Контрольная работа по "Физике"

Задание

 

 

В соответствии с кинематической схемой исполнительного механизма  и заданным вариантом требуется:

1. Провести расчет  регулируемого электропривода постоянного  тока, построенного как система  подчиненного регулирования;

2. Изучить принципиальные  электрические схемы и описание работы узлов одного из серийно выпускаемых электроприводов типа "Кемек".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

Вариант №-42

F₁ = 13 кН   - нагрузка действующая в период времени t₁ = 15 мин;

F₂ = 10 кН   - нагрузка действующая в период времени t₂ = 10 мин;

F₃ = 3 кН   - нагрузка действующая в период времени t₃ = 5 мин;

m = 300 кг  - масса перемещаемого узла;

h = 10 мм/об – шаг передачи «винт-гайка»;

η₁ = 0,95 – КПД передачи «винт-гайка»;

i = 3        - передаточное отношение редуктора;

η₂ = 0,9 – КПД редуктора;

J_В = 0,01 кг ^.м² – момент инерции винта;

V_max = 6 м/мин – максимальная скорость перемещения узла;

V_min = 0,05 м/мин – минимальная скорость перемещения узла;

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Расчет параметров  требуемого исполнительного ДПТ

Определение радиуса приведения схемы между исполнительным органом и валом двигателя:

 [м/рад]

Определение моментов, развиваемых  электродвигателем на участках t₁, t₂, t₃:

[Н ^. м]

[Н ^. м]

[Н ^. м]

Определение эквивалентного момента развиваемого электродвигателем:

 [Н ^. м]

Определение максимальной скорости электродвигателя:

 [рад/с]

 [об/мин]

Расчет требуемой мощности электродвигателя:

 [Вт]

Исходя из требуемого момента и скорости вращения выбираем электродвигатель типа ПБВ112S со следующими параметрами:

     

 [об/мин];  [об/мин];  ;

;  ;     

Определение максимального приведенного момента электродвигателя:

Проверка показала, что  двигатель проходит по перегрузочной  способности.

 

1.2 Выбор тахогенератора

Для двигателя серии  ПБВ112S в соответствие с номинальной скоростью вращения выбираем тахогенератор типа ТП75-20-0.2 со следующими данными:

   Ом; 

 

1.3 Расчет и выбор трансформатора

Требуемое значение фазного  напряжения вторичной обмотки идеального трансформатора определяется по формуле:

 [В],

где - коэффициент, равный для трехфазной мостовой схемы 2.34;

      - среднее значение выпрямленного напряжения при α=0 принимается равным номинальному напряжению электродвигателя, В.

Требуемое значение фазного напряжения с учетом необходимого запаса:

 [В],

где - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

-коэффициент запаса, учитывающий  падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора и за  счет перекрытия токов. 

Требуемое линейное напряжение вторичной  обмотки:

 [В]

Действующие значение тока вторичной обмотки трансформатора:

 [А]

где - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной;

       - коэффициент схемы (3-х фазная со средней точкой);

  - среднее значение тока, принимаемое равным номинальному току якоря двигателя, А.

Мощность выпрямленного  тока:

Требуемая мощность трансформатора с учетом необходимого запаса:

где - коэффициент повышения расчетной мощности трансформатора, зависящий от схемы выпрямления.

По требуемой мощности и напряжению выбираем трехфазный трансформатор  типа ТСВМ-2,5-ОМ5 со следующими данными:

1.4 Выбор вентилей

Вентили выбираются по среднему значению выпрямленного тока с учетом возможной перегрузки двигателя  и по максимальному значению обратного  напряжения.

Максимальное значение выпрямленного тока: 

Среднее значение тока через  вентиль:

где m = 3 – коэффициент, зависящий от схемы.

Расчетная максимальная величина обратного  напряжения, прикладываемого к вентилю:

где К_в.т = 1.05 – коэффициент, зависящий от схемы.

- действительное величина среднего  значения выпрямленного напряжения  при α=0 и питании выпрямителя  от выбранного трансформатора

Максимальная величина обратного напряжения с учетом необходимого запаса:

По параметрам I_в.ср и U_об.max выбираем вентили типа Т151-100 – тиристоры триодные не проводящие в обратном направление (6 шт.). Параметры вентилей: номинальный ток 100А, номинальное обратное напряжение 500В.

Для охлаждения вентилей применяем  типовые (7-реберные) охладители из алюминиевых  сплавов.

1.5 Определение  требуемой индуктивности якорной  цепи

Требуемая суммарная  величина индуктивности якорной  цепи, обеспечивающая непрерывность тока двигателя определяется по выражению:

[Гн]

где - угловая частота питающего напряжения;

m = 6 – пульсность для мостовой схемы;

Минимальное значение тока двигателя  принимаем:

;

Действующие значение переменной составляющей выпрямленного напряжения находится из выражения:

.

 

1.6 Определение расчетных  параметров якорной цепи

Индуктивное сопротивление  трансформатора, приведенное ко вторичной  обмотке, равно:

где - значение тока вторичной обмотки трансформатора;

- индуктивная составляющая U_кз трансформатора в от. единицах.

- фазное напряжение на вторичной  обмотке выбранное трансформатора:

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к  цепи выпрямленного тока:

Расчет индуктивности  якоря двигателя:

где - коэффициент для машин без компенсационной обмотки;

p_д=2 – число пар полюсов;

- номинальный ток якорной  цепи;

- номинальная скорость двигателя:

Суммарная индуктивность  якорной цепи:

  

Поскольку величина незначительно отличается от то сглаживающие дроссели не устанавливаем.

 

1.7 Расчет активного сопротивления якорной цепи

Активное сопротивление обмотки трансформатора:

где U_a = 0.03 – активная составляющая U_кз трансформатора в от. единицах.

Коммутационное сопротивление  вентиля определяется по выражению:

где m = 3 – число фаз.

Полное активное сопротивление преобразователя:

Сопротивление щеточного  контакта двигателя:

Активное сопротивление  обмотки якорной цепи:

;

Активное сопротивление  якорной цепи двигателя:

где  - температурный коэффициент сопротивления;

Суммарное активное сопротивление  якорной цепи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Структурная  схема системы подчиненного регулирования

 

 

где  - передаточная функция апериодического фильтра;

- передаточная функция ПИ-регулятора скорости, выполненного на базе операционного усилителя;

- передаточная функция ПИ-регулятора тока, выполненного на базе операционного усилителя;

- передаточная функция силового  преобразователя;

- передаточная функция описывающая  динамические свойства якорной  цепи;

- передаточная функция описывающая  взаимосвязь скорости двигателя с динамическим током;

СеФ  - произведение конструктивного коэффициента двигателя на магнитный поток, равного отношению Е/w;

  - коэффициент передачи обратной  связи по току;

  - коэффициент передачи обратной связи по скорости.

 

 

 

2.1 Определение  параметров передаточных функций  двигателя и силового преобразователя

Коэффициент передачи двигателя  определяется по формуле:

;

Конструктивный  коэффициент двигателя:

Постоянные  времени двигателя:

- электромагнитная постоянная  времени;

 - электромеханическая постоянная времени.

Так как выполняется  неравенство Т_м > 4Т_э то знаменатель может быть представлен в виде: . Для определения постоянных времени Т₁ и Т₂ используем выражение:

Передаточная  функция двигателя описывается  апериодическим звеном 2-го порядка:

Коэффициент передачи силового преобразователя:

Постоянная времени  силового преобразователя:

[с]

где m = 6 – пульсность мостовой схемы,

f = 50 – частота сети.

Передаточная функция силового преобразователя описывается апериодическим звеном первого порядка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Настройка  регулятора тока на технический  оптимум

Передаточная функция  регулятора тока имеет следующий  вид:

где - коэффициент передачи обратной связи оп току.

ПИ-регулятор тока реализуется  на базе операционного усилителя. Для  реализации требуемого регулятора тока необходимо подобрать настраиваемые  элементы: в цепи обратной связи и на выходе усилителя, которые обеспечили бы получение желаемой передаточной функции.

Изменение настроек регулятора удобнее  производить за счет активных сопротивлений, поэтому задаемся емкостью:

Из выражения: найдем значение сопротивления обратной связи:

.

Коэффициент передачи датчика  тока:

где - напряжение на выходе усилителя в ОС по току.

Находим значение R_вх2:

Сопротивление R_вх1 находим при условии ограничения до требуемого значения тока якоря двигателя.

Считаем что сигнал ошибки равен нулю, принимаем 

Из последнего выражения выведем R_вх1:

Коэффициент передачи обратной связи по току:

Передаточная функция  ПИ-регулятора тока: