Расчет автоматизированного электропривода

Jв=73,28·(0,01/3,14·2,1)=0,000188кг·м

      - момент инерции первой массы  двухмассовой механической системы  по формуле (13)

      J1=1.1·Jдв=1,1·0,005=0,0055 кг·м

      - суммарный эквивалентный момент инерции по формуле (15)

      Jэкв=J1·J2=0,0055+0,000188=0,00568 кг·м

      - эквивалентную угловую жесткость  механизма находим по формуле  (16)

      С12=185·10·(0,01/3,14·2·1)=475,1

      - частоту резонансных колебаний  двухмассовой системы по формуле  (17)

      Ώ12=√185·10·0,00568/0,0055·0,0018=1,06

      - коэффициент передачи механизма  по формуле (18)

      

м,

      - коэффициент внутреннего вязкого  трения найдем по формуле (19)

      β=(0,1·475,1)/(3,14·1,06)=14,27 Н·м·с, 
 

      4 Выбор трансформатора

      Выбор согласующего силового трансформатора для питания вентильного преобразователя производится по расчетным значениям фазного тока I_2ф и напряжения U_2ф вторичной обмотки и типовой мощности трансформатора S_тр.

      Расчетное значение напряжения вторичной обмотки  трансформатора:

                             (21)

где - расчетный коэффициент, определяемый по формуле (22)

,                                           (22)

       - число коммутаций на период, в нашем случае  ;

     - коэффициент, учитывающий заданное  снижение напряжения сети, U_смин/U_сном=0,85_;

           - коэффициент, учитывающий неполное открытие вентилей управляющего преобразователя, , при раздельном управлении можно принять 10°, в нашем случае ;

        - коэффициент, учитывающий падение напряжения в преобразователе, ;

     - максимальное напряжение на  двигателе, значение которого  определяется по формуле:

,                                       (23)

    I_макс – максимальное значение тока двигателя, обеспечиваемое преобразователем при скорости вращения двигателя ;

     - конструктивный коэффициент  двигателя, В*с;

Определим  с=(220-4,93·17,5)/800/9355=1.59 В·с,

                  В.

      Подставив все значения в формулу (21), получим  расчетное значение напряжения вторичной  обмотки трансформатора:

      U2фаз=0,428·1/0,85·1·(1+0,07·3)·478=235,6 В.

      Расчетное действующее значение фазного тока вторичной обмотки:

,                                           (24)

 где  - коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной, ;

       - коэффициент, характеризующий  отношение  и зависящий от схемы выпрямления ,  /1, с. 10/;

       - среднее значение выпрямленного  тока ( ).

      Подставив все значения в формулу (24), получим расчетное действующее значение фазного тока вторичной обмотки

      I2фаз=1,1·0,815·15=13,44 А

      Расчетная типовая мощность трансформатора:

,                                    (25)

где - коэффициент схемы, /1, с. 10/.

      Подставив все значения в формулу (25), получим  расчетную типовую мощность трансформатора:

      Sтр=1,045·235,6/0,428·1,1·4,93=3820,3 ВА

      Максимальная  мощность, отдаваемая трансформатором  в режиме рабочей перегрузки двигателя:

,                                   (26)

где I – ток двигателя, когда он потребляет наибольшую мощность в

       режиме допустимой перегрузки;

      - максимальная мощность двигателя, 

     Рдв=386,6·14,79=5717,8 Вт

      Подставив все значения в формулу (26), получим  максимальную мощность, отдаваемую трансформатором  в режиме рабочей перегрузки двигателя:

      Sтрmax=1,045·(1+0,85·3)·1,1·5717,8=23332,7 ВА

      На  основании расчетных данных выбираем силовой трансформатор, /имеющий параметры:

      

      

      Таблица 2 – Параметры силового трансформатора

 

      Номинальные значения фазного напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора определим по формулам (27) и (28).

                                                      (27)

U2ф=360/√3=136 В

,                                                 (28)

где - число фаз вторичной обмотки трансформатора, ;

I2ф=5700(3·136)=13,9 А

      Рассчитаем  активное и индуктивное сопротивления  и индуктивность обмоток трансформатора на фазу:

      Rтр=Р/(m2 I I2ф)=150/3·13,9·13,9=0,25 Ом

где - активная мощность потерь к.з. в обмотках трансформатора

где - относительное напряжение короткого замыкания трансформатора.

где - угловая частота питающей сети, с^-1. 
 

      5 Выбор сглаживающего  дросселя

      Определять  величину индуктивности сглаживающего дросселя будем из условия ограничения пульсаций выпрямленного тока.

      Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям выпрямленного тока, которые ухудшают  коммутацию двигателя  и увеличивают его нагрев. Кривая выпрямленного напряжения содержит две составляющие – постоянную, равную среднему значению выпрямленного напряжения, и переменную, состоящую из спектра гармоник. Ограничиваемая с учетом влияния первой гармоники необходимая величина индуктивности цепи выпрямленного тока может быть определена по выражению:

,                                             (29)

где  - действующее значение первой гармоники пульсирующего

    выпрямленного напряжения при угле управления 90°,

    

     - допустимое действующее значение  первой гармоники выпрямленного  тока в процентах. При расчете  рекомендуется выбирать  в зависимости от мощности двигателя (при больших мощностях берутся меньшие значения),  Р(1)%=12%..

      Подставив все значения в формулу (29), получим  величину индуктивности цепи выпрямленного  тока:

      

      Индуктивность сглаживающего дросселя определим  следующим образом:

      

где - суммарная индуктивность обмоток трансформатора в контуре

      выпрямленного тока.

      По  найденному значению индуктивности  выбираем тип сглаживающего дросселя и его параметры.

      Таблица 3 – Параметры сглаживающего дросселя

 
 

      6 Расчет параметров  силовой цепи

      Расчетное сопротивление силовой цепи:

      

                            (30)

где - суммарное сопротивление обмоток трансформатора в контуре

      выпрямленного тока,

     - активное сопротивление сглаживающего  дросселя.

      Подставив все значения в формулу (30), получим  расчетное сопротивление якорной  цепи

      Rя.ц.=17,5+0,25+0,0089=17,759 Ом.

      Расчетное значение индуктивности силовой  цепи:

      

      Электромагнитная  постоянная силовой цепи:

      

      Конструктивный  коэффициент двигателя:

      

.

      7 Расчет регулировочных  характеристик тиристорного  преобразователя

      В практике применение ТП для ЭП постоянного  тока имеет место большое разнообразие систем управления (СУ) ТП как по принципу работы, так и по схемной реализации. Это обуславливает необходимость индивидуального подхода при расчете их параметров и характеристик. Наибольшее распространение находят аналоговые многоканальные системы импульсно – фазового управления (СИФУ). Если отвлечься от специфики их системной реализации и представить ТП функциональной схемой, приведенной на рисунке 4, то может быть предложена обобщенная методика расчета характеристик. Основанием для расчета являются следующие параметры:

      U_УМАКС – максимальное напряжение управления на входе СУ, В;

       - соответственно минимальный,  максимальный и 

      начальный угол управления ТП, град;

      U_ОП(t) – форма и размах опорного напряжения.

Рисунок 4 – Функциональная схема ТП

      СИФУ  с линейным опорным напряжением (СИФУЛ)

      Расчетные выражения:

     - регулировочная характеристика  СИФУ, град.,

    где -размах пилообразного опорного напряжения,В;

       - начальный угол управления, ;

       - максимальное напряжение пилы, В;

       - коэффициент передачи управляющего  органа на входе СИФУ;

       - регулировочная характеристика управляемого выпрямителя в режиме непрерывного тока, В, .

      Принцип работы СИФУ поясняется на рисунке 5.

Рисунок 5 – Регулировочная характеристика ТП

      

В,

где -  линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора,

А2=А2Е=230 В,

Коэффициент усиления ТП в режиме непрерывного тока

.

Постоянная времени  ТП мс.

Приближенное  определение минимального угла управления

.