Iдоп – допустимый ток при номинальном потоке,

- ослабленный магнитный поток двигателя, Вб;

- номинальный поток двигателя, Вб.

Рассмотрим методику определения требуемого магнитного потока .

Пусть ЭП постоянного тока (системы Г-Д или ТП-Д) переведен для работы с ослабленным потоком из т.А в т.В (рис. 1)

,1/с

В

регул.,

А

осн.,

М_С М_СО М, Н*м

Рис.1. Иллюстрация для определения потока .

Определяется значение коэффициента :

;

где U,R – напряжение на якорной обмотке двигателя и суммарное сопротивление её цепи.

В системе Г-Д U=E_ГН, R=R_ЯД+R_ЯГ , в системе ТП-Д U=U_dH, R=R_Э, где Е_ГН, U_dH, R_Э – номинальные ЭДС генератора, выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя и эквивалентное сопротивление силовой части схемы системы ТП-Д (определение его см. в п.10).

Тогда

Ток в якорной цепи двигателя при работе в точке В: .

Если , то возможно ослабление потока до значения . Если это условие выполняется, то необходимо определить величину добавочного сопротивления, которое следует ввести в цепь возбуждения двигателя для ослабления потока. С этой целью по кривой намагничивания выбранного двигателя находят ток возбуждения, соответствующий ослабленному потоку, зная который, можно найти сопротивление цепи возбуждения. Вычитая из него величину сопротивления обмотки возбуждения двигателя, находят требуемое для ослабления потока значение добавочного сопротивления.

При решении применить двухзонное регулирование скорости системы ТПЧ-Д, необходимо выполнение условия: , где М_К и М_С – критический момент двигателя при и момент статического сопротивления в установившемся режиме работы. При этом

Тогда

, ,

где - скорость идеального х.х. и индуктивное сопротивление к.з. при .

Если , то двухзонное регулирование скорости применять не рекомендуется.

Торможение электропривода во всех системах рекуперативное.

Останов двигателя при работе на последнем участке цикла можно осуществлять свободным выбегом, если двигатель на этом участке работает с небольшой (по сравнению с предыдущими участками цикла) скоростью и если длительность переходных процессов не превышает заданного значения.

К п.10. Статические механические характеристики проектируемых регулируемых ЭП в первом приближении с учетом известных допущений линейны /1,2,11,21/, поэтому в рамках курсового проекта рекомендуется их построить по двум точкам с координатами:

1. ; М=0 (точка идеального холостого хода).

2. ; (точка i-го установившегося режима работы, координаты которых определены в п.п.7,8).

Координаты точек для построения статических механических характеристик двигателей определяется следующим образом:

Система Г-Д:

ЭДС генератора, необходимая для обеспечения работы двигателя с установившейся скоростью при моменте сопротивления

Скорость идеального холостого хода двигателя, соответствующая этой ЭДС

Требуемый магнитный поток возбуждения генератора

;

Здесь - число проводников обмотки якоря соответственно двигателя и генератора.

Ток возбуждения генератора , обеспечивающий необходимую ЭДС , находится по кривой намагничивания выбранного генератора. Добавочное сопротивление в цепи возбуждения генератора, которое нужно ввести для получения этой ЭДС

При этом напряжение на обмотке возбуждения генератора

При питании обмотки возбуждения от тиристорного возбудителя R_Д=0, а необходимое напряжение U_ВГ получают изменением угла задержки открывания вентилей тиристорного возбудителя. Оно в этом случае определиться так: . По величине оно такое же, как и при введении .

Для рассчитанной ЭДС и скорости идеального холостого хода строится соответствующая механическая характеристика . Для получения скорости вращения привода при ослаблении Ф двигателя , где , формулу для определения см. в п.9.

Для построения кривой намагничивания генератора необходимо знать его номинальный магнитный поток: .

Естественная механическая характеристика гонного асинхронного двигателя рассчитывается по уравнениям 3.76 или 3.79 /1,с.154/. Текущими значениями скольжений задаются в пределах . При отсутствии необходимых технических данных АД характеристику допускается построить по упрощенной формуле Клосса или по двум точкам с координатами

Система ТП-Д

Для расчета и построения статических механических характеристик системы, соответствующих установившимся скоростям вращения двигателя, необходимо предварительно определить эквивалентное сопротивление якорной цепи

,

здесь m – число пульсаций выпрямительного напряжения. Для мостовой схемы преобразования m=6, для нулевой m=3.

Активное и реактивное сопротивления трансформатора, приведенные к его вторичной обмотке, рассчитывают по формулам:

, ,

где - потери короткого замыкания трансформатора, Вт;

m₁ - число фаз;

- напряжение к.з. трансформатора;

Сопротивление сглаживающего и уравнительного дросселей

, ,

где - падение напряжения на сглаживающем и уравнительных дросселях при номинальном выпрямленном токе

Статические механические характеристики рассчитываются по формуле

Здесь при m=6 и при m=3

Угол задержки открывания вентилей , необходимый для обеспечения работы двигателя с установившейся скоростью

Здесь - ток статической нагрузки , которому соответствует приведенный момент . Он находится по характеристике при данной .

Для уменьшения зоны прерывистых токов, которая возникает в нереверсивных схемах преобразователей и в реверсивных при раздельном управлении, сглаживания пульсаций выпрямленного тока, ограничения тока через тиристоры в первый полупериод питающего напряжения при коротком замыкании на стороне выпрямленного тока в тиристорном электроприводе постоянного тока применяют дроссели, включаемые в якорную цепь.

В данном курсовом проекте предлагается рассчитать индуктивность дросселя в целях уменьшения зоны прерывистых токов до определенного значения (не > 10% от номинального тока двигателя при максимальном угле регулирования).

Если преобразователь реверсивный, с уравнительными реакторами, то зоны прерывистых токов, нет, ибо уравнительные токи уже являются нагрузкой для тиристоров. Добавочная индуктивность в этом случае нужна для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

Методика расчета индуктивности сглаживающего дросселя заключается в следующем. Суммарная индуктивность, необходимая для сглаживания пульсаций тока до заданного значения /7,с.157; 18,с.62/

,

где - относительные величины пульсаций первых гармоник выпрямленных напряжения и тока.

В расчетах принимаются 4 1/с.

где - максимальный угол открывания тиристоров в заданном диапазоне регулирования скорости;

m – пульсность схемы выпрямления, m=3;6.

Расчетная индуктивность сглаживающего дросселя

.

Если пульсность схемы выпрямления m=6, то формулу необходимо подставить значение ; Если ТП выбран в бестрансформаторном исполнении, то вместо в формулу нужно подставить 2* токоограничивающего реактора (см.п.6).

Если в схеме установлены четыре насыщающихся уравнительных дросселя, подставляется значение L_УД=0. Если же в схеме установлены два ненасыщающихся уравнительных дросселя, то в формулу подставляют L_УД одного дросселя.

Индуктивность якорной цепи двигателя:

где - число пар полюсов двигателя;

- для некомпенсированных машин (мощность < 100 кВт);

- для компенсированных машин.

Индуктивность согласующего трансформатора

Индуктивность уравнительного дросселя

где I_у – допустимый уравнительный ток, ;

- коэффициент действующего значения уравнительного тока. Он определяется по (см. табл.4).

Зависимость Таблица 4

	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
	0	0,02	0,05	0,12	0,25	0,40	0,63	0,42	0,26	0,18

Расчет индуктивности для ограничения зоны прерывистых токов проводится следующим образом. Величина индуктивности цепи выпрямительного тока, необходимая для сужения зоны прерывистых токов до заданного значения, т.е. для получения начально-непрерывного (граничного) тока, в случае трехфазной нулевой схемы выпрямления /18/

а в случае мостовой симметричной схемы выпрямления

здесь -угловая частота питающей сети, 1/с;

- соответственно фазное и линейное напряжение вторичной обмотки питающего трансформатора, В;

- максимальный угол регулирования вентилей в заданном диапазоне регулирования скорости;

- индуктивное сопротивление фазы питающего трансформатора;

- начально-непрерывный ток якоря двигателя при максимальном угле регулирования (при расчетах принять равным 0,9 тока холостого тока привода),

Расчетная индуктивность дросселя

.

По двум найденным расчетным значениям индуктивностей и выбрать дроссель из условия /13; табл. приложения/

, ,

где - номинальное значение индуктивности дросселя по паспорту, Гн;

- расчетное максимальное значение индуктивности ( L_CД или L_ДР ).

С учетом индуктивностей выбранных дросселей необходимо рассчитать зону прерывистых токов, если ТП выбран с раздельным управлением.

Для расчета этой зоны находится граничный ток при фактически определенной индуктивности на стороне выпрямленного напряжения

При

При

,

здесь - угол регулирования , соответствующий i-й статической характеристике или привода.

Для построения зоны прерывистых токов необходимо для каждого найденного значения определить скорость привода по уравнениям статических характеристик или системы ТП-Д.

Система ТПЧ-Д

Механические характеристики двигателя в этой системе предлагается рассчитывать в предположении компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора, т.е. при законе частотного управления

Предварительно необходимо определить синхронные скорости, частоты и величины напряжения на выходе ТПЧ, обеспечивающие работу двигателя с заданными установившимися скоростями. Для этого находят падение скорости при работе с заданной скоростью , на естественной характеристике (см.рис.2) при частоте 50Гц. Это позволит определить её жесткость

.

При заданных условиях она будет одинаковой для всех характеристик, на которых должен работать двигатель. Зная её, можно для каждой из характеристик определить при соответствующих М_Сi и . При сложении с заданной скоростью находят соответствующие синхронные скорости и необходимые частоты напряжения на выходе ТПЧ:

Соответствующие этим частотам напряжения на выходе ТПЧ для каждого установившегося режима работы определяются исходя из заданного закона частотного управления. Численное значение коэффициента А определяется из уравнения:

Рис.2. Статические и механические характеристики  и _С .

Для расчета напряжений U_Фi необходимо знать в обмотке статора I_1i в каждом установившемся режиме. Они определяется по формулам:

; ;

;

; ;

где - приведенный ток ротора в i-м установившимся режиме; номинальный ток намагничивания; приведенный статический момент на валу двигателя и соответствующая ему скорость вращения; скорость идеального холостого хода на i-ой регулировочной характеристике; номинальная перегрузочная способность АД по моменту.

Ниже предложена еще одна методика расчета требуемого напряжения U_Фi, подаваемого на обмотку статора при частотах , исходя из обеспечения постоянного М_К на всех регулировочных характеристиках в нижнем поддиапазоне регулирования.

Требуемое напряжение определяется по формуле:

,

где М_КЕ - критический момент на естественной характеристике М(S);

-скорость идеального холостого хода на регулировочной характеристике М(S);

- относительная частота напряжения;

- индуктивное сопротивление короткого замыкания при частоте .

При работе ЭП в области частот напряжение

Более точные методики расчета, характеристик и параметров проектируемых систем ЭП изложены в /1,с.297; с.303/, /4,с.176/, /21,с.314/.

К п.11. Независимо от типа системы электропривода и способа формирования переходных процессов общий порядок их расчета одинаков:

1. на построенных статических механических характеристиках двигателя и рабочей машины находят характерные точки, определяют начальные и конечные условия переходного процесса.

2. рассчитывают переходные процессы, т.е. зависимости t, М(t),₀t.

3. строят графики этих зависимостей.

При расчетах необходимо иметь в виду, что двигатель в переходном режиме должен быть полностью использован по моменту. Вместе с тем нагрузка не должна превышать допустимой.

Если скорость двигателя постоянного тока регулируется изменением магнитного потока, необходимо учитывать электромагнитные переходные процессы в обмотке возбуждения.

При свободном выбеге расчет переходного процесса сводится к расчету времени выбега. Отличительным для свободного выбега является равенство нулю момента двигателя и совпадение с осью скоростей его механической характеристики, а динамический момент равен статическому, взятому с обратным знаком. Время свободного выбега:

,

где  - скорость, при которой двигатель отключается от источника питания;

М_С – соответствующий этой скорости статический момент.

При линейных механических характеристиках двигателя и одинаковых их жесткостях во всем диапазоне скоростей вращения и линейных механических характеристиках рабочей машины возможен аналитический метод расчета переходных процессов как при питании двигателя от генератора постоянного тока в системе ГД, так и при питании двигателя от вентильного преобразователя в системах ТП-Д и ТПЧ-АД.

Система Г-Д.

Примененная ниже нумерация расчетных формул действительна только для данной системы.

Расчет переходных процессов в системе следует выполнить при общепринятых допущениях (при отсутствии влияния реакции якоря и вихревых токов) и без учета форсировки и переходных процессов в гонном двигателе. Однако по результатам расчета необходимо сделать вывод о целесообразности форсировки и оценить допустимое значение коэффициента форсировки , используя рекомендации /1,2,21/, где изложена также методике расчета переходных процессов в системе ГД. Для облегчения работы над проектом ниже приводятся основные положения этой методики. Она предполагает постоянство момента сопротивления.

1). Переходный процесс при разгоне двигателя из неподвижного состояния, который производится путем подачи напряжения на обмотку возбуждения генератора, разбивается на три этапа. Однако, учитывая, что электромеханический переходный процесс заканчивается по окончании переходного процесса в цепи возбуждения генератора и дотягивание двигателя до установившейся скорости при постоянном потоке происходит в течение малого промежутка времени, этим временем можно пренебречь и считать, что разгон происходит в два этапа (на протекание III этапа влияет только электромеханическая постоянная времени и переходный процесс является механическим). По желанию студент может учитывать и 3-й этап.

На I этапе, (рис.3), ЭДС генератора нарастает по экспоненциальному закону, но двигатель не трогается с места (при реактивном моменте сопротивления) до тех пор, пока его момент не станет равным моменту сопротивления. Поэтому =0. Начальная механическая характеристика на этом этапе проходит через начало координат, конечная – через точку с координатами =0, М=М_С. Ей соответствует скорость идеального холостого хода _0.КОН.I. Момент двигателя изменяется по закону

(1)

где  - коэффициент форсировки (согласно условию его можно принять равным I );

М_КК – момент короткого замыкания на конечной регулировочной характеристике, причем

, ,

где Е_ГК – ЭДС генератора, соответствующая этой характеристике, равная

,

К – коэффициент ЭДС двигателя (см. ранее);

R_Я - суммарное сопротивление якорной цепи (см. ранее).

Закон изменения скорости идеального холостого хода

,

где _ОК, Т_Вi – конечная скорость идеального х.х. и электромагнитная постоянная времени контура возбуждения.

 ,М

_{о кон.}

_с

=f(t)

=f(t)

M=f(t)

М_с I I

M_C

_{о нач.II} =_{о кон.I}

0 M_C 0 t₁ t_M t

I

Рис.3. Статические, динамические характеристики и графики переходных процессов при пуске.

Длительность I этапа

Электромагнитная постоянная обмотки возбуждения генератора при питании обмотки от сети с неизменным напряжением и введенным добавочным сопротивлением для получения нужного напряжения (см. расчет механических характеристик)

При питании обмотки возбуждения от тиристорного возбудителя , т.к. R_Дi отсутствует.

Индуктивность обмотки возбуждения

,

где P_П, W_B – число пар полюсов генератора и витков одного полюса генератора;

_н - коэффициент рассеяния при номинальном режиме

Отношение i_B определяется по кривой намагничивания генератора на её начальном участке. В дальнейших расчетах для упрощения принять . Для каждого переходного процесса системы находят соответствующее разным R_Дi значение T_Bi, используя при этом параметры двигателя и его кривую намагничивания.

Кривую зависимости I(t) можно рассчитать, используя зависимость

.

На I I этапе пуска двигателе (конец I этапа принимается за новое начало отсчета времени) скорость и момент двигателя изменяются по законам:

(2)

, (3)

где - конечная скорость идеального холостого хода и статическое падение скорости на конечной регулировочной характеристике, .

Время I I этапа

Задаваясь временем t от 0 до t₂, можно рассчитать кривые изменения t), М(t), _о(t), I(t).

Электромеханическая постоянная времени привода

, ,

где _С=0 – жесткость механической характеристики механизма.

Максимальный момент:

(4)

где М_КН – начальный момент короткого замыкания (на начальной регулировочной характеристике).

Момент М_М не должен превышать М_ДОП .