Выбор структуры системы управления ЭП

В зависимости от использования  элементной базы системы управления выполняются аналоговыми, цифровыми и аналого-цифровыми. Наибольшее распространение получили аналоговые системы. Преимущественное значение получили системы, построенные на принципах подчиненного регулирования параметров с последовательной коррекцией.

Системы управления данного ЭП строятся  на аналоговых элементах, которые объединяются в функциональные узлы, решающие определенные задачи, многие из которых повторяются в различных по своему назначению системах управления.

Системы управления КТЭУ строятся на типовых элементах унифицированной блочной системы регуляторов УБСР-АИ аналогового действия , объединенных по принципу единства конструкции, вида входных и выходных сигналов, напряжений питания. Элементы УБСР-АИ выполняются в виде двусторонним печатаньем плат с широким применением полупроводниковых и гибридных интегральных микросхем и являются наименьшими сменными модулями системы управления.

Особенностью элементной базы ячеек  серии ЯФУ , применяемой в КТЭУ, является применение операционных  усилителей типа К553УД2, логических элементов серии К511, бесконтактных ключей типа К284КН1, оптронов типа К293ЛП1А. Ячейки серии N построены на ГИС типов Р1 и Р5, логических элементов серии К561, сборках  полевых транзисторов типа К190КТ2П в качестве бесконтактных коммутаторов, оптронах типа АО101.

Питание ячеек осуществляется стабилизированным  напряжением  15В. Уровни выходных напряжений – до 10В, сопротивление нагрузки – не менее 2кОм.

ОУ типа К553УД2 имеют следующие параметры.

Таблица 4 – Параметры операционных усилителей типа К553УД2

Коэффициент усиления  по напряжению, не менее	2×104
Выходное напряжение при Rн 2 кОм, В
Входной ток, мкА	1,5
Напряжение смещения нуля, приведенное  ко входу, мВ, не более	7,5
Ток потребления , мА	6
Полоса пропускания в режиме с единичной отрицательной обратной связью, МГц, до	0,8

 

Логические элементы серии К511 имеют  следующие параметры:

Таблица 5 – Параметры логических элементов серии К511

Входное напряжение логического 0, В  не более	6
Выходное напряжение логического 0, В не более	1,5
Входное напряжение логической 1, В  не менее	8
Выходное напряжение логической 1, В  не менее	13,5
Выходной ток, мА, не более	12
Ток потребления, мА	15-35
Время задержки, мкс, не более	0,4
Напряжение питания, В	15

 

 

 

Микросхема типа К284КН1Б содержит 3 независимых ключа со схемами  управления.

 

Таблица 6 – Основные параметры ключа

Сопротивление в проводящем состоянии, Ом	250
Ток утечки в непроводящем состоянии, мкА	0,01
Напряжение управления проводящего ключа,В	2,3-2,5
Напряжения управления непроводящего  ключа, В	0-0,4
Ток управления, мА	3
Время переключения, мкс	3
Ток потребления от источника-15 В,мА	до 12

 

Микросхема К293ЛП1А оптронный переключатель-инвертор: входному току I_вх около 10мА   соответствует логический 0 на выходе микросхемы при напряжение не более 0,4В. При I_вх=0 на выходе появляется логическая 1 с напряжением 2,4В.

 

Таблица 7 – Основные  параметры оптронного переключателя

Падение напряжения на входном излучающем диоде, В	1,5
Потенциал разделяемых цепей, В	до 100
Время включения,мкс	0,5
Выходной ток, мА,	до 20
Напряжения питания, В	5

 

Срок службы электропривода составляет 10-15 лет, наработка на отказ в течение времени двухлетней гарантийной работы – 4000-6500 ч. Электропривод сохраняет свои номинальные параметры при изменении напряжения питающей сети 380В на +10 или 15%. КПД электропривода без учета потерь в двигателе составляет в зависимости от мощности 0,9-0,97. Коэффициент мощности составляет 0,82-0,85.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Расчет  и выбор элементов силовой  части. Определение параметров  силового электрооборудования.

5.1. Выбор трансформатора

5.1.1 Фазный ток во вторичной обмотке трансформатора

5.1.2 Фазное напряжение во вторичной  обмотке

,

где  = 1,05 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное                       

                              повышение напряжения на 5 %;

= 1,1 – коэффициент запаса по  напряжению, учитывающий падение                  

                  напряжения в обмотках силового  трансформатора;

= 1,1 – коэффициент запаса, учитывающий ограниченность угла     

                  открывания тиристоров инвертора;

                              для шестипульсной схемы выпрямления;

= 1,1 – коэффициент запаса по  напряжению при формировании

                                                 переходных процессов

5.1.3 Расчетная мощность трансформатора

Принимаем трансформатор ТСЗП-400/10УЗ.   [3,стр.272]

 

Таблица 8 – Паспортные данные трансформатора.

Мощность, кВА	S	402
Сетевое напряжение, кВ	U1л	6
Напряжение в вентильной обмотке, В	U2л	569
Ток в вентильной обмотке, А	I2	408
Напряжение в преобразовательной обмотке, В	Uв	660
Ток в преобразовательной обмотке, А	Iв	500
Потери холостого хода, Вт	Pхх	1600
Потери короткого замыкания, Вт	Pкз	5200
Напряжение короткого замыкания, %	Uк	5,8
Ток холостого хода, %	Iхх	2,5

 

 

 

5.2 Выбор реактора

      Выбор сглаживающего  дросселя в якорной цепи произведем  по каталогу на комплектные тиристорные электроприводы по упрощенной формуле для минимального значения суммарной индуктивности якорной цепи двигателя и преобразователя, вызывающий снижение пульсаций тока до допустимых значений:

        , мГн,

где k – эмпирический коэффициент. При выпрямленных токах от 50 до1600 А

   k=1,4…1,5. принимаем k=1,5.

мГн;

 Принимаем реактор ФРОС 250/0,5  [3,стр.300]

Таблица 9 – Паспортные данные реактора.

Номинальный ток, А	Iн	800
Номинальная индуктивность, мГн	Lн	0,6
Номинальное сопротивление, мОм	Rа	1,7

 

 

5.3 Расчет параметров  силового оборудования.

5.3.1 Активное  сопротивление якорной цепи

,

где - активное сопротивление двигателя;

- активное сопротивление трансформатора;

–активное сопротивление реактора; [см. 5.2]

–активное сопротивление перекрытия вентилей

Активное сопротивление трансформатора рассчитывается по формуле:

; [4]

где U_ка–активная составляющая напряжения короткого замыкания:

[4]

 Находим  активное сопротивление трансформатора:

Ом; [4]

   Активное  сопротивление перекрытия вентилей:

R_nв= ;  [4]

где m – число пульсаций выпрямленного напряжения;

      Х_тр – индуктивное сопротивление трансформатора

;  [4]

где U_кр–реактивная составляющая напряжения короткого замыкания;

[4]

Находим реактивное сопротивление трансформатора:

  Ом

 

 

Находим активное сопротивление якорной цепи:

 

5.3.2 Суммарная индуктивность якорной цепи

,   [4]

где   - индуктивность якоря двигателя;

  ;

  - индуктивность обмотки трансформатора;

;   [4]

- индуктивность дросселя;                         

 

5.3.3 Электромагнитная постоянная  времени

  [4]

5.3.4Жесткость естественной характеристики  электропривода:

.[4]

5.3.5 Электромеханическая  постоянная времени электропривода:

     [4]

5.3.6 Максимальный  ток якорной цепи двигателя(ток  упора):

I_{я макс}=2,3×I_н=2,3×614=1412,2.

 

5.3.7Определим  коэффициенты передачи электропривода. При этом будем считать, что  рабочие области передаточных характеристик линейны, а сигнал управления , соответствующий максимальному значению управляемого  параметра равен 10В, т.е. максимальному уровню напряжения системы управления.

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:

Определим коэффициенты передачи электропривода.

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:

         [4]                               

 где   - максимальный сигнал управления на входе

СИФУ, соответствующий максимально выпрямленной ЭДС.

Коэффициент передачи обратной связи  по скорости:

,     [4]

где –скорость холостого хода двигателя.

Коэффициент передачи обратной связи  по току:

   [4]

 

с – некомпенсируемая постоянная времени.

5.3.8 Произведем проверку тиристоров  по току. Тиристоры Т-800, используемые  в КТЭУ, имеют следующие номинальные  данные:

предельный ток I_пр=800А;

допустимый ток I_доп=800А;

повторяющееся напряжение 1600-2400В;

пороговое напряжение U₀=1,22В;

динамическое сопротивление  R_д=0,35Ом.

так как схема соединения тиристоров трехфазная мостовая, то угол проводимости каждого тиристора  , то есть каждый тиристор находится во включенном состояние третью часть периода. Соотношение между током в плече моста  и током двигателя:

I_пт=I_дв/3

Проверку проводим по максимальному  току двигателя(току упора).

I_пт=I_{дв max}/3=1412,2/3=470,733А.

т.к. I_пт=470,733А, меньше 800А, то принимаем тиристоры меньшей мощности

Т-630

предельный ток I_пр=630А;

допустимый ток I_доп=630А;

повторяющееся напряжение 1600-2400В;

пороговое напряжение U₀=1,6В;

динамическое сопротивление  R_д=0,35Ом.

 

 

так как схема соединения тиристоров трехфазная мостовая, то угол проводимости каждого тиристора , то есть каждый тиристор находится во включенном состояние третью часть периода. Соотношение между током в плече моста и током двигателя:

I_пт=I_дв/3

Проверку проводим по максимальному  току двигателя(току упора).

I_пт=I_{дв max}/3=1412,2/3=470,733А.

Так как в плече включено по одному тиристору , то ток в каждом тиристоре  будет равен току в плеча моста:

I_т=I_пт=470,733.

Тиристоры соответствуют предъявляемым  запросам, так как выполняется  условие I_т< I_доп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Синтез  регуляторов.

Регуляторы построены на операционных усилителях типа К553УД2. Параметры ОУ приведены в таблице. В качестве сопротивлений используются металлодиэлектрические сопротивления типа МЛТ.

Таблица 10 – Параметры К553УД2 

Коэффициент усиления  по напряжению, не менее	2×104
Выходное напряжение при Rн 2 кОм, В
Входной ток, мкА	1,5
Напряжение смещения нуля, приведенное  ко входу, мВ, не более	7,5
Ток потребления , мА	6
Полоса пропускания в режиме с единичной отрицательной обратной связью, МГц, до	0,8