Графическая часть

1.Схема подключения (А4), схема внутренних соединений (А3), схема блока межплатных соединений (А4).

2.Схема блока №1 (А1), схема блока №2 (А1 +А1).

В ВЕДЕНИЕ

Электрический привод  — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

Целью данного курсового проекта является разработка однозонного реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока с обратной связью по ЭДС и стабилизацией тока возбуждения двигателя. ОС и стабилизация тока необходимы для стабилизировать скорость вращения электродвигателя. Это осуществляется путём нахождения требуемых регуляторов и расчёта их параметров.

Электродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода.

Данный электропривод постоянного тока разрабатывается на основе электропривода унифицированного трёхфазного серии ЭПУ1М, который пришлел на смену электроприводам ЭПУ, БТУ, ЭТУ, БУВ, ШУВ и др.

Применение тиристорного электропривода позволяет оптимизировать его работу на отработку необходимых технологических операций.

1 Выбор основного электрооборудования

Структура условного обозначения двигателя

2 П Ф 180 Л УХЛ4

Н азвание серии

И сполнение защищенное с независимой вентиляцией от постоянного вентилятора

В ысота оси вращения, мм

Д линна сердечника большая

К лиматическое исполнение и категория размещения

Параметры заданного электродвигателя приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Номинальные данные выбранного электродвигателя

Рн кВт	Uн В	Iн А	nн об/мин	nmax об/мин	Imax/Iн	GD2 кг·м2	2р
18,5	440	46,5	1490	3500	3	0,92	4

Продолжение таблицы 1.1

я	2а	в	Rя Ом	Rдп Ом	Rов Ом	Uвн В
330	2	850	0,26	0,183	46,7	220

где Рн- максимальная электромагнитная мощность двигателя;

Uн- напряжение питания электродвигателя;

Iн – номинальный ток электродвигателя;

nн- номинальная частота вращения вала электродвигателя;

nmax- максимальная частота вращения вала электродвигателя;

Imax – максимальный ток двигателя;

GD² - маховой момент;

2р – число полюсов;

_я – число витков обмотки якоря;

2а - число параллельных ветвей обмотки якоря;

_в - число витков на полюс;

Rя- сопротивление обмоток якоря электродвигателя при 20^оС;

Rдп- сопротивление дополнительных полюсов электродвигателя при 20^оС;

Rов- сопротивление обмотки главных полюсов;

U_вн - напряжение возбуждения.

Токоограничивающий реактор:

Тип: РСТ;

Напряжение короткого замыкания: U_к = 5,3 %;

Потери короткого замыкания: Р_кз = 277 Вт;

Шунт:

Шунт в цепи якоря выбираю из условия, чтобы его номинальный ток был не меньше номинального тока двигателя. Номинальный ток двигателя I_н = 46,5 А, т. о. выбираю шунт типа 75 ШСМ на номинальный ток I_шня = 50 А и номинальное напряжение U_шн = 75 мВ.

Задатчик скорости:

В качестве задатчика скорости выбираем потенциометр типа ППБ – 15 –1000 Ом. Т.к U_П = 15 В, а U_З(max) = 10 В, то последовательно необходимо включить добавочный резистор, R_ДОБ = 560 Ом, на котором будет погашено излишне напряжение.

Рисунок 1.1 – Схема задатчика скорости

Т иристорный преобразователь:

Для якорной цепи и обмотки возбуждения выбираем по номинальному току якоря, номинальному напряжению двигателя по количеству зон регулирования двигателя тиристорный преобразователь входящий в состав электропривода постоянного тока ЭПУ1М-2-37 4 7 Е УХЛ4 [2].

Технические данные ЭПУ1М-2-37 4 7 Е УХЛ4.

Исполнение по реверсу (2): реверсивный.

Номинальный выпрямленный (выходной) ток преобразователя (37): 50 А.

Номинальное выходное напряжение(4): 460 В.

Напряжение питающей сети (7): 380 В, 50 Гц.

Функциональная характеристика (Е): однозонный с обратной связью по ЭДС (диапазон регулирования 1 : 20).

Климатическое исполнение и категория размещения: УХЛ4.

ЭПУ1М-2-37 4 7 Е УХЛ4 – электропривод главного движения предназначены для реверсивных приводов с однозонным регулированием скорости; в том числе для механизмов главного движения станков с ЧПУ и других механизмов. Обеспечивает перегрузку по току до 2 в течении 10 с.

Основу силовой схемы ЭПУ1М составляет 3-фазная мостовая схема, выполненная на таблеточных тиристорах с применением блоков импульсных трансформаторов.

Комплектность поставки ЭПУ1М:

- блок управления БСМ3Х03 (блок станочный модернизированный);

- аппаратура защиты при коротких замыканиях;

- сглаживающий дроссель или коммутационный реактор (при необходимости для привода подачи);

- блок ввода для подключения возбудителя к сети (для привода главного движения);

- комплект ЗИП;

- техдокументация.

2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Функциональная схема тиристорного электропривода на базе ЭПУ1М-2-37 4 7 Е УХЛ4 приведена на рисунке 2. Данная система с регулированием скорости и стабилизацией тока возбуждения построена по принципу подчиненного регулирования и имеет два контура: внутренний контур тока якоря и внешний контур ЭДС, а также независимый контур тока возбуждения.

В контур тока якоря входят: регулятор тока якоря (РТ), тиристорный преобразователь якоря двигателя (ТПЯ), якорная цепь двигателя и датчик тока якоря.

Контур ЭДС состоит из регулятора ЭДС (РЭ), замкнутого контура тока якоря, механической цепи двигателя, датчика напряжения и фильтра (Ф).

Независимый контур тока возбуждения состоит из регулятора тока возбуждения (РТВ), тиристорного преобразователя возбуждения (ТПВ), цепи возбуждения двигателя и датчика тока возбуждения.

В данной системе существует два способа ограничения тока якоря двигателя: путем ограничения выходного сигнала регулятора ЭДС, который является задающим сигналом на ток, и за счет «токовой стенки».

В процессе пуска поток статора постоянен и равен номинальному. Стабилизация потока осуществляется замкнутым контуром возбуждения, за счёт отрицательной обратной связи по току намагничивания, построенным на датчике тока возбуждения. На вход регулятора ЭДС (РЭ) поступает сигнал с задатчика скорости U_зс, а также алгебраическая сумма сигналов датчика напряжения ДН и датчика тока ДТ. На выходе РЭ формируется сигнал U_рЭ, пропорциональный разности входных сигналов. Сигнал U_рЭ, в свою очередь, является задающим для внутреннего контура регулирования тока. На вход регулятора тока (РТ), помимо сигнала U_рЭ, поступает также сигнал обратной связи по току U_дт. На выходе РТ формируется сигнал U_рт, который является управляющим сигналом для ТПЯ.

При пуске двигателя в холостую, подают максимальный сигнал задания ЭДС. При этом ток якоря выходит на ограничение I_макс и по мере нарастания скорости спадает до нуля. Скорость изменяется по закону не соответствующему МО, т.к. на начальном этапе разгона РЭ выходит на ограничение выходного сигнала. Ротор достигает скорость холостого хода без перерегулирования.

При набросе номинального момента нагрузки скорость двигателя начинает уменьшаться. Начинает уменьшаться сигнал обратной связи по ЭДС U_дЭ. Таким образом, на входе РЭ появляется сигнал рассогласования, который через РЭ поступает на вход контура тока. С выхода контура тока будет сниматься сигнал, который по цепи обратной связи будет частично компенсировать действующее возмущение.

По мере снижения скорости сигнал рассогласования на входе РЭ будет увеличиваться. Таким образом, будет увеличиваться сигнал на выходе замкнутого контура тока. При достижении некоторой скорости (меньше первоначальной) сигнал на выходе контура тока станет равным сигналу возмущения. С этого момента двигатель будет работать в установившемся режиме с меньшей скоростью.

Рисунок 2 – Функциональная схема электропривода

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Падение напряжения на щеточном контакте принимаю равным :

U_щ=2 В. (3.1)

Номинальная угловая скорость:

(3.2)

Сопротивление якорной цепи электродвигателя:

(3.3)

где β_т – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмоток при нагреве на 60С, β_т = 1,24.

Номинальная ЭДС электродвигателя:

(3.4)

Конструктивный коэффициент электродвигателя :

(3.5)

где w_я – число витков обмотки якоря, w_я = 330 витка;

2а – число параллельных ветвей, 2а = 2;

2р – число полюсов, 2р = 4.

Коэффициент ЭДС и момента электродвигателя:

(3.6)

Номинальный поток:

(3.7)

Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 80 С:

(3.8)

Номинальный ток возбуждения:

(3.9)

К оэффициент наклона кривой намагничивания при Ф = Ф_н:

Рисунок 3.1 - Кривая намагничивания

(3.10)

Индуктивность обмотки возбуждения:

(3.11)

где σ – коэффициент рассеяния, σ = 1,08.

Электромагнитная постоянная времени цепи возбуждения:

(3.12)

Постоянная времени контура вихревых токов:

(3.13)

Индуктивность якоря двигателя:

(3.14)

где С₁ = 0,6 – для некомпенсированных машин.

Электромагнитная постоянная времени якоря электродвигателя:

(3.15)

Момент инерции двигателя:

(3.16)

М омент инерции механизма, приведенный к валу электродвигателя

(3.17)

Момент инерции привода

(3.18)

Номинальный момент электродвигателя

(3.19)

Максимальное ускорение электродвигателя при пуске от задатчика интенсивности:

(3.20)

при М_дин = М_н.

Приведенное к цепи выпрямленного тока сопротивление реактора:

(3.21)

Максимальная выпрямленная эдс преобразователя цепи якоря:

(3.22)

где k_сх1 = 2,34 – коэффициент трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Индуктивное сопротивление токоограничивающего реактора:

(3.23)

где k_сх2 = 0,815 – для трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Эквивалентное сопротивление токоограничивающего реактора, учитывающее снижение выпрямленного напряжения при коммутации вентиля:

(3.24)

Сопротивление шин и кабелей:

(3.25)

Сопротивление цепи ТП – якорь двигателя:

(3.26)

И ндуктивность рассеяния токоограничивающего реактора:

(3.27)

где ω_с = 2∙π∙f_с = 2∙π∙50 = 314 (рад/с).

Индуктивность цепи ТП – электродвигатель:

(3.28)

Максимальное значение коэффициента усиления ТП в цепи якоря с СИФУ, выполненной по вертикальному принципу управления с пилообразным напряжением сравнения:

(3.29)

где U_оп – амплитуда опорного напряжения в СИФУ, U_оп = 10 В.

Электромагнитная постоянная времени цепи ТП – электродвигатель:

(3.30)

Электромеханическая постоянная времени:

(3.31)

Передаточный коэффициент шунта в цепи якоря:

(3.32)

Коэффициент датчика тока:

(3.33)

где U_ДТmax – максимально допустимое значение напряжения на выходе датчика тока, U_ДТmax = 10 В.

Коэффициент передачи усилителя датчика тока якоря

, (3.34)

Шунт в цепи возбуждения выбираю по номинальному току возбуждения электродвигателя. Выбираем шунт на ток I_ншв = 5 А, U_ншв = 75 мВ.

Передаточный коэффициент шунта в цепи возбуждения:

(3.35)

Н апряжение датчика тока возбуждения принимаю 5 В, тогда

(3.36)

Коэффициент передачи усилителя датчика тока цепи возбуждения:

(3.37)

Не скомпенсированные постоянные времени контуров тока якоря и тока возбуждения примем Т_ = 0,01 с; Т_в = 0,01 с.

4 РАСЧЕТ ЗАПАСА ПО НАПРЯЖЕНИЮ

Максимальное напряжение тиристорного преобразователя при номинальной ЭДС двигателя и при возможном снижении напряжения питания сети должно обеспечить определенный запас на статику и динамику.

Определим необходимый запас по напряжению

(4.1)

где E_дн – номинальная ЭДС двигателя, E_дн = 412,425 В,

ΔE_дзап = max {ΔE_dстат; ΔE_dдин}. (4.2)

ΔE_dстат = I_max∙R_э =3∙I_н∙R_э =3∙46,5∙0,985 = 137,41 В, (4.3)

(4.4)

Определим фактический коэффициент запаса:

(4.5)

Предельная величина ЭДС, до которой будет осуществляться настройка контура на модульный оптимум:

E_Дпред = E_doя – E_dзап = 514,8 – 139,47 = 375,33 В. (4.6)

Рассчитаем относительное значение ЭДС :

(4.7)

Предельная ЭДС двигателя при снижении напряжении питающей сети на 10%:

E^*_Дпред = 0,9∙E_doя – E_dзап = 0,9∙514,8 – 139,47 =323,85 В. (4.8)

Рассчитаем относительное значение ЭДС двигателя при снижении напряжении питающей сети на 10% :

(4.9)

И з данных расчетов видно, что при номинальном напряжении работа двигателя будет обеспечена практически во всем диапазоне скоростей, за исключением 9% от верхнего предела.