1 Разработка функциональной схемы
В данном разделе, используя [1], необходимо:
- дать понятие о функциональных схемах;
- на основании выданного задания обосновать принцип построения разрабатываемой схемы;
- привести описание полученной функциональной схемы (путь прохождения сигнала от начала и до конца схемы);
- выбрать в качестве:
а) датчика тока – стандартный шунт ШС75-50-0,1 Ом ±10%;
б) датчика скорости – тахогенератор на валу двигателя ТС1М.
- сделать ссылку на графическую часть проекта (КП ХХП4.ХХ.00.00.000 Э2)
В графической части проекта на функциональной схеме (формат А3) необходимо привести полную характеристику сети для подключения ЭП. Схема преобразователя электрической энергии (определена заданием) приводится полностью. Внутри функциональных блоков необходимо привести динамические характеристики звеньев. Также следует обозначить все входные и выходные сигналы на схеме.
Размеры блоков подбираются таким образом, чтобы вся схема занимала не менее 75% от всей площади формата. Размеры элементов принципиальной схемы выполняются, согласно требованиям соответствующих стандартов единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
2 Разработка структурной схемы
В данном разделе, используя [1], [2], необходимо:
- дать понятие о структурных схемах;
- исходя из функциональной схемы системы управления ЭП и особенностей входящих в нее элементов, разделить систему на динамические звенья, каждое из которых будет описываться дифференциальным уравнением не выше второго порядка.
Для каждого динамического звена записать передаточную функцию, которую можно получить из дифференциальных уравнений. Например, передаточная функция тиристорного преобразователя (ТП) в операторной форме
, (1)
где
-
коэффициент усиления ТП;
-
постоянная
времени ТП, с.
- на основе передаточных функций элементов функциональной схемы произвести построение структурной схемы ЭП;
- сделать ссылку на графическую часть проекта (КП ХХП4.ХХ.00.00.000 Э1).
В графической части проекта (формат А3) необходимо привести полную структурную схему ЭП. Внутри структурных блоков необходимо привести передаточные функции звеньев ЭП в операторной форме, например, рисунок 1
|
Рисунок 1 – Условное обозначение передаточной функции
Также следует обозначить все входные и выходные сигналы на схеме. Размеры блоков подбираются таким образом, чтобы вся схема занимала не менее 75% от всей площади формата.
3 Расчет параметров неизменяемой части структурной схемы
3.1 Расчет параметров электродвигателя
В данном разделе, используя [3], [4], необходимо:
- произвести расчет параметров электродвигателя сопротивление якорной цепи конструктивная постоянная двигателя, индуктивность якорной цепи);
- произвести расчет постоянных времени (электромеханическая, электромагнитная, малая некомпенсируемая постоянная времени).
Сопротивление
якорной цепи двигателя
,
Ом, в нагретом состоянии определяется
по формуле
, (2)
где
- сопротивление якоря двигателя, Ом (по
заданию);
-
сопротивление дополнительных полюсов,
Ом (по заданию);
-
сопротивление щеточного коллектора,
Ом;
- температурный
коэффициент сопротивления,
;
для меди
;
- температура
нагретого двигателя, °С;
=80°С;
-
температура
холодного двигателя, °С;
=20°С.
Сопротивление щеточного коллектора находим, исходя из выражения
,
(3)
где
-
падение напряжения на щётках, В;
;
-
номинальный ток двигателя, А (по заданию).
Находим конструктивную
постоянную двигателя с, В
с
по формуле
,
(4)
где
-
номинальное напряжение двигателя, В
(по заданию)
-
угловая скорость двигателя,
.
Угловая скорость двигателя рассчитывается по формуле
,
(5)
где
-
номинальная частота вращения, об/мин
(по заданию).
Индуктивность
двигателя
,
Гн, рассчитывается по формуле
,
(6)
где
- коэффициент
учитывающий исполнение двигателя;
;
- число пар полюсов;
.
Индуктивность якорной цепи двигателя, требуемая для ограничения пульсаций, определяется по формуле
,
(7)
где
-
относительная величина действующего
значения первой гармоники выпрямленного
напряжения при максимальном угле
управления;
-
ЭДС на выходе преобразователя, В;
;
-
частота питающей сети, Гц;
-
относительная величина действующего
значения первой гармники тока нагрузки;
;
-
число пульсаций (приложение А).
Относительная величина действующего значения первой гармоники выпрямленного напряжения определяется исходя из выражения
,
(8)
где
-
максимальный угол открывания тиристоров,
град.
Максимальный угол открывания тиристоров определяется по формуле
)
(9)
где
-
минимальное напряжение ТП, В;
-
требуемая ЭДС сети, В (приложение А).
Минимальное напряжение ТП определяется по формуле
,
(10)
где
-
минимальная частота вращения двигателя,
;
-
падение напряжения в сглаживающем
дросселе, В;
-
падение напряжения на тиристорах, В
(приложение А).
Минимальная частота вращения двигателя определяется по формуле
, (11)
где
– диапазон
регулирования (по заданию).
В свою очередь можно найти, исходя из выражения
(12)
После расчета
определяем необходимость установки
сглаживающего дросселя:
- если
, то сглаживающий дроссель не нужен;
- если
,
то сглаживающий дроссель необходим.
Индуктивность якорной цепи двигателя , Гн, равна
,
(13)
где
-
индуктивность дросселя, Гн.
Если дроссель необходим, то из формулы (13) находим индуктивность сглаживающего дросселя
(14)
По справочнику
необходимо выбрать номинальное значение
сглаживающего дросселя, ближайшее
большое по значению тока и индуктивности
,
Гн. Затем нужно пересчитать индуктивность
якорной цепи двигателя, с поправкой на
справочное значение по формуле
(15)
Если дроссель не нужен, то
Находим суммарную
индуктивность цепей ЭП
Гн,
исходя из условия
(16)
Определим суммарное
активное сопротивление ЭП
,
Ом
, (17)
где
-
сопротивление тиристоров в открытом
состоянии, Ом;
-
сопротивление сглаживающего дросселя
в якорной цепи двигателя, Ом;
-
сопротивление шунта, Ом.
Сопротивление тиристоров в открытом состоянии находим по выражению
(18)
Сопротивление сглаживающего дросселя определяем по формуле
(19)