Обоснование способов пуска, регулирования скорости и торможения двигателя

Реверсивный вентильный преобразователь позволяет осуществлять плавный пуск, регулирование скорости, как в сторону уменьшения, так и увеличения ее, а также и рекуперативное торможение путем изменения, подводимого к двигателю постоянного тока, напряжения.

Напряжение преобразователя будем регулировать с помощью изменения угла управления α. Так как за основную скорость ω_ом мы приняли максимальную скорость механизма (ω_ом= 20 с^-1), то в увеличении скорости путем ослабления магнитного потока двигателя нет необходимости.

10.
Расчет статических механических характеристик двигателя за цикл работы

Статические механические характеристики проектируемого электропривода в первом приближении можно считать линейным (с учетом некоторых допущений). Поэтому данные характеристики построим по двум точкам:

· I точка с координатами (ω = ω_о_i_; M = 0);

· II точка с координатами (ω = ω_с_i; M = M_Ci).

где первая точка является точкой холостого хода, а вторая - точкой i-установившегося режима.

Для расчета и построения статических механических характеристик в системе ТП - Д, соответствующих установившимся скоростям двигателя, необходимо предварительно определить эквивалентное сопротивления якорной цепи, которое определяется как:

R_Э = ,

где m - пульсность выпрямленного напряжения, для 3-фазной мостовой схемы m = 6.

Активное и реактивное сопротивление трансформатора, приведенные к его вторичной обмотке, рассчитаем по формулам:

где ΔP_КЗ- мощность короткого замыкания трансформатора, Вт; m₁ - число фаз;

U_КЗ% - напряжение короткого замыкания трансформатора, %

Определим коэффициент трансформации трансформатора по формуле:

К_ТР = U_1Ф / U_2Ф = 220 / 118 = 1,86.

Подставив численные значения величин в уравнения (10.2), (10.3), получаем, что

, где

Определим сопротивления сглаживающего и уравнительного дросселей:

Ом, где ΔU_СД.Н = ΔU_УД.Н ≈ 0,0075 U_dH_.

Тогда, после подстановки численных значений всех величин, входящих в (10.1), получаем, что эквивалентное сопротивления якорной цепи:

R_Э = ;

Статические механические характеристики рассчитываем по формуле:

, где

E_d₀ =

Угол задержки открывания вентилей α_i, необходимый для установления скорости ω_ci определяется как:

, где

I_Ci - ток статической нагрузки, которому соответствует приведенный момент М_Ci.

K=3,68 - расчет смотри в пункте 8

Найдем скорости идеального холостого хода и статические скорости в установившихся режимах из выражения (10.4):

Для уменьшения зоны прерывистых токов, которая возникает в нереверсивных схемах, и в реверсивных при раздельном управлении вентилями, сглаживания пульсаций выпрямленного тока, ограничения тока через тиристоры в первый полупериод питающего напряжения при коротком замыкании на стороне выпрямленного тока в тиристорном электроприводе постоянного тока применяют дроссели, включаемые в якорную цепь.

В данном курсовом проекте преобразователь реверсивный, с уравнительными реакторами. Следовательно, зоны прерывистых токов нет, т.к. уравнительные токи уже являются нагрузкой для тиристоров. Добавочная индуктивность в данном случае нужна для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

Определим суммарную индуктивность, необходимую для сглаживания пульсаций тока:

L_Σ =

где i_e = 0,04 - относительная величина пульсаций первой гармоники выпрямленного тока;

е_е - относительная величина пульсаций первой гармоники выпрямленного напряжения;

ω₁ = 2πf₁ = 2π^. 50 = 314 c^-1.

Величина определяется как:

Расчетная индуктивность сглаживающего дросселя:

L_СД = L_Σ - L_Я - 2L_ТР- L_УД

Индуктивность якорной цепи:

L_Я =

где K₁ = 0.5 для некомпенсированных машин, р_П - число пар полюсов.

Индуктивность согласующего трансформатора:

Индуктивность уравнительного дросселя:

L_УД = ,

т.к. в системе установлено 4 не насыщающихся дросселя.

Подставив в уравнение (10.6) все необходимые величины, получаем, что

L_СД = 27,3^.10^-3 - 4,9^.10^-3 - 2^.1,26^.10^-4 -0 = 20,66 мГн.

Построим статическую механическую характеристику, согласно уравнению. Результаты расчета приведены в табл. 8

Таблица 8. Расчет статической механической характеристики

№ характеристики	1 точка (М =0; ω = ω₀_i)	2 точка и (М =M_Ci; ω = ω_с_i)	α_i	I_Ci, A
1	(0; 35,1)	(329,9; 31,5)	62	89,56
2	(0; -66,9)	(-362,97; -63)	26	98,54
3	(0; -12,8)	(-306,75; -9,45)	80	83,27

Статическая механическая характеристика привода, построенная согласно данным табл. 8, показана на рис. 5.

Переходные процессы

Расчет переходных процессов в разомкнутой системе электропривода при питании двигателя от тиристорного преобразователя в данном проекте выполняется в предположении того, что управление приводом осуществляется путем линейного изменения во времени скорости идеального холостого хода (ω₀_i), т.е. по следующему закону:

ω_o(t) = ω_o_НАЧ + ε_о^.t.

где ε_о - ускорение идеального холостого хода, определяемое из условия полного использования двигателя по моменту.

Так как скорость нарастания управляющего сигнала ограничивается, электромагнитная инерция силовой цепи двигателя в переходном процессе проявляется незначительно и ею можно пренебречь.

При определении длительности изменения ω_о учитывается знак ускорения ε_о.

· ε_о> 0 - при пуске в области положительных скоростей и торможении в области отрицательных;

· ε_о< 0 - при пуске в области отрицательных скоростей и торможении в области положительных.

Суммарная длительность переходных процессов не должна превышать 2%-4% от суммарного времени цикла работы механизма.

Скорость двигателя и его момент в переходных режимах изменяются по законам:

где β, β_С - соответственно коэффициенты жесткости механических характеристик двигателя рабочей машины.

Получим численные значения жесткостей механических характеристик:

Найдем также ускорение идеального холостого хода:

где М_М, М_СМ - максимально допустимый момент двигателя (М_М = 1500 Н^.м) и максимальный статический момент соответственно.

Знак «-» возьмем при разгоне, а «+» - при торможении. Следовательно, подставив в выражение (11.3) численные значения всех величин, получаем два значения :

Определим электромеханическую постоянную времени привода:

Переходные процессы при пуске из неподвижного состояния

В этом случае переходный процесс разбивается на три этапа.

I этап.

На I этапе, 0 t t₀, двигатель остается неподвижным, поскольку момент двигателя меньше статического. Начальная механическая характеристика двигателя проходит через начало координат, конечная - через точку с координатами w=0, М=М_С0 (ей соответствует скорость идеального холостого хода, равная w_0.КОН._I).

Для данного этапа справедливы начальные условия:

Момент двигателя на этом этапе изменяется по закону

Скорость идеального холостого хода двигателя на этом этапе изменяется по закону:

Заканчивается I этап при увеличении М до М_С0, когда скорость w₀ достигает значения:

При М_СО = 302,05 Н•м.

Длительность этапа:

Изменение момента и скорости во времени

00,0020,0040,0060,0080,010,0120,0132
044,8989,79134,7179,6224,5269,4296,8
00,4920,9841,4761,9682,4612,9533,25

II этап.

На II этапе происходит разгон двигателя при линейном изменении w₀ во времени. Начальные условия этого этапа:

Скорость и момент на данном этапе описываются уравнениями:

Величина e₀ имеет то же значение, что и на первом этапе.

Начальная механическая характеристика двигателя на II этапе совпадает с конечной характеристикой I этапа, конечная характеристика II этапа проходит через точку I заданного установившегося режима работы.

Заканчивается этап в момент времени t₁, когда двигатель выходит в точку а на характеристику, обеспечивающую заданную скорость рабочей машины, при этом w₀ достигает значения w_О.КОН= 35,12 1/с.

Длительность II этапа:

Изменение момента и скорости и во времени

00,020,040,060,080,10,120,129
296,83706,881048,11332,11568,81766,11930,71998,9
00,4261,6073,4155,7428,511,6213,2
3,258,17513,118,0222,9427,8632,7835,11

III этап

На III этапе t>t₁ происходит окончательный разгон двигателя до установившегося режима при постоянном значении скорости идеального холостого хода w_О.КОН.=35,11 с^-1 Для этого этапа начальные условия: