Расчёт автоматизированного электропривода в разомкнутой системе тиристорный преобразователь

- минимальная угловая скорость  двигателя, с^-1;

Д – диапазон регулирования угловой  скорости двигателя;

R_ш– активное сопротивление шунта и его коэффициент передачи (K_RS), Ом;

I_{ш ном} – номинальный ток шунта, А;

U_{ш. ном.} – падение   напряжения на   шунте ;

R_др – активное сопротивление реакторов в якорной цепи, Ом. Если реактор еще не выбран, то его активное сопротивление можно определить приближенно по формуле:

.                        

После выбора реактора из ряда стандартных следует  уточнить его активное сопротивление  и пересчитать угол управления .L_тр= ,

 

Необходимая индуктивность ограничивающего  реактора, Гн:

Гн

Следовательно реактор  не нужен.

 

2.3Определение расчётных параметров силовой цепи ТП-ДПТ

 

Расчётное сопротивление цепи выпрямленного  тока ТП-ДПТ

 

R = 1,24 · (R_я + R_дп) + R_щ + R_п,

 

где R_я = 0,040 Ом - сопротивление обмотки якоря при 15 °С;

R_дп = 0,24 Ом - сопротивление добавочных полюсов при 15 °С;

R_щ = 2 / I_н = 2 /  258,26  = 0,0077 Ом - сопротивление щёточных контактов.

R_п = R_тр + R_ор + R_ср + x_тр · m / 2π ,

 

 Активные сопротивления токоограничивающего  и сглаживающего реакторов будем  считать равными и найдем их  по формуле:

R_ор = R_ср = 0,3 · R_я = 0,3 · 0,040 = 0,012 Ом.

 

 

R = 1,24 (0,04 + 0,24) + 0,0077 + 0,0038 = 0,3587 Ом

 

Требуемую суммарную  индуктивность всей якорной цепи L_я.ц. системы ТП-ДПТ можно определить следующим образом:

 

L_я.ц. = L_я + L_ор + L_ср

 

L_я.ц. = 0,0203+0,000156+0,0042=0,0247 Гн.

 

 

 

 

 

 

3   РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И  ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК В РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЕ  ТП – Д

3.1 Расчет регулировочных  характеристик тиристорного преобразователя

 

 

 

Рисунок 3.1.1- Функциональная схема тиристорного преобразователя

 

ТП включает в себя управляемый выпрямитель  UZ, систему импульсно-фазового управления  (СИФУ) UA, силовой трансформатор Т, УР и СР, представленные одной индуктивностью L.

 

Для синусоидального  :

,                                        

тогда

 

-напряжение управления;

– ЭДС преобразователя;

- коэффициент усиления ТП;

- максимальное значение ЭДС  преобразователя при угле регулирования   .

Таблица 3.1.1 -  Параметры для построения регулировочных характеристик  ТП

Uуп	0	3	6	9	10
Кп	50,819	50,819	50,819	50,819	50,819
α	90	72,5	53	26	0
eп	0	152,457	304,914	457,371	508,19

 

 

 

 

Рисунок 3.1.1 - Регулировочные характеристики тиристорного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением

3.2 Внешняя характеристика  тиристорного преобразователя

Среднее значение выпрямлённой ЭДС Eопределим по формуле

E= Ecosa ,                                                  

где  E – максимальное значение выпрямленной ЭДС при a = 0. В свою очередь  

E=Esin=,

где  E– действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

 

Рисунок 3.2.1 - Эквивалентная электрическая схема системы ТП – Д

Согласно  эквивалентной схемы определим  среднее выпрямленное напряжение преобразователя, В,

U=Ecosa–DU_в-DU_тр–DU_к=508,197*cos(0)-2-2,16-10,33=493,705В,

где DU = gU=2*1=2В – прямое падение напряжения на одном тиристоре при номинальном токе I (справочные данные), В; g – тактность выпрямителя; DU_ТР - падение напряжения на активных сопротивлениях трансформаторов; ΔU_к  - падение напряжения, обусловленное процессом коммутации вентилей.

Определение этих падений напряжений, вследствие зависимости параметров электрической  цепи системы от многих факторов, представляет собой сложную задачу. Однако благодаря  принятым ранее допущениям, которые  не вносят существенных погрешностей в расчёты, её можно упростить.

Падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора:

DU_тр= R(1 – ) I,                                         

где g – угол коммутации при заданном значении a найдём в виде:

g = arcos (cosa - ) - a=arcos(cos(0)-)-0=19,45⁰

Угол g не превышает 20- 30, то gmg<< 4p, и поэтому принимаем

DURI=0,00835*258,26=2,16В.               

Падение напряжения, обусловленное процессом коммутаций вентилей, вычислим по известной формуле

DU=I=R_к*I_d=0,04*258,26=10,33В  

 Таблица 3.2.1 - Параметры для  построения внешних характеристик   ТП

I,А	0	86,09	172,17	258,26
U,В	506,455	502,205	497,955	493,705
a	0
I,А	0	86,09	172,17	258,26
U,В	471,973	467,723	463,473	459,223
a	20
I,А	0	86,09	172,17	258,26
U,В	-2	-6,246	-10,492	-14,742
a	90
I,А	0	86,09	172,17	258,26
U,В	-477,066	-481,316	-485,566	-489,816
a	160
I,А	0	86,09	172,17	258,26
U,В	-511,548	-515,798	-520,048	-524,298
a	180

 

Рисунок 3.2.2 - Внешние характеристики тиристорного преобразователя для режима непрерывного тока

3.3 Механические характеристики  системы ТП – Д

 

Уравнение электромеханической характеристики привода

.                                    

Уравнение механической характеристики:

.                                   

Механические  характеристики системы ТП-Д, работающей в режиме прерывистых токов,  не могут быть выражены аналитически, поскольку их координаты зависят  от угла проводимости тока λ. Поэтому, задавая ряд значений и , рассчитывают ЭДС двигателя и средний выпрямленный ток   по формулам:

=

=,  

где ;

=;

- действующее значение фазной  ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

Для действительной скорости идеального холостого хода в режиме прерывистых токов будет иметь:

 

 

 

Для описания инверторного режима работы преобразователя  пользуются не только углом регулирования  , но и углом опережения открывания вентилей:

.                                                     

- для преобразователей с тиристорами; 

Наибольшее значение скорости привода,  соответствующее надежному протеканию процесса инвертирования преобразователя, будет определяться уравнением:

=

==─89,55с^-1,         

 

 

 

 

Таблица 3.3.1 - Механические характеристики системы ТП-Д

α, 0	0		20		80		90		160
Iя,А	0	258,26	0	258,26	0	258,26	0	258,26	0	258,26
ω,с-1	84,5	79	80,5	74	15,5	7,4	0	-7,5	-83,9	-86,2

Таблица 3.3.2 - Механические характеристики системы ТП-Д, работающей в режиме прерывистых токов

α, 0	0		20		80		90		160
Iя,А	38		53		78		74		39
ω0,с-1	84,5		84,5		78,5		65		-78
Id, А	20	31	18	30	19	29	20	30	19	29
Едв, В	508,19	440,59	425	420	208	157	103	55	-495	-524,26
λ, 0	40	50	40	50	40	50	40	50	40	50

ω,с^-1

 

Рисунок 3.3.1- Электромеханические характеристики системы ТП-Д в режимах  непрерывного и прерывистого токов

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Моделирование и анализ переходных  процессов в разомкнутой системе  ТП – Д

 

На основании  функциональной схемы разомкнутой  системы тиристорного электропривода  составим из передаточных функций отдельных  элементов  [7]  её  структурную  схему,  которая  приведена на рисунке 3.4.1

Численное значение Т_п для тиристорных преобразователей с безинерционной СИФУ принимают в пределах 0,004 – 0,01 с.

 

Рисунок 3.4.1- Структурная схема разомкнутой системы ТП-Д

 

Электромагнитная  постоянная времени  якорной цепи системы ТП – Д, с :

T_я= ,                                                       

где  L, R– расчётные значения индуктивности  и сопротивления якорной цепи.

Коэффициент передачи якорной цепи:

                            К= .

Электромеханическая постоянная электропривода, с:

  Т= ,                                                

где J= J+ J=4,2+1,5*4,2=10,5

J– расчётное значение момента инерции привода,кг× м ;

J – момент инерции якоря двигателя,кг× м;

J – приведённый к валу двигателя момент инерции механизма), кг× м.

Коэффициент передачи механической части двигателя:

К= .

Передаточный  коэффициент двигателя, В× с :

  К= .                                                   

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя  К_ТП зависит от  формы напряжения управления, и при синусоидальном управляющем сигнале

K_ТП = (0,4 - 0,6) U₀ /U_у=0,6*460/10=27,6,

где  U_У = (8 – 10)В.

 

 

 

Построение  временных и частотных характеристик  системытиристорный преобразователь  – двигатель.

 

Моделирование  в среде MATLAB+Simulink

 

Рисунок 3.4.2-Структурная схема разомкнутой системы ТП-Д

Рисунок 3.4.3 Ток двигателя и скорость привода (5 секунд- Iном= 258,26)

Рисунок 3.4.3 ЭДС на выходе тиристорного преобразователя.

4  РАСЧЁТ ЗАМКНУТЫХ  СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ  С СУМИРУЮЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ 

4.1 Система управления с отрицательной обратной связью по напряжению