Система автоматического регулирования скорости главного привода реверсивного стана

Эквивалентный момент, Н·м:

,

где t_ц - время цикла, с

,

где t_п - время паузы между пропусками, с

t_п=1.5,

t_кб - время паузы между пропусками с кантовкой блюма, с

t_кб=2.5,

t_i - время при прямом ходе для i-го пропуска, с

t_ц=3.3277+3.4892+3.5329+3.8661+4.0276+4.6163+5.3673+5·1.5+2·2.5=40.727

,

M_экв < М_н=1.328·10⁶

Эквивалентный момент меньше номинального момента двигателя, следовательно, этот двигатель может использоваться в качестве индивидуального привода валков.

2. Силовая схема контура тока

2.1 Расчёт параметров силовой схемы

В системах управления электроприводами с двухзонным регулированием скорости используют принцип зависимого управления потоком возбуждения двигателя, в них регулирование тока возбуждения осуществляется в функции связывающего параметра - напряжения или ЭДС двигателя. Для управления потоком возбуждения применяют двухконтурную систему, задача которой состоит в поддержании постоянства ЭДС (напряжения) двигателя при ослаблении поля и в поддержании номинального тока (потока) возбуждения до основной скорости. В этих системах производится автоматическое разделение зон регулирования. Наиболее широко используется регулирование в функции ЭДС, поскольку в этом случае обеспечиваются высокие энергетические показатели установки.

На рисунке 2.1 представлена функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости с зависимым ослаблением потока возбуждения в функции ЭДС якоря двигателя. Систему управления можно разделить на систему регулирования скорости изменением напряжения и систему регулирования ЭДС. Первая система включает в себя контур регулирования тока и контур регулирования скорости, вторая - контур регулирования возбуждения и контур регулирования ЭДС Работа второй системы зависит от работы первой системы; связывающим параметром для этих систем является ЭДС якоря двигателя. Управление скоростью во всем диапазоне производится изменением сигнала задания скорости (_ЗЕ).

При работе в первой зоне ( _Я = _ОЕ) регулятор ЭДС насыщен, его выходное напряжение ограничено блоком ограничения на уровне, соответствующем номинальному току (потоку) возбуждения. В этом режиме _ЗЕ > _ОЕ.

Разгон двигателя по скорости выше номинального значения в начальной стадии будет происходить с номинальным потоком. Когда ЭДС двигателя () превысит номинальное значение (_дн) на входе регулятора ЭДС появится отрицательный сигнал, который переведет регулятор на линейную часть характеристики, выходной сигнал регулятора при этом станет уменьшаться, что вызовет снижение тока возбуждения, а это поведет за собой уменьшение ЭДС. Процесс пуска закончится когда _д = _дн.

Расчет и выбор преобразовательного трансформатора

Полное сопротивление якорной цепи, Ом;

R_яд = R_оя+ R_дп+ R_ко

R_яд = (2.4+0.66+1.4) ·10^-3=4.46·10^-3

ЭДС двигателя при его работе в номинальном режиме, В:

Е_дв = U_н - I_н • R_яд,

где U_дв.н - номинальное напряжение двигателя, В;

I_н - номинальное значение тока электродвигателя, А;

R_яд - полное сопротивление якорной цепи, Ом;

Е_дв = 900 - 10.35·10³•0.013 =767.52.

Ориентировочное значение ЭДС холостого хода, В:

,

где Едв - ЭДС двигателя при его работе в номинальном режиме, В;

К₁ - коэффициент перегрузки электродвигателя по току, примем К₁=1;

I_н - номинальное значение тока электродвигателя (I_н = I_dн), А;

R_У - суммарное активное сопротивление цепи выпрямленного тока (величина I_н•R_У ориентировочно может быть принята равной (0,1 - 0,2) U_н), примем I_н•R_У =0,15•U_н;

?U_в =2•0,5=1 - напряжение спрямления вольтамперной характеристики, В;

К_с - коэффициент, определяющий возможные колебания напряжения в питающей сети (величина К_с может быть принята 1,1 - 0,9), примем К_с=1;

б_min = 7 - 10 электрических градусов - минимальный угол регулирования преобразователя, примем б_min = 8;

А - коэффициент, характеризующий наклон нагрузочной характеристики преобразователя от влияния коммутации вентилей (для трехфазной мостовой схемы А = 0,5);

u_k% = (3 - 7)% - напряжение короткого замыкания трансформатора, примем u_k% = 5•%;

= 1 - коэффициент, определяющий степень загрузки преобразовательного трансформатора;

.

Фазное напряжение на вторичной стороне преобразовательного трансформатора, В:

,

.

Линейное напряжение на вторичной стороне преобразовательного трансформатора, В:

,

.

Коэффициент трансформации:

,

где U_1л=10·10³ - значение напряжения первичной обмотки трансформатора (напряжение сети), В;

U_2л - фазное напряжение на вторичной стороне преобразовательного трансформатора, В;

.

Действующее значение тока вторичной обмотки, А:

,

где I_dн - номинальное среднее значение выпрямленного тока (I_dн = I_н), А;

.

Действующее значение тока первичной обмотки, А:

,

.

Мощности первичной S₁ и вторичной S₂ обмоток, кВт:

,

где Р_do = E_do•I_dн - максимальная расчетная мощность на стороне выпрямленного напряжения, Вт;

.

Типовая мощность силового трансформатора, кВт:

,

.

Выбираем трансформатор ТДП-10000/10У2 данные которого заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Параметры трансформатора

Действительное значение ЭДС холостого хода преобразователя, В:

.

Значение действительного фазного напряжения на вторичной стороне преобразовательного трансформатора, В:

,

где U_2л = 896 - линейное напряжение вторичной обмотки преобразовательного трансформатора, В;

;

.

Значение напряжения первичной обмотки трансформатора, В:

,

где U₁ = 10·10³ - напряжение сети, В;

.

Коэффициент трансформации:

,

где U_1л - значение напряжения первичной обмотки трансформатора, В;

U_2л - напряжение на вторичной стороне преобразовательного трансформатора, В;

.

Действующее значение тока первичной обмотки, А:

,

где I₂ - действующее значение тока вторичной обмотки, А;

.

Расчет и выбор сглаживающего дросселя

В симметричной мостовой схеме амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения U_dm связаны с его значением U_do и углом регулирования преобразователя б следующим выражением:

,

где б = 30 электрических градусов - угол регулирования;

К = 1 - кратность основной гармоники;

р = 6 - число пульсаций;

.

Из полученного соотношения выражаем амплитудное значение гармонических составляющих выпрямленного напряжения, В:

.

Требуемая индуктивность цепи выпрямленного тока, Гн:

,

где щ₁ = 2р·f₁ = 314,159 - круговая частота сети, с^-1;

щ₁ = 2р·50 = 314,159

е_% = 5 - действующее значение основной гармоники, %;

I_dн - номинальный выпрямленный ток преобразователя, А;

.

Требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя, Гн:

,

где n = 2 - число фазных обмоток трансформатора, находящихся в цепи выпрямленного тока;

L_mp - индуктивность фазы трансформатора, приведенная к вторичной обмотке, Гн;

L_яд - индуктивность якоря двигателя, Гн.

Индуктивность фазы преобразовательного трансформатора, Гн:

,

где u_к% - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

I₂ - ток вторичной обмотки трансформатора, А;

.

Индуктивность якоря двигателя, Гн:

,

где К₈ = 0,1 - для компенсированных машин постоянного тока;

U_н - номинальное напряжение двигателя, В;

I_н - номинальный ток электродвигателя, А;

n_н - номинальная частота вращения, об/мин;

р_д - число пар полюсов электродвигателя;

.

Тогда требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя, Гн:

.

Меньше нуля. Следовательно, в якорной цепи сглаживающий дроссель не нужен.

Расчет постоянных времени

Эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом:

,

где - сопротивление якоря двигателя, Ом;

n - число фазных обмоток трансформатора находящихся в цепи выпрямленного тока;

- активное сопротивление обмотки трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока, Ом;

- коммутационное сопротивление, Ом.

Сопротивление обмотки трансформатора, Ом:

,

где - потери короткого замыкания, Вт;

- ток фазы трансформатора, А;

.

Коммутационное сопротивление, Ом:

,

где р - число пульсаций;

- индуктивное сопротивлении фазы трансформатора, Ом;

,

где - круговая частота сети, Ом;

- индуктивность фазы трансформатора, Гн;

;

.

Тогда эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом:

.

Расчетная индуктивность якорной цепи двигателя, Гн:

,

где - индуктивность якоря двигателя, Гн;

- индуктивность фазы трансформатора, Гн;

.

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи, с

,

где - расчетная индуктивность якорной цепи двигателя, Гн;

- эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом;

.

Номинальный угол управления тиристорами :

,

где R_RS - сопротивление измерительного шунта, Ом;

.

Передаточный коэффициент тиристорного преобразователя для номинального режима можно определить из выражения:

,

где - принимается на практике исходя из того, что в качестве элементной базы СИФУ и системы управлением электроприводом используются операционные усилители, имеющие линейную характеристику в диапазоне до 10 В.

Е_d0 - значение ЭДС холостого хода преобразователя, В;

Передаточный коэффициент возбудителя для номинального режима можно определить из выражения:

,

где - номинальное напряжение управления возбудителем.

·

2.2 Расчёт контура тока