Электропривод экскаватора

                (3.19)

По спроектированной мощности, выбираем двигатель:

ДПЭ-82 [6]:

Номинальная мощность: Р_Н = 175 кВт

Номинальная скорость вращения: n_Н =740  об/мин 

Номинальное напряжение: U_Н = 460 В 

Номинальный ток якоря: I_а =410 А  

Напряжение  возбуждения: U_В=110 В 

Ток возбуждения: I_В=19,5 А

Число полюсов: 2р=4 
          Сопротивления обмоток при 20° С:

- якоря : R_я20° = 0,0132 Ом 

-вспомогательных  полюсов: R_вп20⁰ = 0,0088 Ом 

- обмотки  независимого возбуждения: R_в20° = 3,5 Ом

Число витков обмотки возбуждения: W_в= 380

Магнитный поток  одного полюса: Ф= 985 Вб,

Момент инерции  якоря двигателя: J_я = 17 кг*м²,

Продолжительность включения: ПВ=100%.

Передаточное  число редуктора тягового механизма [5, cтр.36]:

      (3.20)

Принимаем ближайший  двухступенчатый редуктор с  .

Определяем моменты  номинальные и в соответствии с рекомендациями стопорные и отсечки выбираемых двигателей [5, cтр.47]:

                      (3.21)

              (3.22)

    (3.23)

Момент инерции поступательно  перемещающихся ковша, породы и редуктора с барабаном [5, cтр.60]:

     (3.24)

                  (3.25)

        (3.26)

Суммарное время всего  цикла  .

Момент сопротивления  в начале копания при пуске двигателя и перемещении порожнего ковша [5, cтр.60]:

            (3.27)

                 (3.28)

Динамический момент при разгоне двигателя в начале копания 

[5, cтр.60]:

               (3.29)

где:                 (3.30)

Время разгона тягового двигателя [5, cтр.61]:

,   (3.31)

где: угловая скорость тягового двигателя [5, cтр.61]:

                      (3.32)

Средний момент двигателя  при разгоне [5, cтр.61]:

                           

Момент сопротивления  в конце копания [5, cтр.61]:

                          (3.33)

Средний момент при копании  можно принять равным среднеарифметическому значению моментов в начале и конце копания:

              (3.34)

Время копания грунта с установившейся скоростью [5, cтр.61]:

,                 (3.35)

где: k_пут= 4 м по [5, стр. 180].

Момент сопротивления при повороте груженого ковша на разгрузку

[5, cтр.61]:

                                (3.36)

После отрыва ковша от забоя и его подъема через  время t₃ скорость «травления» каната тягового механизма увеличивается примерно до .

               (3.37)

При этом динамический момент  [5, cтр.61]:

              (3.38)

Момент двигателя при  «травлении» ковша [5, cтр.61]:

                  (3.39)

Время разгона двигателя  до [5, cтр.61]:

 (3.40)

К концу поворота платформы  с установившейся скоростью и  началу разгрузки ковша скорость тягового каната будет снижена до нуля.

Время поворота платформы с установившейся скоростью:

       (3.41)

Момент при торможении ковша [5, cтр.62]:

                      (3.42)

Время торможения двигателя  с груженым ковшом [5, cтр.62]:

   (3.43)

Момент двигателя при  торможении [5, cтр.62]:

Продолжительность разгрузки ковша:

                        (3.44)

Динамический момент при разгоне после разгрузки  ковша [5, cтр.62]:

,            (3.45)

где: ;     (3.46)

;           (3.47)

где: - заданная угловая скорость вращения платформы экскаватора, с^-1 [пример расчета 7, стр. 96];

- радиус вращения груженного  ковша относительно оси поворотной  платформы, м [формула 3.10].

Время разгона двигателя [5, cтр.62]:

    (3.48)

Время маневрирования тяговым  механизмом при повороте платформы  с установившейся скоростью:

(3.49)

Момент двигателя при  разгоне с порожним ковшом [5, cтр.62]:

Динамический момент при торможении [5, cтр.62]:

Время торможения двигателя [5, cтр.62]:

Момент, развиваемый двигателем [5, cтр.63]:

Эквивалентный момент двигателя [5, cтр.63]:

    (3.50)

Нагрузочные и скоростные диаграммы главных механизмов приведены  в графическом приложении.

 

3.4 Выбор тиристорного  преобразователя

Для осуществления автоматического  регулирования предусматривают  управляемые преобразователи, позволяющие автоматически под воздействием обратных связей изменять управляющий сигнал. В данном случае используем систему ТП-Д с импульсно-фазовым управлением.

Выбор тиристорного преобразователя  производится по следующим условиям [8]:

I_d.ТП > I_Н.ДВ

U_dТП > U_Н.ДВ

где: I_d.ТП – выпрямленный ток преобразователя, А;

I_Н.ДВ = I_Н =410А – номинальный ток двигателя;

U_dТП – номинальное выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя;

U_Н..ДВ =U_Н=920В – номинальное напряжение эквивалентного двигателя (при последовательном соединении) ;

В соответствии с требованиями выбираем преобразователь марки [4, стр.53]:

КТЭ-800/930-22Т-08-Д-УХЛ4

 

3.5 Выбор понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор  нужен для согласования напряжения питания тиристорного преобразователя  с напряжением питающей сети.

Для выбора питающего  трансформатора для тиристорного преобразователя  необходимо учесть следующие условия:

- напряжение обмотки  высшего напряжения трансформатора  должно совпадать с напряжением питающей сети:

U_1Н =U_С;

где: напряжение питающей сети U_С = 6 кВ;

- вторичное номинальное фазное  напряжение трансформатора:

U_2НФ= U_dн/2,34 = 920/2,34 = 397 В;

-номинальный вторичный фазный  ток трансформатора:

I_2ФН= К_I2·I_dн = 0,815·800 = 652 А

Исходя из полученных данных выбираем трансформатор [9]: ТСЗП-630/10У3:

Схема соединения обмоток  трансформатора:	D/D-0;
Мощность: ST =	580 кВА;
Напряжение сетевой  обмотки: U1Н =	6 кВ;
Напряжение вентильной обмотки: U2Н =	410 В;
Потери в режиме короткого замыкания: РКЗ% = 6000В		Вт;
Напряжение короткого  замыкания: UКЗ% =	5,9 %;
Ток холостого хода: IХХ% =	1,8 - 2,2 %.

 

3.6 Расчет и выбор сглаживающего  дросселя

Сглаживающий дроссель предназначен для снижения пульсаций  ЭДС и выпрямленного тока.

Для проверки необходимости  в установке и оценки индуктивности сглаживающего дросселя необходимо выполнить два условия [9]:

1.

2.

где: L_S - суммарная индуктивность якорной цепи;

Е_ПУЛЬС – пульсирующее ЭДС;

m = 6 – пульсность для трехфазной мостовой схемы;

I_ПУЛЬС – пульсирующий ток;

w_С – угловая частота тока сети;

I_d.ГР – граничное значение выпрямленного тока;

L_S =L_а.дв+L_ТР;

где: L_а.дв – индуктивность обмотки якоря эквивалентного двигателя;

L_ТР – индуктивность трансформатора;

где: К = 0,6 – коэффициент учитывающий размагничивающее действие якоря, в данном случае для некомпенсированных машин постоянного тока;

р = 2 – число пар  полюсов;

 Гн;

где: ω_н - номинальная угловая скорость вращения:

 рад/с

где: Х_ТР – индуктивное сопротивление фазы трансформатора;

          а =2 – коэффициент учитывающий  мостовую схему выпрямления; 

где: Z_ТР – полное сопротивление фазы трансформатора;

R_TP –активное сопротивление фазы трансформатора;

где: I_1ФН – номинальный фазный ток первичной обмотки трансформатора;

          К_TP – коэффициент трансформации трансформатора;

m₂ = 3 – число фаз во вторичной обмотке;

где: I_1Н – номинальный линейный ток первичной обмотки трансформатора;

 А;

А;

;

 Ом;

 Ом;

 Ом;

w_С = 2×p×f_C;

где: f_C = 50 Гц – частота тока питающей сети;

w_С =2×3,14×50 = 314 с^-1;

 Гн;

L_S =0,0072+0,00033=0,00753 Гн;

Е_ПУЛЬС=0,2× U_Н.ДВ=0,2×460=92 В;

I_ПУЛЬС=(0,2¸0,3)× I_Н.ДВ=0,25×410=102,5 А;

I_d.ГР = 0,1×I_Н.ДВ = 0,1×410 = 41 А;

 

Произведем проверку необходимости применения сглаживающего дросселя:

1.

2.

Выше приведенные условия  выполняются, значит сглаживающий дроссель не требуется.

 

 

 

 

4 Расчет структурной схемы электропривода и синтез регуляторов системы управления электроприводом

 

4.1 Расчет структурной схемы в абсолютных единицах

 

Наибольшее распространение  среди систем управления скоростью двигателя постоянного тока получили системы, в которых скорость регулируется изменением напряжения на якоре двигателя за счет управляемого электрического преобразователя (генератора, управляемого тиристорного или транзисторного выпрямителя, широтно-импульсного преобразователя) при подчиненном контуре регулирования тока двигателя. На рисунке 4.1 дана функциональная схема электропривода с подобной системой регулирования. Двигатель Д с независимым возбуждением (обмотка возбуждения ОВД) получает питание от управляемого преобразователя УП — реверсивного тиристорного преобразователя с двумя выпрямительными группами со встречно-параллельной схемой включения и с раздельным их управлением [10, c.126].

Рисунок 4.1 – Функциональная схема ЭП

Структурная схема электропривода представлена на рисунке 4.2. Она соответствует следующим допущениям: регулировочная характеристика управляемого преобразователя линейна; ток якорной цепи двигателя непрерывный; отсутствует реакция якоря двигателя; момент инерции, приведенный к валу двигателя, постоянен; инерционность датчиков тока и скорости не учитывается ввиду ее малости. Обозначения, принятые на схеме:

Т_э — электромагнитная постоянная времени якорной цепи, с;

R_Я — сопротивление якорной цепи, Ом;

J — суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, кг-м²;

к_п — коэффициент усиления УП;

Т_п — постоянная времени цепи управления преобразователем, учитывающая коммутационные запаздывания и наличие фильтров, с (для полупроводниковых УП Т_п < 10 мс и может быть принята за некомпенсирующую постоянную времени Т_μ);

С — передаточный коэффициент двигателя, рад/(В-с);

к_от — коэффициент обратной связи по току, Ом;

к_ос — коэффициент обратной связи по скорости двигателя, (В-с)/рад;

W_PT(p) и W_РС(p) — передаточные функции регуляторов соответственно тока и скорости.

Рисунок 4.2 - Структурная схема электропривода

В приведенной схеме  имеются два контура — внутренний контур тока и внешний контур скорости.

Расчет элементов структурной  схемы

Конструктивный коэффициент  эквивалентного двигателя:

где: R_а.140° - полное активное сопротивление якоря эквивалентного двигателя в пересчета на температуру 140°С:

где:

– температурный коэффициент меди, ;

– разность температур ,