Электропривод подъемного механизма крана (стр. 2 из 5)

Суммарный момент инерции:

J_S=1,2J_дв+J_мех=1,2*0,083+0,025=0,1246 кг*м²,

где J_мех – момент инерции механизма.

кг*м²

Динамический момент:

Нм,

где М_ном – номинальный момент двигателя.

Нм

Угловое ускорение:

1/с²

Время работы привода с ускорением:

с

Высота, на которую поднят груз за время ускорения:

м

Расстояние, которое проходит груз без ускорения:

м

Время работы привода без ускорения:

с

Время цикла с учетом ускорения:

с

Рис. 3. Нагрузочная диаграмма двигателя.

По нагрузочной диаграмме находим новое значение эквивалентного момента:

Нм

М_экв=35,53<М_н;

М_max£2.5*М_н=2,5*47,748=119,37

Выбранный двигатель удовлетворяет условиям нагрева и допустимой нагрузки.

1.4. Выбор схемы и расчет элементов силового преобразователя.

Для данного случая выбираем трехфазную мостовую схему. Схема приведена на рис.4:

Рис. 4. Мостовая реверсивная схема.

1.4.1. Выбор трансформатора.

Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов I₁и I₂, напряжению U₂и типовой мощности S_тр.

Расчетное значение напряжения U_2ф вторичной обмотки трансформатора, имеющего m-фазный ТП с нагрузкой на якорь двигателя в зоне непрерывных токов, с учетом необходимого запаса на падение напряжения в силовой части, определяется формулой:

В,

где k_u=0,461 – коэффициент, характеризующий отношение напряжений U_2ф/U_d0в реальном выпрямителе;

k_c=1,1 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

k_a=1,1 – коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале;

k_R=1,05 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, в вентилях и за счет перекрытия анодов;

U_d=220 В – номинальное напряжение двигателя.

Расчетное значение тока вторичной обмотки:

А,

где k_I=0,815 – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I_2ф/I_dв идеальной схеме;

k_i=1,1 – коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной;

I_d – значение номинального тока двигателя.

А

Расчетная типовая мощность силового трансформатора:

кВА,

где k_s=1,065 – коэффициент схемы, характеризующий отношение мощностей S_тр/U_dI_dдля идеального выпрямителя с нагрузкой на противо-ЭДС.

Выбираем силовой трансформатор, удовлетворяющий условиям:

S_н³11,644 кВА; U_2фн³128,854 В; I_2фн³36,822 А.

Выбираем трансформатор ТС-16.

Его характеристики:

S_н=16 кВА; U_1нл=380±5% В; U_2нл=230-133 В; Р₀=213 Вт; Р_к=529 В; U_к=4,6% Y/Y₀-D

Коэффициент трансформации:

Расчетное значение тока первичной обмотки:

А.

1.4.2. Выбор тиристоров.

Среднее значение тока тиристора:

А,

где k_зi=2,5 – коэффициент запаса по току;

k_ох – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля. При естественном охлаждении k_ох=0,35;

m_тр=3 – число фаз трансформатора.

Максимальная величина обратного напряжения:

В,

где k_зн=1,8 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети (включая режим холостого хода) и периодические выбросы U_обр, обусловленные процессом коммутации вентилей;

k_Uобр=1,065 – коэффициент обратного напряжения, равный соотношению напряжений U_Bmax/U_d0для мостовой реверсивной схемы выпрямления;

U_d0 – напряжение преобразователя при a=0:

В

Из справочника [3] выбираем тиристор серии Т151-100.

1.4.3. Выбор индуктивности дросселей.

Под действием неуравновешенного напряжения, минуя цепь нагрузки, может протекать уравнительный ток, который создает потери в вентилях и обмотках трансформатора и может приводить к аварийному отключению установки.

Требуемая величина индуктивности уравнительных дросселей, исходя из ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины, не превышающей 10%:

,

где U¹_п – удвоенное эффективное значение первой гармоники выпрямленного напряжения:

В,

где U_п/U_d0=0.26 – определено по рисунку из [2] для m=6 и a=90⁰;

m=6 – число фаз выпрямления.

Гн.

Уравнительные дроссели выберем частично насыщающимися, т.е.

L_уд=0,7L_{уд.расч}=0,029 Гн.

Выбираем дроссель серии ФРОС-150. L_уд=0,03 Гн.

Рассчитаем индуктивность сглаживающего дросселя:

Гн,

где U_п=U¹_п/2=72,673 Гн – действующее значение первой гармоники выпрямленного напряжения.

Необходимая величина индуктивности сглаживающего дросселя:

L_сд=L_необх-(L_дв+2L_тр+L_уд),

где L_дв – индуктивность якоря и дополнительных полюсов двигателя:

Гн

2L_тр – индуктивность двух фаз трансформатора, приведенная к контуру двигателя.

Гн.

L_сд=0,027-(0,010+0,00106+0,03)=-0,014 Гн

Т.к. L_сд<0, то сглаживающий дроссель не требуется.

1.4.4. Определение расчетных параметров силовой цепи ТП-Д.

Расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока:

,

где k=1+a(t_н-t_a)=1+0.004(100-15)=1.34;

a=0,004 – температурный коэффициент сопротивления меди;

t_н=100⁰ – рабочая температура двигателя для класса изоляции В;

t_a=15⁰ – температура окружающей среды;

R_щ – сопротивление щеточного контакта:

Ом;

R_п – сопротивление преобразователя:

,

где R_т – активное сопротивление обмоток трансформатора:

Ом;

х_т – индуктивное сопротивление обмоток трансформатора:

Ом

R_уд – активное сопротивление уравнительных дросселей:

Ом.

Итак,

Ом

Ом.

Выводы по главе 1.

В главе 1 на основе технических данных и требований электропривода подъемного механизма крана был произведен выбор схемы ЭП. В результате анализа и обзора применяемых систем регулирования показана целесообразность применения системы тиристорный преобразователь – двигатель.

Построение нагрузочных диаграмм производственного механизма и двигателя позволило предварительно выбрать двигатель, а затем проверить его по условиям нагрева и по перегрузке. Выбранный двигатель серии 2П удовлетворяет этим условиям.

Расчет силового преобразователя включил в себя выбор его элементов, а также определение расчетных параметров силовой цепи ТП-Д.

2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ.

2.1. Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе.

Статические характеристики в разомкнутой системе могут быть построены по следующим выражениям: