Выбор структуры системы управления ЭП

2.Выбор  электродвигателя.

2.1. Ориентируясь на  исходные данные принимаем для  электропривода двигатель  4ПФ250L.   [1,363]

таблица2.- параметры двигателя 4ПФ250L.

Мощность Рном, кВт	250
Напряжение Uном, В	440
Ток Iном, А	614
КПД, %	91
Скорость nном, об/мин	1500
Максимальная скорость nmax, об/мин	3000
Момент инерции J, кг/м2	4,86

 

Двигатели серии 4ПФ предназначены  для приводов механизмов главного движения станков с ЧПУ, гибких производственных систем и роботизированных промышленных комплексов. Исполнение по степени защиты IP23, по способу охлаждения – IC06 (с независимой вентиляцией) климатическое исполнение и категория размещения – УХЛ4.

В условном обозначении ДПТ после  названия типа(4ПФ) указывается последовательно  высота оси вращения,мм, условная длина сердечника(L), наличие воздушного фильтра- буква В (при его отсутствии буква опускается)

 Двигатели поставляются со  встроенным тахогенератором типа  ТП80-20-0,2 и датчиком тепловой защиты – терморезистором типа СТ14-1Б. Возбуждение ДПТ независимое, при последовательном соединении катушек – 220В, при параллельном – 110В. Класс нагревостойкости F. Режим эксплуатации S1. Двигатели допускают регулирование частоты вращения напряжением U=0¸460В при М=const. Допускаются перегрузки: при n=n_ном I_max=1,6×I_ном в течение 1 мин и I_max=2×I_ном в течение 15 сек. При n=n_max I_max=1,5×I_ном в течение 10 сек. Способ исполнения IM1001.

 2.2 Используя паспортные данные рассчитаем параметры двигателя.

2.2.1 Потребляемая мощность:

. [2]

2.2.2 Сопротивление обмоток якоря:

[2]

2.2.3 Температурный коэффициент  обмоток двигателя:

k_t=1+ ,[2]

где t – превышение температуры обмоток, соответствующее классу F;

      - температурный коэффициент меди;[1]

2.2.4 Сопротивление двигателя:

R_дв=k_t

т.к. значение   очень мало, то им пренебрегаем

2.2.5. Определение  индуктивности якорной цепи.

Индуктивность якорной цепи определим из выражения  для двигателя без компенсационной обмотки:

2.2.6 Определение  конструктивного коэффициента двигателя.

Конструктивный  коэффициент двигателя приближенно  можно определить из:

[2]

2.2.7 Скорость холостого хода:

.[2]

2.2.8 Известно, что тогда по закону сохранения энергии приведенный момент определится:

где J_дв – момент инерции двигателя;

J_дв = 4,86 кг·м²;

J_М – момент инерции механизма;

2.2.9 Статический момент, действующий на вал двигателя.

Статический момент, действующий на вал двигателя  примем равным номинальному, который определим из выражения .

где P_Н – номинальная мощность двигателя;

P_Н = 250 кВт;

2.2.10 Электромагнитная постоянная времени якоря двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор  структуры системы управления  ЭП

Выбор структуры  системы управления электропривода производиться с учетом требований задания на электропривод.

 Основными требованиями к  электроприводу являются: поддержание заданной скорости вращения ЭП (с учетом требуемого диапазона регулирования скорости ), величина токоограничения при упоре, ускорение ЭП при пуске.

Для управления ЭП используются два  типа систем управления – разомкнутая  и замкнутая. Разомкнутая система управления имеет низкую точность и ограниченный диапазон регулирования. Для расширения диапазона регулирования и повышения точности используются замкнутые системы регулирования. Идея замкнутых систем сводится к тому, что в системе автоматически компенсируются воздействие возмущающих факторов и угловая скорость или момент двигателя могут с большей точностью поддерживаться на требуемом уровне.

Для осуществления автоматического  регулирования необходимо измерить сигнал обратной связи , затем этот результат в виде напряжения сравнить с заданным в  виде напряжения с значением регулируемой величины и направить результат сравнения регулируемому объекту. Обычно энергии регулируемого органа бывает недостаточно для воздействия на регулирующий орган, поэтому возникает необходимость в применение усилительного устройства. Перечисленные элементы (измерительный орган , усилитель и регулирующий орган) входят в устройство регулятора, осуществляющего процесс регулирования .

Таким образом , система автоматического  регулирования состоит из регулируемого объекта и регулятора, реагирующего на изменение регулируемой величины.

Ограничение момента , развиваемого приводом, до требуемого значения с определенной точностью может произойти, например, при снижение ЭДС преобразователя, питающего якорь двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Автоматически это выполняется при соответствующей обратной связи. В данном случае целесообразно применить отрицательную обратную связь по току, которая вступает в действии при достижении током (или моментом при Ф=const) заданного значения .

Для управления электроприводом принимаем  двухконтурную схему с внешним  контуром регулирования скорости и  внутренним подчиненным контуром регулирования  тока якоря двигателя.

В качестве внутреннего контура принимаем контур регулирования тока якоря. Он применяется, если требуется обеспечить:

- ограничение тока якоря допустимым  значением при перегрузках электропривода;

- пуск или торможение электропривода  с максимально возможным темпом;

- дополнительную коррекцию во внешнем контуре регулирования скорости.

В качестве внешнего контура принимаем  контур регулирования скорости. В  структурную схему входят: двигатель постоянного тока, тиристорный преобразователь, регуляторы тока и скорости, датчики обратных связей тока и скорости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.- Структурная двухконтурная  схема с внешним контуром регулирования  скорости и внутренним подчиненным  контуром регулирования тока якоря  двигателя.

 

4 Выбор  комплектного тиристорного электропривода.

 

Основными техническими данными являются номинальные ток I_нтп и напряжение U_нтп . номинальный ток комплектного электропривода должен быть больше номинального тока  двигателя:

I_нтп

I_ндв. [3]

Номинальное напряжение электропривода должно быть меньше номинального напряжения комплектного привода на 5-10%, что обеспечивает запас на регулирование скорости и на безопасное инвертирование при снижении напряжения питающей сети.

Выбор комплексного тиристорного  электропривода производим по току, напряжению и регулируемой координате (в данном случае скорости).

Принимаем комплектный тиристорный  электропривод унифицированной  серии КТЭУ мощностью до 2000кВт [3] :

КТЭУ-800/440-132-12-УХЛ4.

Цифры преобразователя имеют следующие  значения:

800- номинальный ток электропривода;

440- номинальное напряжение электропривода;

1- электропривод однодвигательный;

3- режим работы: реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре;

2 – исполнение ТП по способу  связи с сетью: с трансформатором;

1-основной регулируемый параметр: скорость, однозонное регулирование;

2 – состав коммутационной аппаратуры  силовой цепи: c линейным контактом и динамическим торможением;

УХЛ4-исполнение для районов с  холодным и умеренным климатом

Система импульсно-фазового управления.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования выходного напряжения системы управления u_у в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования смещен относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол , зависящий от значения u_у .

В современных электроприводах  СИФУ выполняют как синхронные многоканальные, т.е. в них выполняется отсчет угла от моментов естественного отпирания для каждого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч). СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений, компараторов , сравнивающих напряжение управления  u_у и опорные напряжения u_оп узлов, преобразующих моменты переключения компараторов в импульсы управления тиристорами, узлов ограничения диапазона изменения угла и выходных усилителей. В реверсивных электроприводах СИФУ дополняется узлом выбора выпрямительного моста АВ.

Параметры СИФУ приведены в таблице 3

Таблица 3 – Параметры СИФУ

Наименование параметра	Числовое значение
Максимальное входное напряжение , В, не более	8-10
Входной ток , мА, не более	5
Напряжение синхронизации с  питающей сетью трехфазное, В	380
Допустимые коммутационные провалы, % град	400
Температурный дрейф при изменение  температуры от 1 до 400С, не более	4
Диапазон изменения угла управления , град	5-170
Ассиметрия импульсов отдельных  каналов, град, не более	3

СИФУ гальванически отделена от силовой части электропривода. В  реверсивных ЭП СИФУ дополняется  узлом выбора выпрямительного моста  АВ. Устройство раздельного управления АВ обеспечивает бестоковую паузу 5-7 мс с возможностью ее регулировки. СИФУ электроприводов серии КТЭУ выполняется с широким использованием операционных усилителей серии К553УД2, логических интегральных микросхем серии К511.

СИФУ серии КТЭУ имеют следующие  особенности:

-косинусоидальное опорное напряжение;

- 6-канальное устройство фазосмещения;

-использование одного устройства  фазосмещения для обоих выпрямительных  мостов в реверсивных ЭП;

-высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов;

- использование сигналов с трансформаторов  переменного тока для работы  логического переключающего устройства.

Система защит  преобразовательной части.

Преобразовательная часть тиристорных  ЭП снабжается быстродействующей системой защиты, обнаружить аварию и локализовать ее , уменьшить ее вредные последствия. Большая часть аварий влечет  появление значительных токов в тех или иных элементах силовой цепи. Некоторые виды аварий могут вызвать выход из строя элементов схемы без увеличения тока; например , отключение принудительной вентиляции вызовет перегрев тиристоров даже при номинальном токе; некоторые элементы выходят из строя при появлений перенапряжений, в частности , приходящей из питающей сети.

ЭП имеют следующие виды защит:

- от выхода из строя тиристоров от внешних и внутренних коротких замыканий, открывания тиристора в неработающей группе, опрокидывания инвертора;

- от перенапряжений на тиристорах;

- от аварийной перегрузки на  тиристорах;

- от аварийных процессов при  исчезновении напряжения собственных нужд и силового напряжения;

- от недопустимой продолжительности  работы при исчезновении принудительной  вентиляции;

- от снижения тока возбуждения  двигателя ниже допустимого;

- от превышения допустимого  тока возбуждения; 

-от перенапряжения на якоре двигателя ;

- от превышения скорости двигателя;

- от неправильного порядка сборки  схем;

- от перегрузки двигателя, превышающей  заданную в течение определенного  времени (до 20с) или защиту по  среднеквадратичному току;

- от аварийных режимов маслонаполненного трансформатора;

- от включения ТП на вращающийся двигатель или при напряжение на выходе ТП, не равном нулю;

-от нарушения изоляции элементов  силовой цепи.

При всех видах защит обеспечивается определенная селективность защит, недопускающая  перегорания предохранителя или тиристора, если данная авария может быть отключена автоматическим выключателем или сеточной защитой ТП ,переводящей импульсы управления в инвертор. Для облегчения эксплуатации и поиска неисправностей ЭП снабжены аварийной и предупреждающей сигнализацией. Аварийные и предупреждающие сигналы запоминаются с выдачей их на световую индикацию и во внешней цепи.

В ЭП серии КТЭУ защита основана на изменении тока нагрузки датчиком тока, подключенном к шунту, и переменного тока на выходе выпрямителя с помощью трансформаторов тока. Предусмотрена система контроля состояния предохранителей и вентиляции.

Система управления ЭП.

Системы управления обеспечивают требуемые  характеристики ЭП. Они состоят из аналоговых или цифровых регуляторов, изменяющих с необходимой точностью по заданному закону основную координату ЭП и ограничивающих допустимые значения промежуточных координат, логических систем , служащих для управления режимами ЭП, сигнализации и защиты.