3.1 Построение механической части электропривода
Построение механической части электропривода на данном этапе оставим в соответствии с кинематической схемой, приведенной на рисунке 1.2
3.2 Выбор типа привода вместе со способом регулирования координат. Оценка и сравнение выбранных вариантов
Для выбора наиболее подходящего типа привода при отсутствии надлежащего опыта проектирования как такового воспользуемся методом экспертных оценок. При выборе будем учитывать следующие условия:
Продолжительный режим работы установки (да и двигателя так же);
Ударная нагрузка;
Соответствие двигателя найденному эквивалентному моменту;
Значительная мощность привода.
Анализ нескольких литературных источников и личные измышления дали следующие варианты решения данной задачи:
Двигатель постоянного тока− управляемый выпрямитель (ДПТ−УВ);
Генератор − двигатель (Г−Д);
Асинхронный двигатель− преобразователь частоты (АД−ПЧ);
Синхронный двигатель− преобразователь частоты (СД−ПЧ);
Каскадная схема (К);
Двигатель постоянного тока с реостатом (ДПТ−Р);
Асинхронный двигатель с фазным ротором и реостатом (АДФ−Р)
В связи с тем, что мощность двигателя достаточно велика, то при введении добавочных сопротивлений в силовую цепь будут значительные джоулевы потери, следовательно варианты №6 и №7 сразу отпадают. Оставшиеся варианты рассмотрим более подробно при помощи оценочной диаграммы, представленной на рисунке 3.1:
Подсчет суммарных оценок осуществим по формуле 3.1:
,
где− суммарная оценка;
− оценка по параметру;
− показатель.
Таким образом после подсчетов оценки распределились следующим образом:
|
Тип привода. |
|
|
ДПТ-УВ |
150,5 |
|
Г-Д |
132,5 |
|
АД-ПЧ |
148 |
|
СД-ПЧ |
123 |
|
К |
111 |
Оценочная диаграмма.
Рисунок 3.1− Оценочная диаграмма
Таблица 3.1- Критерии оценки
|
q1 |
Стоимость системы |
|
q2 |
КПД и cosф системы |
|
q3 |
Применяемость в промышленности |
|
q4 |
Наличие литературы и возможность получения сведений о системе, мои знания |
|
q5 |
Надежность |
|
q6 |
Перспективность |
|
q7 |
Массогабаритные показатели |
|
q8 |
Ремонтопригодность |
|
q9 |
Эксплуатационные расходы |
Таким образом выбираем вариант ДПТ−УВ.
4. Расчет силового электропривода
4.1 Расчет параметров и выбор электродвигателя
Оценить потери в двигателе можно методом средних потерь. Однако для применения этого метода необходимо знать зависимость коэффициента полезного действия двигателя от мощности на валу:; (4.1)
В соответствии с формулой (4.1) потери можно определить методом эквивалентного тока, но для этого необходимо значение тока двигателя при различных нагрузках.
Очевидно, что вышеупомянутые два метода можно применять как проверочные.
Так как по условию , то в двигателе постоянного тока необходимо управление "по якорю", тогда возбуждение двигателя остается постоянным, и, следовательно: ; (4.2)
Тогда можно применять метод эквивалентного момента, а так как скорость за цикл должна оставаться постоянной, то даже можно применять метод эквивалентной мощности, но воспользуемся методом эквивалентного момента.
В обще виде:
; (4.3)
Интеграл можно заменить суммой:
; (4.4)
Воспользовавшись рисунком 1.4, запишем выражение для :
Н*м;
Предварительно посмотрев справочную литературу по металлургическим электродвигателям за номинальную скорость двигателя принимаем об/мин. тогда угловая скорость равна:
рад/с. (4.5)
Тогда требуемая мощность двигателя может быть вычислена по следующей формуле:
Вт. (4.6)
При расчете эквивалентного момента не учитывалось ухудшение охлаждения двигателя при работе на пониженных скоростях в связи с тем, что двигатели такой мощности оснащаются независимым вентилятором типа "наездник".
Исходя из вышесказанного, принимаем двух двигательный привод. Двигатели работают на общий вал, и включены в цепь последовательно для обтекания одним током и, соответственно, для одинаковой загрузки.
Выбираем двигатели постоянного тока МСП 300-1210 Т. Основные требуемые для расчета данные электродвигателя следующие:
Номинальная мощность электродвигателя: Вт;
Номинальное напряжение питания якоря: В;
Коэффициент перегрузки по току: ;
Номинальная скорость вращения: об/мин; тогда соответственно по формуле 4.5 имеем:
рад/с.
Номинальный ток якоря: А; сопротивления обмотки якоря (все сопротивления даны для температуры 150 С): Ом; сопротивление обмотки дополнительных полюсов: Ом; сопротивление компенсационной обмотки: Ом; сопротивление обмотки возбуждения: Ом; напряжение обмотки возбуждения: В; количество пар полюсов: ; момент инерции якоря кг*м2; падение напряжения на щетках одного двигателя: В; соотношение , следовательно, по перегрузочной способности двигатель подходит.
4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей
Исходя из требуемого напряжения питания двигателей (напряжение удвоенное в связи с последовательным соединением якорных обмоток) и расчетной мощности выбираем трансформатор: ТМНПД-5000/10 У2; исполнение 5, соединение обмоток .
Паспортные данные трансформатора:
Номинальная полная мощность трансформатора: ВА;
Потери холостого хода: Вт;
Потери короткого замыкания: Вт;
Напряжение первичной обмотки: В;
Напряжение вторичной обмотки: В;
Напряжение короткого замыкания: %;
Номинальная частота сети: Гц, рад/с.
Рассчитаем параметры трансформатора:
Номинальный фазный ток вторичной обмотки:
А; (4.7)
Активное сопротивление фазы вторичной обмотки:
Ом; (4.8)
Полное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора:
Ом; (4.9)
Индуктивное сопротивление фазы вторичной обмотки:
Ом; (4.10)
Индуктивность фазы вторичной обмотки:
Гн; (4.11)
Так же, исходя из вышеописанных соображений, выбираем тиристорный преобразователь ТПП1.
Паспортные данные преобразователя и некоторые данные для дальнейшего расчета:
Реверсивный;
Изготовлен по мостовой 6-ти пульсной схеме ;
Номинальное выпрямленное напряжение преобразователя: В;
Номинальный выпрямленный ток: А;
Падение напряжения на вентилях: В;
Коэффициент запаса по току: ;
Коэффициент схемы по току: ;
5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода
Все расчеты будут проведены для одного двигателя исходя их тех предположений, что напряжение распределяется по якорным обмоткам равномерно, ток общий, момент- одинаковый. Нагрузка на один двигатель принимается половиной от общей: Н*м, Н*м, номинальная скорость двигателя рад/с.
Приведем сопротивления к рабочей температуре:
Коэффициент приведения равен:
; (5.1), ;
где0 С- температура, при которой дано сопротивление обмоток двигателя в паспортных данных;
0 С- рабочая температура двигателя с классом изоляции В.
Сопротивление якорной обмотки без учета падения напряжения на щетках:
; (5.2), Ом;
Полное сопротивление якорной цепи двигателя:
Ом; (5.3)
Индуктивность якорной цепи (по формуле Ленвиля-Уманского):
Гн, (5.4)
где- эмпирический коэффициент (при наличии компенсационной обмотки).
Максимальная ЭДС преобразователя:
; (5.5), ;
Ориентировочно оценим минимальное требуемое значение ЭДС преобразователя, учитывая диапазон :
; (5.6)
Найдем требуемую индуктивность сглаживающего дросселя из условия максимально-допустимых пульсаций тока нагрузки, равных 5%, :
Максимальный (ориентировочно) угол управления:
рад; (5.7)
Коэффициент для мостовой схемы:
; (5.8), ;
Требуемое индуктивное сопротивление сглаживающего дросселя:
; (5.9)
Гн; (5.10)
Выбираем сглаживающий дроссель СРОС3-800МУХЛ4, его паспортные данные:
Номинальный ток дросселя: А;
Номинальное сопротивление дросселя: Гн.
Номинальные потери в меди дросселя: Вт;
Ставим последовательно 2 дросселя: .
Суммарная индуктивность сглаживающего дросселя:
Гн; (5.11)
Суммарное активное сопротивление сглаживающего дросселя:
Ом; (5.12)
Эквивалентное сопротивление коммутации:
Ом; (5.13)
Полное эквивалентное сопротивление якорной цепи одного двигателя:
; (5.14)
Ом;
Полная индуктивность якорной цепи (учитывая, что вторичная обмотка трансформатора соединена в треугольник и используется мостовая схема, которая "работает" с линейными напряжениями, а, следовательно, ток нагрузки течет только по одной из обмоток трансформатора):
