Автоматизация

  
 
Рисунок 10 – Расположение секции обмотки якоря в пазах сердечника

 

Обмотка якоря изготавливается  из медных проводов круглого или прямоугольного сечения в виде заранее выполненных  секций (рисунок 3). Они укладываются в пазы, где тщательно изолируются. Обмотку делают двухслойной: размещают  в каждом пазу две стороны разных якорных катушек — одну над другой. Обмотку закрепляют в пазах клиньями (деревянными, гетинаксовыми или текстолитовыми), а лобовые части крепят специальным проволочным бандажом. В некоторых конструкциях клинья не применяют, а обмотку крепят бандажом. Бандаж изготовляют из немагнитной стальной проволоки, которая наматывается с предварительным натяжением. В современных машинах для бандажировки якорей используют стеклянную ленту.

Коллектор машины постоянного  тока собирается из клиноподобных пластин холоднокатаной меди. Пластины изолируют одну от другой прокладками из коллекторного миканита толщиной 0,5 - 1 мм. Нижние (узкие) края пластин имеют вырезы в виде "ласточкина хвоста", которые служат для крепления медных пластин и миканитовой изоляции. Коллекторы крепят нажимными конусами двумя способами: при одном из них усилие от зажима передается только на внутреннюю поверхность "ласточкина хвоста", при втором — на "ласточкин хвост" и конец пластины.

Коллекторы с первым способом крепления называют арочными, со вторым — клиновыми. Наиболее распространены арочные коллекторы.

В коллекторных пластинах  со стороны якоря при небольшой  разнице в диаметрах коллектора и якоря делают выступы, в которых  фрезеруют прорези (шлицы). В них  укладывают концы обмотки якоря и припаивают оловянистым припоем. При большой разнице в диаметрах припайка к коллектору делается с помощью медных полосок, которые называются "петушками".

В быстроходных машинах  большой мощности для предотвращения выпучивания пластин под действием центробежных сил применяют внешние изолированные бандажные кольца.

Щеточный аппарат состоит  из траверсы, щеточных пальцев (болтов), щеткодержателей и щеток. Траверса предназначена для крепления  на ней щеточных пальцев щеткодержателей, образующих электрическую цепь.

Щеткодержатель состоит  из обоймы, в которую помещается щетка, рычага для прижима щетки  к коллектору и пружины. Давление на щетку составляет 0,02 - 0,04 МПа.

Для соединения щетки  с электрической цепью имеется  гибкий медный тросик.  
В машинах малой мощности применяют трубчатые щеткодержатели, которые крепят в подшипниковом щите. Все щеткодержатели одной полярности соединяются между собой сборными шинами, которые подключаются к выводам машины.  
Щетки (рисунок 4) в зависимости от состава порошка, способа изготовления и физических свойств разделяют на шесть основных групп: угольно-графитовые, графитовые, электрографитовые, медно-графитовые, бронзографитовые и серебряно-графитовые.

Подшипниковые щиты электрической  машины служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.

 
 
а — для машин малой и средней  мощности; б — для машин большой  мощности; 1 — щеточный канатик; 2 —  наконечник.

Рисунок 11– Щетки 

Различают обычные и  фланцевые подшипниковые щиты. 
Подшипниковые щиты изготовляют из стали (реже из чугуна или алюминиевых сплавов) методом литья, а также сварки или штамповки. В центре щита делается расточка под подшипник качения: шариковый или роликовый. В машинах большой мощности в ряде случаев используют подшипники скольжения.

В последние годы статор двигателей постоянного тока собирают из отдельных листов электротехнической стали. В листе одновременно штампуются ярмо, пазы, главные и добавочные полюса.

Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.

Шунтирование — процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итогового сопротивления цепи.

Рисунок 12 – Шунт

 

Электрические машины малой  мощности, работающие в режиме генератора, выходное напряжение которых Uг является практически линейной функцией частоты вращения вала n, называютсятахогенераторами. Такие машины используются в автоматических системах управления и регулирования для измерения частоты вращения, для дифференцирования, для обратной связи по скорости и других операций. В качестве тахогенераторов применяются генераторы постоянного и переменного токов, в том числе синхронные и асинхронные генераторы. Обычно мощность таких машин менее 50 кВт.

Рисунок 13 – Тахогенератор постоянного тока

5 Тиристорный  преобразователь 

 

 

Силовые цепи ТП питаются от трёхфазной цепи переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 0,19; 0,38; 0,415 кВ при помощи преобразователя до 250 кВт, или от сети напряжением 6; 10 кВ ± 5% при мощности свыше 250 кВт.

Номинальные значения напряжения U_dH и тока I_dH преобразователя должны быть больше или равны номинальным значениям напряжения U_НОМ и тока I_ЯНОМ двигателя, т.е. U_dH ≥ U_ном ; I_dH ≥ I_ЯНОМ

Тиристорный преобразователь АТР-500/230-1P:

– номинальная мощность, кВт: 115 кВт.

– напряжение питающей сети, кВт: 0,38 кВт.

– напряжение выпрямленного тока, В: 230 В.

– номинальный выпрямительный ток, А: 500А.

– КПД, %: 87%.

– Cosα: 0,82.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Силовой трансформатор

 

 

При расчёте мощности и выборе трансформатора исходными  являются следующие основные величины:

• Номинальное выпрямленное напряжение и ток преобразователя.
• Напряжение питающей сети.
• Допустимые колебания напряжения сети.
• Число фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора.
• Частота сети.

Расчёт   следует   начинать   с   определения  требуемого   вторичного   напряжения трансформатора:

 

                                              

                                                  (22)

 

где  k^сх – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (см. табл. 3)

 

 

Таблица 3 – Расчетные коэффициенты схемы выпрямления

Расчетные коэффициенты схемы выпрямления
Схема выпрямления	Коэффициенты
	KCX	aB	в	cCB	d	kn
Трехфазная нулевая	1,17	1	0,007	0,0148	0,0085	1,345
Трехфазная мостовая	2,34	2	0,0025	0,0052	0,0043	1,045

 

Максимально-расчётное  значение выпрямленной ЭДС Е_d0 в режиме непрерывного тока определяется:

 

                      (23)

 

где    Ен – номинальное значение ЭДС двигателя;

I_dH – номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

Rя – активное   сопротивление   двигателя   с   учётом   сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов,  приведённое к рабочей температуре 80° С.

 

                                         (24)

 

где    α_min – минимальный угол регулирования;

ΔUв – падения напряжения на тиристоре (ΔUв = 1В)

Ксет – коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока;

u_к%; ΔР_M% – напряжение к.з. и потери меди трансформатора;

а_в – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления;

в, Ссв, d – расчётные коэффициенты;

ΔU_c% – возможные колебания напряжения сети (10%).

u_{к% =} 10% ;

ΔР_{M% =} 3%

α_min = 20°;

Ксет =1,5.

 

 

Расчётная мощность трансформатора определяется по формуле:

 

                                                                               (25)

 

где     k_CX – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления.

 

 

Трансформатор: ТМ-160/10

– мощность – 160 кВА;

– первичное напряжение – 10;6 кВ;

– вторичное напряжение – 0,4;0,69 кВ;

– напряжение короткого  замыкания – 4,5%;

– мощность потерь холостого хода – 0,565 кВт;

– мощность потерь короткого замыкания – 2.65 кВт;

– ток холостого хода, % от номинального – 2.8%.

При выборе трансформатора необходимо руководствоваться полученным значением мощности S, вторичного фазного напряжения U_2ф, а также заданным значением первичного напряжения частоты сети, числа фаз первичной и вторичной обмоток.

Максимальное значение выпрямленной ЭДС Еd₀ для трёхфазной мостовой схемы выпрямления при α = 0

                                                    (26)

 

где     U_2Л – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

 

 

Полное сопротивление  фазы трансформатора, приведённое к  вторичной обмотке:

 

                                                                          (27)

 

 

Активное сопротивление  фазы трансформатора:

 

                                                                                      (28)

 

где    m – число фаз обмотки трансформатора.

 

 

Значения u_K%, ΔP_КЗ, I_2Л, берутся из технических данных выбранного трансформатора. Индуктивное сопротивление фазы трансформатора фазы определяется:

 

                                                                                               (29)

 

 

Индуктивность фазы трансформатора:

 

                                                               (30)

 

где     fc -  частота сети, 50Гц.

 

 

7  Расчёт параметров объекта регулирования

 

 

В системе ТП-Д в  объект регулирования входят тиристорный  преобразователь и электродвигатель. Динамика систем ЭП, а также выбор параметров элементов определяются изменением регулируемых величин во времени. Необходимо принимать во внимание следующие факторы:

- температурные процессы в обмотках машин, максимальную температуру;

- механические процессы в системе электропривода, максимальные вращающие моменты и угловые скорости;

- электромагнитные процессы в электрических машинах и дросселях, максимальные напряжения;

- температурные процессы в вентилях, максимальную температуру р-n переходов;

- переходные процессы в преобразователях, максимальную частоту среза системы;

-электромагнитные процессы в элементах преобразователей, максимальную нагрузку вентилей по напряжению.

Определим полное сопротивление  якорной цепи двигателя:

 

                                   Rяц = Rяд + 2Rm + 2Rур + 2Rд + Rк, Ом                (31)

 

где    R_K – коммутационное сопротивление тиристора;

Ryp – сопротивление уравнительного реактора;

Rд – динамическое сопротивление тиристора.

 

Rяц = 0,129 + 2∙5,81 + 2∙0,015 + 2∙ 0,005+9,4=20,9 Ом

 

                                                                                          (32)

 

где    Um – классификационное падение напряжения на тиристорах (до 2В)

Iтн – среднее значение тока, проходящего через тиристор.

 

 

                                                                                                      (33)

 

Коммутационное сопротивление  тиристора определяется:

                                                                                                     (34)

 

где     m – число фаз преобразователя.

 

 

Активное сопротивление  двигателя, с учётом сопротивления  щёточного контакта определяется: