Разработка электропривода моталки агрегата непрерывного травления полосыпо системе

Содержание
Введение02
1 Технологическая часть03
 Назначение, состав и техническая характеристика механизма03
 Технология намотки03
 Требования, предъявляемые к электроприводу05
2 Расчет мощности и выбор двигателя07
   2.1 Расчет статических моментов07
   2.2 Предварительный выбор двигателя08
   2.3 Расчет и построение тахограммы и упрощенной нагрузочной диаграммы.010
   2.4 Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности015
3. Выбор и характеристика основного силового оборудования 019
   3.1. Выбор и характеристика тиристорного преобразователя019
   3.2 Выбор и характеристика силового трансформатора020
   3.3 Расчет и выбор сглаживающего дросселя021
   3.4 Выбор и характеристика источника питания для возбуждения двигателя022
4. Расчет и построение статических характеристик024
   4.1 Расчет и построение фазовых и регулировочных характеристик тиристорного преобразователя024
   4.2 Расчет и построение механических характеристик электропривода027
5. Анализ динамики электропривода029
   5.1 Расчет основных параметров силовой части электропривода029
   5.2 Составление структурной схемы электропривода029
   5.3 Расчет переходных процессов в соответствии с упрощенной нагрузочной диаграммой030
5.5 Особенности процесса намотки полосы на станах холодной прокатки…..32
     5.4 Составления структурных схем…………………………………………….37
6. Защита электропривода040
   6.1 Защита от перегрузки и коротких замыканий040
   6.2 Защита от перенапряжений041
   6.3 Защита от «обрыва» поля042
   6.4 Защита от превышения числа оборотов043
   Заключение044
Список использованных источников045


ВВЕДЕНИЕ
     Современные высокие требования к производительности прокатных станов и к качеству выпускаемой продукции могут быть обеспечены только на основе автоматизации всех механизмов стана.
     Цех ЛПЦ №5 состоит из четырёх отделений: травильного, прокатного, термического и отделочного. В основе технологического потока, осуществляемого в ЛПЦ №5, лежат следующие процессы:
 очистка поверхности горячекатаных полос от окалины на непрерывно-травильных агрегатах НТА №1, 2;
 холодная прокатка травлёных горячекатаных полос на четырёхклетевом стане 2500;
 термическая обработка холоднокатаных рулонов в колпаковых газовых одностопных печах;
 дрессировка холоднокатаных полос на дрессировочных станах 2500 и 1700;
 отделка (резка и упаковка) готового проката.

     Травление горячекатаной полосы, т.е. удаление с её поверхности окалины, осуществляется в кислотных ваннах при взаимодействии окалины с раствором серной кислоты 22-26% концентрации. Цели холодной прокатки: уменьшить толщину прокатанного листа, повысить качество поверхности листа и его жёсткость. Для привода разматывателей дрессировочных становмогут применяют либо синхронные двигатели с питанием от непосредственных преобразователей частоты, либо постоянные двигатели, которые в свою очередь питаются от тиристорных преобразователей.
     Применение тиристорного привода (ТП-Д) потребовало решения ряда проблем, связанных с потреблением значительной реактивной мощности, особенно при малой скорости прокатки, неблагоприятным влиянием на питающую сеть набросов реактивной мощности при разгоне и замедлении стана, а также высших гармонических составляющих, искажающих синусоидальную форму напряжения.
     Однако они имеют рядпреимуществ например, каквысокое КПД и быстродействие, повышенная надежность и простота эксплуатации и т.д. определили в настоящее время широкое применение системы ТП-Д. Также стоит отметить, что  качеством управления двигателями постоянного тока позволяет достичь с помощью высокого быстродействия.
    Данной задачей курсового проекта является разработка электропривода моталки агрегата непрерывного травления полосыпо системе ТП-Д, оценка характеристик и показателей данного электропривода.
     

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Назначение, состав и техническая характеристика механизма
     Моталка предназначена для сматывания полосы в плотные рулоны. 
     Моталка состоит из  барабана с механизмом расклинивания и складывания сегментов, механизма вращения барабана, сталкивателя рулонов, механизмов перемещения моталки и откидной опоры.
     Непрерывный травильный агрегат состоит из разматывателя, ножниц для обрезки переднего конца рулона, чтобы можно было его присоединить к заднему концу предыдущего рулона, машины для сварки или сшивки рулонов, кислотных ванн, промывных ванн, устройства для просушки горячим воздухом, ножниц для вырезки мест сшивки и сматывателя травленой ленты в рулоны.
     
1.2 Технология привода моталки
     Полоса в непрерывных травильных агрегатах бесконечной лентой проходит через ванны с кислотным раствором. Непрерывность процессов обеспечивается сваркой концов рулонов. Для увеличения скорости травления окалина разрушается перед операцией травления знакопеременным изгибом полосы в специальной гибочной машине. Промытая и просушенная полоса сматывается в рулон. Подготовленные к прокатке рулоны полосы поступают на склад стана холодной прокатки. Очередной рулон устанавливается на разматыватель, конец рулона отгибается, проходит правильные ролики и задается в первую клеть прокатного стана. При скорости 1 м / сполоса проводится через все пять клетей и закрепляется на барабане моталки. Четырехвалковые рабочие клети с горизонтальным расположением валков установлены одной от другой. 
     Если перед подачей переднего конца полосы был выбран диаметр барабана моталки 750 мм, то после намотки 1-1,5  витков вручную или автоматически подается команда на раскрытие барабана моталки до диаметра 750 мм. После намотки еще 2-3 витков в полосе создается натяжение и привод автоматически переводится в режим регулятора мощности.
     Задний конец предыдущей полосы доматывается на моталку с заправочной  скоростью  и останавливается в фиксированном положении заднего конца полосы.
     
     
     Рисунок 1- Кинематическая схема моталки агрегата непрерывного травления полосы
     Основные технические данные стана представлены в таблице 1
     
Таблица 1- Технические данные моталкиагрегата непрерывного травления полосы

 Наименование
  Ед. измерения
Величина
 Натяжение полосы
 кН
 12
 Скорость намотки
 м/с
 4,75
 Заправочная скорость
 м/с
 1
 Диаметр барабана моталки
 м
 0,75
 Максимальный диаметр рулона
 м
 2.2
 Масса рулона
 т
 30
 Ширина наматываемой полосы
 м
 2
 Толщина полосы
 мм
 2
 Ускорение при разгоне
 м/с2
 1,0
 Замедление при торможении
 м/с2
 1,0
 Общее передаточное число
 
 12,63
 КПД передачи
 
 0.89
 Длина полосы, наматываемой на заправочной скорости
 м
 10
 Момент инерции механизма
 кг*м2
 40
 Предел текучести материала
 Н/мм2
 420
 Время паузы
 С
 35

1.3 Требования, предъявляемые к электроприводу
     К электроприводу моталки агрегата непрерывного травления полосы предъявляют следующие основные требования:
     В соответствии с технологией прокатки к электроприводу моталок непрерывных станов предъявляются следующие требования:
     
 поддержание постоянным или регулирование по заданному закону натяжения полосы между клетью и моталкой;
     
 плавное ускорение и замедление, при возможно малом времени переходных процессов;
     
 широкий диапазон регулирования скорости;
     
 совместное и раздельное управление моталкой и станом;
     
 натяжение "покоя";
     
 толчковая работа;
     
 обеспечение надлежащего быстродействия системы регулирования с наименьшим временем переходных процессов и большой стабильностью в работе.
     К основным требованиям предъявляемые как электроприводам моталоктак и разматывателей любой конструкции, заключается в обеспечении поддержки натяжения при намотке обрабатываемой полосы в рулон, качественного состава. При отсутствие натяжения в данном случае будет считаться аварийным режимом, так как ведет к перекосу полосы и образованию петли.
     Требуемая точность регулирования натяжения обуславливается влиянием его на качество продукции и прежде всего на продольную разнотолщинность полосы. Приращение натяжения изменяет условия истечения металла в очаге деформации в продольном направлении и уменьшает давление металла на валки. Это приводит к уменьшению упругой деформации системы "валок - клеть" и к дополнительному обжатию полосы, требующему от электропривода моталок поддержания натяжения с достаточно высокой точностью.
     Диапазон регулирования изменения угловой скорости двигателя моталки  в основном зависит как от диапазона изменения диаметра рулона DRтак и диапазона изменения по скорости DV прокатки:
     Dk=Rmax/R0=2200/750=2.93;    (1.1)
     
     Dv=Vmax/Vmin=4.75/1=4.75;                                               (1.2)
     
     Dw=Dk*Dv=2.93*4.75=13.9;                                             (1.3)
     
   где R0 – минимальный радиус рулона, определяемый радиусом барабана моталки;
   Rmax – максимальный радиус рулона;
   Vmax, Vmin – максимальная и минимальная скорости прокатки.
     
     Таким образом, наряду с остальными требованиями, также необходимо обеспечить диапазон изменения скорости около 21:1.
     






















2 Расчет мощности и выбор двигателя
2.1 Расчет статических моментов

     Статический момент на валу барабана моталки будет складываться только из тех моментов, которые необходимы для изгиба полосы и для создания натяжения на ней. Примем момент холостого хода равным нулю, т.к. согласно техническим данным Mхх= 0, т.е. момент холостого хода отсутствует, тогда:
     
     М_с=М_изг+М_нат,            (2.1)
     
     Момент для изгиба полосы, определим уравнением:
     
     М_изг=(?_т?b?h^2)/(4?i??)=(420?2?4)/(4?12.63?0,89)=74.7 Нм,                                 (2.2)
     
     Момент от натяжения полосы в начальный момент при размотки полосы
     
     М_нат1=(Т?Dб)/(2?i??)=(12000?0.75)/(2?12.63?0.89)=400  Нм,                              (2.3)
     
     Момент от натяжения полосы перед торможением
     
     М_нат2=(Т?Dp)/(2?i??)=(12000?2.2)/(2?12.63?0,89)=1,174 кНм,                                   (2.4)
     
     Зависимость момента от времени выражается уравнением:
     
     М_нат=М_нат1 ?(1+(4?b?v)/(???D_б?^2 )?t)=400?(1+(4?0.02?4,75)/(3,14??0.75?^2 ) t=)
     =400?(1+0.021t),  (2.5)
     
     М_с1=М_изг+М_нат1=0.074+0,400  =0.474 кН,                          (2.6)
     
     М_с2=М_изг+М_нат2=0,0747+1,174=1.248 кН,(2.7)
     

     

     2.2 Предварительный выбор двигателя
    Для начала найдем значения угловой скорости в начале и в конце размотки:
    
w1=(2*i*v)/Dб=(2*12.63*4.75)/0.75=159.8 c^(-1),           (2.8)
     
     n1=(60*w1)/(2*?)=(60*159.8)/(2*3.14)=1527 об/мин,    (2.9)
     
     w2=(2*i*v)/Dp=(2*12.63*4.75)/2.2=54.55 c^(-1),(2.10)
     
     n2=(60*w2)/(2*?)=(60*54.55)/(2*3.14)=520 об/мин,       (2.11)
     
     Диапазон регулирования скорости двигателя во время размотки за счет регулирования магнитного потока:
    D=?_1/?_2 =159.8/54.55=2.92,                                              (2.12)
     Приближенно найдем фактическую продолжительность включения. Время размотки рулона без учета переходных процессов пуска и торможения определяем по формуле:
     
     t_p=t_з+t_уст=l_зап/v_зап +(l-l_зап)/v=10/1+(1170-10)/4.75=254.2 с,          (2.13)
     
     Тогда фактическая продолжительность включения будет равна:
     
     ?_фак=t_p/T_ц =254.2/300=0.85                                              (2.14)
     Мощность приводного двигателя:
     
     Р_н=1,3?(М_изг+М_(нат.2) )??_н??(?_фак/?_ст )=                                    (2.15)
     =1,3(74+1174)?157??0,85=237.5 кВт
     
     где    ?_ст-стандартная продолжительность включения 
          ?_ст=1;
          1,3 – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку привода.
     
     Исходя из расчетовпо мощности двигателя и требований к электроприводу, выбираем двигатель постоянного тока независимого возбуждения серии 1GH6производства СШАс номинальной мощностью 250 кВт на номинальное напряжение 310 В и ток 750 А.Техническиеданныеприведеннывтаблице 2.
     Применение двигателя с необходимой мощностью позволяет значительно снизить момент инерции электропривода, а, следовательно, повысить быстродействие привода и улучшить качество системы регулирования. Двигатель соединен последовательно на валу.
      Таблица 2- Технические данные двигателя 1GH6
 Наименование
 Обозначение
 Ед. измерения
 Величина
 Мощность
 Pн
 кВт
 250
 Напряжение
 Uн
 В
 310
 Ток
 Iн
 А
 750
 Скорость
 nн
 об/мин
 1500
 Перегрузочная способность
 
 -
 2.2
 Момент инерции
 J
 кг·м2
 45
 Суммарное сопротивление якорной цепи при 80°СRко+Ra+Rдп 
 rя
 Ом
 13,9
 Число главных полюсов
 2p
 -
 6
 Индуктивность якорной цепи 
 Lа
 мГн
 0.081
 Напряжение возбуждения
 Uвн
 В
 220
 Максимальный ток возбуждения
 Iвн
 А
 6.5
 Сопротивление обмотки возбуждения
 Rвн
 Ом
 17







2.3. Расчёт и построение тахограммы и упрощенной нагрузочной диаграммы
     
     Время пуска и торможения найдем исходя из уравнений:
     
     t_п1=t_т2=v_зап/а_т =1/1=1 с,                                               (2.16)
     
     t_п2=t_т1=?v-v?_зап/а_п =(3.75-1)/1=2.75 с,                                   (2.17)
     
     Длина полосы, наматываемой при пуске за время tп2 и торможении за времяtт2, а также общая длина полосы:
     
     l_п=v_зап1?t_п1+(а_п (t_п2 )^2)/2=1?1+(1??2.75?^2)/2=4.78 м,             (2.18)
     
     l_т=v?t_п1-(а_т (t_т1 )^2)/2=3.75?1-(-1??2.75?^2)/2=7.53 м,             (2.19)
     
     Время намотки на заправочных скоростях согласно заданию:
     
     t_зап1=t_зап2=l_зап/(2v_зап )=10/2=5 с,                                  (2.20)
     
     Время намотки полосы в установившемся режиме найдем по уравнению
     
     t_уст=(l-?2l?_зап-l_п-l_т)/v=(1170-2?10-4.78-7.53)/4.75=240 c,  (2.21)
     
     Зная время установившегося движения полосы, рассчитаем зависимость Мс=f(t)
     M_c=M_изг+M_нат=74+400?(1+0.021t),                   (2.22)
     
     Подставляем в уравнение значение времени t от нуля до t_уст. Результаты сводим в таблицу 3.
     
  Таблица 3-Зависимость Мс=f(t)
           
t, c
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
240
Mc
474
537
595
642
688
731
771
809
879
879
913
975
     
     Моменты, который развивает двигатель на любом этапе работы моталки, определяются так:
     
     М=М_с+М_дин,                                                                (2.23)
     
     где Мдин – динамический момент, Н·м.
     
     М_дин=J d?/dt,                                                               (2.24)
     
     Момент инерции рулона 
     
     J_р=(G(D_р^2+D_б^2))/(8?i^2 )=(30??10?^3 (?2.2?^2+?0,75?^2))/(8??12.63?^2 )=127 кг?*м?^2,               (2.25)
     
     Рассчитаем моменты инерции моталкипри различных режимах:
     – при пуске:
     
     J_п=J_дв+J_м=45+40=85 кг,                                                 (2.26)
     
     – при торможении 
     
     J_т=J_дв+J_м+J_п=45+40+127=212 кгм^2,               (2.27)
     
     Динамический момент при пуске получится:
     
     М_дп=J_п  (2?а?i)/D_б =85 (2?1?12.63)/0.75=2.86 кНм,                            (2.28)
     
     Динамический момент при торможении будет:
     
     М_дт=J_т  (2?а?i)/D_р =212 (2?1*12.63)/2.2=2.43 кНм,                             (2.29)
     
     Моменты, которые развиваются двигателем на разных этапах работы, будут определяться как сумма статических  и динамических моментов.
 Начинаем этап пуска tп1
     М_п1=М_(дин.п)+М_хх=2.86+0=2.86  кНм,                                  (2.30)
     2. Работа моталки на заправочной скорости t1 вхолостую
     М_1=М_хх=0 Нм,                                                               (2.31)
     3. Намотка при заправочной скорости tзап1 
     М_(зап.1)=М_с1=0.474 кНм,                                                               (2.32)
     
     4.Разгон до рабочей tп2с заправочной скорости
     М_п2=М_(дин.п)+М_с1=2.86+0.474=3.334кНм,                (2.33)
     5.Намотка на рабочей скорости tуст представлена в таблице
t, c
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
240
Mc
474
537
595
642
688
731
771
809
879
879
913
975

     6.Торможение с рабочей до заправочной скорости tт1
     М_т1=?-М?_(дин.т)+М_с2=-2.43+2.074=-0.356 кНм,                     (2.34)
     7. Работамоталки на вторую заправочнуюскоросттtзап2 
     М_(зап.2)=М_с2=2.074 кНм,                                                       (2.35)
     
     8.Работа моталки приt2на холостом ходе
М_2=М_хх=0 кНм,                                                           (2.36)
     9.Торможение до нуля 
М_т2=?-М?_(дин.т)+М_хх=-2.43+0=-2.43 кНм,                   (2.37)
     





     
     
     Рисунок 2. Нагрузочная диаграмма электропривода моталки


Рисунок 3. Тахограма















2.4 Проверка двигателя по перегреву и перегрузочной способности
     Нужно проверить двигатель по перегрузке. Для этого надо найти максимальные моменты двигателя при номинальном и ослабленном потоке
     
     М_мах1=?1?М_н=2,5*1,082=2,7 кНм,                                       (2.38)
     
     М_мах2=?2?М_н??_н/?_осл =2?1,082?157/159,8=2,15 кНм,                          (2.39)
     
     М_н=Р_н/?_н =170000/157=1,082 кНм,                                                        (2.40)
     
     Исходя из этого делаем вывод, что данный нами, выбранный двигатель подходит по перегрузке и обеспечивает выполнение требуемой тахограммы.
     Для проверки двигателя на нагрев,рассчитать и построить токовую диаграмму. Пересчет  нагрузочной диаграммы, представленный на рисунке 3, проведем по уравнению:
     
     I=M/kФ,                                                                           (2.41)
     
     Данное текущее значение коэффициента С=кФ для участка размотки полосы на рабочей скорости найдем по уравнению
     
     С=(С_н??_н)/?=(1,9?157)/(159,8/?(1+0.021t))=1,97?(1+0.021t),                       (2.42)
     
     
     где Сн – это коэффициент С=кФ при номинальном потоке,
     
     С_н=(U_н-I_н R_я)/?_н =(310-750?0.014)/157=1,9,                                (2.43)
     
     где  Rя- сопротивление якорной цепи двигателя, который находится в нагретом состоянии
        ?- текущее значение скорости,
        
     ?=(2?V?i)/(D_б ?(1+(4?h?V?t)/(???D_б?^2 )))=(2?4,75?12,63)/(0,75?(1+(4?0,002?4,75)/(3,14??0,75?^2 ) t))=159,98/?(1+0,021t),        (2.44)
         
     При полном потоке будет осуществлятьсяразгон двигателя до номинальной скорости, а выше номинальной будетосуществляться за счет ослабления магнитного потока. В связи с этим на первом участке пуска от нуля до заправочной скоростипусковой ток будет составлять
     
     I_п1=M_п/C_н=2860/1.9=1505 А,                                                 (2.45)
     
     Ток двигателя при намотке на заправочной скорости будет расчитываться по формуле
     
     I_зап1=M_зап1/кФ=474/1.9=249  А,                                        (2.46)
     
     Ток двигателяна заправочной скорости при намотке выражается
     I_зап2=M_зап2/кФ=2074/1.9=1091  А,                                 (2.47)

     
     в течение времени
     
     ?t'?_п2=(V_н-V_зап)/а_т =(2,5-1)/1=1.5 с,                               (2.48)
     
     
     ?I'?_п2=M_п2/кФ=3334/1.9=1667 А,                                         (2.49)
     
     в конце пуска при V=6 м/с (?1=157  1/с)
     
     ?I"?_п2=M_п2/кФ=3334/0,95=3509 А,                                         (2.50)
     
     Где коэффициент составляеткФ=С=1.97??(1+0,021?0)=74и отсчёт времени в этом уравнении будет начинаться с момента намотки на рабочей скорости V=4.75.
     Время ?t"?_п2=t_п2-?t^'?_п2=2.75-1.5=1.25 с
     Тормозной ток в начале торможения 
     
     ?I'?_т1=M_т1/кФ=356/1.9=187А,                                       (2.51)
     
     В конце торможения 
?I"?_т1=M_т1/кФ=356/0,95=374А,                                     (2.52)
     
     Торможение до нуля 
     
     I_т2=M_т2/кФ=-2430/1.9=-1215 А,                                        (2.53)
     
     Для периода размотки с рабочей скорости пересчет проведем по уравнению
     
     I_c=(М_изг+М_нат)/с=(74+400?(1+0,021t))/(1.97?(1+0,021t))=203+37/?(1+0,021t),     (2.54)
     
     
     
       Таблица 4- Зависимость Ic=f(t)
       
       
t, c
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
245
Iс, A
240
234
230.27
227.6
225.6
224
222.7
221.6
220.7
219.9
219.2
218.6
218
217
     
     По полученным данным строим зависимость I=f(t)

     
     Рисунок3- Токовая диаграмма работы моталки
     
     
     
     
     
     
     Теперь найдем эквивалентный ток для участков t"п2и tуст.
     
     I_пэ=?((?I_п1?^2+I_п1 ?I^''?_п2+??I^''?_п2?^2)/3)=?((?1505?^2+1505?3509+?3509?^2)/3)=2572 А,                 (2.55)
     
     I_тэ=?((?187?^2+187?374+?374?^2)/3)=285 А,                                               (2.56)
     
     Эквивалентный ток за цикл 
I_э=?(?(?I_п1?^2?t_п1+?I_зап1?^2?t_зап1+??I'?_п2?^2??t'?_п2+?I_т1?^2?t_т1+@+?I_сэ?^2?t_уст+?I_п2э?^2?t_п2+?I_зап2?^2?t_зап2+?I_т2?^2?t_т2 )/Т_ц )
 =?(?(?1505?^2?1+?249?^2?2.5+?1667?^2?1.5+?187?^2?2.75+@?+285?^2?240+?2572?^2?2.75+?1091?^2?2.5+?1215?^2?1)/300) =403 А,  (2.57)
     
     Уточненние значение фактической продолжительности включения
     
     ?_ф=(t_п1+t_зап1+?t'?_п1+t_уст+t_т1+t_зап2+t_т2)/Т_ц =
=(1+2.5+1+246+2.75+2.5+1)/300=0,85 ,               (2.58)
     
     Проверка двигателя по нагреву будет определяться по формуле
     
     I_н?I_э??(?_ф/?_ст )=403??(0,85/1)=371,5 А,                                  (2.59)
     
     Двигатель по нагреву проходит. Эквивалентный токбудет составлять
     
     I_э/I_н ?100=403/750 100=53%,                                              (2.60)
     
     

3 Выбор и характеристика основного силового электрооборудования
3.1 Выбор и характеристика тиристорного преобразователя для якорной цепи

       Тиристорный преобразователь будем выбирать из условия:
       
                 
       Idн=Iн*?дв/?тп=750*2,5/2,25=735 А,                             (3.1)
       
       Ud? 2Uндв,                                                            (3.2)
       
       где Idи Ud - номинальные значения тока выпрямленного и напряжения
                  преобразователя, 
       Iндв и Uндв - номинальные ток и напряжение двигателя.
       По каталогу выбираем реверсивный тиристорный преобразователь типа КТЭ-1000/660
       Для питания якоря в основном используетсясоединение встречно-параллельное при полностью управляемых трёхфазных мостовых схем выпрямления с ограничением уравнительных токов.
   Таблица 5. Данные преобразователя серии КТЭ-1000/660
Наименование параметра
Величина
Номинальный выпрямленный ток, А
Номинальное выпрямленное напряжение, В
КПД
Коэффициент мощности
Число пульсаций 
1000
660
0.973
0,83
6

    .
    
    
    
    

    3.2 Расчёт мощности и выбор силового трансформатора
     Так как в комплект выбранноготиристорного преобразователя типаКТЭ входит силовой трансформатор, то ниже будут приводится только технические данные, а также будут учитыватьсярасчёты максимального значения выпрямленной ЭДС и параметров схемы замещения силовой схемы преобразователя.
     Технические данные трансформатораТСЗП-1000/10-У3 приводятся в табл. 6.

 
 Таблица 6 – Технические данные трансформатораТСЗП- 1000/10 – У3
 Тип трансформатора,
 схема и группа соединения
 , кВА
 Номинальное напряжение
 Номинальный ток
 ,%
 , %
 Потери, кВт
 
 
 U1л, В
 U2л, В
 Udн, В
 ,А
 , А
 
 
 
 
 ТСЗП- 1000/10 – У3
 Y/? – 11
 500
 6000
 717
 950
 755
 1000
 4,8
 1,3
 2,3
 9
     
     
     Максимальное значение выпрямленной ЭДС Ed0 при ? = 0 будет определяться
     
     Ed0=1,35*U2л=1,35*717=967.95 В,                                   (3.3)
     
     где - линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора при
             соединении в звезду.
     Коэффициент трансформации трансформатора выражается
     
     Kт=Uл1/U2л=6000/717=8,3.                                                          (3.4)
     
     Полное сопротивление фазы трансформатора, приведенной ко вторичной обмотки будет
     
     Zт=(eк*U2л)/(100*I_2ф*?3)=(4,8*717)/(100*1308)=0,026 Ом.                                             (3.5)
     
     Активное сопротивление обмоток трансформатора выражается из формулы
     
     Rт=(Pк.з.)/(m*I_2ф^2 )=9000/(3*?755?^2 )=0,0052 Ом.                                               (3.6)
     
     Индуктивное сопротивление фазы трансформатора получим из уравнения
     
     Xт=?(Zт^2-Rт^2 )=?(?0,026?^2-?0,0052?^2 )=0,025 Ом.                       (3.7)
     
     Индуктивность трансформатора составляет
     
      Lт=Xт/314=0,025/314=0,079                                                          (3.8)
     
    
    3.3 Расчёт и выбор сглаживающего дросселя

     Сглаживающий дроссель нужен для снижения пульсаций тока в цепи якоря двигателя, что положительно влияет на работу системы в целом.Сглаживающий дроссель будет включатьсяпоследовательно с якорем двигателя и его индуктивностью будетрассчитываеться следующим образом.
     Критическая индуктивность силовой цепи из условия сглаживания пульсаций выпрямленного тока
     
      Lкр1=(Ednm*100)/(?2*aв*m*2*?*f*P1%*Iн)=(100*967,95)/(?2*2*3*2*3,14*50*8*305)=1,4 мГн,               (3.9)
     
         где  – принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока.
     Исходя из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя (принятIхх=10%=30,5 А) критическая индуктивность силовой цепи определяется уравнением:
     
Lкр2=(Ed0*sina)/(2?*f*Iхх)*(1-?/p*ctg ?/p)=(967.95*sin30.6)/(2*3,14*50*30,5)*(1-3,14/6*ctg 3,14/6)=6.8 мГн;        (3.10)
     
     по техническим данным cosф=0.86, arccos(0.86)=30,6.
     
     Из двух данных значений критической индуктивности выбираем большее и по уравнению
     
                          (3.11)
     
     определяем требуемую индуктивность сглаживающего дросселя
     
     Lсд=6,8-2*0,083-4,42=2,21мГн,                               (3.12)  
     
     
     
     где
      Lя=?*Uн/(p*wн*Iн)=0,2*250/(6*157*305)=1,74 мГн.                                                  (3.13)
     где ? – эмпирический коэффициент, для компенсированных машин равный 0,2.
     В соответствии с данными выбирается сглаживающий дроссель типа ФРОС – 250/0.5 Уз со следующими техническими данными: Iн=750А, Lсд=6,5 мГн .
     
    3.4 Выбор и характеристика источника питания для возбуждения двигателя

     Обмотки возбуждения получают питания от двух тиристорных возбудителей фирмы "Сименс" преобразователь SINAMICSDCM DC D420/30 Mreq-GeG6V62 ,данные приведены в таблице 7.

 Таблица 7- Данные преобразователя
Наименование параметра
Величина
Номинальный выпрямленный ток, А
13
Номинальное напряжение: выпрямленное, В
питающей сети, В
400
(+15%; - 20)
КПД
0,97
Тпв, с
0,005

    Преобразователиподключены к сети 380 Вчерез трехфазные токоограничивающие реакторы типа СРОСЗ-800М на рабочий ток 1000 А .

      Силовая часть выпрямителя представляет сиз себя трехфазную мостовую схему выпрямления. Преобразователь будет включать в себя функциональные блоки управления:1)БФУ - блок фазового управления, БФ-блок фильтра, 3)БКНТ-блок контроля нулевого тока, 2)БУДР-блок управления дистанционным расцепителем, 4)БКМТ-блок контроля максимальной силы тока, 5)БМУ-блок магнитного усилителя, 6)БЗ-блок защиты, 7)БРЛ-блок реле. 




Рисунок 4- Принципиальная электрическая схема электропривода моталки
4 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
4.1 Расчёт и построение фазовых и регулировочных характеристик тиристорного преобразователя и возбудителя
     Расчёт фазовых характеристик по типу СИФУ реверсивного тиристорного преобразователя с пилообразным опорным напряжением будет производится по формуле
     
     a=a_нач±?/2*U_y/U_опmax?,(4.1)
     
     где -это  начальный угол согласования характеристик, 
                     составляет 95?,
     - максимальное значение опорного напряжения для СИФУ.
     
     Максимальный угол регулирования определяется по формуле
     
     ,                  (4.2)
     
     где ? – угол коммутации при Idmax,
     ? – угол восстановления запирающих свойств тиристора,
     ?? = 3° – допустимая асимметрия импульсов.
     
        Угол коммутации определяется

?=arccos(cosa_н-(p*Xт*2,5*Iн)/(?*Ed0))-a_н=
=arccos??(cos60.6-(6*0,025*2,5*305)/(3,14*967,95))-60.6?=?2,66?^0,(4.3)
     
     где ?н – номинальный угол, который соответствует номинальному режиму работы двигателя
     
     a_н=arccos?((kФ*wн+Iн*Rэ)/Ed0)=arccos?((3*157+305*0.143)/967.95)=?86.6?^0,                 (4.4)
     
     
      Rэ=1,1*R_я80+a_в*(Rт+(Xт*m)/2?)=1,1*0.0139+2*(0.052+(0.025*3)/(2*3,14))=0.15 Ом.   (4.5)
     
         Регулировочные характеристики рассчитываются по формуле
         
     ,                            (4.6)
     Данные расчётов занесены в таблицу8
     
     Максимальная ЭДС тиристорного преобразователя с точки зрения безопасного инвертирования при ?max = 160? составляет
     
     E_dmax=E_d0*cosa=967.95*cos160=-367,65 В,                           (4.7)
     
     Коэффициент усиления тиристорного преобразователя определим по формуле
     
     ? K?_mn=(dE_d)/(dU_у )=(706.7-876,5)/(0-2)=84,9.     (4.8)
     
Таблица 8- Фазовые и регулировочные характеристики СИФУ 

Uу, В
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
?1, град
185
167
149
131
113
95
77
59
41
23
5
?2, град
5
23
41
59
77
95
113
131
149
167
185
Ed1, B
-389
-381
-335
-256
-152
-34
88
201
295
360
389
Ed2, B
389
360
295
201
88
-34
-152
-256
-335
-381
-389
     
     
 
     Рисунок 5 – Фазовые характеристики тиристорного преобразователя
     


     Рисунок 6 – Регулировочные характеристики тиристорного преобразователя

4.2 Расчет и построение механических характеристик электропривода
     Данная внешняя характеристика тиристорного преобразователя при угле ? = const (одной выпрямительной группы) в режиме непрерывного тока она может быть представлена следующим образом
     -для двигательного режима:
     
     ,                                                (4.8)
     
     -в режиме рекуперативного торможения
     
     ,                                                 (4.9)
     
     В прерывистом режиме скорость и ток определяются по формуле:
     
     ,                                                      (4.10)
     
     ,                                             (4.11)
     
     В режиме идеального холостого хода значения скорости будет определяться по формулам
     
               при ???/6                                    (4.12)
     
      при ?>?/6                         (4.13)
     











Таблица 9- Скоростные характеристики системы ТП-Д
Двигательный режим ?1=24°; Uун=7,9 В
Iя,А
0
41,37
61,77
87,80
120,08
159,25
200
300
500
1000
?,с-1
78,26
72,14
71,12
69,92
68,53
66,95
66,63
65,84
60,30
58,71
Режим рекуперативного торможения ?2=160°; Uун=--7,9 В
Iя,А
0
-85,50
-100,42
-113,97
-125,39
-133,91
-200
-300
-500
-1000
?,с-1
50,11
64,89
66,31
67,55
68,62
69,50
71,72
72,51
78,06
79,64
Двигательный режим ?3=60°; Uун=3,95 В
Iя,А
0
131,00
172,54
220,90
276,34
339,07
500
700
500
1000
?,с-1
67,76
47,60
44,89
42,04
39,07
35,96
33,27
31,68
29,30
27,72
Режим рекуперативного торможения ?4=130°; Uун=-3,95 В
Iя,А
0
-148,10
-183,42
-220,90
-259,94
-299,92
-500
-700
-500
-1000
?,с-1
13,87
37,42
40,06
42,57
44,95
47,20
51,80
53,38
55,76
57,34
 
     
     Рисунок7- Скоростные характеристики системы ТП-Д
     
     
     
     
     
5 АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
5.1 Расчёт основных параметров силовой части электропривода
     Используем зависимость Еd= f(Uу), которая представлена на рисунке 4.2 и  определим коэффициент усиления тиристорного преобразователя:
     K_mn=(dE_d)/(dU_у )=(706.7-876,5)/(0-2)=84,9,                                           (5.1)
     Тиристорный  преобразователь совместно с СИФУ рассматривается как звено с передаточной функцией, поределяетсяпо формуле
     W_тп (p)=k_тп/(T_п*p+1)=84,9/(0,005*р+1),(5.2)
     где Тп = 0,005 с – постоянная времени тиристорного преобразователя совместно с СИФУ,
     Электромагнитная постоянная времени силовой цепи в системе ТП-Д определяется:
     Tэ=Lэ/Rэ=(7,2*?10?^(-3))/0,143=0.05 с.                                          (5.3)
     Электромеханическая постоянная времени электропривода определяется:
     Tм=(R_э*J_?)/(кФ^2 )=(0.143*212)/3.61=7.5 с,                                  (5.4)
     где J? = 212 кг?м2 – момент инерции привода, приведенный к валу двигателя. 
     
5.2 Составление структурной схемы электропривода
     Структурная схема электропривода с двухзонным регулированием скорости представлена на рисунке 8.
 
     Рисунок 8 – Расчетная структурна схема электропривода
     Звено ТП способен моделировать тиристорный преобразователь, на вход которого будет подавться напряжение управления Uу = Uзи с выхода задатчика интенсивности, а на выходе ТП получается ЭДС преобразователя Еd; звено ЯЦ – якорную цепь двигателя, а механическую инерция привода моделирует звено ЭМ. Звено ОВД  моделирует цепь возбуждения двигателя, с выхода которого  образуется поток возбуждения двигателя. Звено К характеризует конструктивную постоянную двигателя .
     Задатчик интенсивности (ЗИ) представляет собой нелинейное устройство, которое включается в цепь задания регулируемых величин и ограничивает темп (интенсивность) изменения во времени сигнала задания на входе САР. Наиболее широко распространены ЗИ первого порядка, ограничивающие первую производную задающего воздействия по времени. Здесь задатчике представленотри звена: 1)звено К1 – коэффициент равный в нашем случае 200; 2)звено ограничения с зоной нечувствительности, которое обеспечивает устойчивость ЗИ (нечувствительность при моделировании составляет 0,001 В) с ограничением Uогр = 10 В; 3)интегрирующее звено с постоянной времени Тзи определяет темп изменения напряжения ЗИ.
     Управляющим воздействием является выходное напряжение ЗИ, которое в свою обеспечивает отработку заданной тахограммы электропривода. Время пуска, работы на заправочной скорости, наброса и сброса нагрузки, время разгона до номинальной и рабочей скорости, работа на установившейся скорости, начало торможения, это берется из тахограммы и нагрузочной диаграмма представленных на рисунке 3.
    5.3 Расчёт переходных процессов в соответствии с упрощённой нагрузочной диаграммой
     С помощью программы структурного моделирования MATLABSimuLink можно произвести расчет переходных процессов. Структурная схема для моделирования переходных процессов представлена на рисунке 9.

     
     Рисунок 9 – Структурная схема электропривода для моделирования в среде MATLABSimuLink
     На рисунке 10, 11 и 12 представлены переходные процессы, полученны.......................