Проверка теплового состояния двигателя осуществляется сравнением приведенного эквивалентного момента с номинальным моментом двигателя. Двигатель проходит по нагреву, если выполняется неравенство:
Выбор основных узлов силовой части электропривода
Выбор тиристорного преобразователя
Для обеспечения реверса двигателя и рекуперации энергии в тормозных режимах выбираем двухкомплектный реверсивный преобразователь для питания цепи якоря. Принимаем встречно-параллельную схему соединения комплектов и раздельное управление комплектами. Выбираем трехфазную мостовую схему тиристорного преобразователя. Т.к. проектирование самого тиристорного преобразователя не входит в задачи курсового проекта, то выбираем стандартный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода КТЭУ.
· Номинальное напряжение UDN преобразователя выбирается так, чтобы оно соответствовало номинальному напряжению якоря двигателя (UDN должно быть больше номинального напряжения якоря двигателя на 5-15%).
· Номинальный ток преобразователя IDN выбирается из ряда стандартных значений. Его значение должно быть равным или ближайшим большим по отношению к номинальному току якоря двигателя.
UяN=220 В, UDN=230 В, IDN=25 А.
Выберем способ связи тиристорного преобразователя с сетью. Питание силовых цепей в электроприводах КТЭУ с номинальными токами до 1000 А осуществляется от трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением Uc=380 В через токоограничивающий реактор. Для связи тиристорного преобразователя с сетью применяем понижающий трансформатор.
Питание цепи возбуждения в электроприводе КТЭУ выполняется от однофазной сети переменного тока с напряжением 380 В через мостовой выпрямитель. Обмотки возбуждения двигателей соединяются параллельно.
Выбор силового трансформатора
Выбираем трансформатор типа ТСП - трехфазный двухобмоточный сухой с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения. Номинальный вторичный ток трансформатора I2N должен соответствовать номинальному току тиристорного преобразователя IdN=25 А. Эти токи для трехфазной мостовой схемы преобразователя связаны по формуле:
I2N=0,816IdN=0,81625=20,4 А
Выпишем данные выбранного трансформатора:
Тип трансформатора – ТСП -10/0,7-УХЛ4;
схема соединения первичных и вторичных обмоток – Y/D;
номинальная мощность ST=7,3 кВА;
номинальное линейное напряжение первичных обмоток U1N =380 В;
номинальное линейное напряжение вторичных обмоток U2n=205 В;
номинальный линейный ток вторичных обмоток I2N=20,5 А;
мощность потерь короткого замыкания Рк=320 Вт;
относительное напряжение короткого замыкания uк=4,7%.
Рассчитаем параметры трансформатора:
Коэффициент трансформации:
Номинальный линейный ток первичных обмоток:
Активное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора:
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:
Индуктивное сопротивление обмоток фазы трансформатора:
Индуктивность обмоток одной фазы трансформатора:
где Wс-угловая частота сети (при частоте питающей сети 50Гц Wс=314 рад/с).
Выбор сглаживающего реактора.
Сглаживающий реактор включается в цепь выпрямленного тока преобразователя с целью уменьшения переменной составляющей тока (пульсаций). Пульсации выпрямленного тока должны быть ограничены на уровне допустимого значения для выбранного двигателя. Максимально допустимый коэффициент пульсаций ki(ДОП) задается в числе данных двигателя и представляет собой отношение действующего значения переменной составляющей тока якоря к его номинальному значению. Для расчета индуктивности сглаживающего реактора определим требуемую индуктивность всей главной цепи системы «тиристорный преобразователь - двигатель» по условию ограничения пульсаций.
ЭДС преобразователя при yглe управления а = 0:
EdO=KEU2N=1,35205=276,75 В
где КE- коэффициент, зависящий от схемы преобразователя (для трехфазной мостовой схемы КE=1.35).
Минимальная эквивалентная индуктивность главной цепи по условию ограничения пульсаций выпрямленного тока:
где kU- коэффициент пульсаций напряжения (для трехфазной мостовой схемы ки=0,13);
р - пульсность преобразователя (для трехфазной мостовой схемы р=6),
Расчетная индуктивность сглаживающего реактора:
Так как расчетная индуктивность оказалась отрицательной или равной нулю, то это означает, что сглаживающий реактор не требуется. В этом случае собственной индуктивности главной цепи достаточно для ограничения пульсаций тока.
Разработка принципиальной электрической схемы силовой части электропривода.
Принимаем комплектный тиристорный электропривод унифицированной серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт:
КТЭУ-42/220-2321-УХЛ4.
Цифры типообразования имеют следующие значения:
42 - номинальный ток электропривода;
220 - номинальное напряжение электропривода;
2 - электропривод двухдвигательный;
3- режим работы: реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре;
2 - исполнение ТП по способу связи с сетью: через трансформатор;
1 - основной регулируемый параметр: скорость, однозонное регулирование;
УХЛ4 - исполнение для районов с умеренным и холодным климатом.
Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода составлена в соответствии с функциональными схемами электроприводов КТЭУ, выбранными способами соединения обмоток двигателя и связи преобразователя с сетью. На принципиальной схеме, в отличие от функциональной, подробно показаны схемы преобразователей.
На рис. 4 приведена схема реверсивного электропривода серии КТЭУ на ток до 200 А. Тиристорный преобразователь ТП, состоящий из двух встречно включенных мостов VSF, VSB, получает питание от сети через автоматический выключатель QF1 и трансформатор ТМ. На стороне постоянного тока защита осуществляется автоматическим выключателем QF2. Реле максимального тока КА1, КА2 воздействуют на отключение линейных контакторов КМ1 и КМ2, которые служат для частой коммутации якорной цепи. Динамическое торможение электродвигателей М1 и М2 осуществляется через контакторы KV1, KV2 и резисторы RV1 и RV2. Трансформатор Т1 и диодный мост V служат для питания обмоток возбуждения LM1 и LM2 двигателей M1 и M2. Напряжение управления для СИФУ возбудителя вырабатывается в системе управления электроприводом СУ. Сигналы о токах якорей двигателей и токах возбуждения, получаемые с шунтов RS1 - RS3, сигналы о напряжениях на якорях электродвигателей, снимаемых с потенциометров RP1 и RP2 поступают в СИФУ. В двухдвигательных электроприводах обмотки возбуждения двигателей соединяются параллельно.
Рис. 4.Силовая часть реверсивного электропривода серии КТЭУ на ток до 200 А
Преобразовательная часть электропривода состоит из силовых тиристоров, число и схема соединения которых определяются параметрами электропривода и примененных тиристоров, системы их охлаждения, защитных RС-цепей, системы гальванического разделения и преобразования уровня управляющих импульсов, СИФУ, системы защиты и сигнализации. К преобразовательной части относят также трансформатор, автоматические выключатели на стороне постоянного и переменного тока, сглаживающий реактор.
На рис. 5 показана функциональная схема преобразовательной части электропривода серии КТЭУ с номинальным током до 200 А. Узел фазосмещения AT формирует шесть последовательностей импульсов для выпрямительного моста VSF или для моста VSB, которые усиливаются усилителями A-F и А-В. Сдвиг импульсов относительно силового напря-жения определяется напряжением управления uу. Для синхронизации с питающей сетью на вход AT поступает опорное напряжение Uоп после фильтра Z. Выбор работающего моста осуществляется логическим перек-лючающим устройством АВ в зависимости от полярности напряжения переключения uп и абсолютного значения тока нагрузки |id|. В качестве датчика тока используются трансформаторы тока и выпрямитель V. Устройство АВ формирует логические сигналы выбора моста VSF или VSB, переключает полярность напряжения задания начального угла U0 и вырабатывает сигнал бестоковой паузы BF1=1, по которому снимаются импульсы с обоих выпрямительных мостов. Сигнал BF2, появляющийся одновременно с сигналом BF1, но исчезающий несколько позже, служит для отключения сигнала задания тока во время бестоковой паузы. По сигналу uср(срыв импульсов) импульсы снимаются с обоих выпрямительных мостов. Защита электропривода осуществляется узлом AF, который воспринимает перегрузки в цепи переменного тока |id| и в цепи постоянного тока id, а также сигнал "Авария", вырабатываемый в схеме управления электроприводом. Узел AF через узел ускоренного отключения AR отключает автоматический выключатель главной цепи QF, воздействуя на его независимый расцепитель R, снимает сигнал готовности в схеме управления электроприводом и сдвигает управляющие импульсы в инверторную область.
Система импульсно-фазового управления предназначена для преобразования выходного напряжения системы управления в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещен относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол а, зависящий от значения. В современных электроприводах СИФУ выполняют как синхронные многоканальные, т. е. в них выполняется отсчет угла, а от моментов естественного отпирания для каждого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч).
Системы импульсно-фазового управления ТП электроприводов серий КТЭУ имеют следующие особенности: косинусоидальное опорное напряжение, шестиканальное устройство фазосмещения, использование одного устройства фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных электроприводах, высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов, использование сигналов с трансформаторов переменного тока для работы логического переключающего устройства.
Как следует из функциональной схемы, приведенной на рис. 5., СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений, узла фазосмещения и переключающего устройства АВ.
Узел формирования опорных напряжений включает в себя трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, которые можно включать по схемам звезды или треугольника, и ячейку фильтра типа ЯФУ0176 с тремя каналами апериодических фильтров, обеспечивающих фазовый сдвиг на 60 (240 при учете инвертирования напряжения усилителями).
