Расчет УВ-Д

30. Для защиты преобразователя устанавливаем автомат типа А3700 на вторичной обмотки трансформатора QF1.

Номинальный ток расцепителя автомата:

      (1.23)

где К_Э – коэффициент возможной эксплуатационной перегрузки.

Ток уставки электромагнитного  расцепителя автомата не должен превышать  величину тока через тиристор при  коротком замыкании на стороне постоянного тока:

              (1.24)

Выбираем автомат [3] А3790Б со следующими параметрами U_ном=660В; номинальный ток выключателя I_ном=630А; с уставкой по току срабатывания электромагнитного расцепителя I_устэм=6300А (ударный ток тиристора I_уд=7700А).

 

31. Для защиты тиристоров от короткого замыкания на стороне постоянного тока устанавливаем автомат типа ВА-53 на выходе выпрямителя QF2.

Выбираем автомат [1] ВА53-39 (токоограничивающий), со следующими параметрами: U_ном=440В; I_ном=630А.

Импульсы обратного напряжения, превышающие нормальную величин периодически прикладываемых обратных напряжений, могут разрушить прибор, поэтому необходимо принимать специальные меры для защиты силовых вентилей от перенапряжений. Причинами перенапряжений могут быть отключение или включение силового трансформатора на холостом ходу, отключения в цепи постоянного тока, перегорание плавких вставок, а также перенапряжения, вызываемые коммутацией тока с одного вентиля на другой. Коммутационные перенапряжения обусловлены тем, что при закрытии тиристора прямой анодный ток резко спадает до нуля, и когда напряжение становится обратным, накопившиеся в р-п переходе положительные носители создают обратный ток, который вызывает в кривой напряжения появления начального скачка, превышающего расчетное значение U_bmax, что может привести к пробою вентиля.

32. Для защиты силовых приборов от перенапряжений применяются разрядные цепочки из последовательно включенных конденсаторов и сопротивлений (снабберы R₁C₁), включаемые параллельно каждому вентилю, что способствует более быстрому рассеиванию основных носителей зарядов р-п переходов, ускоряя тем самым, процесс запирания тиристоров и уменьшая коммутационные перенапряжения. Для уменьшения перенапряжений, связанных с отключением силового трансформатора, параллельно вторичным обмоткам включают цепи R₂C₂. Ниже приведены приближенные выражения для определения величин снабберных цепей.

Для определения величины емкости С₁ можно воспользоваться следующей формулой:

.                           (1.25)

Сопротивление R₁, включаемое последовательно с емкостью С₁, ограничивает броски тока при разряде конденсатора. Величина сопротивления выбирается из соотношения:

.                            (1.26)

 

32. Для уменьшения перенапряжений, связанных с отключением силового трансформатора, параллельно вторичным обмоткам, включают цепочки R₂C₂. Величину емкости С₂ можно найти по формуле:

 

,          (1.27)

где U_2ф – вторичное фазное напряжение трансформатора, В; I₀₂ – ток холостого хода трансформатора, приведенный ко вторичной обмотке трансформатора, А, I₀₂ ≈ 0,05I_1нк_тр; k_доп.э=1,5 – коэффициент допустимого превышения номинального обратного напряжения, эпизодически прикладываемого к вентилю.

Напряжение на конденсаторах С₂:

                       (1.28)

Величину сопротивления R₂ можно определить из соотношения:

.                     (1.29)

Ток в разрядных контурах определяется из соотношения:

.                      (1.30)

Мощность, рассеиваемая разрядным  сопротивлением, равна:

.                          (1.31)

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет замкнутой системы регулирования

«Управляемый выпрямитель – двигатель»

 

2.1. Определение параметров объекта регулирования

 

На начальном этапе  проектирования электропривода расчет выполняется без учета дискретных свойств преобразователя и нелинейных свойств элементов системы: нелинейности и зоны нечувствительности регулировочной характеристики преобразователя, бестоковой паузы при изменении направления тока, зоны прерывистых токов и зависимости индуктивности якорной цепи от величины тока якорной цепи. Такой расчет является основой для последующих, уточненных расчетов, выполняемых с учетом реальных свойств электропривода при вводе его в эксплуатацию на основе определенных экспериментально динамических параметров.

Структурная схема электропривода системы УВ–Д состоит из последовательно соединенных инерционных и интегрирующего звеньев с внутренней обратной связью по э.д.с. (скорости) двигателя (см.рисунок 3,а).

Рисунок 3 – Структурные схемы электропривода УВ–Д

Управляемый выпрямитель  представлен инерционным звеном с передаточным коэффициентом:

 ,                                          (1.32)

где U_{y тах} – максимальное напряжение сигнала управления, подаваемого на вход СИФУ преобразователя.

При максимальном напряжении на входе СИФУ преобразователя U_yм=10B создается напряжение на выходе выпрямителя U_do=541B.

Коэффициент усиления преобразователя:

 

.

При наличии фильтра с постоянной времени Т_ф≥0,0064с на входе СИФУ преобразователь, который с достаточной точностью может быть представлен инерционным звеном с электромагнитной постоянной времени Т_п=Т_ф. Для трехфазного мостового преобразователя обычно принимают:

Т_п=Т_ф=(0,005 ÷ 0,01) с;

Т_п= 0,01с.

 

Передаточный коэффициент  второго инерционного звена:

,                                                  (1.33)

где r_яΣ – активное сопротивление цепи выпрямленного тока.

               Тогда:

.

Постоянная времени  этого звена:

,                                                  (1.34)

где L_яΣ  – индуктивность цепи выпрямленного тока.

.

 

Передаточный коэффициент  интегрирующего звена определяется по выражению:

                            ;                                         (1.35)

                               .

Постоянная времени этого звена является электромеханической постоянной времени привода:

                                 ,                                               (1.36)

где J_пр=2·J_дв+J_м – приведенный момент инерции привода, равный сумме моментов инерции J_дв двигателя и приведенного момента инерции J_м механизма.

.

          Коэффициент внутренней обратной  связи по э.д.с. (скорости) двигателя:

 

2.2. Определение параметров системы управления с подчиненным

регулированием координат

 

Система управления тиристорным  электроприводом постоянного тока при регулировании скорости двигателя  обычно выполняется двухконтурной: с внутренним контуром регулирования тока и внешним контуром регулирования скорости.

Регулятор тока РТ является пропорционально-интегральным (ПИ) и реализуется на основе операционного усилителя (см.рисунок 4,а). Его выходное напряжение U_pm=U_д определяется выражением:

 

 .                   (1.37)

 

Так как компенсируемой постоянной времени в контуре регулирования тока является электромагнитная постоянная времени Т_я якорной цепи, то при R_отС_от=Т_я и R_2тС_от=Т_рт передаточная функция регулятора тока по цепи напряжения задания:

,                                    (1.38)

а по цепи обратной связи:

,                                     (1.39)

где – коэффициент усиления регулятора тока, зависящий от соотношения входных сопротивлений по цепям задания и обратной связи.

Принимаем:

R_1m = R_2m,

Тогда:

.

 

Рисунок 4 – Схемы регуляторов тока и скорости

 

Структурная схема электропривода с контуром регулирования тока при  отрицательной обратной связи по току I_я, с коэффициентом К_от (см. рис.3,б) в этом случае содержит внутреннюю обратную связь по скорости. Без учета этой обратной связи передаточная функция замкнутого контура тока:

 

,                        (1.40)

 

где – передаточный коэффициент контура тока по управляющему воздействию; – постоянная времени замкнутого контура регулирования тока.

Передаточный коэффициент  замкнутого контура регулирования  тока обычно принимают из условия получения необходимого максимального (пускового или тормозного) тока якоря при максимальном сигнале задающего напряжения, т.е.

 .                                             (1.41)

Максимальный сигнал задающего напряжения U_ЗТМ = 9 В, максимальный ток якоря I_ЯМ = I_dn = 1010 А.

.

Если коэффициент усиления регулятора тока К=1, т.е. R_1т=R_2т, то необходимое значение К_т может быть получено только при определенной величине коэффициента обратной связи по току:

 

 ;                                         (1.42)

                                        .

 

Отрицательная обратная связь по току якоря при использовании элементов УБСР–АИ обычно осуществляется с применением ячейки гальванической развязки РГ–5АИ в качестве датчика тока ДТ, усиливающего сигнал, пропорциональный току якоря I_я и снимаемый с измерительного токового шунта RS в якорной цепи (см. рисунок 4). В этом случае:

 

К_от=К_шК_дт ,                                             (1.43)

 

где К_ш=ΔU_н.ш/I_н.ш – коэффициент передачи шунта; ΔU_н.ш, I_н.ш – номинальные падение напряжения и ток шунта; К_дт – коэффициент усиления датчика тока (в системе УБСР–АИ К_дт=40÷140).

Необходимый коэффициент  усиления датчика тока:

 

К_дт = К_от/ К_ш = К_от· I_н.ш/ ΔU_н.ш .                                              (1.44)

 

Принимаем в качестве датчика тока шунт на 750 А (ΔU_н.ш =75·10^-3 В):

 

К_дт = 8,911·10^-3 · 750/ 75·10^-3 = 89,11 < 140.

 

При настройке контура  тока по условиям "технического" оптимума  принимают величину его  постоянной времени Т_т, равной удвоенному значению малой, некомпенсируемой постоянной времени Т_п разомкнутого контура, т.е. Т_т=2Т_п. Тогда постоянная времени регулятора тока должна быть равна:

 

Т_рт=Т_тК_пК_яК_от  ;                                         (1.45)

.

 

Обеспечение необходимых значений К, Т_рт и Т_я регулятора тока осуществляется выбором величин пассивных элементов в цепях входа и обратной связи усилителя с соблюдением условий соответствия (1.37), (1.38) и (1.39):

.               (1.46)

 

Обычно задаются значением емкости C_om и определяют величины R_2m и R_оm согласно (1.46):

 .                                (1.47)

Принимая C_om = 1 мкФ:

 кОм;

 кОм;

R_1m = R_2m = 106.15 кОм.

Контур регулирования скорости обычно выполняют с применением пропорционального (П) регулятора (см. рисунок 3,б). Его выходное напряжение U_pc определяется выражением:

.                              (1.48)

 

При этом передаточная функция  регулятора скорости PC по цепи задания:

,                                  (1.49)

а по цепи обратной связи:

 

,                                  (1.50)

где К´=R_1с/R_2c; K_pc=R_ос/R_2c.

Структурная схема электропривода (см. рисунок 2,б) в этом случае содержит в качестве внутреннего контур регулирования тока, для которого выходное напряжение регулятора PC является задающим, т.е. U_рс=U_зт.

Синтез контура скорости осуществляют при допущении, что передаточная функция оптимизированного внутреннего контура тока (1.40) может быть приближенно представлена в виде:

 

 .                                          (1.51)

 

В этом случае передаточная функция замкнутого контура регулирования скорости по управляющему воздействию:

 

,                       (1.52)

 

где К_ω=К'/К_ос – передаточный коэффициент; Т_ω=Т_м/К_тК_сК_рсК_ос – постоянная времени замкнутого контура регулирования скорости.