2) система Г-Д;
3) система ТП-ДПТ с НВ.
Для оценки воспользуемся методом экспертных оценок. Сравнение предлагаемых систем производится относительно n-характеристик систем, важных с точки зрения цели проектирования, путем сравнения определенных (для каждого варианта) значений соответствующих показателей качества qi. Показатели качества служат для количественной характеристики степени выполнения требований задания, а также других требований.
На основании шкалы оценок может быть охарактеризована степень выполнения каждого отдельного требования, а также оценена степень важности каждого параметра относительно других. Для этого вводится весовой коэффициент l.
Выбор наилучшего решения производится определением взвешенной суммы:
S = Sli*qi.
Подсчитаем полученные результаты:
S´ = 10 + 10 + 15 + 20 + 20 + 15 + 10 = 100.
S- = 20 + 4 + 20 + 8 + 16 + 6 + 25 = 99.
S- = 25 + 8 + 25 + 12 + 16 + 12 + 25 = 123.
Выбираем систему ТП-ДПТ с НВ
4 Расчет силового электропривода
4.1 Расчет параметров и выбор двигателя
Исходя из расчетной мощности электродвигателя и расчетной скорости выбираем электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПН280LУХЛ4 2:
РН = 37 кВт;
UН = 220 В;
IН = 195,5 А;
nН = 600 об/мин;
hН = 86 %;
RЯ = 0,037 Ом;
RДП = 0,017 Ом;
RВ = 25,2 Ом;
l = 3;
JДВ = 2,09 кг*м2.
Найдем момент инерции первой массы:
J1 = 1,25*2,09 = 2,61 кг*м2.
По расчетной схеме (рисунок 1.2) определим обобщенные параметры 3:
g = .
g = = 2,93.
W12 = Ö С12*.
W12 = Ö 232,43* = 11,62 с-1.
W02 = .
W02 = = 6,78 с-1.
В данном случае J1 и J2 соизмеримы. Так как отсутствуют возмущения, изменяющиеся с частотой, близкой к W12 = 11,62 с-1, можно не учитывать жесткость механической связи. Поэтому можно принять С12 = ¥ и перейти к одномассовой расчетной схеме:
JS = J1 + J2.
JS = 2,61 + 5,04 = 7,65 кг*м2.
Динамический момент в переходных режимах:
МДИН = 7,65*68,64 = 525,09 Н*м.
По нагрузочной диаграмме (рисунок 1.4) найдем уточненные моменты, действующие в динамических режимах:
МСПГ + МДИН = 907,74 + 525,09 = 1432,8 Н*м.
МСПГ – МДИН = 907,74 – 525,09 = 382,65 Н*м.
МСОГ + МДИН = 655,84 + 525,09 = 1180,93 Н*м.
МСОГ – МДИН = 655,84 – 525,09 = 130,75 Н*м.
Найдем эквивалентный момент при новых значениях моментов:
МЭКВ = Ö
= 1240,67 Н*м.
Произведем перерасчет на стандартное значение ПВСТ = 100%.:
МЭКВ(100%) = 1240,67*Ö = 611,7 Н*м.
Расчетная мощность двигателя:
РРАСЧ = 611,7*57,18 = 34,97 кВт.
Выбранный электродвигатель по мощности проходит. Проверим условие перегрузочной способности. Номинальный момент электродвигателя:
МН = ,
Где wН – номинальная круговая частота вращения двигателя.
wН = .
wН = = 62,8 с-1.
МН = = 589,17 Н*м.
Условие проверки по перегрузочной способности:
l*МН³ ММАКС.,
Где ММАКС. – максимальный момент нагрузки в динамических режимах.
3*589,17 = 1767,5 ³ 1432,8 Н*м.
Выбранный электродвигатель соответствует требованиям по перегрузочной способности.
Рассчитаем параметры электродвигателя.
Приведенное к рабочей температуре сопротивление якорной цепи:
RЯ.ПР..= 1,2*(RЯ+RДП)+,
RЯ.ПР.=1,2*(0,037+0,017) + = 0,075 Ом.
Коэффициент электродвигателя:
Се = ;
Се = = 3,269 В×с;
Индуктивность якоря:
LЯ = bК*,
Где bК = 0,6 – для нескомпенсированных электродвигателей.
LЯ = 0,6* = 0,001 Гн.
4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей
В качестве силового преобразователя выбираем комплектный электропривод серии ЭПУ1 по следующим параметрам:
1) по номинальному току нагрузки:
IН³ IЯН;
2) по номинальному выходному напряжению:
UВЫХ³ UЯН;
3) по перегрузочной способности:
lПР³lДВ;
4) по диапазону регулирования:
DПР³DРАСЧ;
5) по наличию реверса;
6) По напряжению питающей сети:
UСЕТИ = UВХ
Для выбора преобразователя используем следующие параметры:
IЯН = 195,5 А;
UЯН = 220 В;
lДВ = 3;
DРАСЧ = .
wПОН = .
wПОН = = 2,9463 с-1.
DРАСЧ = = 21,28.
UСЕТИ = 380 В.
По полученным параметрам выбираем электропривод ЭПУ1-2-4627ЕУХЛ4 со следующими параметрами 4:
1) ток блока управления – 400 А;
2) выпрямленное напряжение блока – 230 В;
3) Напряжение питающей сети – 380 В;
4) диапазон регулирования – до 50;
5) перегрузочная способность – 2;
6) с обратной связью по ЭДС.
Параметры вводного токоограничивающего реактора типа РТСТ-265-0,156У3 5
1) номинальный фазный ток –265 А;
2) номинальная индуктивность фазы – 0,00156 Гн;
3) активное сопротивление фазы – 0,0072 Ом.
Оценим необходимую индуктивность якорной цепи с точки зрения ограничения пульсаций выпрямленного тока при работе в нижней точке диапазона регулирования скорости. При этом, требуемая индуктивность контура якорной цепи:
Lа = ,
Где in = 0,02…0,05 – относительная величина действующего напряжения первой гармоники.
en = ,
amax = arccos ;
Edmin = Ce *wmin + DUСД + DUВ,
Где DUсд = (0,005…0,01)*UН – падение напряжения на сглаживающем дросселе;
DUВ = 1…2 В – падение напряжения на тиристолрах в открытом состоянии.
Ed0 = Ce*wН + DUСД + DUВ.
Edmin = 3,269*2,95 + 0,01*220 + 2 = 13,84 В.
Ed0 = 3,269*62,8 + 0,01*220 + 2 = 209,5 В.
amax = arccos = 86,21o.
en = = 0,23.
La = = 0,006 Гн.
Требуемая индуктивность сглаживающего дросселя:
LСД = Lа – 2*LР – LЯ.
LСД = 0,006 – 2*0,00156 – 0,001 = 0,00188 Гн.
В качестве сглаживающего дросселя выбираем дроссель типа ФРОС-1000/0,5У3 со следующими номинальными параметрами:
1) номинальный постоянный ток – 800 А;
2) номинальная индуктивность – 2,3 мГн;
3) активное сопротивление – 0,0047 Ом.
Суммарная индуктивность якорной цепи:
LS= LЯ + 2*LР + LСД;
LS= 0,001 + 2*0,00156 + 0,0023 = 0,00642 Гн.
Суммарное сопротивление якорной цепи:
RS = RЯН + 2*RР + RСД.
RS = 0,075 + 2*0,0072 + 0,0047 = 0,0941 Ом.
Постоянная времени якорной цепи:
ТЯ = ;
ТЯ = = 0,068 с.
Постоянная времени тиристорного преобразователя:
ТТП = + (0,005…0,01) » 0,01 с.
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя:
КТП = .
КТП = = 23.
Коэффициент обратной связи по ЭДС:
КОЭ = ;
КОЭ = = 0,04871 В*с.
5 Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода
Для электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением статические характеристики можно построить по двум точкам:
1) точке холостого хода (МС = 0);
2) точке номинальной нагрузки (МС = МН).
При этом скорость определяется по формулам:
w = – – механическая характеристика;
w = – – электромеханическая характеристика;
Напряжение на якоре , при котором электродвигатель работает в точках w = 57,18 с-1 и w = 2,9463 с-1 при номинальном моменте определяем по формуле:
UЯ = Се*w + .
Для естественной характеристики:
w0 = = 67,29 с-1.
wН = – = 62,8 с-1.
Для скорости w = 57,18 с-1:
UЯ = 3,269*57,18 + = 203,88 В.
w0 = = 62,36 с-1.
Для скорости w = 2,9463 с-1:
UЯ = 3,269*2,9463 + = 26,59 В.
w0 = = 8,13 с-1.
Для построения электромеханических характеристик используем те же точки холостого хода (w0), что и расчете механических характеристик. В качестве статического тока принимаем IЯН = 195,5 А.
Рассчитаем значение критического тока якоря для нижней скорости диапазона:
IКР = *Ö2*E2Ф**sin*(1 – *ctg)*sinaMAX.
IКР = *Ö2*220**sin*(1 – *ctg)*sin86,21 = 13,6 А.
Ввиду того, что величина IКР намного меньше самого минимального значения статического тока, зоной прерывистых токов можно пренебречь.
6 Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы
Структурная схема СУ ЭП типа ЭПУ1 приведена на рисунке 6.1. СУ содержат в своем составе: регулятор ЭДС (РЭ) и управляющий орган (УО), предназначенный для реализации токовой отсечки, на который подается сигнал обратной связи по току якорной цепи.
Для нахождения передаточной функции регулятора ЭДС необходимо предварительно свернуть внутренний контур электродвигателя по формуле:
WЗ(Р) = ,
Где WЗ(Р) – передаточная функция замкнутого контура;
WПР(Р) – передаточная функция прямой ветви;
WОБР(Р) – передаточная функция обратной ветви.
При этом целесообразно произвести условный перенос цепи обратной связи как показано прерывистой линией.
WПР(Р) = *Се*.
WОБР(Р) = СЕ.
WЗК(Р) == ,
Где ТМ – механическая постоянная времени электродвигателя.
ТМ = .
ТМ = = 0,067 с.
Полученное выражение с достаточной степени точности можно преобразовать в выражение:
WЗК(Р) =
Для синтеза регулятора ЭДС /6/, влиянием отсечки по току можно условно пренебречь и полученный разомкнутый контур регулирования ЭДС, состоящий из передаточной функции преобразователя и оптимизированной свернутой передаточной функции электродвигателя, приравнять к желаемой передаточной функции разомкнутого контура регулирования настраиваемого на симметричный оптимум:
WЖР(Р) =
При выборе желаемой передаточной функции замкнутой системы, Тm принимают равной некомпенсируемой малой постоянной времени объекта регулирования, которую невозможно компенсировать принципиально или нецелесообразно компенсировать из соображений помехоустойчивости системы.
WРАЗ.Э(Р) = WРЭ(Р) **Се*КОЭ.
WРЭ(Р) *Се*КОЭ = .