коэффициент загрузки ПЧ по току, ; где – ток статора и номинальный ток ПЧ, двигателя при работе с установившейся скоростью в i-м режиме.

, .

Приведенный ток ротора при работе с установившейся скоростью.

.

При отсутствии в паспортных данных ПЧ сведений об энергетических показателях принять .

К п.22. Затраты на электроэнергию рассчитать по её годовому расходу и стоимости электроэнергии руб./кВт ч.

К п. 23. При составлении заключения о рациональности спроектированной системы электропривода для заданной рабочей машины и заданных условий рекомендуется привести таблицу, отражающую все основные его показатели: время переходных процессов (пуска, торможения, реверса), статическую ошибку по скорости , динамическую ошибку по скорости, перерегулирование, время i-го согласования, расход энергии за час работы и потери энергии за час в процентах от потребленной энергии.

В заключение работы сравнить технические показатели спроектированного электропривода с предъявляемыми к нему требованиями и сделать вывод о целесообразности внедрения его для привода рабочей машины.