Разработка силовой схемы и выбор основных элементов

Принципиальная электрическая схема силовой части двухдвигательного электропривода механизма передвижения крана с импульсным регулятором на IGBT-транзисторе представлена на рис.2.1.

Рис.2.1 Принципиальная электрическая схема силовой части ЭП

В роторные цепи двигателей M1 и M2 включены неуправляемые трехфазные мостовые выпрямители (UZ1 и UZ2), выходы которых соединены параллельно и замкнуты на активно-емкостную цепь из конденсатора C1 и резисторов R1 и R2, шунтируемую IGBT транзистором. При разомкнутых контактах КМУ регулирование тока и момента двигателей осуществляется путем изменения добавочного сопротивления в общей цепи выпрямленного тока роторов в пределах от нулядо бесконечности при изменении скважности работы коммутатора соответственно от единицы до нуля. Расширение области регулирования в зону больших значений моментов и токов достигается замыканием контактов КMУ, шунтирующих активно-емкостную цепь из конденсатора С1 и резистора R2. При этом добавочное сопротивление в цепи выпрямленного тока роторов может изменяться за счет регулирования скважности коммутатора в пределах от R1 практически до нуля.

Для выделения сигналов обратных связей по напряжению на выходе выпрямителей u _u, суммарному выпрямленному току роторов u _iSивыпрямленному току ротора ведущего двигателя u _i1в схеме предусмотрены потенциометр RP и шунты RS1 и RS2.

Расчеты по выбору элементов схемы проводим исходя из схемы замещения асинхронного двигателя по цепи выпрямленного тока ротора, представленной на рис.2.2.

Рис.2.2 Схема замещения асинхронного двигателя по цепи выпрямленного тока ротора

На схеме (рис.2.2.) обозначены: E_d – среднее значение ЭДС выпрямителя; k – коэффициент, характеризующий изменение внутреннего сопротивления роторного выпрямителя в функции угла коммутации g; r₁' – активное сопротивление фазы статора, приведенное к роторной цепи; r₂ – активное сопротивление обмоток ротора; L_¶ = L₁' + L₂ – индуктивность фазы двигателя; L_d и R_d соответственно индуктивность и активное сопротивление в цепи выпрямленного тока ротора; VD1, VD2, VD3 – вентили, эквивалентные по своему действию вентилям выпрямительного моста.

Активное сопротивление фазы статора, приведенное к роторной цепи

r₁' = r₁ · s₁ / k _пр = 0,48 · 1,073 / 4,2 = 0,123 Ом.

Активное сопротивление фазы роторной обмотки

r₂ = r₂ · s₁² = 0,111 · 1,073² = 0,128 Ом.

Индуктивное сопротивление фазы статора, приведенное к роторной цепи

x₁' = x₁ · s₁ / k_пр = 0,465 · 1,073 / 4,2 = 0,119 Ом.

Среднее значение ЭДС выпрямителя при разомкнутой цепи

E_d0 = 3 E_2м / p,

где Е_2м= = - амплитуда фазной ЭДС ротора при разомкнутых кольцах

и S=1;

E_d0 = 3 E_2м / p = 3 · · 140,437/ 3,14 = 232,281 В.

Индуктивное сопротивление фазы роторной обмотки

Ток и момент перехода из первого режима коммутации вентилей выпрямителя во второй [ ]

А;

где к – коэффициент, учитывающий изменение внутреннего сопротивления в роторном выпрямителе;

к = 2 - 3·γ/(2·π); γ= arccos (1- )= arccos (1- )

к=1.5 – для 1-го режима коммутации;

Максимальный момент, ограничиваемый схемой управления:

Следовательно, во всем диапазоне изменения момента роторный выпрямитель работает в первом режиме коммутации.

Определим ток, соответствующий моменту 2·М_н, 1,35·М_н, М_н.

Для момента 2М_н:

,

Из этого выражения получим значение тока I_d

I_dmax = 123,75 А.

Уточним значение k:

γ= arccos (1- )=0.756 рад;

к = 2 - 3·0.756/(2·π)=1.639;

Найдем I_d во втором приближении:

Из этого выражения получим значение тока I_d

I_dmax = 125,96 А.

Найдем к:

γ= arccos (1- )=0.763 рад;

к = 2 - 3·0.763/(2·π)=1.635;

Для момента 1,35М_н:

,

Из этого выражения получим значение тока I_d

I_d = 74,44 А.

Уточним значение k:

γ= arccos (1- )=0.581 рад;

к = 2 - 3·0.581/(2·π)=1.723;

Найдем I_d во втором приближении:

Из этого выражения получим значение тока I_d

I_d = 75,37 А.

Найдем к:

γ= arccos (1- )=0.585 рад;

к = 2 - 3·0.585/(2·π)=1.721;

Для момента М_н

,

Получим значения тока I_d

I_dmin = 52,60 А.

Уточним значение k:

γ= arccos (1- )=0.486 рад;

к = 2 - 3·0.486/(2·π)=1.768;

Найдем I_d во втором приближении:

Из этого выражения получим значение тока I_d

I_d = 53,10 А.

Найдем к:

γ= arccos (1- )=0.489 рад;

к = 2 - 3·0.489/(2·π)=1.767;

Сопротивление резистора R₃ выбирается таким образом, чтобы реостатная характеристика с R _доб= R ₃ проходила через точку с координатами S=1; М₁=1.35М_н.

1,35·М _н = 1,35·113.559= 153.305 Н·м.

Для расчета сопротивлений R ₁ и R ₂ необходимо задаться максимально- допустимым напряжением на IGBT транзисторе.

Принимаем максимально-допустимое напряжение на IGBT транзисторе

U_ДОП = 700 В, тогда величина последней ступени, шунтированной тиристорным коммутатором:

Сопротивление R ₁

R ₁ = U_ДОП / I _dmax,

где U_IGBT - напряжение на IGBT транзисторе;

R ₁ = 700 / 125,96 = 5,557 Ом.

Суммарное сопротивление:

R _å = R ₁ + R ₂ = (U_ДОП – U _ост) / I _d,

где U _ост - остаточное напряжение на конденсаторе, принимаемое равным

U_ост =150 В.

R_å = (700 – 150) / 75,37 = 7,297 Ом.

Сопротивление R₂

R ₂ = R _å - R ₁ = 7,297 – 5,557= 1,74 Ом.

Дата добавления: 2015-08-18