Т_о=Т_р-t¢-t¢₁-t²₁-t²+ =128-3-2-2-3+ =121 c,            (1.24)
где Т_р - продолжительность движения, с;
    t¢, t¢₁, t², t²₁ -продолжительность движения скипа при ходе по разгрузочным кривым, с;  
    V¢ и V² - скорость выхода из разгрузочных кривых и входа в них, м/с;
    а₁ и а₃ - ускорение и замедление, м/с².
      (1.25)
где Н - высота подъема, м;
    h_р - путь движения скипа в разгрузочных кривых, м.
    а_м=а₁а₃/(а₁+а₃)=0,6´0,6/(0,6+0,6)=0,3 м/с.
    Причем продолжительность t¢, t¢₁ движения порожнего скипа при ходе ролика его по разгрузочным кривым, продолжительность t², t²₁ движения груженого скипа при ходе ролика по разгрузочным  кривым определим по формулам:
t¢=t²=V¢/а¢=V¢/a²=0,8/0,3=3 с;                                     (1.26)
                               (1.27)
1.7.2. Продолжительность t₁,t₃  и путь h₁,h₃ движения скипа с ускорением а₁ и замедлением а₃ найдем по формулам:
                              (1.28)
                        (1.29)
1.7.3. Путь h₂ и продолжительность t₂ равномерного движения определим по формулам:
h₂=Н-2h_p-h₁-h₃=1079-2×2,4-122-122=830 м;                          (1.30)
t₂=h₂/V_max=830/11,4=69 с.                                         (1.31)
1.7.4. Расчетную максимальную скорость подъема V_max определим по Формуле:
  (1.32)
1.7.5. Требуемая частота вращения:
                                       (1.33)
1.7.6. Продолжительность движения Т подъемных сосудов определили по формуле:
Т=t¢+t¢₁+t1+t₂+t₃+t²₁+t²=3+2+19+69+19+2+3=117 с.                   (1.34)
7.7. Фактический коэффициент резерва производительности С_ф нашли по формуле:
                                       (1.35)
где С=1,5 - коэффициент резерва производительности [1].
Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и ускорений:
V¢=V²=0,8м/с;    t¢=t²=3с;        h_p=2,6м;    V_max=12м/с;
t₁=t₃=19с;      h₁=h₃=122м;       h₂=830м;   t₂=69с;
a¢=a²=0,3м/с²;   a₁=a₃=0,6м/с²;    Т=117с;    Н=1079м;
t¢₁=t²₁=2c .

1.8. Динамика подъемной установки

1.8.1. Масса машины типа ЦШ-5´4 m¢_м , отклоняющих шкивов m¢_ош и  двигателя типа П2-800-255-8КУ4 m¢_д , рассчитаем по формулам:
m¢_м=GD²_м/gD²_шт=6250×10³/(9,81×5²)=25,5´10³кг;                        (1.36)
m¢_ош=GD²_ош/gD²_шт=500×10³/(9,81×5²)=2039кг;                           (1.37)
m¢_д=GD²_д/gD²_шт=2400×10³/(9,81×5²)=9786кг,                            (1.38)
где GD²_м, GD²_ош, GD²_д - маховые моменты машины, отклоняющих  шкивов и якоря двигателя, Н×м².
1.8.2. Длину подъемных канатов L_пк определяем по формуле:
L_пк=Н+2h_вк+pD_шт/2=1079+2´35+3,14´5/2=1157м,                        (1.39)
где Н - высота подъема, м;
    h_вк - расстояние от верхней приемной площадки до оси шкива трения, м;
D_шт - диаметр шкива трения, м.
1.8.3. Длину уравновешивающих канатов L_ук определяем по формуле:
L_ук=Н+30=1079+30=1109 м,                                         (1.40)
где 30 - ориентировочная длина каната  на  образование петли  в зумпфе ствола и закрепление каната к подъемным сосудам, м.
1.8.4. Массу m_п всех движущихся частей подъемной  установки приведенную к окружности шкива трения, определим по формуле:
m_п=Q_п+2Q_c+L_пкР+L_укq+m¢_ош+m¢_м+m¢_д=
=25×10³+2×24,4×10³+1157×4×8,4+1109×3´11,5+25,5×10³+2039+9786=
=188´10³кг,                                                      (1.41)
где Q_п и Q_c - масса полезного груза и масса скипа, кг;
    P и q - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг;
    L_пк и L_ук - длина подъемных и уравновешивающих канатов, кг;
m¢_ош, m¢_м, m¢_д - масса отклоняющего шкива, машины и якоря  двигателя, кг.
1.8.5. Движущие усилия F получаем из основного динамического уравнения академика М.М. Федорова (таблица1.1):
F=[1,1Q_п+(Н-2h_x)×(q-P)]g ± m_па=
=[1,1×25×10³+(1079-2×h_x)(3×11,5-4×8,4)]9,81 ± 188×10³а=
=283×10³-23,5×h_x ± 188×10³a.                                        (1.42)
1.8.6. Эквивалентное усилие F_эк рассчитываем по формуле:
F_эк= ,                                                     (1.43)
где Т¢_п=к_уд(t¢+t¢₁+t₁+t₃+t²+t²₁)+t₂+k_пt_п=0,5(3×2+2×2+19×2)+69+0,25×11=96 с;
к_уд=0,5, к_п=0,25 - коэффициенты, учитывающие ухудшение  условий охлаждения во время соответственно ускоренного и  замедленного движения;
F и t - усилие и продолжительность элементарного участка  на диаграмме усилий.  
=(339400²+339381²) +(282981²+282981×282943+282943²) +
+(395744²+392874²) +(280074²+280074×260552+260552²) +
+(147752²+144883²) +(257683²+257683×257254+257254²) +
+(201254²+201221²) =9,158×10³Н;                                  (1.44)
=308862Н.
                                        Таблица 1.1

	h,м	а,м/с2	F,Н
1	0	0,3	339400
2	0,8	0,3	339381,184
3	0,8	0	282981,184
4	2,4	0	282943,552
5	2,4	0,6	395743,552
6	124,4	0,6	392874,112
7	124,4	0	280074,112
8	954,4	0	260552,512
9	954,4	0,6	147752,512
10	1076,4	0,6	144883,072
11	1076,4	0	257683,072
12	1077,6	0	257654,848
13	1077,6	0,3	201254,848
14	1079	0,3	201221,92

  
1.8.7. Коэффициент перегрузки при подъеме:
                                    (1.45)
где F_max-максимальное движущее усилие при подъеме груза, Н.
1.8.8. Номинальную мощность двигателя Р_д выбираем из условия:
                           (1.46)
Диаграммы движущих усилий приведены на рис.1.1.

\s \s \s
Окончательно примем двигатель  П2-800-255-8КУ4  номинальной мощностью  Р_ном=5000 кВт, частотой вращения  n_ном=63 об/мин, так как разность между эквивалентной мощностью  и номинальной превышает 5%, т.е. [1]:

а перегрузка в период разгона составит:
< l_дв=  ,                               (1.47)
                                                      
где l_дв - перегрузочная способность выбранного двигателя.

2. СИЛОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Основная задача второго этапа проектирования - выбор  комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для подъемной установки, принятой на первом этапе  проектирования.

2.1. Исходные данные для расчета динамики электропривода

             Двигатель
Тип                                       П2-800-255-8КУ4
Номинальная мощность                          Р_ном=5000кВт
Номинальная частота вращения                 n_ном=63об/мин
Номинальное напряжение                           U_ном=930В
Номинальный ток                                 I_ном=5740А
Номинальный момент                             М_ном=774кН×м
Номинальный поток возбуждения                 Ф_ном=0,375Вб
Коэффициент полезного действия                  h_ном=90,5%
Ток возбуждения                                    I_в=145А
Напряжение обмотки возбуждения                     U_в=200В
Число полюсов                                       2р=16
Число параллельных ветвей якоря                     2а=16
Сопротивление обмотки якоря                 R_я20=0,00348Ом
Сопротивление дополнительных полюсов       R_д20=0,000631Ом
Сопротивление компенсационной обмотки       R_к20=0,00235Ом
Сопротивление обмотки возбуждения              R_в20=0,87Ом
Перегрузочная способность (рабочая)                 l_р=1,6
Перегрузочная способность (выключающая)             l_в=1,8
Число витков якоря                             W_яд=1080/16
Число витков главного полюса                        W_пд=84
Число витков добавочного полюса                      W_дд=2
Число витков компенсационной обмотки на полюс        W_кд=3
          Питающая сеть
Номинальное напряжение                            U_с=6000В
Частота                                            f_с=50Гц
Мощность короткого замыкания                  S_к=15000МВ×А
     Подъемная машина
Тип                                                 ЦШ5´4
Эффективная мощность подъема                   Р_эф=4317кВт
Максимальная скорость подъема                   V_max=16м/с
Средняя скорость                                V_ср=8,4м/с
Множитель скорости                                 l=1,35
Радиус шкива трения                                 D_шт=5м
Максимальное усилие                           F_max=395743Н

2.2. Выбор тиристорного преобразователя

Наметим к применению силовую 12-пульсную схему  тиристорного электропривода с реверсом в  цепи возбуждения двигателя и последовательным  соединением  выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.
2.2.1. Активное сопротивление якорной цепи R_яц определяем по формуле:
R_яц=к₁к₂(R_я20+R_д20+R_к20+R_щ)=
1,15×1,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566 Ом,          (2.1)
где к₁=1,15 - коэффициент приведения к рабочей температуре 60°С [2];
    к₂=1,1 - коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных
проводов [2];
    R_я20, R_д20, R_к20, R_щ - сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом
2.2.2. Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:
                           (2.2)
где U_ном и I_ном - номинальные напряжение и ток двигателя;
    R_яц - сопротивление якорной цепи, Ом;
    V_max - максимальная скорость подъема, м/с.
2.2.3. Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:
U_{к ср}=0,5e_кк_vV_max=0,5×0,06×55×16=26,4 В,                              (2.3)
где е_к - напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед..
   
2.2.4. Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:
I_эф=Р_эф/(V_max×к_v)=4317×10³/(16´55)=4906 А,     
где Р_эф - эффективная мощность подъема, Вт.
Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам - выпрямленному току I_{d ном} и выпрямленному напряжению U_{d ном} при соблюдении условий:
 I_{d ном} ³ I_эф и U_{d ном} ³ U_ном .                                          (2.4)
Применим комплектный  тиристорный  электропривод КТЭУ-6300/ 1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов [2].

2.2.5. КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:
,                            (2.5)
где U_do - максимальное выпрямленное напряжение (угол управления a=0), В;
    DU_{к ср} - коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;
    DU_т=0,96 В - среднестатистическое падение напряжения на тиристоре [2].
2.2.6. Передаточный коэффициент к_тп тиристорного преобразователя определим по формуле:
к_тп=U_{d ном}/U_{вх тп}=1050/8=131,25 В,                                   (2.6)
 
где U_{d ном} - номинальное выпрямленное напряжение, В;
    U_{вх тп}=8 В - входное напряжение управления.

2.3. Выбор силового трансформатора

2.3.1. Полную мощность силового трансформатора S_т определим по формуле:
              (2.7)
где к_{м ср вз}=0,575 - средневзвешенный коэффициент
мощности[2].
    Р_ном - номинальная мощность двигателя, кВт.
2.3.2. Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:
U₂=(к_з/к_сх)×(V_maxк_v+U_кср+I_эфR_яц)=
=(1,1/1,35)(16×55+26,4+4906×0,00881)=773 В,                        (2.8)
где к_з=1,1 - коэффициент запаса [2];
    к_сх=1,35 - коэффициент схемы выпрямления [2];
    к_u - коэффициент пропорциональности, В/(м/с);
    U_{к ср} - коммутационное снижение напряжения, В;
    I_эф - эффективный ток, А;
    R_яц - сопротивление якорной цепи, Ом;
    V_max - максимальная скорость, м/с.
Выбор трансформатора производится по двум параметрам - полной мощности S_{т ном} и напряжению на вторичной обмотке U_2ном при соблюдении условий:
S_{т нои} ³ S_т и U_2ном ³ U₂.                                              (2.9)
Для комплектной поставки в составе преобразовательного агрегата типа ТП3-6300/1050-10/ОУ4 применим масляный двухобмоточный  с  двумя  активными частями в одном баке трансформатор типа
ТДНПД-12000/10У2 [2].

2.4. Расчет сглаживающего реактора

Сглаживающую индуктивность определяем  из  условия непрерывности выпрямленного тока. При этом  принимается, что при угле отпирания тиристоров a=80° и токе нагрузки  10% от  номинального (0,1I_{d ном}) режим прерывистого тока должен быть исключен.
    
2.4.1. Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока R_s рассчитываем по формуле:
                  (2.10)

2.4.2. Базовый ток определим по формуле:
                                      (2.11)
где U₂ – максимальное значение напряжения на вентильной обмотке силового трансформатора.
2.4.3. Номинальный ток в относительных единицах:
;                                   (2.12)
Базовый параметр нагрузки определяется по графику рис.2.1.[2] для значений 15⁰, m_б=6 и i_дв=0,076 и составляет tgQ_б=7.
2.4.4. Требуемый параметр нагрузки, обеспечивающий допустимый коэффициент пульсации тока в выпрямленной цепи:
                                   (2.13)
2.4.5. Суммарная индуктивность цепи выпрямленного тока.
                       (2.14)
где 2pf – угловая частота питающей сети;
2.4.6. Индуктивность активной части трансформатора.
                       (2.15)
где е_к - напряжение короткого замыкания, отн.ед.;
    U_{2 ном} - фазное напряжение вентильной обмотки, В;
    I_{2 ном} - ток вентильной обмотки, А;
    f - частота питающей сети,Гц.

2.4.7. Индуктивность якоря двигателя L_д определяем по формуле Лиумвиля-Уманского:
                    (2.16)
где с₁=0,1 - коэффициент для компенсированных электродвигателей;
    2р=16 - число пар полюсов;

10-3

10-2

10-1

1,0

101

102

103

10-1

1,0

tgQб

iдв

a=200 a=150 a=100

0,076;7

Область непрерывного тока

Область прерывистого тока

m=6

Рис.2.1. График для определения значения параметра нагрузки.

    n_ном - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;
    U_ном - номинальное напряжение двигателя, В;
    I_ном - номинальный ток двигателя, А.
2.4.8. Индуктивность сглаживающего реактора определяем по формуле [4]:
          (2.17)
где U_ном - номинальное напряжение двигателя, В;
    I_ном - номинальный ток двигателя, А.
Применим реактор типа СРОС3-3200МУХЛ4 на номинальный ток
3200А и с индуктивностью 0,5 мГн [2].

2.5. Расчет автоматического выключателя в якорной цепи

2.5.1. Коэффициент пропорциональности между движущим усилием и током якоря двигателя к_f определим по формуле:
                                      (2.18)
где М_ном – номинальный момент двигателя, Н×м;
R_шт – радиус шкива трения, м;
I_ном – номинальный ток двигателя, А.
2.5.2. Максимальный ток двигателя I_max рассчитаем по формуле:
                                          (2.19)
2.5.3. Ток уставки I_уст срабатывания реле максимальной защиты определим по формуле:
I_уст=к_нI_max=1,1×7329=8062 А,                                       (2.20)
где к_н=1,1 - коэффициент надежности [2].
Применим автоматический выключатель ВАТ-42-1000/10-Л-У4 с реле защиты РДШ-6000 и диапазоном тока уставки
6000¸12000 А [1].

2.6.Выбор тиристорного возбудителя

2.6.1. Индуктивность обмотки возбуждения двигателя определим по формуле:  

                                  (2.21)
где L - индуктивность, обусловленная полезным потоком, Гн;
    L_р - индуктивность от полей рассеивания, Гн;
    2р - число пар полюсов;
    W_в=84 - число витков на полюс;
    s_ном=1,1 - коэффициент рассеивания при номинальном потоке [2];
    DФ - изменение потока, вызванное соответствующим изменением ампер-витков (DI_вW_в), Вб (рис.2.2.).
\s

2.6.2. Постоянную времени цепи возбуждения Т_в определим по формуле:
                                         (2.22)
где L_ов - индуктивность обмотки возбуждения, Гн;
    R_ов - сопротивление обмотки возбуждения, Ом.
2.6.3. Время рывка t_р при высоте подъема Н=1079 м согласно графику [2]:
t_р=2с.                                                           (2.23)
2.6.4. Требуемое значение коэффициента форсировки к_ф определим по формуле: 
                                           (2.24)
                                             (2.25)   
где Т_в - постоянная времени возбуждения, с.
2.6.5. Максимальное значение выпрямленного напряжения U_max определим по формуле:
U_{d max}=К_фU_{в ном}=3,06×145=443,7 В,                                    (2.26)
где U_{в ном} - номинальное напряжение возбуждения при параллельном соединении полуобмоток возбуждения, В.
Применим тиристорный возбудитель  ТПР9-320/460Р-31У4 с номинальным током 320 А и номинальным напряжением 460 В [2].
2.6.6. Передаточный коэффициент к_тв тиристорного возбудителя определим по формуле:
К_тв=U_{d ном}/U_{вх тв}=460/8=57,5,                                       (2.27)
где U_{d ном} - номинальное выпрямленное напряжение, В;
    U_{вх тв}=8 В - выходное напряжение управления.

2.7. Выбор тахогенератора в цепи ОС по скорости

Применяем тахогенератор типа ПТ-42 с номинальной частотой вращения n_{тг ном}=100 об/мин и номинальным напряжением U_{тг ном}=230В [2].
2.7.1. Максимальное напряжение на выходе тахогенератора U_{тг max} определим по формуле:
U_тг=U_{тг ном}(n_{дв ном}/n_{тг ном})=230(63/100)=145,                          (2.28)
где U_{тг ном} - номинальное напряжение тахогенератора, В;
    n_{дв ном} - номинальная частота вращения двигателя, об/мин;
    n_{тг ном} - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин.
2.7.2. Передаточный коэффициент к_тг рассчитаем по формуле:
к_тг=U_{тг max}/n_{дв ном}=145/63=2,3 В/(об/мин).                           (2.29)

3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

На основе технических решений принятых на первом [1] и втором [2] этапах проектирования, выбирают регуляторы тока, скорости и другие технические средства, составляющие систему автоматического управления электроприводом.
                                             Таблица 3.1. 

Наименование величин.	Обозначение.
Подъёмная машина
Суммарный маховый момент	SGD2=9150 кг×м2
Нормальное ускорение и замедление	а 1 = а 3 =0,6 м/с2
Максимальная скорость	v max=16 м/с
Диаметр шкива трения	D шт =5 м
Двигатель
Номинальный момент	М ном  = 774 кНм
Номинальная частота вращения	n ном = 63 об/мин
Суммарное сопротивление якорной цепи	R я  = 0,00348 Ом
Суммарная индуктивность якорной цепи	L я = 0,08 мГн
Индуктивность сглаживающего дросселя	L р = 0,5 мГн
Номинальный ток	I я ном = 5740 А
Эффективный ток	I эф = 4906 А
Максимальный ток	I я max = 7610 А
Номинальное напряжение	U ном = 930 В
Номинальная мощность	P ном = 5000 кВт
Число полюсов обмотки якоря	2р = 16
Число параллельных ветвей обмотки якоря	2а = 16
Число активных проводников обмотки якоря	N =
Номинальный магнитный поток	Ф ном = 37,5 Вб
Номинальное напряжение возбуждения	U в.ном = 200 В
Номинальный ток возбуждения	I в.ном = 145 А
Сопротивление обмотки возбуждения	r в = 0,87 Ом
Индуктивность обмотки возбуждения	L в = 3,1 Гн
Передаточный коэффициент тахогенератора	К тг = 2,3 В/об/мин
Постоянная времени обмотки возбуждения	Т в = 3,06 с
Номинальный ток шунта	I ш  = 200 А
Тиристорный преобразователь
Постоянная времени	Т м = 0,02 с
Максимальное выпрямленное напряжение	U d max = 660 В
Коэффициент передачи	К тп = 82,5
Тиристорный возбудитель
Постоянная времени	Т вм = 0,02 с
Максимальное выпрямленное напряжение	U d max = 1050 В
Коэффициент передачи	К тв = 131,25
Коэффициент форсировки	К ф = 3,06
Система электропривода
Коэффициент пропорциональности между эдс и скоростью	К v = 55 В/(м/с)
Коэффициент пропорциональности между усилием и током якоря	К F = 52 Н/А
Суммарная приведенная масса	m п = 188×103 кг

3.1. Расчет системы подчиненного регулирования координат

электропривода

Рассчитаем параметры САУ на основе элементов УБСР-АИ, входящих в состав комплектного электропривода КТЭУ.
Система построена  по принципу подчиненного регулирования с зависимым регулированием  тока  возбуждения от тока якорной цепи при значениях тока якорной цепи менее 0,5I_{дв ном} .
Расчет  конкретных  параметров  САУ  произведем, используя структурную схему, построенную по математическому описанию электромеханических процессов в абсолютных единицах.[3]
При расчете принимаем следующие допущения:
- механическая система представляется в виде одномассовой системы;
- демпфирующее действие вихревых токов в шихтованной станине электродвигателя не учитывается.

3.2.Расчет контура регулирования тока возбуждения

Структурная и функциональная схемы контура регулирования тока возбуждения представлены на рис.3.1.
3.2.l. Постоянная времени фильтра Т_фв рассчитывается по формуле:
                                   (3.1)
где к=5¸6 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций [3];
    m=6 - пульсация сигнала за период для мостовой схемы;
    f=50 Гц - частота питающей сети.
3.2.2. Постоянная времени контура тока возбуждения Т¢_{m в}:
Т¢_mв=Т_mв+Т_фв=0,02+0,0025=0,0225 с,                                  (3.2)
где Т_{m в} - постоянная времени тиристорного возбудителя, с;
    Т_фв - постоянная времени фильтра, с.
3.2.3. Параметры фильтра (R_ф ,С_ф ):
С_ф=Т_фв/R_ф=0,0025/100=25×10^-6 Ф,                                     (3.3)
где R_ф=10¸100 Ом - сопротивление фильтра;
    С_ф - емкость фильтра.
3.2.4. Передаточный коэффициент цепи обратной связи К_в:
                                        (3.4)
где R_зтв и R_тв - входные сопротивления регулятора (R_зтв=R_тв);
U_дтв=10В - напряжение выхода датчика тока при номинальном токе I_{в ном} .

>

РТВ

ДТВ

Uзв

Uртв

Udв

Uвmax

Iв

Ф

UIв

-

Rо.т.в

Сa.т.в.

Uр.т.в

к ТВ

Rэ.т.в.

Rт.в.

Uд.т.в.

Rф

Rф

Сф

К шунту

Рис.3.1. Структурная (а) и функциональная (б) схемы контура регулирования тока возбуждения.

а)

б)

3.2.5. Статическую ошибку DI_в для пропорционального регулятора определим по формуле:
      (3.5)
                                                        
где I_{в ном} - номинальный ток возбуждения, А;
Т_в - постоянная времени обмотки возбуждения, с;
    а_тв=2 - коэффициент настройки контура, принимаемый по условию модульного оптимума [3];
 Т¢_mв - постоянная времени контура тока возбуждения, с.
Решение: Реализовать условие U_дв=U_дтв и выбрать значение входных сопротивление регулятора тока возбуждения:
R_зтв=R_тв=10 кОм
3.2.6. Требуемый коэффициент датчика тока К_дтв определим по формуле:
                                   (3.6)
где I_{ш ном} - номинальный ток шунта, А;
    I_{в ном} - номинальный ток возбуждения, А;
    К_в - передаточный коэффициент цепи обратной связи;
    К_шв=U_{ш ном} /I_{ш ном} - коэффициент шунта.
Предварительно  применим  ячейку  датчика  тока типа ДТ-3АИ(УБСР-АИ), коэффициент передачи которого регулируется в пределах 53,3¸133,3. Для уменьшения требуемого коэффициента датчика  тока применить два шунта типа 75ШСМ 200А, соединенных параллельно друг другу [3].
3.2.7. Сопротивление обратной связи регулятора тока возбуждения R_отв вычислим по формуле:
               (3.7)
где R_зтв - входное сопротивление регулятора тока возбуждения, Ом;
    Т_в - постоянная времени обмотки возбуждения, с;
    r_в - сопротивление обмотки возбуждения, Ом;
        а_тв - коэффициент настройки контура на модульный оптимум;
    Т¢_mв - постоянная времени контура тока возбуждения, с;
        К_тв - передаточный коэффициент тиристорного возбудителя;
    К_в - передаточный коэффициент обратной связи.
3.2.8. Установившиеся уровни выходного напряжения регулятора тока возбуждения для номинального и форсированного режимов U_{ртв ном} U_{ртв ф} рассчитаем по формулам:
            (3.8)
где U_{в ном} - номинальное напряжение обмотки возбуждения, В;
    К_тв - передаточный коэффициент обмотки возбуждения;
    К_ф - коэффициент форсировки.
Окончательно выберем ячейку датчика тока ДТ-3АИ (УБСР-АИ).

3.3. Расчет контура регулирования тока якорной цепи

Структурная и функциональная схемы контура регулирования тока якорной цепи представлена на рис.3.2.
3.3.1. Постоянную времени фильтра Т_фт на входе датчика тока рассчитываем по формуле:
                                   (3.9)
где к=5¸6 - коэффициент, учитывающий уменьшение уровня пульсаций [3]
m=12 - пульсация сигнала за период для двойной трехфазной мостовой схемы;                       
f=50Гц - частота питающей сети.
3.3.2. Емкость Т-образного фильтра  рассчитаем по формуле:
С_ф=Т_фт/R_ф=0,00125/100=12,5 мкФ,                                   (3.10)
где R_ф - сопротивление, принимаемое в пределах 10¸100 Ом.
3.3.3. Эквивалентную не компенсируемую постоянную времени контура тока вычислим по формуле:
Т¢_mт=Т_mт+Т_фт=0,02+0,00125=0,02125 с,                               (3.11)
где Т_mт=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя.
Решение: примем согласованное управление током якоря I_я и током возбуждения I_в в  функции  напряжения на выходе регулятора скорости U_рс.
     Применим условие начала реверсирования I_в/I_я=0,5I, т.е. уровень тока якоря, с которого начинается  изменение тока возбуждения, составляет
i_{я рев}=0,5.
  
3.3.4. Допустимое значение скорости изменения тока якоря рассчитывается по формуле:
    (3.12)
где К_п=2 - коэффициент, учитывающий перегрузку по току якоря [3];
    Т_в - постоянная времени обмотки возбуждения двигателя, с;
К_ф - коэффициент форсировки;

    i_{я рев} - относительное значение тока якоря, при котором начинается изменение тока возбуждения (реверс).
3.3.5. Максимальное значение параметра настройки регулятора тока а_т определяется из условия:
                                    (3.13)
Решение: Параметр  настройки  регулятора тока принять по условию модульного оптимума, т.е. а_т=2.
 
3.3.6. Передаточный коэффициент обратной связи контура  тока определяются по формуле:
                                    (3.14)

>

У1

Uзт

Uя

Uрт

Iзmax

Iя

-

R3

С1

R1.

R2

Uд.т..

Rф

Rф

ДТ

Сф

К шунту Iя

Рис.3.2. Структурная (а) и функциональная (б) схемы контура регулирования тока  якорной цепи.

а)

б)

Еп

Uдт

>

У2

>

РТ

Rт

На вход ТП

Сот

Rот

Rдт

R4

V1

V2

Uогр

где R_зт и R_т - входные сопротивления регулятора тока, отношение которых принимается равным единице;
    U_{дт max} - не должно превышать 15 В (напряжение питания УБСР-АИ)
3.3.7. Коэффициент шунта определяется по паспортным данным:
К_ш=U_{ш ном} /I_{ш ном}=0,075/10000=75×10^-6 В/А,                            (3.15)
где U_{ш ном}=75 мВ для шунта 75 ШСМ [3];
    I_{ш ном} - номинальный ток шунта.

3.3.8. Коэффициент датчика тока определяется по формуле:
                                    (3.16)
3.3.9. Параметры регулятора тока вычисляем по формуле:
        (3.17)
R_от=Т_я/С_от=0,08×10^-3/(2×10^-6×0,01438)=2,78 кОм,
где Т_ит - постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора, с;
С_от=2¸3мкФ - емкость обратной связи регулятора токам [3];
Т_я=L_я/R_я - постоянная времени якорной цепи, с;
К_тп, R_я, L_z - заданные величины.
3.3.10. Постоянная времени интегратора:
                                              (3.18)     
где i_{я max}=I_{я max} /I_{я ном}=7610/5740=1,33.
   
3.3.11. Коэффициент усиления нелинейного элемента в линейной зоне:
                                         (3.19)
3.3.12. Сопротивление обратной связи R3 при R1=10 кОм:
R3=R1×К_нэ=10К_нэ=10×35,3=353 Ом.                                    (3.20)
3.3.13. Входное сопротивление R4 для усилителя У2 при С1=3 мкФ:
R4=Т_ип/С1=3/(3×10^-6)=100 кОм.                                     (3.21)

3.3.14. Напряжение ограничения усилителя У1:
                                     (3.22)      
3.3.15. Входное сопротивление R2 для усилителя У1:
R2=R1=10 кОм.                                                   (3.23)

3.4. Расчет контура регулирования скорости

3.4.1. Максимальное значение приращения движущего усилия DF_{ст max} определяют из условия:
DF_{ст max} £ 0,1F₁=0,1×339400=33,94 кН,                               (3.24)
где F₁ - движущее усилие, равное статическому в начальный момент времени, Н.
Решение: Примем максимальное  значение  движущего усилия, при котором в замкнутой системе регулирования  скорость  не должна изменится более, чем на 1%:
DV_max=0,01×16=0,16 м/с.                                           (3.25)
3.4.2. Абсолютное значение статической ошибки в замкнутой системе управления DV_а определим по формуле:
                   (3.26)
где а_с=2 - параметр настройки регулятора скорости [3];
    Т_mс=а²_т(Т_m+Т_фт)+Т_фс=4(0,02+0,0125)+0,02=0,15 с - эквивалентная не компенсируемая постоянная времени контура скорости, с;
а_т=2 - параметр настройки регулятора тока [3];
    Т_m=0,02с - постоянная времени тиристорного преобразователя [3];
    Т_фт - постоянная времени фильтра на входе датчика тока, с;
 - постоянная времени фильтра на входе датчика скорости, с;
К=3 - кратность уменьшения пульсации напряжения тахогенератора [3];
     - частота  полюсных пульсаций тахогенератора, Гц; 
К_К, К_V - заданные величины;
    Т_м - электромеханическая постоянная времени электропривода, с;          m, R_S - ранее рассчитанные величины.
3.4.3. Относительное значение статической ошибки при установившемся режиме в замкнутой системе определим по формуле:
DV%=(DV_a/V_max)100%=(0,054/16)100=0,34 < 1%.                       (3.27)
3.4.4. Время регулирования определили по формуле:
                                          (3.28)        
где d=0,03 - допустимая динамическая ошибка по скорости [3];
    V_max - максимальная скорость движения подъемных сосудов, м/с;
    а_max - максимальное ускорение в период разгона и замедления, м/с².
3.4.4. Масштаб времени Z определили по формуле:
Z=t_рег/t_нор=3/6=0,5 с,                                            (3.29)
где t_нор=6 с - нормированное время переходного процесса [3].
Принимаем график переходного процесса для параметров Z=0,5,  Q_т=0,15 [5].

3.4.5. Параметры настройки  двухкратноинтегрирующего  контура скорости определяем из условия равенства выражений:
в_са_с²а_т²Q_m²=2,5Z²; в_са_са_тQ_m=2,5Z.                                   (3.30)
Отсюда  в_с=2,5;   а_с=Z/(а_тQ_m)=0,5/(2´0,15)=1,7.                   (3.31)   
Решение: Приняли структурную и функциональную  схемы контура регулирования скорости (рис.3.3)
    
3.4.6. Коэффициент обратной связи по скорости рассчитали  по формуле:
                                               (3.32)   
                 
где R_зс=R_с;
    U_дс - напряжение, В, снимаемое с датчика скорости при скорости подъема V_max , м/с.
Используем  ячейку датчика напряжения  ДН-2АИ (УБСР-АИ), и присоединим его вход к выходу тахогенератора с помощью делителя напряжения R_д¢ и R_д². Принять |U_дс|=|V_max| [3].
3.4.7. Напряжение, снимаемое с тахогенератора, определили     по формуле:
                                    (3.33)
где U_{тг ном} - номинальное напряжение тахогенератора, В;
    n_{тг ном} - номинальная частота вращения тахогенератора, об/мин;
    n_{дв ном} - номинальная частота вращения двигателя, об/мин.
3.4.8. Полное сопротивление делителя напряжения определим   по формуле:
R_д=U_тг/I_{тг ном}=149,5/0,1=1,5 кОм,                                  (3.34)
где I_{тг ном} - номинальный ток тахогенератора, А.
3.4.9. Мощность резисторов:
P_д=U_тгI_{тг ном}=149,5´0,1=14,95 Вт.                                  (3.35)

>

РС

ДТВ

Uзс

Uф

Uрс

Iя

V

Uдс

-

Rос

Сос

Uрс

Rзс/2

Rс

Uдс

Rф

Rф

Сф

Рис.3.3. Структурная (а) и функциональная (б) схемы контура регулирования скорости

а)

б)

Rзс/2

Сфс

BR

Rд’’

Rд’

Uтг

                                         (3.36)
Условие согласования: R_д¢£ =2400/10=240 Ом,                   (3.37)
где R_{вх д}=2,4кОм - входное сопротивление датчика ДН-2АИ(УБСР-АИ)
Передаточная функция ПИ-регулятора скорости имеет вид:
      (3.38)
3.4.10. Параметры ПИ-регулятора скорости:
                               (3.39)           
Условие жесткости подъемных канатов:
так как К_пс³10 необходимо принять демпфирующий коэффициент
                                (3.40)
где К_пс=10 [3].
3.4.11. Постоянная времени интегральной части ПИ-регулятора скорости:
                   (3.41)
                                                        
Применим ячейку регулятора скорости РС-1АИ (УБСР-АИ).
3.4.12. Входные сопротивления регулятора скорости (С_ос=2мкФ):
R_зс=R_с=Т_ис/С_ос=0,03/(2×10^-6)=15 кОм.                                (3.42)
3.4.13. Сопротивление обратной связи регулятора скорости:
R_ос=R_зсК_пс=15000×21,4=321 кОм.                                     (3.43)
3.4.14. Параметры фильтра на входе регулятора скорости:
Т_ф¢=в_са_сТ_mс=2,5×1,7×0,15=0,64 с;                                    (3.44)
С_фс=Т_ф¢/(0,5R_зс)=0,64/(0,5×15000)=0,85 мкФ.                        (3.45)

4. Список используемой литературы

1. Родченко А.Я., Евсеев Ю.В. Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки. Ч.1. Механическая часть электропривода: Учеб.пособие /Норильский индустр. ин-т.– Норильск, 1996.-44с.
2. Писарев А.И., Родченко А.Я. Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки. Ч.2. Система «управляемый выпрямитель – двигатель» с реверсом возбуждения двигателя. Силовые элементы электропривода: Учеб.пособие /Норильский индустр. ин-т.– Норильск, 1996.-48с.
3. Писарев А.И., Родченко А.Я. Автоматизированный электропривод многоканатной подъемной установки. Ч.3. Система «управляемый выпрямитель – двигатель» с реверсом возбуждения двигателя. Автоматическое управление электроприводом: Учеб.пособие /Норильский индустр. ин-т.– Норильск, 1996.-26с.
4. Комплектные  тиристорные электроприводы:Справочник / И.Х.Евзеров, А.С.Горобец, Б.И.Мошкович и др.; Под ред. канд. техн.наук В.М.Перельмутера.- М.:Энергоатомиздат, 1988.-319с.:ил.
5. Католиков В.Е.,  Динкель А.Д.,  Седунин А.М.  Тиристорный электропривод с реверсом возбуждения двигателя рудничного  подъема.- М.:Недра, 1990.-382с.:ил.
6. Тиристорный электропривод рудничного подъема /  А.Д.Динкель, В.Е.Католиков, В.И.Петренко, Л.М.Ковалев.-М.:Недра, 1977.-312с.:ил.
7. Александров К.К.,  Кузьмина Е.Г., Электротехнические чертежи и схемы.- М.:Энергоатомиздат, 1990.- 288с.:ил.
8. Католиков В.Е.,  Динкель А.Д., Седунин А.М. Автоматизированный электропривод подъемных установок глубоких шахт.- М.:Недра, 1983.-270с.:ил.
9. Малиновский А.К.,  Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов.- М.:Недра,1987.- 277с.:ил.
10. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А., Горная механика:Учебник для техникумов.- 6-е изд., перераб. и доп.- М.:Недра, 1982.-407с.