Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовой проект (вариант 1, задание 6) - файл Krasnova.doc


Курсовой проект (вариант 1, задание 6)
скачать (229.4 kb.)

Доступные файлы (3):

Krasnova.doc430kb.20.04.2006 16:08скачать
NEW.CDW
Спецификация.SPW

содержание

Krasnova.doc






Министерство образования Российской Федерации

Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет



Кафедра Автоматизированных Технологических Систем
Курсовой проект


по дисциплине
«Электромеханические системы»
на тему:


Проектирование

автоматизированного

электропривода

Выполнил: студентка группы АТП-401


Проверил: Коуров Г.Н.

Уфа – 2004

Содержание


2 Выбор мощности электродвигателя 6

4 Определение передаточной функции электродвигателя 11

13

5 Определение передаточной функции тахогенератора 14

6 Определение передаточной функции датчика положения 14

7 Определение передаточной функции тиристорного преобразователя 15
Задание


^ По исходным данным необходимо:

  1. Выбрать тип и рассчитать требуемую мощность электродвигателя с учётом переходных процессов при пуске, торможении и изменении режимов работы двигателя;

  2. В соответствии с исходными данными (мощностью, диапазоном регулирования скорости и другими параметрами), выбрать тип преобразователя;

  3. Разработать принципиальную схему силовой части электропривода;

  4. По паспортным данным, принципиальной схеме и характеристикам, приведённым в приложении к данной методике, рассчитать передаточные функции всех элементов электропривода (электродвигателя, преобразователя и т.д.) и составить его структурную схему;

  5. ^ Исследовать устойчивость и качество переходных процессов.


Основные требования к оформлению работы
Пояснительная записка должна быть выполнена на бумаге формата А4 по ГОСТ 2.301-68 (графики и схемы можно выполнить на формате А3), в которой отражаются:

все проведённые расчёты;

принципиальные и структурные схемы электропривода, выполненные в соответствии с ЕСКД;

графики переходных процессов;

список использованных источников.

Выбор того или иного типа преобразователя, электродвигателя и т.д. должен быть обоснован.
Вариант 1, задание 6


задания

момент сопротивления на валу механизма

Момент инерции механизма

^ Минимальное время цикла работы

Максимальный коэффициент относительной продолжительности цикла

Статическая погрешность поддержания скорости

Максимальная скорость вращения механизма

^ Диапазон регулирования скорости

1

Н*м

кг*м^2

с

---

%

Об/мин




макс

мин

6

25

20

1.75

25

0.9

2.5

1000

100



Разработать САР, обеспечивающую заданную точность позиционирования механизма при максимальном активном моменте сопротивления.



Введение
Современные автоматизированные электроприводы представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя линейные и нелинейные элементы, обеспечивающие в своём взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики. Приобретение навыков проектирования, расчёта и анализа подобных систем имеет большое значение при подготовке специалистов в области автоматизации и механизации современного производства.

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного, либо поступательного движения и включающее электромеханический преобразователь (двигатель) и устройство управления двигателем.

Современные электроприводы металлорежущих станков являются основным звеном автоматизированных систем управления технологическим процессом. Механическая энергия, необходимая для создания относительного перемещения инструмента и заготовки, в основном поступает от электрического двигателя - силовой части электропривода. Задающие и информационные системы в технологическом процессе проходят через информационную часть системы управления электроприводом.

^ Свойства автоматизированного электропривода определяют важнейшие показатели металлорежущих станков, а также качество и эффективность технологического процесса.
Цель данного проекта - разработать автоматизированный электропривод следящей системы, обеспечивающей заданную точность слежения механизма при максимальной скорости задающего сигнала и максимальном моменте сопротивления.
1 Функциональная схема САР положения
Упрощённая функциональная схема САР положения приведена на рисунке:


^ Рис. Функциональная схема САР
На рисунке:

РП - регулятор положения

ДП - датчик положения

ТГ - тахогенератор

РС - регулятор скорости

М - двигатель

ТП - тиристорный преобразователь
^

2 Выбор мощности электродвигателя



Выбор мощности электродвигателя произведём по методу эквивалентных величин.

По заданию, максимальное число позиционирований механизма 200 в час, а максимальный коэффициент продолжительности цикла равен 0,7. Тогда:

- минимальное время цикла.

Мощность выбираемого электродвигателя должна удовлетворять условию:



Где Рдв – мощность двигателя

Мсмах – максимальный момент сопротивления

Wмах – максимальная скорость перемещения механизма

ред – КПД редуктора
Рдв >= 25*1000*2Пи/60/0.2>= 13.1 кВт
По справочнику выбираем электродвигатель с номинальной мощностью не менее 12 кВт:

Двигатель ПТ с НВ 2ПБ200LГ на 220 В со встроенным тахогенератором ТС-1М.



Наименование параметра

Значение

Частота вращения, n, об/мин

2360

Мощность номинальная Рн, Вт

15000

^ Ток номинальный Iн , А

75

Момент номинальный Мн , Н м

60

КПД, %

90

Частота вращения мах nmax,, об/мин

3500

Момент инерции, кг*м^2

0.3

Кратность пускового тока In/Ip

4

Сопротивление якоря, Rя, Ом

0,31

Сопротивление дополнительной обмотки , Rд, Ом

0,02

^ Индуктивность цепи якоря, мГн

1.3


Проверку двигателя проведём по методу эквивалентных величин:

Мдв ном >= Мэкв, где

Мэкв – эквивалентный момент

М дв ном – номинальный момент двигателя

Величину эквивалентного момента высчитывают по формуле:

, где
^ Мп – пусковой момент

Мт – момент торможения

М*мах – максимальный приведённый момент

М*мин – минимальный приведённый момент

tп – время пуска

tт – время торможения

- коэффициент, учитывающий условия охлаждения

- коэффициент, учитывающий условия охлаждения во время паузы
Для данного типа двигателя примем

Коэффициент можно вычислить по формуле:

, получим =0.975
Расчёт моментов пуска и торможения произведём по формулам:

^ Мп = -Мт = 4*Мном, получаем

Мп = 60*4 = 240 Н*м

Мт = -240 Н*м
Максимальный приведённый момент равен:

М*мах = Ммах/I ред, где

I ред – передаточное отношение редуктора

I ред = w двиг / w мех, где

w мех – скорость вращения механизма

w двиг – скорость вращения двигателя

W двиг = 2*П*n / 60 = 2*3.14*2360 / 60 = 247 рад/с

W мех = 2*П*nмех / 60 = 2*3.14*1000 / 60 = 105 рад/с

I ред = 247/105 = 2.35

Тогда М*мах = 25/2.35 = 10.625 Н*м
Минимальный приведённый момент равен

М*мин = 0.1*М*мах

М*мин = 0.1*10.625 = 1.0625 Н*м
Время пуска и торможения вычислим по формулам:

, где

w дв – скорость вращения вала двигателя

J* - приведённый суммарный момент инерции
J* = Jдв+Jред+Jмех/iред^2, где



Jдв – момент инерции ротора двигателя

Jред – момент инерции редуктора

Jред = 0.2*Jдв = 0.06 кг*м^2

Тогда:

J* = 0.3 + 0.06 + 1.75/2.35^2 = 0.68 кг*м^2
Тогда времена пуска и торможения:

tn = 0.7 с

tт = 0.65 с
Режим работы механизма повторно-кратковременный, нагрузочная диаграмма выглядит следующим образом:


Рис. Нагрузочная диаграмма механизма
Относительный коэффициент продолжительности цикла:

,

Откуда tp=22.5 с – время рабочего периода

Тогда tр1 = tр2 = (tр – tn - tm)/2 = (22.5-0.7-0.65)/2 = 10.575 с

Время паузы:

to = tцикла – tраб = 25 – 22.5 = 2.5 с
Произведём расчёт эквивалентного момента:
Н*м
60 > 56, значит, двигатель выбран правильно.
Нагрузочная диаграмма двигателя приведена на рисунке.



^ Рис. Нагрузочная диаграмма двигателя

3 Выбор комплекта электропривода
В качестве привода главного движения выберем электропривод, в состав которого входят следующие элементы:

-двигатель 2ПБ200LГ;

-тахогенератор встроенный ТС-1М;

-трансформатор ТТ 25;

-тиристорный преобразователь рода тока ПТТР-230-100.
Технические данные элементов электропривода:
^ Технические данные тахогенератора ТС-1М

Наименование параметра

Значение

Напряжение номинальное, Uн,В

100

Частота номинальная, nн об/мин

3000

Мощность номинальная, Pн, Вт

5

Сопротивление якоря, Rя , Ом

200



Технические данные трансформатора ТТ25

Наименование параметра

Значение

Мощность номинальная Рн, кВА

25

^ Напряжение первичной обмотки Uв.н, В

380

Напряжение вторичной обмотки Uн.н.,В

104/208/416

Мощность холостого хода Pх.х., Вт

200

Мощность короткого замыкания ,Pк.з., Вт

580

Ток номинальный Iн, А

38

^ Напряжение короткого замыкания Uк, %

10

Ток холостого хода Iх.х., А

0,15*Iн



Технические данные тиристорного преобразователя ПТТР 230-100

Наименование параметра

Значение

Напряжение номинальное Uн, В

230

Ток номинальный Iн, А

50

Ток длительный допустимый I длит.доп, А

63

Ток максимальный допустимый I max.доп, А

100

Мощность длительная, Рдлит, кВт

18,5


^

4 Определение передаточной функции электродвигателя



Двигатель постоянного тока при управлении изменением напряжения якоря представляют в виде следующей системы:

^ Рис. Структурная схема двигателя
Постоянную времени якорной цепи Тя определяют по следующей формуле:

,

где Lя.ц - индуктивность якорной цепи;

Rя.ц - сопротивление якорной цепи.

Индуктивность якорной цепи вычисляют по формуле:

,

где Lтр - приведенная индуктивность трансформатора:

Lя.д.- индуктивность якоря двигателя

Приведенную индуктивность обмотки трансформатора определяют по формуле:

,

где Zтр - полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора;

Rтр - приведенное активное сопротивление трансформатора.
Полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора вычисляют по формуле:

,

где Uк - напряжение короткого замыкания;

Pн - номинальная мощность трансформатора;

Uн - номинальное напряжение вторичной обмотки.

Подставив численные значения, получим:
^ Ом

Приведенное активное сопротивление трансформатора определяют по формуле:

,

где Pк.з.- потери при коротком замыкании.

Подставив значения в данную формулу, получим следующее значение:

^ Ом

Подставив полученные значения в формулу, получим значение приведенной индуктивности обмотки трансформатора


^ Приведенную индуктивность трансформатора определяют по формуле:

Гн

Индуктивность якоря двигателя определяют по формуле:

мГн,



Полное сопротивление якорной цепи вычисляют по формуле:



^ Сопротивление якоря двигателя:

,

где Rя - сопротивление якорной обмотки;

Rд.п - сопротивление дополнительной обмотки;

Rщ - сопротивление щеточного контакта.

Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле:
^ Ом,

Подставив значения в формулу, получим значение сопротивления якоря двигателя:

Ом


Динамическое сопротивление тиристора

,

где Uт=1В - классификационное падение напряжения на тиристоре;

Iт.н - среднее значение тока через тиристор при номинальном моменте сопротивления на двигателе.
Среднее значение тока через тиристор определяется по формуле:

^ А

Подставив полученное значение в формулу, получим:

Ом
Коммутационное сопротивление тиристора определяют по формуле

,

где m- число фаз преобразователя (для мостовой 3-фазной схемы m=6)

Ом

Подставив полученные значения в соответствующие формулы получим следующие результаты

Ом;

Гн;

с.


^

5 Определение передаточной функции тахогенератора



Так как в обратную связь принято подавать напряжение 10 В, то передаточная функция тахогенератора имеет вид:


^ Так как в обратную связь принято подавать напряжение 10 В, то необходим согласующий усилитель, коэффициент усиления рассчитан ниже.

(В*с/рад)

^

6 Определение передаточной функции датчика положения



Примем диапазон регулирования 90 градусов. Тогда, учитывая, что в обратную связь подаётся 10 В – номинальное напряжение датчика, передаточная функция будет иметь вид:


^

7 Определение передаточной функции тиристорного преобразователя



Технические данные тиристорного преобразователя ПТТР представлены в таблице 4

Передаточная функция тиристорного моста вместе с системой импульсно-фазового управления СИФУ, как правило, апроксимируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Тт.п.=0,01 с., что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы управляемого тиристорного выпрямителя.
,
где Uт.п - выходное напряжение тиристорного преобразователя;

Uу - напряжение, подаваемое на вход СИФУ тиристорного преобразователя;

Кт.п - коэффициент передачи тиристорного преобразователя.




8 Определение коэффициента разомкнутой системы
Статическая ошибка разомкнутой системы:



^ Статическая ошибка разомкнутой системы в относительных единицах:

,

где D – диапазон регулирования скорости = 100

β – жёсткость механической характеристики системы,

дельтаМ – возможный перепад момента сопротивления.


ΔМ=5, тогда:

Δωр=7.7

Δωр%=7356%

Примем Δωз%=5%

Тогда:

Крс= Δωр% / Δωз% - 1=1471

10 Настройка контура скорости
Рассмотрим контур скорости:


^ Частотные характеристики такого контура имеют вид:


Для достижения нужных свойств в контуре скорости необходимо приподнять ЛАХ, для большей устойчивости опустим ЛЧХ опустить вниз. Применим ПИ-регулятор, передаточная функция которого:

^ Техническая реализация такого регулятора на базе операционного усилителя приведена на рисунке.


Примем C= 10 мкФ, тогда

R2= T/C= 10 кОм

R1= R2= 10 кОм
Применив такой регулятор, получаем следующие логарифмические характеристики:

^ Как видно из графиков, запас устойчивости по модулю порядка 12 дб, по фазе порядка 50 градусов.
11 Настройка контура позиционирования

Рассмотрим контур позиционирования:



^ Частотные характеристики этого контура имеют вид:



Как видно из графиков, система неустойчива, т.к. кривая ЛЧХ пересекает

-180 градусов одновременно с тем, когда кривая ЛАХ пересекает 0.
Т.к. коэффициент разомкнутой системы составляет 6, а необходимый коэффициент разомкнутой системы должен быть равен 1471. Применим промежуточный усилитель, реализация и расчёт которого:


^ Для такого усилителя имеем:

Кп = R2/R1 = 1471/6 =250

R2 = 250 кОм

R1 = .1 кОм
Для достижения необходимых свойств САР ( запасы устойчивости по модулю больше 12 дБ и по фазе порядка 45 градусов ) нужно применить регулятор, который изменил бы наклон ЛАХ, не изменяя при этом Крс (коэффициент разомкнутой системы) и опустил кривую ЛЧХ. Таким регулятором может быть ИД-регулятор с передаточной функцией:




^ Техническая реализация:



T1=L1/R2

T2=T1*(1+R2/R1)
Примем L1 = 10^2 мГн, тогда

R2= 2 мОм

R1= 20 мОм


Применив такой регулятор в контуре положения, получим следующие ЛАХ и ЛФХ:



^ Запасы устойчивости системы по фазе порядка 60 градусов, по модулю примерно 13 дб.

12 Структурная схема САР положения

Структурная схема САР положения будет выглядеть следующим образом:

,
13 Исследование и анализ переходных процессов
При отсутствии момента сопротивления и подаче задающего напряжения 10 В, соответствующего 5 градусам, переходный процесс имеет следующий вид:


^ Время переходного процесса 3 секунды, перерегулирование составляет 40%.
Ток якоря:

*10 А

с

Пусковой ток порядка 180 А.
При появлении максимального момента сопротивления на 0.5 секунде, график переходного процесса примет вид:



Как видно из графиков, система плавно отрабатывает возмущения и изменения управляющего воздействия, что требуется по заданию.
При ступенчатом периодическом изменении момента сопротивления от 0 до максимального (25 Нм) – при заданном режиме работы механизма, переходный процесс выглядит следующим образом:


^ Как видно, отклонение выходной координаты (угла поворота) в пределах заданной точности.

Ток якоря в этом случае:



13 Заключение



В результате проектирования был разработан автоматизированный электропривод следящей системы, обеспечивающей заданную точность слежения механизма максимальном моменте сопротивления. Исследованы и проанализированы переходные процессы при различных режимах работы системы.

Спроектированная система удовлетворяет всем поставленным требованиям.

^

Список литературы




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



  1. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат. Ленингр.отд-ние, 1982.



  1. Зориктуев В.Ц. Автоматизированный электропривод металлорежущих станков: Учебное пособие. Уфа: УАИ, 1981.



  1. Автоматизированный электропривод. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Автоматизированный электропривод», составители: Г.Н.Коуров, В.Ц. Зориктуев, УАИ, 1989 г.



Скачать файл (229.4 kb.)

Поиск по сайту:  

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