Проектирование системы автоматического регулирования для строительных механизмов

Коллектор в генераторах  постоянного тока служит для выпрямления  переменной э.д.с., индуктируемой во вращающейся обмотке якоря, а  в двигателях постоянного тока – для получения постоянного по направлению вращающего момента. Одна и та же машина постоянного тока может работать в режимах генератора и двигателя, т.е. она обратима, как все электрические машины.

В режиме генератора машина работает тогда, когда ее вращает  какой-либо первичный двигатель (паровая  или гидравлическая турбина, двигатель  внутреннего сгорания и т.д.), главное магнитное поле возбуждено, а обмотка якоря через щетки замкнута на нагрузку. В этой обмотке индуктируется э.д.с. и возникает ток, протекающий через якорь и нагрузку. Ток в якоре, взаимодействуя с главным магнитным полем, создает тормозящий момент, который должен преодолеть первичный двигатель. В режиме двигателя внешний источник электроэнергии посылает электрические токи в цепи якоря и возбуждения машины, а ток якоря, взаимодействуя с главным магнитным полем, образует вращающий момент. Под действием этого момента якорь вращается, а машина преобразует электрическую энергию в механическую

7. Шунт

Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.

Шунт (от англ. shunt — ответвление), электрический проводник или магнитопровод, присоединяемый параллельно электрической или магнитной цепи для ответвления части электрического тока или магнитного потока, когда нежелательно либо невозможно весь ток (поток) пропустить через данную цепь. Например, при использовании шунта для расширения пределов измерений амперметров измеряемый ток Ix распределяется между шунтом и амперметром обратно пропорционально их сопротивлениям Rш и RA;

Шунтирование — процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итоговогосопротивления цепи.

Например, шунты применяются  для изменения верхнего предела  измерения у амперметров магнитно-электрической системы

Применение шунтов позволяет  расширить пределы показаний  амперметра (за счёт ухудшения разрешающей способности и чувствительности прибора).

В зависимости от сопротивления  шунта в качестве этого элемента могут быть использованы медный провод на катушке, металлическая пластина, нормализованный (стандартный) резистор с малым допуском отклонения сопротивления.

Шунт может быть в виде пластины, ленты или проволоки, преимущественно из манганина, константана и магнитно-мягких материалов.

8. Тахогенера́тор (от др.-греч. τάχος — быстрота, скорость и генератор) — измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал.

Величина сигнала (ЭДС) прямо пропорциональна частоте вращения.

Сгенерированный сигнал подаётся для непосредственного отображения на специально проградуированный вольтметр (тахометр) либо на вход автоматических устройств, отслеживающих частоту вращения.

Принцип действия.

Действие тахогенератора основано на пропорциональности угловой  частоты вращения ротора генератора его ЭДС при постоянном значении потока возбуждения.

Различают тахогенераторы переменного тока (синхронные и асинхронные) и постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного  тока — небольшие коллекторные машины, поток возбуждения в которых создаётся постоянным магнитом или независимой обмоткой.

Тахогенераторы синхронного  типа представляют собой небольшие  синхронные машины с постоянным магнитом в качестве ротора.

Асинхронные тахогенераторы (получили наибольшее распространение) по конструкции подобны асинхронным электродвигателям с полым короткозамкнутым ротором. На статоре такого тахогенератора расположены под углом 90° две обмотки, одна из которых (обмотка возбуждения) питается переменным током постоянной частоты и постоянного напряжения, а вторая является выходной, и к ней может быть подсоединён измерительный прибор (вольтметр, отградуированный, например, в об/мин).

 

 

5 Выбор элементов электропривода

 

5.1 Тиристорный  преобразователь (ТП)

 

Прежде чем приступить к выбору ТП, необходимо решить вопрос о способе подключения преобразователя к сети переменного тока или через трансформатор, или непосредственно к сети через токоограничивающие реакторы.

Силовые цепи ТП питаются от трёхфазной цепи переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 0,19; 0,38; 0,415 кВ при помощи преобразователя до 250 кВт, или от сети напряжением 6; 10 кВ ± 5% при мощности свыше 250 кВт.

Также необходимо решить вопрос о том, какой должен быть преобразователь – нереверсивный или реверсивный.

При выборе тиристорных  преобразователей необходимо руководствоваться следующим: номинальные значения напряжения U_dH и тока I_dH преобразователя должны быть больше или равны номинальным значениям напряжения U_НОМ и тока I_ЯНОМ двигателя, т.е. U_dH ≥ U_ном ; I_dH ≥ I_ЯНОМ.

Т.к. номинальное значение напряжения и номинальное значение тока двигателя: U_НОМ = 220 В и I_ЯНОМ = 25,1 А, то выбираем тиристорный преобразователь КВТ-08*2-100-2, характеристики которого удовлетворяют вышеприведенным ограничениям.

Тип	Номин мощн, кВт	Напряжение		Номин. выпрямит. ток, А	КПД,%	cos φ
		Питающей сети, кВт	Выпрямленного тока, Вт
КВТ-08*2-100-2	8	0,38	220	40	97	0,65

 

5.2 Силовой  трансформатор

 

При расчёте мощности и выборе трансформатора исходными  являются следующие основные величины:

• Номинальное выпрямленное напряжение и ток преобразователя.
• Напряжение питающей сети.
• Допустимые колебания напряжения сети.
• Число фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора.
• Частота сети.

Расчёт   следует   начинать   с   определения  требуемого   вторичного   напряжения трансформатора:

                                           (26)

 

 

где k_сх – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления по таблице 3.

 

 

 

Таблица 3

Расчетные коэффициенты схемы выпрямления
Схема выпрямления	Коэффициенты
	KCX	aB	в	cCB	d	kn
Трехфазная нулевая	1,17	1	0,007	0,0148	0,0085	1,345

 

 

Максимально-расчётное значение выпрямленной ЭДС Е_d0 в режиме непрерывного тока определяется:

     (27)

 

где   Е_н – номинальное значение ЭДС двигателя;

I_dH – номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

R_я – активное   сопротивление   двигателя   с   учётом   сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов, приведённое к рабочей температуре 80° С.

                 (28)

 

где  α_min – минимальный угол регулирования;

ΔUв – падения напряжения на тиристоре (ΔUв = 1÷2 В)

  К_сет – коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока;

  u_к%; ΔР_M% – напряжение к.з. и потери меди трансформатора;

  а_в – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления;

  в, С_св, d – расчётные коэффициенты;

  ΔU_c% – возможные колебания напряжения сети (5 ÷ 10%).

 

Е_н = U_ном – I_я · R_я = 220 – 25,1 · 0,269 = 213,25 В;

 

При определении E_d0 необходимо предварительно задаться следующими величинами: u_{к% =} 5 ÷ 10% ; ΔР_{M% =} 1 ÷ 3%.

В случае, когда к проектируемому ЭП предъявляются высокие требования в отношении быстродействия при отработке разного рода возмущений за счёт изменения напряжения преобразователя величину α_min следует принимать порядка 25 ÷ 30°. Если особых требований в отношении динамических показателей ЭП не предъявляется, значение α_min можно принять 15 ÷ 20°.

Величина k_сет определяется соотношением мощности системы ТП-Д и питающей сети. Если эти мощности соизмеримы, то k_сет обычно выбирается в пределах 1,3 ÷ 1,5. Это относится к мощным приводам.

При проектировании маломощных ЭП и ЭП средней мощности величину k_сет уменьшают до 1 ÷ 1,2.

 

 

Расчётная мощность трансформатора определяется по формуле:

 

                                       (29)

 

где k_CX – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (см. табл. 3).

 

 

При выборе трансформатора необходимо руководствоваться полученным значением мощности S, вторичного фазного напряжения U_2ф, а также заданным значением первичного напряжения частоты сети, числа фаз первичной и вторичной обмоток.

Для питания тиристорных  преобразователей используется следующий трансформатор:

ТМ-25/10: S = 25 кВА;

Напряжение первичное: 10 кВ;

Напряжение вторичное: 0,4 кВ;

Напряжение короткого  замыкания % от номинального: 4,5 В;

Мощность потерь:  холостого хода 0,135 кВт;

короткого замыкания 0,6 кВт.

Ток холостого хода, % от ном Ixx=3,2

Габариты,мм:1120*460*1225

Масса= 0,38

 

Максимальное значение выпрямленной ЭДС Е_d0 для трёхфазной мостовой схемы выпрямления при α = 0

 

                                            (30)

 

где  U_2Л – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

 

 

Полное сопротивление  фазы трансформатора, приведённое к  вторичной обмотке:

                            (31)

 

 

Активное сопротивление  фазы трансформатора:

 

                                      (32)

 

где  m – число фаз обмотки трансформатора.

 

 

Значения u_K%, ΔP_КЗ, I_2Л, берутся из технических данных выбранного трансформатора.

Индуктивное сопротивление  фазы трансформатора фазы определяется:

 

                                         (33)

 

 

Индуктивность фазы трансформатора:

 

                                        (34)

 

 

5.3 Расчёт параметров объекта регулирования

 

В системе ТП-Д в  объект регулирования входят тиристорный  преобразователь и электродвигатель. Динамика систем ЭП, а также выбор параметров элементов определяются изменением регулируемых величин во времени. Необходимо принимать во внимание следующие факторы:

• температурные процессы в обмотках машин, максимальную температуру;
• механические процессы в системе электропривода, максимальные вращающие моменты и угловые скорости;
• электромагнитные процессы в электрических машинах и дросселях, максимальные напряжения;
• температурные процессы в вентилях, максимальную температуру р-n переходов;
• переходные процессы в преобразователях, максимальную частоту среза системы;
• электромагнитные процессы в элементах преобразователей, максимальную нагрузку вентилей по напряжению.

Определим полное сопротивление  якорной цепи двигателя:

 

                                   R_яц = R_яд + 2R_m + 2R_ур + 2R_д + R_к, Ом (35)

 

где  R_K – коммутационное сопротивление тиристора;

R_yp – сопротивление уравнительного реактора;

  R_д – динамическое сопротивление тиристора.

 

                                      (36)

 

где  U_m – классификационное падение напряжения на тиристорах

(до 2В) 

  I_тн – среднее значение тока, проходящего через тиристор.

 

                                             (37)

 

 

 

Коммутационное сопротивление тиристора определяется:

 

                                          (38)

 

где  m – число фаз преобразователя.

 

 

Активное сопротивление  двигателя, с учётом сопротивления щёточного контакта определяется: