Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Автоматизированный электропривод системы ТП - Д c подчинённым регулированием тока и угловой скорости - файл 1.doc


Автоматизированный электропривод системы ТП - Д c подчинённым регулированием тока и угловой скорости
скачать (1065.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1066kb.14.12.2011 07:52скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Содержание

Цель работы, задание. стр.

Введение 4

  1. Состав и функциональная схема ЭП 6

  2. Выбор силовой части ЭП 8

  1. Электродвигатель 8

  2. Тиристорный преобразователь 9

  3. Реакторное оборудование 11

  4. Шунт измерительный 14

  5. Автоматический выключатель 14

  6. Тахогенератор 15

  7. Система импульсно - фазового управления тиристорами 15

3. Синтез и расчёт параметров двухконтурной системы подчинённого
регулирования 17

  1. Общая функциональная схема системы ТП-Д 17

  2. Структурная схема системы ТП-Д 18

  3. Определение параметров (коэффициентов передачи и постоянных времени)
    электродвигателя и тиристорного преобразователя 19

  4. Расчёт параметров контура тока (настройка на модульный оптимум) 19

  5. Расчёт параметров контура скорости (настройка на модульный оптимум) 22

4. Анализ характеристик спроектированного электропривода 26

  1. Расчёт электромеханических характеристик 26

  2. Расчёт и построение динамических характеристик системы ТП-Д с подчинённым
    регулированием при подаче на вход задающего воздействия скачком 28

  3. Расчёт и построение динамических характеристик системы ТП-Д с подчинённым
    регулированием при подаче на вход линейно нарастающего задающего
    воздействия 29


Литература

Введение.

В данном проекте предлагается вариант создания системы регулирования параметров элек­тропривода постоянного тока.

Существует два основных варианта систем регулируемого электропривода постоянного тока:

1) Система генератор - двигатель.

2) Система тиристорный преобразователь - двигатель.

Система одного и другого типа осуществляет регулирование скорости привода путем изме­нения напряжения на выводах источника питания. В системе ТП-Д регулирование осуществ­ляется управляемым вентильным преобразователем, причем скорость меняется вниз от ос­новной за счет снижения напряжения на выходе преобразователя.

Уравнение электромеханической характеристики двигателя постоянного тока имеет вид;



где : - скорость, рад/с;

U -напряжение подводимое к якорю двигателя. В; Iя -ток якоря, А;

Сд -конструктивный коэффициент двигателя;

R -сопротивление якорной цепи, Ом;

-ток якоря, А

Часть уравнения- имеет физический смысл скорости идеального холостого хода () ,т.е. скорости двигателя без момента сопротивления к валу двигателя.

Таким образом ,очевидно, что при постоянстве момента сопротивления при изменении приложенного напряжения скорость привода будет регулироваться за счет изменения скорости идеального холостого хода без изменения жесткости характеристики.

На базе спроектированной системы разработана система подчиненного регулирования. Эта система поддерживает жесткость характеристики в пределах установленных регули­рованием параметров при настройке системы. Такой вариант осуществляется за счет то­го, что система изменяет скорость автоматически в зависимости от других показателей (ток якоря, напряжение якоря). В данном случае система двухконтурная и кроме контура тока содержит контур скорости .

Основным недостатком такой системы является относительно сложная техническая реа­лизация (в настоящее время система подчиненного регулирования получает развитие). Все препятствия технической реализации имеют гораздо меньший вес по сравнению с преимуществами системы:

- качество переходных процессов;

- необходимая жесткость характеристик (способность системы четко и оперативно от­рабатывать изменения нагрузочного момента);

- приемлемая степень сложности настройки параметров регуляторов в системе.

Системы управления обеспечивают требуемые характеристики электропривода. Они состоят из аналоговых или цифровых регуляторов, изменяющих с необхо­димой точностью по заданному закону основную координату электропривода и ограничивающих допустимые значения промежуточных координат, логических систем, служащих для управления режимами электропривода, сигнализации и защиты. Системы управления по сигналам заданного значения основной коор­динаты, сигналам состояния защит электропривода и оперативным, характери­зующим требуемые режимы работы, формируют входные сигналы в ТП и в си­ловую схему электропривода: напряжение управления СИФУ, сигнал, опреде­ляющий работающий выпрямительный мост для реверсивных электроприводов, и сигналы о включенном или отключенном состоянии силовых аппаратов глав­ной цепи.

В зависимости от выполняемых функций основного регулятора эл. привода де­лят на электроприводы:

  1. с регуляторами скорости двигателя;

  2. с регуляторами ЭДС или напряжения электродвигателя;

  3. с регулятором положения исполнительного органа (или вала электродвигателя);

  4. с регулятором взаимного положения двух или нескольких исполнительных органов, приводимых отдельными электродвигателями;

  5. с регуляторами тока;

  6. с регуляторами мощности (как правило, для размоточно-намоточных механизмов).

По способу управления потоком возбуждения электродвигателя можно выделить электропривода с постоянным потоком — однозонные и изменяющимся потоком - двухзонные.

В зависимости от использованной элементной базы системы управления выполняются аналоговыми, цифровыми и цифро-аналоговыми. Наибольшее распространение в настоящее время получили аналоговые системы.

Для получения высокой точности отработки задания используются цифро-аналоговые системы. На базе цифровой техники в этом случае выполняется регулятор основной координаты, а так же, возможно несколько промежуточных. Часто цифровые системы реализуются на основе микропроцессоров.

1.Состав и функциональная схема электропривода.

1.1. В соответствии с исходными данными выбрать промышленную серию ком­плектного тиристорного электропривода [5, с.6].


Наименование серии ЭП

Изготовитель

Номер ТУ

Номинальные данные

Основные регулируемые координаты

Iном, А

Uн, В

Комплектные тиристорные электроприводы унифицированные серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт

ПО ХЭМЗ


ТУ 16-530.252-79

25, 50, 100, 200, 320, 500, 800, 1000, 1600

220, 440, 600, 750, 930

Скорость, ЭДС, положение, мощность, специальные системы

^ 1.2.По выбранной серии определить основные составные элементы и привести упрощённую функциональную схему проектируемого электропривода [5: §1.3 с. 19-33].

В электропривод комплектного тиристорного электропривода входят:

ТП для питания якоря электродвигателя, состоящий из силовых тиристоров с системой охлаждения, защитных предохранителей, разрядных и защитных RLC-цепей, СИФУ, устройств выделения аварийного режима, контроля предохрани­телей и защиты от перенапряжений; электродвигатель постоянного тока с тахогенератором и центробежным выключателем; ТП для питания обмотки возбуждения, анодный реактор; коммутационная и защитная аппаратура в цепях постоянного и переменного тока (автоматические выключатели, линейные кон­такторы, рубильники); сглаживающий реактор в цепи постоянного тока (при необходимости); устройство динамического торможения (при необходимости); шкаф высоковольтного ввода, используемый при подключении нескольких электроприводов к одному маслянному выключателю; система управления электроприводом (якорем и обмоткой возбуждения электродвигателя); комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода; узлы питания обмотки возбуждения, тахогенератора и электромеханического тормоза; контрольно-испытательные стенды; датчики, устанавливаемые на механизме, которые как правило, не включаются в комплект поставки, т.к. их выбор и установка осуществляются предприятиями, изготавливающими механическую часть технологического агрегата, однако электропривод должен иметь возможность работы с этими датчиками; командные, сигнальные и управляющие устройства, монтируемые на пульте управления (также не входят в комплект электропривода вследствии того, что пульты при каждой поставке разрабатываются заново.


Рис.1 Упрощённая схема силовой части проектируемого электропривода.
U - тиристорный преобразователь; VSF - тиристоры; LF - анодный токоограничивающий реак­тор; L - сглаживающий реактор в якорной цепи двигателя; АU - система импульсно-фазового управления тиристорами (СИФУ); ВR - тахогенератор; RS1 - шунт измерительный тока якоря; QF1 - автоматический выключатель переменного тока (трех полюсной); QF2 - автоматический выключатель постоянного тока (двухполюсной); РU - прибор выпрямленного напряжения пре­образователя; РА1 - прибор тока якоря двигателя; LМ - обмотка независимого возбуждения ма­шины; V - выпрямительный мост на диодах в цепи возбуждения; Т1 - согласующий трансфор­матор; РА2 - прибор тока возбуждения; QF3 - двухполюсной автоматический выключатель переменного тока.

Назначение элементов системы:

ТП состоящий из 6 тиристоров VSF получает питание из сети 380 в через авто­матический выключатель QF1 и анодный реактор LF.

Трансформатор Т1 и диодный мост V служат для питания обмотки возбуждения двигателя LМ.

Система управления СУ по сигналам оператора с пульта управления ПУ получа­ет сигналы о токе якоря двигателя и токе возбуждения, получаемые с шунтов RS1и RS2.

Сигнал о напряжении на якоре двигателя снимается вольтметром рV.

Сигнал о скорости, формируемый тахогенератором ВR. выдает сигналы управле­ния в СИФУ (АУ) и на пульт управления ПУ.

Узел управления коммутационной аппаратурой и сигнализации УУКиС по ко­мандам оператора и сигналам от СУ включает или выключает аппараты QF1-3; а также осуществляет сигнализацию о состоянии этих и других защитных аппара­тов.
2. Выбор силовой части электропривода.
2.1. Электродвигатель.

2.1.1. В соответствии с заданием, по мощности и скорости выбираем электродвигатель типа 2ПН132МГУХЛ4, имеющий следующие паспортные данные:

Uн=440 В - номинальное напряжение;

Рн =4 кВт - номинальная мощность;

nн=1500 об/мин - номинальная частота вращения ( рад/с)

=79 % - номинальный к.п.д.;

Jдв=0,038 кг∙м2 - момент инерции;

p=2 - число пар полюсов;

Rя=2,28 Ом - сопротивление обмотки якоря (при 15 ˚С);

Rдоп=1,44 Ом-сопротивление обмотки дополнительных полюсов(при 15 ˚С);

Rов=35 Ом - сопротивление обмотки возбуждения (при 15 ˚С).


Паспортные данные двигателя сводим в таблицу:

Uн, В

Рн, кВт

nн,

об/мин

Iн,

А

,

%

Jдв,

кг м2

Lя,

мГн

Rя,

Ом

Rд,п,,

Ом

Rов,

Ом

440

4

1500

11,5

79

0,038

42

2,28

1,44

35


^ 2. 1 .2 Определение параметров электродвигателя.

Сопротивление щеточного контакта Rщ определяется на основании того, что падение напряжения на щётках при номинальном токе приблизительно рав­но 2 В. Тогда:
Ом
^ 2.2. Тиристорный преобразователь.
2.2.1. Выбираем тип преобразователя промышленного исполнения [5: §1.4.4 с.44-49].


Ток номинальный, А

Тип тиристора

Число тиристоров в плече

Вид вентиляции

Наличие предохранителей

100

Т9-250

3

принудительная

нет
Состав силовой части электропривода серии КТЭУ
^ 2.2.2. Расчёт параметров тиристорного преобразователя.

Принимается трёхфазная мостовая схема нереверсивного преобразователя.
Примечание. Для двигателей с Uн=220 В тиристорный преобразователь подключается к питающей сети через трансформатор, а для двигателей с Uн=440 В - через токоограничивающие реакторы.

Основные положения следующие. Внешняя характеристика тиристорного преобразователя описывается уравнением
,

где Ud - выпрямленное напряжение, подводимое к двигателю, В;

Еd max - максимальная э.д.с. преобразователя, В;

 - угол управления вентилями (тиристорами), град.;

Id - ток нагрузки (ток якорной цепи двигателя), А;

RRS - сопротивление измерительного шунта (см. п. 2.4), Ом;

Rт. п. - сопротивление тиристорного преобразователя, Ом.

Ом

где Rф - активное сопротивление фазы, Ом;

Lф - индуктивность фазы, Гн;

m - число пульсаций преобразователя (для трёхфазной мостовой схемы m=6);

=2f=314 - угловая частота питающей сети, с-1;

f=50Гц - частота сети;

Rдин =0,0172 Ом - динамическое сопротивление тиристора, Ом.
При питании преобразователя через токоограничивающие реакторы:
Lф=Lр, Rф=Rр,
где Rр и Lр - соответственно активное сопротивление и индуктивность одной фазы реактора (табличные значения, зависят от типа реактора, см. п. 2. 3.1). При питании преобразователя через трансформатор
Lф=Lтр, Rф=Rтр,
Индуктивность преобразователя Lт.п. определяется по формуле (для мосто­вой схемы):

Lт.п.=2∙Lф=2∙0,00202=0,00404 Гн
Величина Еdmax преобразователя определяется схемой включения тиристо­ров и напряжением питающей сети Uc
Edmax=kcx E=1,35∙380=513 В
где kcx - коэффициент схемы (табличное значение, для трёхфазной мостовой схемы kcx =1,35);

E - линейное напряжение, подводимое к преобразователю (при питании через реакторы Е=Uc=380 В).

Номинальный угол управления тиристорами н определяется путём подстановки значений =н, Ud=Uн, Id= Iн, тогда
н=arccos

Максимальный угол управления тиристорами max, соответствующий наименьшей скорости min определяется из выражения

где D - заданный диапазон регулирования скорости.
2.2.3. Тиристоры.

Тиристоры преобразователя выбираются по среднему току вентиля Iср и наибольшему обратному напряжению Uобр.max при номинальной нагрузке двигателя Id= Iн . Для трёхфазной симметричной мостовой схемы
Icp=0,33∙Iн=0,33∙11,5=3,795 А

Uобр.max=1,05∙Edmax=1,05∙513=538,65 В
Тип тиристора определяется в соответствии с выбранной серией электропривода и типом преобразователя [5: §2.2, c.59-63]. Основные данные по выбранному тиристору свести в таблицу.

Тиристор типа Т122-20


Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии, А

Максимально допустимый действующий ток в открытом состоянии, А

Динамическое сопротивление,

Ом

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, В

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение, В

20

300

0,0172

100-1200

0,6Uобр.п.

^ 2.3. Реакторное оборудование

2.3.1 Токоограничивающие (анодные) реакторы [6, c.133].

Такие реакторы выбираются на напряжение питающей сети Uс =380 В и ток вторичной цепи I. Серии реакторов приведены в [5, c.303-305; 8]. При этом номинальное питающее напряжение реактора Uн.р. и номинальный фазный ток Iн.р. должны удовлетворять условию:
Uнр  Uс и Iнр  I,
Выбираем реактор типа РТСТ-20,5-2,02

Параметры выбранного реактора (с указанием значений Rр и Lр) свести в таблицу.


Тип реактора

Номинальное линейное напряжение питающей сети, В

Номинальный фазный ток, А

Номинальная индуктивность фазы, мГн

Активное сопротивление обмотки, Ом

РТСТ-20,5-0,02УЗ

410

20,5

2,02

0,233


^ 2.3.2 Реактор для ограничения зоны прерывистых токов.

Такие реакторы предназначены для получения гранично-прерывистого режима работы преобразователя при заданном угле регулирования н [6: §1-34, c.130-131]. Такой режим обеспечивается включением в цепь выпрямленного тока индуктивности Lд1, величина которой определяется выражением

Так как в цепи выпрямленного тока уже имеется индуктивность якорной обмотки двигателя Lя, то необходимая индуктивность реактора
Lдр1= Lд1 - Lя=0,00911- 0,042=- 0,032 Гн
Если Lдр1 < 0, то ограничивающий дроссель не нужен.
^ 2.3.3 Реактор для сглаживания пульсаций выпрямленного тока [6: §1- 34, c. 131- 132].

Необходимая индуктивность цепи выпрямленного тока Lд2 определяется по формуле
Гн

где k - кратность гармоник (для симметричной мостовой схемы k=1);

р(1) - допустимое действующее значение основной гармоники тока (принимается в диапазоне 2-15% от Iн, задаёмся р(1) =2%), %;

Uд.п.m - амплитудное значение основной составляющей выпрямленного напряжения, В.

В
Необходимая индуктивность сглаживающего реактора
Lдр2=Lд2 - Lя=0,284 - 0,042=0,242 Гн
Если Lдр2 < 0, то реактор не нужен.
^ 2.3.4 Реактор для ограничения тока через тиристоры при коротком замыкании на стороне постоянного тока [6: §1-34, c.132].

Реактор ограничивает скорость нарастания аварийного тока, чтобы он не превысил опасного для вентилей значения в течение времени срабатывания защитных устройств.

Для мостовой схемы требуемая индуктивность реактора определяется по формуле
, Гн

где Iдоп - максимально допустимый в течение одного полупериода ток через тиристоры (справочные данные), А.

При Lдр3<0 реактор не нужен.
^ 2.3.5 Выбор сглаживающего реактора на стороне выпрямленного тока.

Сглаживающий реактор выбирается по результатам вычислений в п.п. 2.3.2 - 2.3.4. Его индуктивность Lдр должна быть больше или равна наибольшему из значений Lдр1, Lдр2, Lдр3 , т. е.

Lдр  max (Lдр1, Lдр2, Lдр3),
Тип реактора выбирается по данным [5: §8.5 c.299-303; 8]. При этом
Iн.ср  Iн, А
где Iн.ср - номинальный ток сглаживающего реактора.

Данные выбранного реактора свести в таблицу.

Тип реактора

Номинальное линейное напряжение питающей сети, В

Номинальный ток, А

Номинальная индуктивность, Гн

Активное сопротивление обмотки, Ом

СРОС-200/6УХЛ4

410

50

0,25

0,58


^ 2.4. Шунт измерительный.

Шунт устанавливается в якорной цепи двигателя и предназначен для получения сигнала, пропорционального току двигателя.

Шунт выбирается по номинальному току двигателя по данным прилож. 1.

При этом IнRSIH, где IнRS - номинальный ток шунта.

Выбираем шунт и данные сводим в таблицу


Тип шунта

Ток, А

Напряжение URS

Активное сопротивление, мкОм

75 ШС

20

0,075

3700


Активное сопротивление шунта RRS­ и его коэффициент передачи КRS­ определяются из выражения:

Ом

где URS - падение напряжение на шунте при токе IнRS (паспортные данные), В.
^ 2.5. Автоматический выключатель.

Автоматические выключатели выбираются по току в соответствующей цепи.

QF1: при питании через анодные реакторы

Выбираем автоматический выключатель АК-50, данные которого сводим в таблицу:


Тип выключателя

АК-50

Номинальный ток выключателя, А

50

Номинальное напряжение, В

380

Ток уставки, А

2-50

Время отключения, с

0,04


Для QF2:

Выбираем автоматический выключатель АК-50, данные которого сводим в таблицу:


Тип выключателя

АП-50

Номинальный ток выключателя, А

50

Номинальное напряжение, В

220-500

Ток уставки, А

1,6-50

Время отключения, с

0,03


2.6. Тахогенератор.

Тахогенератор предназначен для получения сигнала в виде напряжения постоянного тока, пропорционального скорости двигателя.

Тахогенератор может быть встроенным в электродвигатель или выбирается отдельно по данным [5, c.180-181; 7; 8], исходя из заданной скорости двигателя, при чём н  BR , где BR - номинальная частота вращения тахогенератора.

Коэффициент передачи (усиления) тахогенератора KBR характеризует крутизну его характеристик. Он приводится в паспортных данных или может быть определён из выражения:
,
где UBR - выходное напряжение тахогенератора при скорости BR.

Электродвигатель снабжен встроенным тахогенератором типа ТС1.

Согласно паспортным данным крутизна напряжения тахогенератора 0,033 В/(об/мин ). Возбуждение тахогенератора от постоянных магнитов.
UBR=15000,033=49,5 В



^ 2.7. Система импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами.





Рис.2 Структурная схема ТП.
CИФУ предназначена для изменения угла управления  тиристоров вентильного моста ВМ преобразователя ТП. При этом, в зависимости от сигнала управления Uу на входе СИФУ, изменяется значение выпрямленной э.д.с. Еd преобразователя. Зависимость Еd=f(Uу) называется регулировочной характеристикой тиристорного преобразователя, а зависимость = f(Uу) называется регулировочной характеристикой СИФУ.

Если в качестве опорного напряжения в СИФУ используется косинусоида с амплитудой Uоп max, проходящей через нуль при =90о, то угол управления определяется выражением
,

где , нач - начальный угол управления, когда Uу=0;

U - напряжения смещения, В.

При Uсм=Uоп.max начальный угол нач=0, а при Uсм=0 начальный угол нач=90о. Для нач=90о регулировочная характеристика СИФУ имеет вид
,
Если угол управления тиристорами изменяется согласно выражению то регулировочная характеристика тиристорного преобразователя получается линейной, т. е.

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

Ктп=

где Uун=10 В - 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.
3. Синтез и расчёт параметров двухконтурной системы подчинённого регулирования.
^ 3.1 Общая функциональная схема системы ТП-Д.

Рис.3 Общая функциональная схема системы ТП-Д.
СКА (SA) - сельсинный командоаппарат;

ЗУ (AI) - задающее устройство (задатчик интенсивности);

РС (AR) - регулятор скорости;

РТ (AA) - регулятор тока;

ТП (U) - тиристорный преобразователь;

Д (M) - электродвигатель;

ШИ (RS) - шунт измерительный;

ТГ (BR)- тахогенератор;

ДТ (UA) - датчик тока;

ДС (UR) - датчик скорости.
^ 3.2. Структурная схема системы ТП-Д.

Принцип подчинённого регулирования - наличие последовательных контуров ре­гулирования, при чём внутренний контур является объектом регулирования внеш­него. Идея заключается в компенсации больших постоянных вре­ме­ни (инер­ционности) объекта. При этом остаётся малая некомпенсируемая постоянная времени Т .

Так как тиристорный преобразователь с полупроводниковой СИФУ имеет малую постоянную времени (инерционность) Ттп0,01с, то её и принимают как некомпенсируемую, т. е. Ттп .

На практике при синтезе регуляторов обычно пренебрегают влиянием обратной связью по эдс двигателя Е вследствие медленного изменения эдс по сравнению со скоростью изменения тока. Это справедливо при Тм Т.





^ Рис.4 Структурная схема системы ТП-Д. Wрс(р) - передаточная функция регулятора скорости; Wрт(р) - передаточная функция регулятора тока; Kтп(р) - коэффициент передачи (усиления) преобразователя; Tтп - постоянная времени преобразователя; R - суммарное сопротивление якорной цепи двигателя; Tя - электромагнитная постоянная времени двигателя; Cд - конструктивный коэффициент машины (сд=, Ф=соnst); TМ - электромеханическая постоянная времени двигателя; Kт - общий коэффициент усиления цепи обратной связи по току (Кт= КUAKRS); KRS - коэффициент передачи шунта; KUA - коэффициент усиления датчика тока; Kc - общий коэффициент усиления цепи обратной связи по скорости (Kт=KUAKBR); KBR - коэффициент передачи тахогенератор; KUR - коэффициент усиления датчика скорости; Uзс - сигнал заданной скорости; Uос - сигнал обратной связи по скорости; Uзт - сигнал заданного тока; Uот - сигнал обратной связи по току; Uу - сигнал управления тиристорным преобразователем; URS - выходной сигнал шунта измерительного; UBR - выходной сигнал тахогенератора; Uя -напряжение, подводимое к якорю двигателя; E - противоэдс двигателя; Iя - ток якорной цепи двигателя; Iс - ток нагрузки (статический ток);  - угловая частота вращения двигателя.
^ 3.3. Определение параметров (коэффициентов передачи и постоянных времени) электродвигателя и тиристорного преобразователя.
3.3.1. Суммарное сопротивление якорной цепи R



R=Rя+Rд.п.+Rк.о.+Rщ+RRS+Rтп+Rдр=

=2,28+1,44+0,174+0,0037+1,1061+0,016=5,0198 Ом
где Rя, Rдр, Rд.п., Rщ - см. п.п. 2.1.1, 2.1.2;

RRS - cм. п. 2.4;

Rтп - см. п. 2.2.2;

Rдр - см. п. 2.3.6.
^ 3.3.2. Электромагнитная постоянная времени Тя
с
где L - суммарная индуктивность якорной цепи, Гн

L=Lя+Lтп+Lдр=0,042+0,00404+0,25=0,29604 Гн

где Lя - см. п. 2.1.2; Lтп - см. п. 2.2.2; Lдр - см. п. 2.3.6.

^ 3.3.3. Конструктивный коэффициент машины сд.


где Uн, Iн, н - номинальные (паспортные) данные выбранного электродвигателя при Ф= Фн=сonst,
Rдв=Rя+Rдп+Rко+Rщ=2,28+1,44+0,174=3,894 Ом
^ 3.3.4. Электромеханическая постоянная времени Тм.



где J - суммарный момент инерции двигателя и механизма:

J=Jдв+Jмех=0,038+0,0646=0,1026

где Jдв - паспортные данные, Jмех - момент инерции механизма
кг м2
(J* - приводится в задании).
^ 3.3.5. Коэффициент передачи преобразователя Ктп - см. п. 2.7.

3.3.6. Постоянная времени преобразователя: Ттп= Т=0,01 с.
^ 3.4 Расчёт параметров контура тока (Настройка на модульный оптимум).


Рис.5 Расчёт параметров контура тока
Передаточная функция регулятора тока определяется



где - передаточная функция объекта компенсируемого контура тока
,
где с
Т.о. получили ПИ-регулятор, который может быть синтезирован на операционном усилителе.

RЗТCТ=T1 =0,0828 с

RТCТ=TЯ =0,0589 с

СТ=2,2мкФ,


По стандартному раду резисторов и конденсаторов подбираем нужные параметры.
^ Определение параметров цепи обратной связи по току.

Цепь обратной связи по току содержит шунт RS и датчик тока UA, который необходим для согласования по амплитуде сигналов UЗТ и UОТ. Общий коэффициент передачи




КТ=

UOTmax - максимальное значение сигнала UOT , соответствующее максимальному значению тока IЯmax .

Принимаются UOТmax=UЗТ=10 В из условия работы операционного усилителя на линейном участке своей характеристики.

IЯmax=I*Iном=1,9∙11,5=21,85 А - стопорное значение тока якоря, при котором =0.

Учитывая, что звенья UA и RS соединены последовательно, получим: . Следовательно:

Т. о., датчик тока может быть реализован на операционном усилителе



.


Рис.6 Структурная схема контура с выбранным регулятором


Определим передаточную функцию замкнутой системы


,

где в знаменателе пренебрегают слагаемым 2р2, так как Т=0,01 с малая величина, то Т2=0,0001 с.

Т. о., внутренний объект для контура регулирования имеет вид:




^ 3.5. Расчёт параметров контура скорости (Настройка на модульный оптимум).


Рис.7 Расчёт параметров контура скорости
Используя правила преобразования структурных схем, перенесём воздействие Ic на вход системы с учётом знаков:




Передаточная функция регулятора скорости определяется из выражения
,

где - передаточная функция объекта компенсируемого объекта контура скорости.

Функция контура скорости имеет вид


Получили П-регулятор, который может быть реализован на операционном усилителе.


Rзс=Rос
Стабилитрон VD двухсторонней проводимости обеспечивает U=UЗТ max=10 В.

^ Определение параметров цепи обратной связи по скорости.



Цепь обратной связи содержит последовательно соединённые тахогенератор BR и датчик UR. Общий коэффициент передачи определяется из выражения:

,

где UОСmax – максимальное значение сигнала UOC , соответствующее максимальному значению скорости max

Принимается Uосmax=Uзсmax=10 В из условия работы операционных усилителей на линейном участке своей характеристики (до 10 В).

Так как звенья UR и BR соединены последовательно, то КcURКBR . Отсюда:


где KBR =0,315 - см. п.2.5.

Датчик скорости ДС (UR) имеет коэффициент передачи KUR, при чём KUR>1, т. к. КcBR. В связи с этим датчик может быть реализован на резисторном делителе напряжения и повторителе напряжения (на операционном усилителе), который служит для электрической развязки цепи делителя от регулятора скорости.

При этом .

Структурная схема контура скорости с выбранным регулятором скорости имеет вид:




^

Определим передаточную функцию замкнутой системы




Окончательно структурная схема имеет вид



Из этой структурной схемы может быть получена зависимость =f(Uзс, Iс) в операторной форме:

,
Для получения зависимости Ic=f(Uз.с, Iс) в операторной форме необходимо преобразовать систему таким образом, чтобы сигнал IЯ был выходным
О
пределим передаточную функцию замкнутой системы



В этом случае структурная схема окончательно будет иметь вид




Из этой структурной схемы можно получить зависимость Ic=f(Uз.с, Iс) в операторной форме


4.Анализ характеристик спроектированного электропривода.
^ 4.1. Расчёт и построение электромеханических характеристик =f(Iя)
Уравнение естественной характеристики имеет вид:



где-сопротивление якорной цепи двигателя. Уравнение электромеханической характеристики разомкнутой системы ТП-Д может быть записано в виде:



Уравнение электромеханической характеристики замкнутой системы ТП-Д может быть получено путём подстановки р=0 и Iя=Iс, получим



Для построения характеристик необходимо определить величину Uзс.

Для получения н при Iя=Iн необходимо Uзсн:

В

Для получения при Iя=Iн находим Uзснmin:



где D - заданный диапазон регулирования скорости.
Характеристики замкнутой системы для граничных значений скорости =н и =min при I=Iн для заданного значения диапазона регулирования D можно получить путём подстановки Uзсн и Uзснmin.





Построим в одних координатных осях характеристики в соответствии с вышеизложенными уравнениями при изменении тока Iя от нуля до Iя=Iстоп. При Iя>Iстоп =0 из-за соответствующего выбора сигнала Uзсmax.

1.









2.








3.








4.












Рис.10 Электромеханические характеристики
^ Определение статизма электромеханических характеристик замкнутой системы.
Статизм определяется при Iя=Iн для каждой характеристики путём деления второго слагаемого в правой части выражений на первое слагаемое. В результате деления:






Номинальное значение статизма удовлетворяет заданному значению



^ 4.2. Расчёт и построение динамических характеристик системы ТП-Д с подчинёнными регулированием при подаче сигнала Uзс на вход скачком
Интересующие нас зависимости (t) и Iя(t) при подаче на вход системы скачком сигналов Uзсн и Uзснmin могут быть получены по формулам перехода от изображения (р) к оригиналам (t) и Iя(t) в соответствии с преобразованием Карсона-Хевисайда.
В результате получаем (при Iс=Iн):

при Uзс=Uзсн =9,589 В










при Uзс=Uзсmin=0,768 В









Рис.11 Динамические характеристики
По кривой определим величину перерегулирования.








Из построенных характеристик видно, что характеристики разомкнутой системы обладают более значительной жесткостью, чем характеристики замкнутой системы.
^ 4.3. Расчёт и построение динамических характеристик ТП-Д с подчинённым регулированием при подаче на вход линейно нарастающего задающего воздействия Uзс
В этом случае сигнал заданной скорости поступает от СКА через задающее устройство на базе задатчика интенсивности, который обеспечивает требуемый темп изменения сигнала Uзс в соответствии с заданным временем пуска.
Функциональная схема и диаграмма работы задатчика интенсивностиимеют вид:






Принципиальная схема ЗИ может иметь структуру следующего типа:



1-нелинейный элемент НЭ;

2-интегратор И;

3-инвертор для согласования знака ОС, которая должна быть отрицательна.
Сигнал заданной скорости Uзсm поступает на вход ЗИ от сельсинного командоаппарата типа СКА3, который имеет на выходе

напряжение Umax=0…49 В.

Для получения сигнала Uзсm=0…10 В между СКА и ЗИ устанавливают ячейки сельсинного задания скорости типа СЛЗ-ЗДИ или СЛЗ-4АИ, входящие в состав аппаратуры УБСР-АИ.

Значения сигналов U1=Um=Uст=10В соответствуют напряжению стабилитрона VD, который выбирается как для регулятора скорости.

Темп нарастания сигнала Uзс определяется углом , при этом:


Uзсн - соответствует номинальной скорости , B;

tп - время пуска, с;

Tи- требуемая постоянная времени интегратора, с


Зависимость (t) и I(t) при подаче на вход задатчика интенсивности сигнала Uзcн скачком могут быть получены по формулам преобразования. При этом учитывалось, что на отрезке сигнал Uзс нарастает линейно от нуля до Uзсн, а при t>tп сигнал Uзс остаётся постоянным и равным Uзсн.
для отрезка времени:




t = 01 c




Для отрезка времени :









По приведенным графикам видно, что при задании сигнала скачком переходный процесс протекает быстрее чем при задании по линейному закону. При использовании задатчика интенсивности видно, что двигатель разгоняется плавно и пусковой ток имеет минимальное значение. С помощью задатчика интенсивности можно изменять время нарастания сигнала Uзс до номинального, тем самым можно регулировать скорость и время пуска привода.


ЛИТЕРАТУРА

  1. Малиновский А.К. Автоматизированный электропривод машин и механизмов установок шахт и рудников.  М.: Недра, 1987, с.42 - 46, с. 51 - 55, с. 70 - 79.

  2. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода.  М.: Энергоиздат, 1981, с. 462- 475, с. 462 - 476, с. 481 - 483.

  3. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами.  Л.: Энергоиздат, 1982, с. 17- 21, с. 30 - 33, с. 42 - 46, с. 59 - 64.

  4. Справочник по автоматизированному электроприводу/ Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского  М.: Энергоатомиздат, 1983

  5. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ И. Х. Евзеров, Горобец, Б. М. Мошкович и др.; Под ред. В. М. Перельмутера.  М.: Энергоатомиздат, 1988.

  6. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами/ Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера  М.: Энергоиздат, 1982

  7. Справочник по электрическим машинам в 2-х томах/ Под ред. И. Л. Копылова, Б. К. Клюева.  М.: Энергоатомиздат, 1989.

  8. Электротехнический справочник в 3-х томах (т. 2; т. 3 (кн. 2))/ Под ред. В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского В. А. Лабунцова и др.  Энергоатомиздат, 1986.

  9. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник/ В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, В. М. Петухов.  М.: Радио и связь. 1988.

  10. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы: Справочник.  М.: Энергоатомиздат, 1990.



Скачать файл (1065.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации