Проектирование электропривода подъема мостового крана (стр. 3 из 4)

(5.6)

где

(5.8)

(5.9)

(5.10)

Подставляя в эту формулу известные значения номинального тока статора, кратности максимального момента, критического скольжения и q, а так же различные значения скольжения (скорости), получаем различные значения тока ротора, по которым затем строится график электромеханической характеристики. Расчет электромеханической характеристики двигателя производим с помощью пакета Mathcad 2003.

Рисунок 5.2. – Электромеханическая характеристика двигателя

5.2 Расчет статических механических характеристик привода

Так как для регулирования скорости применяется ПИ – регулятор (будет показано ниже), который дает нулевую статическую ошибку, поэтому механическая характеристика привода будет абсолютно жесткой.

Рисунок 5.3. – Механические характеристики привода.

6 Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

Моделирование работы электропривода будем проводить в среде Mathlab 6.5.

Так как частота коммутации вентелей в преобразователе частоты очень велика (порядка 15000 гц), то его постоянная времени очень мала и можно ей пренебречь. Преобразователь частоты при моделировании представим линейным звеном с коэффициентом передачи КПЧ.

Рисунок 6.1 – Структурная схема преобразователя частоты.

Мы имеем двухмассовую расчетную схему механической части. Выражения для двухмассовой расчетной схемы:

(6.1)

Значение МС зависит от вида нагрузки. Так как нагрузка активная(потенциальная), то МС=Const.

Структурная схема двухмассовой расчетной схемы механической части представлена на рисунке 6.2:

Рисунок 6.2 – Структурная схема механической части.

Для моделирования асинхронного двигателя используем линеаризованную модель:

(6.2)

или в операторной форме:

(6.3)

где

- жесткость характеристики, определяется по формуле:

;(6.4)

- электромагнитная постоянная времени двигателя, определяется по формуле:

(6.5)

Схема линеаризованной модели асинхронного двигателя представлена на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3 – Линеаризованная модель асинхронного двигателя.

Максимальное значение момента двигателя:

(6.6)

Коэффициент передачи преобразователя по частоте определяется отношением максимального сигнала на выходе преобразователя к максимальному сигналу на выходе регулятора момента:

(6.7)

Максимальное значение момента ограничения равно критическому моменту естественной характеристики двигателя:

(6.8)

Из уравнения (6.3) находим Крм:

(6.9)

Регулятор момента представляется в виде П–регулятора.

Предельное значение коэффициента усиления обратной связи, обеспечивающее регулирования момента с нулевой ошибкой:

(6.10)

Для расчета контура скорости представим контур момента в виде звена:

(6.11)

Обозначив

,

получим передаточную функцию оптимизированного контура регулирования момента:

(6.12)

где

Коэффициент передачи датчика отрицательной обратной связи по скорости рассчитывается как отношение напряжение задания на соответствующее значение максимальной скорости:

(6.13)

Малой некомпенсируемой постоянной времени контура регулирования скорости является электромагнитная постоянная двигателя, т.е. принимаем

.

Большой компенсируемой постоянной времени контура регулирования скорости является механическая постоянная двигателя.

Для получения нулевой ошибки в статике и форсировки переходных процессов в динамике регулятор скорости должен быть представлен в виде ПИ – регулятора.

Настроим регулятор скорости на симметричный оптимум.

Желаемая передаточная функция контура скорости настроенного на симметричный оптимум:

(6.14)

Передаточная функция объекта регулирования:

(6.15)

Разделив желаемую передаточную функцию контура скорости, на передаточную функцию объекта регулирования, получим передаточную функцию регулятора скорости:

(6.16)

где

,

(6.17)

Где

- суммарный момент инерции привода

(6.18)

(6.19)

Расчет переходных процессов производятся в пакете Matlab 6.5.

Модель для исследования работы привода мостового крана приведена на рисунке 6.5:

Рисунок 6.5 – Модель для исследования работы привода мостового крана.

7 Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

Проверку правильности расчета мощности выполним методом средних потерь.

Полные номинальные потери в двигателе равны:

(7.1)

Переменные номинальные потери в двигателе равны:

(7.2)

Тогда постоянные потери будут равны:

(7.3)

Средние потери за цикл работы равны:

(7.4)

где

- потери в i-й момент времени,

- коэффициент ухудшения охлаждения при работе со скоростью ,

Тц=302 с. – время цикла.

Потери в i-й момент времени можно определить из следующего выражения:

(7.5)

где

,

- степень загрузки двигателя.

Или

(7.6)

Подставляя (7.6) в (7.4) получим: