Выбор сглаживающего дросселя

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

 

Тема: Разработка и исследование двухконтурной структуры подчиненного регулирования,

скорости электропривода постоянного тока

 

 

Выполнил студент Коморников Сергей Романович

 

Курс 3 Группа з32704/1 Шифр 220700.62

 

Руководитель работы

К. т. н., доцент

Ольга Леонидовна Шарякова

 

Работа допущена к защите__________________________

 

Работа защищена с оценкой ________________________

 

Дата /________ / Подпись руководителя /___________ /

 

Санкт-Петербург 2014г.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

Выполнить расчеты статики, произвести оптимизацию динамики САУ и исследовать переходные процессы в синтезированной системе при управляющих и возмущающих воздействиях машинными (расчетно-аналитическими) методами.

Базовая структура САУ – двухконтурная САР скорости ЭП. Приводной электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения. Тип двигателя – 4ПФM280МУХЛ4/1000, его номинальное напряжение Uя.н. = 440 В. Питание ЭП осуществляется от сети трехфазного тока 380/220 В, 50 Гц.

Момент сопротивления производственного механизма не зависит от скорости и изменяется в статике от Mcmin = 0.2 Mн до Mcmax = Mн, где Mн – номинальный момент двигателя.

В динамике момент сопротивления изменяется скачком на величину 0.5 Mн.

Приведенный к валу двигателя момент инерции механизма Jм =10*Jд , где Jд – момент инерции двигателя.

Требования к САУ:

- диапазон регулирования скорости D_pc = 50 ;

- статическая ошибка замкнутой системы D с.з. = 0,5 % ;

- перерегулирование при единичном управляющем воздействии б £ 43,5 % ;

- динамическая ошибка при возмущающем воздействии D д.з. = 5 % ;

- время переходных процессов t п.п. £ 0.5 с.

 

Глава 1. РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Выбор электродвигателя

Технические данные электродвигателя постоянного тока 4ПФM280МУХЛ4:

- мощность Pн = 110 кВТ ;

- номинальное якорное напряжение Uя.н. = 440 В ;

- частота вращения nн = 1000об/мин, nmax = 2200 об/мин ;

- ток якоря Iя.н. =285 А ;

- КПД h =88.0 % ;

- сопротивление обмотки якорной цепи Rд =0.0295 Ом ;

- сопротивление обмотки возбуждения Rв =33.0 Ом ;

- число витков обмотки возбуждения wв.п. = 800 ;

- момент инерции Jд = 5.9 кг×м²

 

Индуктивность цепи якоря двигателя приближенно может быть расчитана по формуле Линвиля-Уманского:

Uя.н. × Kк 440 * 0.3

Lд = ¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾ =0.0022Гн ,

Iя.н. × ωн × Pп 285*104.6*2

 

где Iя.н. – номинальный ток якоря ;

ωн – номинальная угловая скорость двигателя ;

Pп - число пар полюсов ;

Kк - коэффициент компенсации (при наличии компенсационной обмотки Кк = 0.25…0.3,

при ее отсутствии Кк = 0.4…0.6).

ωн – неизвестно, вычислим его по формуле:

2×p×nн 6280

ωн = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 104.6cֿ¹ ,

60 60

 

где nн – номинальная частота вращения.

 

Рассчитаем активное сопротивление якорной цепи двигателя Rд при температуре равной 150 °с

Rд150°с = 1.2 × Rд20°с = 1.2 ×0,0295 =0,0354 Ом ,

где Rд20°с – активное сопротивление якорной цепи двигателя Rд при температуре равной 20 °с

 

Выбор силового преобразователя

 

Исходя из условий: Uт.п. ≥ Uя.н. , Iт.п. ≥ Iя.н. , выбераем тиристорный преобразователь. Тиристорный преобразователь должен быть выбран с учетом допустимой перегрузки (определяется кратностью пускового тока двигателя (Iт.п.) и длительностью пуска привода). Номинальное напряжение тиристорного преобразователя (Uт.п.), работающего на якорь двигателя, должно быть ближайшим большим к номинальному якорному напряжению двигателя (Uя.н.).

Исходя из требований получаем:

Преобразователя типа КТЭ 320/440,

где Uт.п. = 440 В

Iт.п. = 320 А

Тиристорный преобразователь с номинальным напряжением 440В предназначен для непосредственного подключения к сети с линейным напряжением 380 В.

Следуя условию: Uтор ≥ Uя.н. , Iтор ≥ Iя.н. , аналогично тиристорному преобразователю выберем токоограничивающий реактор ТОР.

Получаем: Трехфазный токоограничивающий реактор типа РТСТ-265-0,156УЗ,

где Uтор =410 В

Iтор = 410 А

Lтор = 0.1мГн

Rтор =0.00405 Ом

Для дальнейших расчетов определим индуктивность Lт.п. и активное сопротивление Rт.п. силовой цепи преобразователя.

Индуктивность Lт.п. равна индуктивности элементов силовой цепи.

Lт.п. = Lтор = 0.1мГн ,

где Lтор – индуктивность токоограничивающего реактора.

Сопротивление Rт.п. в свою очередь равно сопротивлению элементов силовой цепи.

Rт.п. = Rтор + Rк =0.03405 Ом ,

где Rтор – сопротивление токоограничивающего реактора ;

Rк – коммутационное сопротивление.

Сопротивление Rк рассчитаем по формуле:

Rк = Lа ּ m ּ f = =0.03 Ом ,

где Lа – индуктивность анодной цепи тиристора ;

m – число пульсаций тиристороного преобразователя (для мостовой схемы m = 6).

Найдем Lа:

Lа = Lтор =0.0001 Гн

 

Выбор сглаживающего дросселя

 

При работе тиристорного преобразователя на якорь двигателя необходим сглаживающий дроссель. Основными расчетными параметрами дросселя являются его номинальный ток Iдр и индуктивность Lдр.

Требуемое значение Lя.ц. рассчитывается по условию ограничения пульсаций тока до допустимого для машины уровня:

ee × Edo 0.24 * 513

Lя.ц. = ¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾ =0.00327Гн,

ie × ωп × Iя.н. 0.07*1884*285

 

где Lя.ц. – полная индуктивность якорной цепи ТП-Д ;

ee – относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного

напряжения (для широкорегулируемых ЭП ee = 0.22¼0.24) ;

Edo – максимальная выпрямленная ЭДС ТП ;

ie – относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного

тока (для двигателей серии 2ПФ и 4ПФ ie = 0.07) ;

ωп – угловая частота пульсаций.

Найдем ωп:

ωп = 2 · π · f · m = 2 · 3.14 · 50 · 6 = 1884 c

Значение Lя.ц., найденное по условию сглаживания пульсаций, следует проверить по условию ограничения зоны прерывистых токов

Iя.гр ≤ Iя.с.min ,

где Iя.с.min – минимальный рабочий ток двигателя.

Опредилим Iя.с.min по формуле:

Iя.с.min = 0.2 · Iя.н =57 А

Гранично-непрерывный ток Iя.гр растет с увеличением угла управления тиристорами a, поэтому его следует определить по формуле:

Edo π π

Iя.гр = ¾¾¾¾¾¾ · 1- ¾ · ctg ¾ · sinamax =

2 · π · f · Lя.ц. m m

 

 

=513/2*3,14*50*0,00327 * (1-3,14/6 *1,83) * 0,997=50 А

 

 

где

amax = arcos ( Ea min / Edo ) = arcos(36,59/513) =1,49 рад

Здесь Ea min = Kf · ωmin + Iя.н. · Rя.ц. = 4,11*2,09+285*0,07715=30,58 В ,

Где Kf – поток возбуждения двигателя ;

Rя.ц. – полное активное сопротивление якорной цепи ТП-Д ,

Найдем значение Kf:

Uя.н. - Iя.н. · Rд150°с 440 -285*0.0354

Kf = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾ =4,11 В×с

ωн 104.6

 

Рассчитаем ωmin:

ωmin = ωн / Dw = 104.6/50=2.09 с^-1

Определим полное активное сопротивление якорной цепи ТП-Д по формуле:

Rя.ц. = Rд150°с + Rт.п. + Rдр =0,0354+0.03405+0,0077=0.07715 Ом

Так как сглаживающий дроссель еще не выбран, то его сопротивление Rдр следует определить приближенно по формуле:

Rдр = DUд / Iя.н. = 2,2/285» 0,0077 Ом ,

Где DUд – падение напряжения на дросселе, DUд » Uя.н. · ( 0.005¼0.01 )=440*0,005=2,2.

50А≤57А

Условие выполнено

Рассчитаем ориентировочную индуктивность дросселя Lдр.ор :

Lдр.ор = Lя.ц. – Lд - Lт.п. =0,00327-0,0022-0,0001= 0,001 Гн.

Исходя из условия Lдр.табл ³ L_др.ор; Iдр ³ Iя.н. выберем сглаживающий дроссель. В итоге имеем: дроссель типа ДФ-7,

где Iдр =235 А ;

Lдр.табл = 2.45 мГН.

После выбора сглаживающего дросселя уточним полную индуктивность якорной цепи ТП-Д по формуле:

Lя.ц.ут = Lдр.табл + Lд + Lт.п. =0,00245+0,0022+0,0001=0,00475 Гн.