Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовой проект (вариант 2, задание 10) - файл Курсовая по ЭМС.doc


Курсовой проект (вариант 2, задание 10)
скачать (277.8 kb.)

Доступные файлы (3):

kontur_skorosti.mdl
kontur_toka.mdl
Курсовая по ЭМС.doc519kb.26.03.2006 15:16скачать

содержание

Курсовая по ЭМС.doc

Содержание.
1 Задание. 2

2 Введение. 3

3 Выбор электропривода. 4

4 Функциональная схема САР положения. 6

5 Определение передаточных функций звеньев САР.

5.1 Определение передаточной функции электродвигателя. 7

5.2 Определение передаточной функции тиристорного преобразователя. 10

5.3 Определение передаточной функции промежуточного усилителя. 11

5.4 Определение передаточных функций датчиков. 13

6 Структурная схема САР позиционирования. 14

7 Расчёт регулятора тока. 15

8 Расчёт регулятора скорости. 18

9 Расчёт регулятора положения. 21

10 Исследование и анализ переходных процессов. 24

11 Схема электрическая принципиальная. 27

12 Спецификация. 28

13 Заключение. 30

14 Список использованной литературы. 31
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.


Вариант 2


№ задания

Максимальный момент сопротивления механизма

Момент инерции механизма

Максимальное число позиционирования механизма

Максимальный коэффициент относительной продолжительности цикла

Максимальная погрешность позиционирования

Максимальная скорость перемещения механизма

Вид движения




Н*м

кг*м^2

1/ч

---

град

рад/с

---

9

100

5

200

0.8

0.5

1

вращ


Разработать систему автоматического регулирования, обеспечивающую заданную точность позиционирования механизма при максимально активном моменте сопротивления.

Введение.
Для современного промышленного производства характерно широкое внедрение автоматизированного электропривода- основы механизации и комплексной автоматизации технологических процессов. Совершенствование систем автоматизированного электропривода с использованием новейших достижений науки и техники является одним из непременных условий при решении задач всемерного повышения эффективности промышленного производства, ускорения роста производительности труда и улучшения качества выпускаемой продукции.

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую электрическую энергию в механическую. Посредством этой системы приводятся в движение рабочие органы технологических (производственных) машин и осуществляется управление преобразованной энергией.

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
^ Выбор электропривода.
Вт (1)

В качестве привода подачи выберем электропривод типа ПТ3Р-6/220-32/2000, в состав которого входят следующие элементы:

-двигатель ПБСТ-32;

-тахогенератор ПТ1;

-трансформатор ТТ6;

-тиристорный преобразователь рода тока ПТОР-230-10.
^ Таблица 1-Технические данные двигателя ПБСТ-32

Частота вращения, n, об/мин

2200

Мощность номинальная Рн, кВт

1,5

Ток номинальный Iн, А

8

Момент номинальный Мн, Н м

6

КПД, %

79,5

Максимальная скорость при ослаблении поля, об/мин

4000

Маховый момент GD2, кг*м2

0,1

Допустимая кратность пускового момента

4

Число пар полюсов, 2p

4

Сопротивление обмотки якоря, Ом

Сопротивление обмотки добавочных полюсов, Ом

Сопротивление параллельной обмотки, Ом

0,55

0,416

600



^ Таблица 2-Технические данные трансформатора ТТ6.

Мощность номинальная Рн, кВА

6

Напряжение первичной обмотки Uв.н, В

380

Напряжение вторичной обмотки Uн.н.,В

104/208/416

Мощность холостого хода Pх.х., Вт

60

Мощность короткого замыкания ,Pк.з., Вт

180

Ток номинальный Iн, А

9,13

Напряжение короткого замыкания Uк, %

10

Ток холостого хода Iх.х., А

0,15*Iн

ТУ

16.517.090-68


^ Таблица 3-Технические данные тиристорного преобразователя ПТОР 230-10

Напряжение питания Uпит, В

380

Номинальное выпрямленное среднее напряжение Uн, В

230

Номинальный выпрямленный среднее ток Iн, А

10

Ток 10-секундной перегрузки, А

50

Номинальная мощность, кВт

1,15



^ Таблица 4-Технические данные тахогенератора ПТ-1

Напряжение Uн, В

230

Скорость вращения nн, об/мин

3000

Номинальная мощность, Рн, кВт

15

Ток, Iн, А

0,0652




^ Функциональная схема САР положения.
Упрощённая функциональная схема САР положения приведена на рисунке 1:

^ Рис 1. Функциональная схема САР.
На рисунке:

РП – регулятор положения

ДП – датчик положения

РС –регулятор скорости

ТГ – датчик скорости (тахогенератор)

М – двигатель (механизм)

ТП – тиристорный преобразователь

ОВ – обмотка возбуждения

^ Определение передаточных функций звеньев САР.
Определение передаточной функции электродвигателя
Двигатель постоянного тока при управлении изменением напряжения якоря представляют в виде следующей системы:

Рис 2. Структурная схема электродвигателя.
Постоянную времени якорной цепи Тя определяют по следующей формуле:

, (2)

где Lя.ц – индуктивность якорной цепи;

Rя.ц – сопротивление якорной цепи.

Индуктивность якорной цепи вычисляют по формуле:

, (3)

где Lтр – приведенная индуктивность трансформатора:

Lя.д.- индуктивность якоря двигателя

Приведенную индуктивность обмотки трансформатора определяют по формуле:

, (4)

где Xα – приведённое индуктивное сопротивление обмоток трансформатора;

ω – угловая частота питающей сети.

, (5)

где Zтр – полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора;

Rтр – приведенное активное сопротивление трансформатора.

Полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора вычисляют по формуле:

, (6)

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:

, (7)

где Pк.з.- потери при коротком замыкании.

Подставив значения в данную формулу, получим следующее значение:

Ом

Подставив полученные значения в формулу (5), получим значение приведенного сопротивления обмоток трансформатора



Подставив полученные значения в формулу (4), получим значение приведенной индуктивности обмотки трансформатора

Гн

Индуктивность якоря двигателя определяют по формуле:

Гн, (8)

Подставив полученные значения в формулу (3), получим значение индуктивности якорной цепи:

Гн

Полное сопротивление якорной цепи вычисляют по формуле:

(9)

Сопротивление якоря двигателя:

, (10)

где Rя – сопротивление якорной обмотки;

Rд.п – сопротивление дополнительной обмотки;

Rк.о. – сопротивление компенсационной обмотки;

Rщ – сопротивление щеточного контакта.

Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле:

Ом, (11)

Подставив значения в формулу (10), получим значение сопротивления якоря двигателя:

Ом

Динамическое сопротивление тиристора вычисляют по формуле:

, (12)

где Uт=13 В – классифицикационное 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 (13)

Подставив полученное значение в формулу (12) получим:

Ом

Коммутационное сопротивление тиристора определяют по формуле

, (14)

где m- число фаз преобразователя

Ом

Подставив полученные значения в формулы (2), (9) получим следующие результаты:

Ом;

с.

Приведённый к валу двигателя суммарный момент инерции механических элементов привода

, (15)

кг*м2 (16)

кг*м2 (17)

Передаточное отношение редуктора определим по формуле:

(18)

Подставив полученные значения в формулу (15) получим:

кг*м2

Передаточный коэффициент двигателя постоянного тока при регулировании скорости изменением подводимого напряжения к якорю

(19)

В*с/рад (20)

рад/В*с.

Конструктивный коэффициент машины определим по формуле:

Н*м/А (21)
Определение передаточной функции тиристорного преобразователя.
Технические данные тиристорного преобразователя ПТОР-230-10 представлены в таблице 3.

Передаточная функция тиристорного моста вместе с системой импульсно-фазового управления СИФУ, как правило, апроксимируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Тт.п в пределах от 0,006 до 0,01 с., что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы управляемого тиристорного выпрямителя (тиристорного преобразователя).

, (22)

где Uт.п – выходное напряжение тиристорного преобразователя;

Uу – напряжение, подаваемое на вход СИФУ тиристорного преобразователя;

Кт.п – коэффициент передачи тиристорного преобразователя.

Следует отметить, что коэффициент тиристорного преобразователя не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от величины управляющего напряжения.





Принимая во внимание, что Ттп=0,007 с. передаточная функция тиристорного преобразователя будет иметь вид:




^ Определение передаточной функции промежуточного усилителя.
В современных тиристорных приводах постоянного тока для улучшения статических и динамических характеристик системы в промежуточные усилители вводятся различные корректирующие цепи, чем обеспечивается регулирование необходимых динамических свойств системы.

В системах позиционирования статическая ошибка, приведенная к валу двигателя при вращательном движении механизма определяется из выражения:

, (23)

где kрс – коэффициент усиления разомкнутой системы;

i – передаточное отношение редуктора;

Mc – момент сопротивления;

β- жёсткость механической характеристики системы;

δзад – заданная погрешность позиционирования.

Жёсткость механической характеристики системы определяется из выражения:

(24)

Ток короткого замыкания определим по формуле:

А (25)

Уравнение электромеханической характеристики имеет вид:

(26)

Подставляя значения Iкз, Iн, ωн находим значение скорости идеального холостого хода ω0=478,015 рад/с.

Учитывая, что электромеханическая и механическая характеристики представляют собой прямую линию, определим жёсткость механической характеристики:

Н*м*с/рад

Подставив полученные значения в формулу (23) найдём коэффициент усиления разомкнутой системы:

рад/В

Коэффициент усиления разомкнутой системы:

(27)

Из формулы (27) найдём коэффициент усиления промежуточного усилителя:

(28)
Техническая реализация промежуточного усилителя представлена на рисунке 3



^ Рис3. Промежуточный усилитель.

Произведём расчёт параметров звена

kпр.ус=R8/R7

R7=10кОм ; R8=1МОм
Определение передаточных функций датчиков.
Определение передаточной функции датчика тока.

Передаточная функция датчика тока определяется следующим образом:

В/А

где Iн- номинальный ток двигателя.
^ Определение передаточной функции датчика скорости

Технические данные тахогенератора П-1 представлены в таблице 4

Передаточная функция тахогенератора имеет вид

В*с/рад
Так как в обратную связь принято подавать напряжение 10 В, то необходим согласующий усилитель, коэффициент усиления которого равен:

,

Тогда

В*с/рад

Согласующее устройство выполним на базе делителя напряжения.



Примем R1=10 Ом R2=200 Ом.
^ Определение передаточной функции датчика положения

Примем диапазон регулирования 1800 или 3,14 рад. Тогда, учитывая, что в обратную связь подаётся 10 В, передаточная функция будет иметь вид:

В/рад
Структурная схема САР позиционирования



Расчёт регулятора тока.
Для расчёта регулятора тока необходимо преобразовать данную структурную схему к виду:



Для расчёта регулятора тока воспользуемся частотным методом с использованием ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы.

Синтез регуляторов с помощью логарифмических частотных характеристик производится в таком порядке. Вначале строятся ЛАЧХ Lнск(ω) и ЛФЧХ φнск(ω) нескорректированной системы. Далее определяют желаемую ЛАЧХ системы, т. е. ЛАЧХ, при которой выполняются заданные требования к качеству управления. Желаемая ЛАЧХ Lск(ω) (её обычно обозначают Lж(ω)) скорректированной системы состоит из нескольких основных участков:

  1. низкочастотный. Определяет установившиеся детерминированные режимы.

  2. среднечастотный. Определяет качество переходного процесса (перерегулирование, время переходного процесса).

  3. высокочастотный. Не оказывает существенного влияния на качество переходного процесса, поэтому её принимают совпадающей с ЛАЧХ нескорректированной системы.

Учитывая выше сказанное, произведём синтез регулятора тока.

Переходной процесс контура тока представлен на рисунке 4, а ЛЧХ на рисунке 5


^ Рис4. Переходной процесс контура тока.
Как видно из рисунков система обладает большой колебательностью, большим перерегулированием σ=75% и малым запасом по фазе ∆ φ=60. Для улучшения качества переходного процесса в качестве регулятора применим интегро-дифференцирующее звено. Скорректированная система должна обеспечить запас по фазе ∆ φ=660.




Рис5. ЛЧХ контура тока.
Постоянные времени определим из графиков ЛЧХ.

T1= 0,12с; T2=0,00526с; T3=0,0039с; T4=0,00017с.

Переходной процесс скорректировано системы представлен на рисунке 6. Из рисунка видно что перерегулирование системы σ=4%, а время переходного процесса tп=8*10-4с.

Техническая реализация данного звена представлена на рисунке 7.

Произведём расчёт параметров звена.

T1+T4=T2+(1+R1/R2)T3

T2=R1C1

T3=R2C2

Подставляя значения постоянных времени определяем параметры звена:

R1=10 кОм R2=1 кОм C1=6 мкФ C2=10 мкФ.



Рис 6. Переходной процесс скорректировано системы.



Рис 7. Техническая реализация регулятора тока.

Расчёт регулятора скорости.
Для расчёта регулятора скорости необходимо преобразовать данную структурную схему к виду:


Произведём синтез регулятора скорости.

Переходной процесс контура скорости представлен на рисунке 8, а ЛЧХ на рисунке 9


^ Рис 8. Переходной процесс контура скорости
Как видно из рисунков система обладает малым быстродействием. Для улучшения качества переходного процесса в качестве регулятора применим пропорционально-интегральный регулятор. Скорректированная система должна обеспечить запас по фазе ∆ φ=650 и по амплитуде ∆L=13 дб .






Рис 9. ЛЧХ контура скорости.
Постоянные времени определим из графиков ЛЧХ.

T= 20с; k=80.

Переходной процесс скорректировано системы представлен на рисунке 10. Из рисунка видно что перерегулирование системы σ=2,7%, а время переходного процесса tп=0,0015с.

Техническая реализация данного звена представлена на рисунке 11.

Произведём расчёт параметров звена.

Т=С*R2

k=R2/R1

Подставляя значения постоянных времени определяем параметры звена:

R1=12,5 кОм R2=1 Мом C=20 мкФ.


Рис 10. Переходной процесс скорректированной системы.



Рис 11. Техническая реализация регулятора скорости.

Расчёт регулятора положения.
Для расчёта регулятора положения необходимо преобразовать данную структурную схему к виду:


Произведём синтез регулятора положения.

Переходной процесс контура положения представлен на рисунке 12, а ЛЧХ на рисунке13.


^ Рис 12. Переходной процесс контура положения.
Как видно из рисунков система обладает малым быстродействием. Для улучшения качества переходного процесса в качестве регулятора применим пропорционально-интегральный регулятор. Скорректированная система должна обеспечить запас по фазе ∆ φ=600 и по амплитуде ∆L=12 дб .






Рис 13. ЛЧХ контура положения.
Постоянные времени определим из графиков ЛЧХ.

T= 10с; k=90.

Переходной процесс скорректировано системы представлен на рисунке 14. Из рисунка видно что перерегулирование системы σ=3,8%, а время переходного процесса tп=0,0031с.

Техническая реализация данного звена представлена на рисунке 15

Произведём расчёт параметров звена.

Т=С*R2

k=R2/R1

Подставляя значения постоянных времени определяем параметры звена:

R1=10 кОм R2=1 Мом C=10 мкФ.


Рис 14. Переходной процесс скорректированной системы.



Рис 15. Техническая реализация регулятора положения.
Исследование и анализ переходных процессов.
Для анализа переходного процесса определим нагрузочную диаграмму двигателя, так как она учитывает изменение момента в переходных режимах.



Учитывая режим работы механизма (повторно кратковременный ), построим нагрузочную диаграмму двигателя.



Определим значения tр1, tр2, tо

с

Относительная продолжительность включения определяется по формуле:



Найдём значения времени работы при Мс=Мсmax и Мс=Мсmin

с

с

Таким образом время отдыха определим из формулы:

с

Примем Мсmin=0,1*Мсmax

Приведём момент сопротивления к валу двигателя на основе закона равновесия мощностей на валу двигателя и на валу редуктора

Н*м

Примем Мсmin=0,1*Мсmax=0,318 Н*м

Переходной процесс системы при отсутствии момента сопротивления изображён на рисунке

Переходной процесс системы при подаче момента сопротивления изображённого на рисунках 16 и 17 будет иметь вид. Из рисунков видно что система даёт погрешность меньше предъявленной в задании.


^ Рис 16. Переходной процесс системы при подаче момента сопротивления.


Рис 17. Переходной процесс системы при подаче момента сопротивления

Заключение.
При выполнении данного курсового проекта была освоена методика проектирования автоматизированного электропривода.

В результате проектирования был разработан автоматизированный электропривод системы позиционирования, обеспечивающий заданную точность позиционирования механизма при максимальной скорости задающего сигнала и максимальном моменте сопротивления. Исследованы и проанализированы переходные процессы при различных режимах работы системы.

Спроектированная система удовлетворяет всем поставленным требованиям.
^ Список использованной литературы.
1) Автоматизированный электропривод. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Автоматизированный электропривод», составители: Г.Н.Коуров, В.Ц. Зориктуев, УАИ, 1989.

2) Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат, 1982.

3) Зимин Е. М., Яковлев В. И. Автоматическое управление электроприводом. - М.: Энергия, 1979.

4) Зориктуев В. Ц. Автоматизированный электропривод металлорежущих станков: Учебное пособие. – Уфа, 1981.

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

6) Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1981

7) Электротехнический справочник (в 3-х томах ). Под общей редакцией М. Г. Чиликина. - М.: Энергия, 1975.


Скачать файл (277.8 kb.)

Поиск по сайту:  

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