Система автоматического управления электроприводом

 

Для приведения сопротивлений  к обмотке ротора нужно сопротивления, приведенные к обмотке статора, разделить на К_тр², тогда получим

Сопротивление рассеяния  фазы двигателя

 

Индуктивность фазы двигателя

Приближенное значение максимального скольжения при заданном диапазоне регулирования определяется по выражению

Среднее напряжение на выходе выпрямительного моста при максимальном скольжении S_max определяется по следующему выражению

    (3.3.3)

где Е_2k – линейное напряжение (на разомкнутых кольцах) ротора АД при скольжении S = 1.

Напряжение фазы трансформатора определяется по выражению

     (3.3.4)

Линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора

    (3.3.5)

 

Средний выпрямленный ток:

    (3.3.6)

Мощность трансформатора определяется по выражению

    (3.3.7)

По расчетным параметрам выбирается трансформатор ТСЗ – 35:

S_тр = 35 кВт,           U_1л.тр = 380 В,            I_2ф.тр =  87,86 А,         DР_хх = 315 Вт,

U_2л.тр = 230 В,         U_кз.тр = 3,7 %,            DР_кз = 875 Вт.

Напряжение вторичной обмотки трансформатора

      (3.3.8)

Активное сопротивление  фазы трансформатора

    (3.3.9)

Полное сопротивление  фазы трансформатора

     (3.3.10)

Реактивное сопротивление фазы трансформатора

    (3.3.11)

 

Индуктивность фазы трансформатора

    (3.3.12)

Требуемое значение индуктивности  цепи выпрямленного тока рассчитывается исходя из необходимости ограничения пульсаций выпрямленного тока

     (3.3.13)

где U_dnm – амплитуда основной гармонической составляющей выпрямленного напряжения, для мостовой схемы определяется

     (3.3.14)

K - кратность гармоник. Для мостовой схемы выпрямления K = 1;

р - кратность пульсаций, р = 6;

w - круговая частота питающего напряжения, w = 2pf = 314 c^-1;

р₍₁₎% - допустимое действующее значение основной гармоники тока, принимается равным р₍₁₎% = 15 %; 

I_dн – номинальный выпрямленный ток преобразователя.

 

Тогда, после подстановки (3.3.14) в (3.3.13), получаем

Требуемая индуктивность  сглаживающего дросселя определяется в соответствии с соотношением

  (3.3.15)

По результатам расчета  выбирается дроссель СРОС-100/0,5У4 , основные технические данные которого:

I_н = 320 А L = 2,25 мГн

Суммарная индуктивность, тогда будет равна:

L_Σ = L_др + L_дв + L_тр = 2,25 + 0,239 + 0,131 = 2,62 мГн

 

Расчет постоянных потерь

Постоянные потери рассчитываются по формуле 3.3.16

            (3.3.16)

где: _ΔР_{пост.пр} – постоянные потери в преобразовательных устройствах;

Коэффициент 1,05 учитывает  увеличение постоянных потерь в АД за счет наличия высших гармоник  в токе статора и ротора приблизительно на 5% в сравнении с обычной схемой включения.

 

 

 

Постоянные потери в  естественной схеме включения АД:

Постоянные потери в  преобразовательных устройствах:

где: _ΔР_хх – потери холостого хода трансформатора.

 

Расчет переменных потерь

В каскадных системах переменные потери выражаются через  параметры цепи  выпрямленного напряжения роторной цепи:

    (3.3.17)

где: R₂ – активное сопротивление фазы ротора АД;

  R₁` - приведенное к цепи ротора активное сопротивление фазы статора;

      R_пр.р – активное сопротивление преобразовательных устройств:

 Ом

  Σ_ΔU_в – падение напряжения на вентилях цепи ротора при прохождении прямого тока (Σ_ΔU_в = 4В)

Аналитическое выражение для среднего тока имеет вид:

           (3.3.18)

 

Расчет реактивной мощности

            (3.3.19)

где: Р_сэ – мощность, потребляемая со стороны статора;

          (3.3.20)

   к_т – коэффициент трансформации двигателя

   I₀ = I_μ – ток холостого хода.

 

Реактивная мощность трансформатора определяется:

          (3.3.21)

где: к_iт = 0,815 – коэффициент мостовой схемы;

m_т = 3 – число фаз вторичной обмотки;

Е_2т = 180 В – фазное напряжение вторичной обмотки.

 

КПД регулирования  скорости вращения АД в системе асинхронно-вентильного  каскада

             (3.3.22)

 

Коэффициент мощности при регулировании скорости вращения АД в системе асинхронно-вентильного каскада

   (3.3.23)

где: ν = 0,99 – коэффициент, учитывающий искажение формы  кривых первичных токов двигателя и трансформатора.

 

Расчетные данные для  построения энергетических характеристик  приведены в таблице 3.3. Графики энергетических характеристик приведены на рис.3.3.

 

Таблица 3.3 Расчетные  данные энергетических показателей  регулировании скорости вращения АД в системе асинхронно-вентильного каскада

S	Мвент, Н*м	w, с-1	Р, Вт	Q, Вар	η	cosf
0,211	494,831	61,950	43682,539	186541,687	0,702	0,226
0,332	354,245	52,500	26718,600	153377,310	0,696	0,170
0,465	220,931	42,000	14225,145	123173,064	0,652	0,114
0,599	122,827	31,500	7223,974	104493,634	0,536	0,068
0,775	38,860	17,700	3278,244	115477,579	0,210	0,028

 

ΔРпост.н, Вт	ΔРд.пер, Вт	ΔP, Вт	Рпол, Вт
2438,150	10589,627	13027,777	30654,762
2438,150	5682,566	8120,716	18597,884
2438,150	2507,895	4946,045	9279,101
2438,150	916,776	3354,926	3869,048
2438,150	152,263	2590,413	687,831

 

Id, А	Рсэ, Вт	Ртр, Вт	Sтр, ВА	Qтр, Вар	cos fдв	tan fдв	Qдв
272,430	41302,153	2380,386	119896,382	119872,750	0,527	1,614176	66668,94
195,655	30260,584	3541,984	86107,715	86034,835	0,410	2,225419	67342,47
125,219	19790,068	5564,923	55108,937	54827,243	0,278	3,453541	68345,82
70,436	12084,975	4861,002	30998,777	30615,272	0,161	6,113241	73878,36
22,239	5490,253	2212,009	9787,460	9534,222	0,052	19,29663	105943,4

 

 

 

 

Рис.3.1 Энергетические показатели при регулировании скорости вращения АД путем введения добавочного сопротивления  в цепь ротора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.2 Энергетические показатели регулирования скорости вращения АД параметрическим способом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.3 Энергетические показатели при регулировании скорости вращения АД в системе асинхронно-вентильного  каскада

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчет наиболее экономичного  варианта электропривода

 

4.1 Обоснование выбранного  варианта схемы

 

Наиболее экономичным вариантом  электропривода является система асинхронно-вентильного каскада, так как в ней полностью отсутствуют потери на скольжение, а присутствуют лишь потери на сопротивлениях двигателя и сопротивлениях системы электропривода, которые достаточно малы. При этом максимум потерь соответствует номинальной скорости вращения двигателя, а при снижении скорости вращения потери уменьшаются.

Существуют два вида каскадов: электромеханические и электрические. Выбирается электрический каскад, так как регулирование ведется с постоянством момента М = const.

Существуют два типа электрических  каскадов: вентильно-машинный и асинхронно-вентильный каскад. Выбирается асинхронно-вентильный каскад. В вентильно-машинном электрическом каскаде при диапазоне регулирования

D > 2 возрастает установленная мощность устройств в роторной цепи асинхронного двигателя, преобразующих мощность скольжения. При этом суммарная мощность каскада достигает 400 %. Постоянное напряжение преобразуется через ДПТ и  синхронный генератор в переменное и отдается в сеть. В асинхронно-вентильном каскаде электромеханический агрегат заменяется инвертором, т.е. становится меньше вращающихся агрегатов, следовательно асинхронно-вентильный каскад надежнее. Суммарная мощность асинхронно-вентильного каскада меньше, чем  вентильно-машинного электрического каскада.

Схема выбранного варианта асинхронно-вентильного  каскада представлена на рис. 4.1.1. Используются мостовые схемы включения тиристоров и диодов в инверторе и выпрямителе каскада. Не используется шестипульсная схема инвертора, так как роторная цепь асинхронного двигателя высоковольтная. В шестипульсной схеме дополнительно требуются уравнительные реакторы для согласования групп вентилей.

Таким образом, из сказанного выше следует, что наиболее выгодным вариантом электропривода является асинхронно-вентильный каскад.

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

4.2  Расчет и выбор  элементов силовой части

 

Средний ток вентиля определяется по следующему выражению

    (4.2.1)

Наибольшая амплитуда  обратного напряжения на вентиле

    (4.2.2)

Наибольшее мгновенное значение напряжения на вентиле

      (4.2.3)

где w_uw – коэффициент нагрузки, принимается равным w_uw = 0,55,

Выпрямительные диоды  выбираются из справочника по среднему току и наибольшему мгновенному  значению напряжения, расчетным значениям  соответствует диод типа

Д151-125-4:

 

                                     I_пр.ср = 125 А           U_обр = 300 В

                                     U_обр.и = 400 В         t_{вост.обр} = 15 мкс

 

Напряжение инвертора  при нулевом угле управления определяется по выражению

    (4.2.4)

Наибольшая амплитуда  обратного напряжения на вентиле  определяется по выражению (4.2.2)

Наибольшее мгновенное значение напряжения на вентиле определяется по выражению (4.2.3)

Тиристоры выбираются из справочника по среднему току и наибольшему мгновенному значению напряжения, расчетным значениям соответствует тиристор типа

Т141-63-6:

 

                       I_ср.max = 63 А,            I_у  = 150 мА,         t_вкл = 10 мкс,

  U_RRM = 600 В,         U_у = 4 В,                 t_выкл = 100 мкс.

 

Сопротивление, вводимое в цепь ротора при пуске двигателя на скорость соответствующую 0,95w_ном, можно определить из соотношения

где S_пуск – скольжение при работе на реостатной характеристике при пуске двигателя, принимается большим, чем S_ном  на 5…10 %, принимаем S_пуск » 0,18, тогда выразив из (4.2.21) R_доб и подставив значения получим значение пускового сопротивления

Мощность добавочного сопротивления 

Добавочное сопротивление выбирается по сопротивлению и мощности.

Номинальный ток фазы ротора определяется по выражению

Контактор в цепи ротора и статора  выбирается по номинальному фазному  току, расчетным параметрам удовлетворяет  контактор из серии КТ6000, предназначенных для тяжелых режимов работы двигателя, типа