Ускорение вала двигателя в переходных режимах:
Ускорение кабины лифта:
Ускорение кабины лифта не должно превышать максимально допустимого по исходным данным.
Разбиваем нагрузочную диаграмму на 16 интервалов: 4, 8, 12, 16 – интервалы пауз; 1, 5, 9, 13 - интервалы разгона; 3, 7, 11, 15 - интервалы замедления; 2, 6, 10, 14 - интервалы работы с установившейся скоростью.
Выполним расчет нагрузочной диаграммы.
Продолжительность интервалов разгона-замедления:
WN/ с
Путь кабины при разгоне-замедлении:
Путь кабины при перемещении на три этажа, пройденный на постоянной скорости:
Путь кабины при перемещении на один этаж, пройденный на постоянной скорости:
Время движения с постоянной скоростью при перемещении на три этажа:
Время движения с постоянной скоростью при перемещении на один этаж:
Время работы в цикле:
Время стоянки на этаже:
Моменты двигателя на интервалах разгона:
Моменты двигателя на интервалах замедления:
Моменты двигателя на интервалах движения с постоянной скоростью:
Проверка двигателя по нагреву
Используя нагрузочную диаграмму двигателя, определяем эквивалентный по нагреву момент за время работы в цикле.
где n - число интервалов нагрузочной диаграммы, на которых двигатель находится в работе (интервалы пауз не учитываются).
Для лифта, работающего в повторно-кратковременном режиме, продолжительность включения в рабочем цикле отличается от номинальной продолжительности включения двигателя. Поэтому для этих приводов необходимо выполнить приведение эквивалентного момента к номинальной продолжительности включения двигателя.
Проверка теплового состояния двигателя осуществляется сравнением приведенного эквивалентного момента с номинальным моментом двигателя. Двигатель проходит по нагреву, если выполняется неравенство:
Выбор основных узлов силовой части электропривода
Выбор тиристорного преобразователя
Для обеспечения реверса двигателя и рекуперации энергии в тормозных режимах выбираем двухкомплектный реверсивный преобразователь для питания цепи якоря. Принимаем встречно-параллельную схему соединения комплектов и раздельное управление комплектами. Выбираем трехфазную мостовую схему тиристорного преобразователя. Т.к. проектирование самого тиристорного преобразователя не входит в задачи курсового проекта, то выбираем стандартный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода КТЭУ.
· Номинальное напряжение UDN преобразователя выбирается так, чтобы оно соответствовало номинальному напряжению якоря двигателя (UDN должно быть больше номинального напряжения якоря двигателя на 5-15%).
· Номинальный ток преобразователя IDN выбирается из ряда стандартных значений. Его значение должно быть равным или ближайшим большим по отношению к номинальному току якоря двигателя.
UяN=220 В, UDN=230 В, IDN=25 А.
Выберем способ связи тиристорного преобразователя с сетью. Питание силовых цепей в электроприводах КТЭУ с номинальными токами до 1000 А осуществляется от трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением Uc=380 В через токоограничивающий реактор. Для связи тиристорного преобразователя с сетью применяем понижающий трансформатор.
Питание цепи возбуждения в электроприводе КТЭУ выполняется от однофазной сети переменного тока с напряжением 380 В через мостовой выпрямитель. Обмотки возбуждения двигателей соединяются параллельно.
Выбор силового трансформатора
Выбираем трансформатор типа ТСП - трехфазный двухобмоточный сухой с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения. Номинальный вторичный ток трансформатора I2N должен соответствовать номинальному току тиристорного преобразователя IdN=25 А. Эти токи для трехфазной мостовой схемы преобразователя связаны по формуле:
I2N=0,816IdN=0,81625=20,4 А
Выпишем данные выбранного трансформатора:
Тип трансформатора – ТСП -10/0,7-УХЛ4;
схема соединения первичных и вторичных обмоток – Y/D;
номинальная мощность ST=7,3 кВА;
номинальное линейное напряжение первичных обмоток U1N =380 В;
номинальное линейное напряжение вторичных обмоток U2n=205 В;
номинальный линейный ток вторичных обмоток I2N=20,5 А;
мощность потерь короткого замыкания Рк=320 Вт;
относительное напряжение короткого замыкания uк=4,7%.
Рассчитаем параметры трансформатора:
Коэффициент трансформации:
Номинальный линейный ток первичных обмоток:
Активное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора:
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:
Индуктивное сопротивление обмоток фазы трансформатора:
Индуктивность обмоток одной фазы трансформатора:
где Wс-угловая частота сети (при частоте питающей сети 50Гц Wс=314 рад/с).
Выбор сглаживающего реактора.
Сглаживающий реактор включается в цепь выпрямленного тока преобразователя с целью уменьшения переменной составляющей тока (пульсаций). Пульсации выпрямленного тока должны быть ограничены на уровне допустимого значения для выбранного двигателя. Максимально допустимый коэффициент пульсаций ki(ДОП) задается в числе данных двигателя и представляет собой отношение действующего значения переменной составляющей тока якоря к его номинальному значению. Для расчета индуктивности сглаживающего реактора определим требуемую индуктивность всей главной цепи системы «тиристорный преобразователь - двигатель» по условию ограничения пульсаций.
ЭДС преобразователя при yглe управления а = 0:
EdO=KEU2N=1,35205=276,75 В
где КE- коэффициент, зависящий от схемы преобразователя (для трехфазной мостовой схемы КE=1.35).
Минимальная эквивалентная индуктивность главной цепи по условию ограничения пульсаций выпрямленного тока:
где kU- коэффициент пульсаций напряжения (для трехфазной мостовой схемы ки=0,13);
р - пульсность преобразователя (для трехфазной мостовой схемы р=6),
Расчетная индуктивность сглаживающего реактора:
Так как расчетная индуктивность оказалась отрицательной или равной нулю, то это означает, что сглаживающий реактор не требуется. В этом случае собственной индуктивности главной цепи достаточно для ограничения пульсаций тока.
Разработка принципиальной электрической схемы силовой части электропривода.
Принимаем комплектный тиристорный электропривод унифицированной серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт:
КТЭУ-42/220-2321-УХЛ4.
Цифры типообразования имеют следующие значения:
42 - номинальный ток электропривода;
220 - номинальное напряжение электропривода;
2 - электропривод двухдвигательный;
3- режим работы: реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре;
2 - исполнение ТП по способу связи с сетью: через трансформатор;
1 - основной регулируемый параметр: скорость, однозонное регулирование;
УХЛ4 - исполнение для районов с умеренным и холодным климатом.
Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода составлена в соответствии с функциональными схемами электроприводов КТЭУ, выбранными способами соединения обмоток двигателя и связи преобразователя с сетью. На принципиальной схеме, в отличие от функциональной, подробно показаны схемы преобразователей.
На рис. 4 приведена схема реверсивного электропривода серии КТЭУ на ток до 200 А. Тиристорный преобразователь ТП, состоящий из двух встречно включенных мостов VSF, VSB, получает питание от сети через автоматический выключатель QF1 и трансформатор ТМ. На стороне постоянного тока защита осуществляется автоматическим выключателем QF2. Реле максимального тока КА1, КА2 воздействуют на отключение линейных контакторов КМ1 и КМ2, которые служат для частой коммутации якорной цепи. Динамическое торможение электродвигателей М1 и М2 осуществляется через контакторы KV1, KV2 и резисторы RV1 и RV2. Трансформатор Т1 и диодный мост V служат для питания обмоток возбуждения LM1 и LM2 двигателей M1 и M2. Напряжение управления для СИФУ возбудителя вырабатывается в системе управления электроприводом СУ. Сигналы о токах якорей двигателей и токах возбуждения, получаемые с шунтов RS1 - RS3, сигналы о напряжениях на якорях электродвигателей, снимаемых с потенциометров RP1 и RP2 поступают в СИФУ. В двухдвигательных электроприводах обмотки возбуждения двигателей соединяются параллельно.
Рис. 4.Силовая часть реверсивного электропривода серии КТЭУ на ток до 200 А
Преобразовательная часть электропривода состоит из силовых тиристоров, число и схема соединения которых определяются параметрами электропривода и примененных тиристоров, системы их охлаждения, защитных RС-цепей, системы гальванического разделения и преобразования уровня управляющих импульсов, СИФУ, системы защиты и сигнализации. К преобразовательной части относят также трансформатор, автоматические выключатели на стороне постоянного и переменного тока, сглаживающий реактор.
На рис. 5 показана функциональная схема преобразовательной части электропривода серии КТЭУ с номинальным током до 200 А. Узел фазосмещения AT формирует шесть последовательностей импульсов для выпрямительного моста VSF или для моста VSB, которые усиливаются усилителями A-F и А-В. Сдвиг импульсов относительно силового напря-жения определяется напряжением управления uу. Для синхронизации с питающей сетью на вход AT поступает опорное напряжение Uоп после фильтра Z. Выбор работающего моста осуществляется логическим перек-лючающим устройством АВ в зависимости от полярности напряжения переключения uп и абсолютного значения тока нагрузки |id|. В качестве датчика тока используются трансформаторы тока и выпрямитель V. Устройство АВ формирует логические сигналы выбора моста VSF или VSB, переключает полярность напряжения задания начального угла U0 и вырабатывает сигнал бестоковой паузы BF1=1, по которому снимаются импульсы с обоих выпрямительных мостов. Сигнал BF2, появляющийся одновременно с сигналом BF1, но исчезающий несколько позже, служит для отключения сигнала задания тока во время бестоковой паузы. По сигналу uср(срыв импульсов) импульсы снимаются с обоих выпрямительных мостов. Защита электропривода осуществляется узлом AF, который воспринимает перегрузки в цепи переменного тока |id| и в цепи постоянного тока id, а также сигнал "Авария", вырабатываемый в схеме управления электроприводом. Узел AF через узел ускоренного отключения AR отключает автоматический выключатель главной цепи QF, воздействуя на его независимый расцепитель R, снимает сигнал готовности в схеме управления электроприводом и сдвигает управляющие импульсы в инверторную область.
Система импульсно-фазового управления предназначена для преобразования выходного напряжения системы управления в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещен относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол а, зависящий от значения. В современных электроприводах СИФУ выполняют как синхронные многоканальные, т. е. в них выполняется отсчет угла, а от моментов естественного отпирания для каждого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч).
Системы импульсно-фазового управления ТП электроприводов серий КТЭУ имеют следующие особенности: косинусоидальное опорное напряжение, шестиканальное устройство фазосмещения, использование одного устройства фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных электроприводах, высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов, использование сигналов с трансформаторов переменного тока для работы логического переключающего устройства.
Как следует из функциональной схемы, приведенной на рис. 5., СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений, узла фазосмещения и переключающего устройства АВ.
Узел формирования опорных напряжений включает в себя трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, которые можно включать по схемам звезды или треугольника, и ячейку фильтра типа ЯФУ0176 с тремя каналами апериодических фильтров, обеспечивающих фазовый сдвиг на 60 (240 при учете инвертирования напряжения усилителями).
Расчет параметров математической модели силовой части электропривода.
Расчет параметров силовой части электропривода в абсолютных единицах.
Главную цепь системы «тиристорный преобразователь - двигатель» можно представить в виде схемы замещения (рис.6.). В главной цепи действуют ЭДС преобразователя Ed и ЭДС якоря двигателя ЕЯ. На схеме замещения показаны:
Rя,- активные сопротивления якорной цепи двигателя;
2RT - активные сопротивления двух фаз трансформатора;
Rg - фиктивное сопротивление обусловленное коммутацией тиристоров;
LЯ - индуктивность якорной цепи двигателя;
2LT - индуктивность двух фаз трансформатора.
Направления тока и ЭДС соответствуют двигательному режиму электропривода (см. рис.6.).
Рис. 6 .Схема замещения главной цепи системы
От исходной схемы замещения переходим к эквивалентной схеме (рис.7.), где все индуктивности объединяются в одну эквивалентную индуктивность Lэ, а все активные сопротивления - в одно эквивалентное сопротивление RЭ.
Рис. 7 . Эквивалентная схема замещения главной цепи
Определим параметры силовой части в абсолютных (т.е. физических) единицах.
Фиктивное сопротивление преобразователя, обусловленное коммутацией тиристоров:
Эквивалентное сопротивление главной цепи:
RЭ=RЯ+Rg+2RТ=0,65+0,03+20,25=1,18Ом
Эквивалентная индуктивность главной цепи:
LЭ=LЯ+2LТ=0,014+23,1210-4=0.015Гн
Электромагнитная постоянная времени главной цепи:
Электромагнитная постоянная времени цепи якоря двигателя:
Коэффициент передачи преобразователя:
где Uy max - напряжение на входе системы импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя (напряжение управления), при котором угол управления равен нулю и ЭДС преобразователя в режиме непрерывного тока максимальна. В проекте примем U y max=10 В.
Выбор базисных величин системы относительных единиц.
При рассмотрении модели силовой части электропривода как объекта управления параметры и переменные электропривода удобно перевести в систему относительных единиц. Переход к относительным единицам осуществляется по формуле
где Y - значение в абсолютных (физических) единицах; Y6 - базисное значение (также в абсолютных единицах); у — значение в относительных единицах.
Принимаем следующие основные базисные величины силовой части электропривода:
■базисное напряжение:
Uб=ЕЯN=192,76 В
■ базисный ток:
Iб=IЯN=42 A
■ базисную скорость:
■ базисный момент:
Mб=МN=71,6 H*м
■базисный магнитный поток:
Фб=ФN=1,7 Вб
Базисный ток и базисное напряжение регулирующей части электропривода выбираются так, чтобы они были соизмеримы с реальными уровнями токов и напряжений в регулирующей части. Принимаем:
базисное напряжение системы регулирования:
U6р=10В;
базисный ток системы регулирования:
Iбр=0,5 мА.
Рассчитаем производные базисные величины:
базисное сопротивление для силовых цепей:
R б =Uб/Iб=192,76/42=4,59 Ом
базисное сопротивление для системы регулирования:
R бр =Uбр/Iбр=10/0,5*10-3=20000 Ом
Механическая постоянная времени электропривода зависит от суммарного момента инерции и принятых базисных значений скорости и момента:
Расчёт параметров силовой части электропривода в относительных единицах.
На рис. 8. показана структурная схема модели силовой части электропривода как объекта управления. Переменные модели выражены в относительных единицах. В модель входят следующие звенья:
- тиристорный преобразователь (ТП) - пропорциональное звено с коэффициентом передачи kП;
- главная цепь (ГЦ) - апериодическое звено с электромагнитной постоянной времени Т3 и коэффициентом передачи, равным , т.е. эквивалентной проводимости главной цепи в относительных единицах;
- механическая часть (МЧ) - интегрирующее звено с механической постоянной времени Tj;
- звенья умножения на магнитный поток (поток рассматривается в модели как постоянный параметр).
Входные величины модели представляют собой управляющее воздействие UУ (сигнал управления на входе преобразователя) и возмущающее воздействие mC (момент статического сопротивления на валу двигателя).
Переменными модели являются:
- ЭДС преобразователя ed;
- ЭДС якоря двигателя ея;
- ток якоря двигателя iя;
- электромагнитный момент двигателя m;
- угловая скорость двигателя .
Рис. 8 Структурная схема объекта управления
Определим параметры электропривода в относительных единицах:
- коэффициент передачи преобразователя:
- эквивалентное сопротивление главной цепи:
- сопротивление цепи якоря двигателя:
- магнитный поток двигателя:
Расчет коэффициентов передачи датчиков.
Рассчитаем коэффициенты передачи датчиков в абсолютных единицах так, чтобы при максимальном значении величины, измеряемой датчиком, напряжение на выходе датчика было равно базисному напряжению регулирующей части.
Коэффициент передачи датчика тока:
IЯ(max) - максимальный ток якоря по перегрузочной способности двигате-ля. Максимальный ток определяется по формуле
Коэффициент передачи датчика напряжения:
Коэффициент передачи датчика скорости:
Рассчитаем коэффициенты датчиков в относительных единицах.
Разработка системы управления электроприводом.
Выбор типа системы управления электроприводом.
В курсовом проекте проектируется аналоговая система управления электроприводом. Система управления строится по принципу подчиненного регулирования координат.
Каждый электропривод снабжается системой автоматического регулирования (САР), предназначенной для изменения по заданному закону основной координаты электропривода, регулирования и ограничения промежуточных координат. В системе регулирования скорости основной координатой является скорость двигателя, а промежуточной — ток якоря. В САР основной координатой является положение исполнительного органа механизма, а скорость и ток — промежуточными.
Система регулирования замкнутая (с обратной связью), т.е. заданное значение координаты сравнивается с фактическим и их разность, усиленная и преобразованная в регуляторе, в конечном счете, воздействует на вход СИФУ тиристорного преобразователя якоря или возбуждения электродвигателя. Системы построены по принципу подчиненного регулирования, в соответствии с которым САР разбивается на несколько контуров, один из этих контуров является внешним, на его входе сравниваются задание и фактическое значение основной координаты. Выход внешнего контура является задающим сигналом для промежуточного контура, на входе которого сравниваются выходной сигнал внешнего контура и фактическое значение промежуточной координаты, и т.д., а выход внутреннего контура воздействует на вход СИФУ.
Страницы: 1, 2, 3
