Расчет автоматизированного электропривода

Исходные  данные 

1. Выбрать электродвигатель  и элементы системы управления  автоматизирован –

    ного электропривода, обеспечивающего при данной нагрузочной диаграмме

    диапазон регулирования скорости вращения D = 75, с относительной ошибкой

    10%. При пуске двигателя и перегрузках вращающий момент должен удержи –

    ваться в пределах от M_1кр = 95 Н∙м  до М_2кр = 11, Н∙м. Номинальная угловая

    скорость ɷ_Н = 1000 об/мин. Параметры графика нагрузки: t₁ = 5 c, t₂ = 3 c,

t₃ = 7 c,

    M_C1 = 4 Н∙м, M_C2 = 8 Н∙м, M_C3 = 6 Н∙м. Привод нереверсивный.

2. Составить  принципиальную схему привода.

3. Рассчитать  статические характеристики.

4. Построить  статические характеристики привода  для верхнего и нижнего пре –

    делов диапазона регулирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Выбор электродвигателя.

    Определение эквивалентного момента:

    Переведем угловую скорость в систему СИ:

    По каталогу выбираем двигатель ПБСТ 53 с данными: U_H = 220 B, P_H = 6,3 кВт,

    n = 2200 об/мин, I_H = 31,2 A, R_Я = 0,11 Ом, R_ДП = 0,042 Ом, R_B = 278 Ом.

    Определение номинального момента двигателя:

    Расчет параметров двигателя:

    где  

2. Выбор схемы преобразователя (выпрямителя).

   В соответствии с заданным диапазоном регулирования скорости (D = 50) выбираем (по методичке стр.7) однофазную схему с полууправляемым мостом. Для согласования напряжения двигателя и сети предполагаю использовать однофазный трансформатор. 

3. Расчет параметров  силового трансформатора.

    Определение требуемого напряжения вторичной обмотки:

    , где

    К_С = 1,11 – коэффициент схемы (табличная величина);

    К_З = 1,1 – коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение напряже–

             ния в сети;

    К_r = 1,05 – коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения и коммута–

            ционного тока в вентилях.

    Определение требуемой мощности трансформатора:

    , где

   К_i – коэффициент запаса, учитывающий отклонение формы тока в вентилях от

             прямоугольной;

    К_М – коэффициент схемы (табличная величина).

    Выбираем трансформатор ТВ–380 с номинальными данными:

    Определение параметров трансформатора:

    Принимаем cos φ = 0,65, при этом:

 

4. Выбор вентилей (тиристоров).

    Определение среднего значения тока через вентиль:

    m – коэффициент, зависящий от формы выпрямления (табличная величина);

     I_d – ток нагрузки.

    Определение номинального тока вентиля:

, где

    К_З = 2 … 2,5 – коэффициент запаса, выбирается в зависимости от возможных

            нагрузок.

    Определение наибольшего обратного напряжения:

, где

    К_З = 1,07 – коэффициент запаса, учитывающий разброс параметров трансфор–

             матора;

    К_Н – коэффициент схемы.

    Определение номинального напряжения вентиля:

    Выбираем вентили типа Т10–10–5 (Тиристоры с номинальным током 10 А и  

    допустимым обратным напряжением 500 В).

5. Расчет параметров  якорной цепи.

    Определение наибольшей допустимой величины переменной составляющей

    выпрямленного тока:

    Определение требуемой индуктивности якорной цепи:

,

    где

    f_П – частота пульсаций выпрямленного тока, определяемая исходя из схемы         

          выпрямления, Гц.

    Определение общей индуктивности двигателя и трансформатора:

    Данное значение меньше требуемого, поэтому в якорную цепь необходимо

    включить сглаживающий дроссель с индуктивностью:

    Активное сопротивление якорной цепи складывается из сопротивлений якоря

    двигателя, трансформатора, сглаживающего дросселя и коммутационного соп–

    ротивления, учитывающего коммутацию тока в вентилях.

   Определение коммутационного сопротивления:

   Для ограничения потерь падение напряжения на дросселе не должно превышать

   2 В.

6. Расчет параметров  системы управления.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    СИФУ – система импульсно-фазового управления

    На верхней границе диапазона регулирования:

    Это соответствует углу регулирования α = 54°.

    Коэффициент передачи преобразователя определяется по графику статической

    характеристики тиристорного преобразователя:

    Коэффициент передачи СИФУ по графику для значения α' = 54°:

, а 

    Коэффициент передачи тахогенератора, встроенного в двигатель ПБСТ 53

    определим по каталогу, он составляет

    Определим общий коэффициент передачи системы в разомкнутом состоянии:

    Наибольшая статическая ошибка в разомкнутом состоянии:

    , где

   

    В процентном отношении составляет:

    В замкнутом состоянии статическая ошибка уменьшается до значения:

    Для нижней границы получаем:

    Это  соответствует углу регулирования  α = 81°. 

    При этом коэффициент передачи преобразователя равен:

    Коэффициент  передачи СИФУ по графику для  значения α'' = 81°:

    Общий коэффициент передачи системы в разомкнутом состоянии:

    Наибольшая  статическая ошибка в разомкнутом состоянии:

    , где

   

    В  процентном отношении составляет:

    В  замкнутом состоянии статическая  ошибка уменьшается до значения:

    На нижней границе диапазона регулирования относительная ошибка больше допустимой. Для уменьшения статической ошибки в систему управления введем промежуточный усилитель. Определим требуемый коэффициент передачи всей

системы в разомкнутом  состоянии:

    Коэффициент передачи промежуточного усилителя должен быть не менее:

 
 
 

7. Расчет параметров  отсечки.

    Расчет ЭДС преобразователя:

    По статической характеристике преобразователя определим угол α = 48°.

    По статической характеристике СИФУ определим U_У = 4,5 В.

    В качестве стабилитрона V₁ принимаем стабилитрон Д 818 (напряжение стаби–

    лизации U_СТ1=9 В).

    Проверим выполнение условия 

    Коэффициент передачи стабилитрона V₁:

, где

   

    Напряжение стабилизации стабилитрона V₂:

    Выбираем стабилитрон Д825 (напряжение стабилизации U_СТ = 20 В). 
 

8. Построение статических  характеристик.

    Для верхнего диапазона регулирования.

    При

            

    При

             ,

              где 

    При 

             ,

             где 

    При 

             ,

             где  

                    

    Напряжение ограничения найдём из статической характеристики СИФУ:

    Для нижнего диапазона регулирования.

    При 

            

    При 

            

    При 

            

    При 

            

    Напряжение ограничения найдём из статической характеристики СИФУ: