Курсовая работа (т): Расчет регулируемого электропривода постоянного тока, построенного как система подчиненного регулирования

Расчет регулируемого электропривода постоянного тока, построенного как система подчиненного регулирования

Задание

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

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

. 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.

.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:  

.4 Выбор вентилей

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

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:

.

.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.

.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:

индуктивность двигатель электропривод ток

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 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: