ТОАТ КУРСОВОЙ. Реферат Построение функциональной схемы сау эп

• Название: Реферат Построение функциональной схемы сау эп
• Анкор: ТОАТ КУРСОВОЙ
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: toat_kursovoy.docx
• Тип: Реферат; #509467
• страница: 2 из 4

3. ВЫБОР ДПТ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗВЕНЬЕВ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ.

Надежная продолжительная работа ЭД возможна только в том случае, когда он правильно рассчитан и выбран по тепловому и динамическому режимам. Применение ЭД любого типа прежде всего связано с подбором его по мощности. Для обоснованного выбора ЭД по мощности необходимо знать характер изменения нагрузки ЭП во времени. Будем считать, что ЭД работает в таком режиме, когда его нагрузка и скорость вращения вала остаются неизменными в течение достаточно длительного времени, за которое тепловые процессы успевают установиться. Такой режим работы ЭД в соответствии с международной классификацией обозначают S1 (всего для выпускаемых в настоящее время ЭД согласно этой классификации предусмотрено восемь номинальных режимов: SI - S8). Упругостью элементов редуктора при выборе ЭД можно пренебречь.

Для принятого режима работы следует выбрать ЭД, номинальная мощность которого больше или равна расчетной мощности (Р_расч) на валу ЭД:

Р_ном >Р_расч

Значение Р_расч определяется максимальным значением мощности нагрузки (Рн.макс) с учетом КПД редуктора (η_р):

Р_расч=Р_н.макс/ η_р.

Значение Р_н.макс согласно соотношению, определяется выражением:

Р_н.макс=М_{н.смакс} ω_н.макс

где M_{н.с.макс}- максимальный статический момент нагрузки; ω_н.макс максимальное значение угловой скорости вращения нагрузки, которое можно определить через значение n_н.макс с помощью формулы:

ω_н.макс= πn_н.макс/30.

Значение М_н._с._макс и n_н._макс приведены в задании на курсовой проект. Согласно заданию в ЭП следует использовать ДПТ серии 2ПБ180МГУХЛ4 на номинальное напряжение U_я.ном⁼220В.

Определим значение ω_н.макс= πn_н.макс/30= π*40/30≈4,18879рад/с

Тогда Р_н.макс=М_{н.с.макс} ω_н.макс=765 *4,18879=3204,4 Вт

Принимая т р=1 определяем значение Р_раcч:

Р_расч=Р_н.макс=3204,4 Вт

По таблице П-2 [2] определяем, что для данной нагрузки подходит один тип ДПТ серии 2ПБ180МГУХЛ4,имеющий при и_я._ном=220В мощность Р_ном=3,4 кВт, являющуюся наименьшей, при которой обеспечивается условие Р_ном > Р_расч.

Из таблицы П-2[2] определяем основные технические данные двигателя 2ПБ180МГУХЛ4: и_я.ном=220В; п_я._ном=800 об/мин; Р_ном=3,4 кВт; η=81%; r_я=0,486 Ом (при 15C); r_д.п.=0,296 Ом (при 15C); L_яц=17мГн; J_д=0,2 кг*м².

После предварительного выбора ЭД его следует проверить на перегрузочную способность в переходных режимах, в частности, при пуске. В таких режимах момент на валу ЭД определяется не только приведенным статическим моментом нагрузки, но и динамическим моментом, обусловленным инерцией вращающихся частей ЭП. Этот момент определяется выражением:

,

где j - общий приведенный к валу ЭД эквивалентный момент инерции, равный J=J_д+J_р.пр.+J_н.пр; ε_я – угловое ускорение вала якоря.

Приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся частей редуктора (J_p._np) рекомендуется взять равным 20% от J_д:

J_р.np=0,2* J_d=0,2*0,2=0,04 кг*м.

Значение J_н.пp связано с заданным значением J_н выражением:

(3.1)

Чтобы воспользоваться этим выражением значение коэффициента редукции г, полагая, что номинальное значение ω_я соответствует максимальному значению ω_н.

Г= ω_я._ном/ ω_н.макс ⁼ n_я.ном/n_н._макс.=800/40=20

Тогда при основании (3.1) имеем:

, а J=J_д+J_р.пр.+J_н.пр=0_,2+0,16+0_,04=0_,4 кг*м².

Определим максимальное значение ε_я:



Находим максимальное значение динамического момента:

М_{дин.макс}=Jε_ямакс=0,4*101,4=40,56 Н*м

В переходных режимах должно выполняться условие:

М_д.пот≥М_с.макс+М_{дин макс} (3.2)

в котором М_д._доп - допустимый по перегрузке момент на валу ЭД; М_с.макс -максимальный статистический момент сопротивления вращению, приложенный к валу ЭД со стороны нагрузки.

Предварительно определим значение ω_я.ном:

ω_я.ном=г*ω_н.макс=20*4,18879=83,7758 рад/с

Тогда M_д.ном=P_ном/ ω_я.ном=3400/83,7758=40,58451 Н*м

Принимая, что двигатель допускает двукратные перегрузки по моменту, получаем М_д.доп=2* М_д.ном=2*40,58451=81,16902 Н*м

Значение M_с.макс=M_{н.с.макс}/rη_р, (3.3)

в котором КПД редуктора η_р учитывает потери на преодоление трения. При η_р=1 получаем:

М_с._макс=765/20*1=38,25 Н*м

Тогда М_с.макс⁺ М_дин._макс=38,25+40,56=78,81 Н*м, что меньше значения М_д.доп⁼81,16902 Н* м. Следовательно, условие выполняется, выбранный двигатель 2ПБ180МГУХЛ4 будет выдерживать кратковременные перегрузки, обусловленные переходными режимами.

Определим Значение статического момента нагрузки, соответствующего номинальной мощности ДПТ(М_д.ном): М_н._с.ном=r*М_д.ном=20*40,58451=811,6902 Н*м.

Полученное значение М_н._с._ном больше заданного максимального момента нагрузки М_н._с.макс т.к. ДПТ выбран с некоторым запасом.

Определим все параметры звеньев структурных схем, соответствующих ДПТ и механической части ЭП.

Для определения коэффициента К_я=1/г_я._ц. следует знать полное сопротивление якорной цепи двигателя г_я._ц: г_я._ц._т=r_я+r_д.п.=0,486+0,296=0,782 Ом (при 15С)

Для рабочего состояния: г_яц=а*г_я.ц.т= 1,2*0,782=0,9384 Ом.

Тогда К_я=1/ r_я._ц=1/0,9384=1,066 1 Ом.

Постоянная времени цепи якоря двигателя Т_я:

Т_Я=L_Я._Ц/ г_я._ц=0,017/0,9384=0,01812 с.

Коэффициенты К_м С_ЯФ_В можно определить используя данные ДПТ для номинального режима, но вначале определим величины J_a._ном и М_д._пот.

Номинальная мощность, потребляемая двигателем от источника электроэнергии:

Р_и.э.ном=Р_ном/η=3400/0,81=4197,53086Вт.

Номинальный ток якоря:

I_я._ном= Р_и._э.ном/u_я.ном=4197,53086/220=19,07969 А.

Суммарная мощность потерь ДПТ:

Р_{пот.ном}=Р_иэ.ном.-Р_ном=4197,53086-3400=797,53086 Вт

Мощность электрических потерь в цепи якоря:

Р_{пот.я.ном}=I_я.ном.²(r_я+r_д.п.)=19,07969²(0,486*1,2+0,296*1,2)=341,61004 Вт

Мощность механических потерь в ДПТ:

Р_{пот.мех.ном}= Р_{пот.ном}- Р_{пот.я.ном}=797,53086-341,61004=455,92082 Вт

Момент потерь:

М_д.пот=Р_{пот..мех.ном}/ω_я._ном=30Р_{пот.мех.ном}/πn_я._ном.=30*455,92082/π*800=5,44215 Н*м

Определим коэффициент:

С_яФ_в=U_я.ном.-r_я.ц.I_я.ном/ ω_я._ном=220-0,9384*19,07969/83,7*758=2,41234 В*с/рад.

Коэффициент К_м:

К_М=М_эм..номД_я..ном=М_д._ном+М_д._пот/I_я.ном=40,58451+5,44215/19,07969=2,41234 Н*м/А.

4. Построение структурной схемы тиристорного преобразователя.

В данном ЭП постоянного тока в качестве преобразовательного устройства используется тиристорный преобразователь (ТП). Достоинствами ТП являются высокая удельная мощность, высокий КПД, отсутствие вращающихся частей, высокий коэффициент усиления по мощности, плавность регулирования, простота обслуживания и эксплуатации.

Тиристорные преобразователи в ЭП постоянного тока представляют собой управляемые выпрямители, преобразующие напряжение сети переменного тока в напряжение, содержащее постоянную составляющую.

Функционально ТП можно представить в виде двух блоков, представленных на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1. Функциональная схема ТП

Входной блок Б1 преобразует напряжение управления U_y в угол отпирания тиристоров α ( называемый также углом управления), а выходной блок Б2 ,являющийся силовым, преобразует угол α в выпрямленное напряжение U_н. Технически блок Б1 представляет собой систему импульсно-фазового управления (СИФУ), и блок Б2 – вентильную группу (ВГ), т.е. группу определенным образом соединенных тиристоров. ТП, используемые в ЭП, отличаются главным образом, схемами вентильных групп. При этом наибольшее применение находят нулевые и мостовые схемы включения ВГ, которые могут быть однофазными и трехфазными.

Управляющие свойства ТП как элемента системы управления определяются его характеристикой управления (регулировочной характеристикой) U_н0=f(U_y) , где U_н0 - постоянная составляющая напряжения U_н ,в установившемся режиме. Внутренняя координата α (см. рисунок 4.1.) выделяет в составе ТП 2 части СИФУ и ВГ. Результирующая характеристика управления ТП U_н0(U_y) определяется как сложная функция

U_н0=f[α (U_y)]=φ(U_y). (4.1)

Вид характеристики U_н0(α) зависит от схемы ВГ,а вид характеристики α (U_y) – от схемы СИФУ. При необходимости изменения направления вращения якоря ДПТ применяют реверсивные ТП, т.е. ТП, позволяющие изменять полярность напряжения U_н0 и направление тока якоря.

Реверсивные ТП состоят из двух вентильных групп ,обычно подключенных к нагрузке (цепи якоря) встречно-параллельно (см. рисунок 4.2.)



Рисунок 4.2. Функциональная схема реверсивного ТП

Каждая из ВГ может быть построена на основе любой схемы ТП. При работе ВГ1 ток по цепи якоря протекает в положительном направлении, при работе ВГ2 направление тока изменяется на противоположное.

Если характеристика управления U_н0(U_y) базового нереверсивного ТП является линейной, то и характеристика управления реверсивного ТП в области регулирования будет линейной (см. рисунок 4.3.).



Рисунок 4.3. Характеристика управления реверсивного ТП

На структурной схеме реверсивного ТП значение сигнала Х=К_т.п.· U_y должно ограничиваться не только сверху на уровне плюс 1, но и снизу на уровне минус 1,что составляет U_н0= U_{н0 мах} .

При курсовом проектировании схема ТП выбирается по номинальной мощности двигателя: при мощности ДПТ до1 кВТ рекомендуется использовать однофазные мостовыеТП,при мощности в диапазоне от 1 до 10 кВТ – нулевые трехфазные ТП, а при мощности свыше 10 кВт – мостовые трехфазные. Если направление вращения вала нагрузки не изменяется в ЭП можно использовать нереверсивный ТП,в противном случае неоходимо применять реверсивные ТП.

Так как номинальная мощность ДПТ Р_ном= 3,4 кВТ находится в диапазоне от 1 до 10кВт , рекомендуется использовать трехфазную нулевую схему ТП. Регулируемой переменной является угловая скорость вращения вала нагрузки ω_н.Согласно заданию ДПТ – реверсивный.

Внешняя характеристика ТП может быть описана соотношением:

, (4.2)

где R_п= R_т.п + Х_т.п. – эквивалентное активное сопротивление цепи нагрузки ТП постоянному току;

R_т.п – активное сопротивление этой цепи, включающей в себя сопротивление обмоток трансформатора, тиристоров в открытом состоянии, реакторов;

Х_т.п – индуктивное сопротивление в цепи переменного тока, обусловленное :индуктивностью обмоток трансформатора. По отношению к выходной цепи ТП индуктивное сопротивление Х_т.п после выпрямления тока проявляет себя как активное, поскольку по этой цепи течёт постоянный ток.

Первая составляющая напряжения U_нов выражении (4.2) предсталяет собой ЭДС (е_т.п.) на выходе ТП. Оно соответствует значению U_но в режиме холостого хода (I_но=0):

. (4.3)

Инертность цепи управления ТП принято учитывать включением на входе структурной схемы ТП вместо безынерционного звена с передаточным коэффициентом К_т.п. инерционного звена первого порядка с передаточной функцией:

, (4.4)

в которой Т_п - постоянная времени СИФУ.

Изменения значений U_п и i_н(i_н= i_я) являются для ТП внешними возмущениями.

Структурная схема реверсивного тиристорного преобразователя приведена на рисунке 4.4.На этой схеме выходное напряжение ТП и ток нагрузки обозначены через U_я и i_я . Блок ограничения БО₁ показан для случая реверсивного ТП.



Рисунок 4.4 Структурная схема ТП

Определим параметры структурной схемы.

Постоянную времени Т_п обычно принимают равной 0.01 с.

Сопротивление R_п должно быть: ,

где - падение напряжения на сопротивления R_п

рекомендуется принять =0,05 U_я.ном .

=0,05·220=11В;

R_п=11/19,07969=0,57653 Ом.

Значение К_п определяется по выражению (4.2), из условия что максимальное значение U_я достигается при

, (4.5)

где I_я.доп =2I_я.ном=2·19,07969=38,15938 А;

U_п.мин=U_п.ном(1-δ_н)=380(1-0,15)=323В;

U_я.макс=r_я.ц.·I_я.доп+С_я·Ф_в·ω_я.ном(1+δ_я)=0,9384·2·19,07969+2,41234·83,7758(1+0,2)=

278,32362В

В этих выражениях:

δ_н – допустимая относительная нестабильность напряжения питающей сети(U_п.ном);рекомендуется принять δ_н=0,15;

δ_я - возможное перерегулирование ЭП по угловой скорости вращения ω_я; рекомендуется принять δ_я=0,2.

Тогда

. (4.5)

Коэффициент К_т.п. также определяется из выражения (4.2):



Поскольку якорная цепь ДПТ и цепь нагрузки ТП образуют общую последовательную цепь,то динамические процессы в этой цепи относительно тока i_яопределяются суммарными значениями индуктивностей и активных сопротивлений(L_я.п.и R_я.п.) элементов,входящих в эту цепь:

,

,

где L_д– индуктивность дополнительного дросселя.

При этом общая постоянная времени цепи якоря:

, (4.6)

где Ом.

Первоначально Т_я.п. определяем для случая, когда дополнительный дроссель отсутствует, т.е. при L_я.п.= L_я.ц.:

с

Это значение Т_я.п. меньше, чем 0,02 с, рекомендованное для трехфазных ТП. Поэтому принимаем Т_я.п=0,02 с, в связи с чем необходимо включение дополнительного дросселя.

Тогда процессы в выходной цепи ТП будут описываться дифференциальным уравнением:

, (4.7)

откуда

, (4.8)

где

.

Определяем значение L_д:

L_д..= L_я.п.- L_я.ц, где из(4.6) L_я.п.=Т_я.п.·R_я.п.=0,02·1,51493=0,0303Гн.

L_д..=0,0303-0,017=0,0133Гн.

Тогда



С учетом L_д структурная схема ТП на рисунке 4.4. принимает вид, показанный на рисунке 4.5.



Рисунок 4.5. Полная структурная схема ТП