где lдв - перегрузочная способность выбранного двигателя.
2. СИЛОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Основная задача второго этапа проектирования - выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для подъемной установки, принятой на первом этапе проектирования.
2.1. Исходные данные для расчета динамики электропривода
Двигатель
Тип П2-800-255-8КУ4
Номинальная мощность Рном=5000кВт
Номинальная частота вращения nном=63об/мин
Номинальное напряжение Uном=930В
Номинальный ток Iном=5740А
Номинальный момент Мном=774кН×м
Номинальный поток возбуждения Фном=0,375Вб
Коэффициент полезного действия hном=90,5%
Ток возбуждения Iв=145А
Напряжение обмотки возбуждения Uв=200В
Число полюсов 2р=16
Число параллельных ветвей якоря 2а=16
Сопротивление обмотки якоря Rя20=0,00348Ом
Сопротивление дополнительных полюсов Rд20=0,000631Ом
Сопротивление компенсационной обмотки Rк20=0,00235Ом
Сопротивление обмотки возбуждения Rв20=0,87Ом
Перегрузочная способность (рабочая) lр=1,6
Перегрузочная способность (выключающая) lв=1,8
Число витков якоря Wяд=1080/16
Число витков главного полюса Wпд=84
Число витков добавочного полюса Wдд=2
Число витков компенсационной обмотки на полюс Wкд=3
Питающая сеть
Номинальное напряжение Uс=6000В
Частота fс=50Гц
Мощность короткого замыкания Sк=15000МВ×А
Подъемная машина
Тип ЦШ5´4
Эффективная мощность подъема Рэф=4317кВт
Максимальная скорость подъема Vmax=16м/с
Средняя скорость Vср=8,4м/с
Множитель скорости l=1,35
Радиус шкива трения Dшт=5м
Максимальное усилие Fmax=395743Н
2.2. Выбор тиристорного преобразователя
Наметим к применению силовую 12-пульсную схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи возбуждения двигателя и последовательным соединением выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.
2.2.1. Активное сопротивление якорной цепи Rяц определяем по формуле:
Rяц=к1к2(Rя20+Rд20+Rк20+Rщ)=
1,15×1,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566 Ом, (2.1)
где к1=1,15 - коэффициент приведения к рабочей температуре 60°С [2];
к2=1,1 - коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных
проводов [2];
Rя20, Rд20, Rк20, Rщ - сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом
2.2.2. Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:
(2.2)
где Uном и Iном - номинальные напряжение и ток двигателя;
Rяц - сопротивление якорной цепи, Ом;
Vmax - максимальная скорость подъема, м/с.
2.2.3. Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:
Uк ср=0,5eккvVmax=0,5×0,06×55×16=26,4 В, (2.3)
где ек - напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед..
2.2.4. Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:
Iэф=Рэф/(Vmax×кv)=4317×103/(16´55)=4906 А,
где Рэф - эффективная мощность подъема, Вт.
Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам - выпрямленному току Id ном и выпрямленному напряжению Ud ном при соблюдении условий:
Id ном ³ Iэф и Ud ном ³ Uном . (2.4)
Применим комплектный тиристорный электропривод КТЭУ-6300/ 1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов [2].
2.2.5. КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:
, (2.5)
где Udo - максимальное выпрямленное напряжение (угол управления a=0), В;
DUк ср - коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;
DUт=0,96 В - среднестатистическое падение напряжения на тиристоре [2].
2.2.6. Передаточный коэффициент ктп тиристорного преобразователя определим по формуле:
ктп=Ud ном/Uвх тп=1050/8=131,25 В, (2.6)
где Ud ном - номинальное выпрямленное напряжение, В;
Uвх тп=8 В - входное напряжение управления.
2.3. Выбор силового трансформатора
2.3.1. Полную мощность силового трансформатора Sт определим по формуле:
(2.7)
где км ср вз=0,575 - средневзвешенный коэффициент
мощности[2].
Рном - номинальная мощность двигателя, кВт.
2.3.2. Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:
U2=(кз/ксх)×(Vmaxкv+Uкср+IэфRяц)=
=(1,1/1,35)(16×55+26,4+4906×0,00881)=773 В, (2.8)
где кз=1,1 - коэффициент запаса [2];
ксх=1,35 - коэффициент схемы выпрямления [2];
кu - коэффициент пропорциональности, В/(м/с);
Uк ср - коммутационное снижение напряжения, В;
Iэф - эффективный ток, А;
Rяц - сопротивление якорной цепи, Ом;
Vmax - максимальная скорость, м/с.
Выбор трансформатора производится по двум параметрам - полной мощности Sт ном и напряжению на вторичной обмотке U2ном при соблюдении условий:
Sт нои ³ Sт и U2ном ³ U2. (2.9)
Для комплектной поставки в составе преобразовательного агрегата типа ТП3-6300/1050-10/ОУ4 применим масляный двухобмоточный с двумя активными частями в одном баке трансформатор типа
ТДНПД-12000/10У2 [2].
2.4. Расчет сглаживающего реактора
Сглаживающую индуктивность определяем из условия непрерывности выпрямленного тока. При этом принимается, что при угле отпирания тиристоров a=80° и токе нагрузки 10% от номинального (0,1Id ном) режим прерывистого тока должен быть исключен.
2.4.1. Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока Rs рассчитываем по формуле:
(2.10)
2.4.2. Базовый ток определим по формуле:
(2.11)
где U2 – максимальное значение напряжения на вентильной обмотке силового трансформатора.
2.4.3. Номинальный ток в относительных единицах:
; (2.12)
Базовый параметр нагрузки определяется по графику рис.2.1.[2] для значений 150, mб=6 и iдв=0,076 и составляет tgQб=7.
2.4.4. Требуемый параметр нагрузки, обеспечивающий допустимый коэффициент пульсации тока в выпрямленной цепи:
(2.13)
2.4.5. Суммарная индуктивность цепи выпрямленного тока.
(2.14)
где 2pf – угловая частота питающей сети;
2.4.6. Индуктивность активной части трансформатора.
(2.15)
где ек - напряжение короткого замыкания, отн.ед.;
U2 ном - фазное напряжение вентильной обмотки, В;
I2 ном - ток вентильной обмотки, А;
f - частота питающей сети,Гц.
2.4.7. Индуктивность якоря двигателя Lд определяем по формуле Лиумвиля-Уманского:
(2.16)
где с1=0,1 - коэффициент для компенсированных электродвигателей;
2р=16 - число пар полюсов;
nном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;
Uном - номинальное напряжение двигателя, В;
Iном - номинальный ток двигателя, А.
2.4.8. Индуктивность сглаживающего реактора определяем по формуле [4]:
(2.17)
где Uном - номинальное напряжение двигателя, В;
Iном - номинальный ток двигателя, А.
Применим реактор типа СРОС3-3200МУХЛ4 на номинальный ток
3200А и с индуктивностью 0,5 мГн [2].
2.5. Расчет автоматического выключателя в якорной цепи
2.5.1. Коэффициент пропорциональности между движущим усилием и током якоря двигателя кf определим по формуле:
(2.18)
где Мном – номинальный момент двигателя, Н×м;
Rшт – радиус шкива трения, м;
Iном – номинальный ток двигателя, А.
2.5.2. Максимальный ток двигателя Imax рассчитаем по формуле:
(2.19)
2.5.3. Ток уставки Iуст срабатывания реле максимальной защиты определим по формуле:
Iуст=кнImax=1,1×7329=8062 А, (2.20)
где кн=1,1 - коэффициент надежности [2].
Применим автоматический выключатель ВАТ-42-1000/10-Л-У4 с реле защиты РДШ-6000 и диапазоном тока уставки
6000¸12000 А [1].
2.6.Выбор тиристорного возбудителя
2.6.1. Индуктивность обмотки возбуждения двигателя определим по формуле:
(2.21)
где L - индуктивность, обусловленная полезным потоком, Гн;
Lр - индуктивность от полей рассеивания, Гн;
2р - число пар полюсов;
Wв=84 - число витков на полюс;
sном=1,1 - коэффициент рассеивания при номинальном потоке [2];
DФ - изменение потока, вызванное соответствующим изменением ампер-витков (DIвWв), Вб (рис.2.2.).
2.6.2. Постоянную времени цепи возбуждения Тв определим по формуле:
(2.22)
где Lов - индуктивность обмотки возбуждения, Гн;
