Содержание
Введение
Определение структуры и параметров объекта управления
Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Разработка принципиальной электрической схемы
Список литературы
Введение
На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой – электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной – система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.
1. Определение структуры и параметров объекта управления
В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.
Технические данные двигателя Д12:
Номинальная мощность 2.5кВт
Напряжение питания якоря 220В
Напряжение питания ОВ 220В
Номинальный ток якоря 14.6А
Номинальная частота вращения 1140 об/мин
Максимальная частота вращения 3600 об/мин
Момент инерции якоря 0.05 кг*м2
Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах.
Номинальная скорость привода:
/>
Максимальная скорость привода:
/>
Номинальный момент:
/>
Машинная постоянная:
/>
Скорость идеального холостого хода:
/>
Сопротивление обмотки якоря:
/>
Индуктивность обмотки якоря:
/>
Жесткость механической характеристики:
/>
Электромагнитная постоянная времени:
/>
Механическая постоянная времени:
/>
Принимаем ток возбуждения равным: />
Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:/>
Сопротивление обмотки возбуждения:
/>
Индуктивность обмотки возбуждения:
/>
Расчитаем параметры упругой двухмассовой системы.
Согласно заданию на курсовой проект />
Частота упругих колебаний />
Коэффициент соотношения масс />, тогда />
/>,
тогда жесткость двухмассовой системы
/>
Постоянная времени двухмассовой системы
/>
По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с />
ТП в цепи якоря
Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.
Условие сглаживания тока:
/>,
/>
Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор
/>
ШИП в цепи возбуждения
Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.
3. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Составим структурную схему модели электропривода
Рис. 1 Структурная схема СЭП.
Настройка.
1. Контур тока якоря.
Задание на номинальный ток якоря 10В, тогда />,
коэффициент передачи тиристорного стабилизатора: />.
Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения />.
/>
2. Контур тока возбуждения
Задание на номинальный ток 10В, тогда />.
Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то />. Принимаем />.
/>
3. Контур скорости
Задание на скорость 10В, тогда />.
/>
Для разгона ЭП до />нужно подать задание на скорость
/>.
4. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Расчетный режим работы />
Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом
/>
Максимальная скорость в режиме слежения
--PAGE_BREAK--/>
Расчетная частота />
Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:
/>, принимаем />
Установившаяся ошибка должна быть/>
/>
Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.
На рис. 4 блок Subsystem – блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 – блок, моделирующий определения угла управления из уравнения />. Где Uу – напряжение управления, приведенное к стандартному ряду -10…10В, Um – максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале -10…10В.
В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.
Моделирование.
Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.
/>
Рис. 3 Графики зависимостей />.
Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.
/>
Рис. 4 Переходный процесс по току якоря
/>
Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме
Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*Iном= 0.2*14.6 = 2.92 А
Отработка приводом синусоидального задания с />
/>
Рис. 6 Графики зависимостей />.
Проведем эксперимент отработки приводом задания />
/>
Рис. 7 Графики зависимостей />.
Полоса пропускания привода />, при />
/>
Рис. 8 Графики зависимостей />.
5. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов
Контур тока якоря.
/>
Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная
Принимаем />,
/>
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Технические данные ДТХ – 10:
Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5
Диапазон рабочих температур -20…+80 С
Основная и приведенная погрешность 1%
Нелинейность выходной характеристики 0.1%
Номинальный ток 10 А
Коэффициент передачи 1:2000
Полоса пропускания 1…50000Гц
Источник питания 15В 10%
Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток />, тогда выходной ток />
/>
Рис. 10 Схема формирования сигнала — (UЗТЯ — UОТЯ)
Принимаем />,
/>
Выбираем:
R9, R12, R13, R17, R19– C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R6– C2-29В-0.125-7.3 Ом±0.05%
R21– C2-29В-0.125-192 Ом±0.05%
С17– К73-17-63В-12.3 мкФ±0.5%
VD2 – КС210Б
DA1.4, DA1.6, DA1.8 – К140УД17А
DA2 – AD1403
Контур скорости
Выберем тахогенератор ТГП-60.
Технические данные ТГП-60:
Номинальная частота вращения 1500 об/мин
Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин)
Нелинейность выходного напряжения 0.1 %
Асимметрия выходного напряжения 0.2 %
Коэффициент пульсации 2.5%
Сопротивление нагрузки 6 кОм
Температурный коэффициент
выходного напряжения 0.01%/0С
Момент инерции ротора 10-5 кг/м2
Статический момент трения 10-2 Нм
Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора />.
/>
Рис. 11 Схема формирования сигнала КРС(- UЗС + UОС)
Принимаем />,
продолжение --PAGE_BREAK--/>
/>
/>
Всвязи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.
Принимаем постоянную времени фильтра />с.
/>
Выходной сигнал ограничивается на уровне 10В стабилитроном с напряжением стабилизации 10В.
Выбираем:
R1– C2-29В-0.125-87.4 кОм±0.05%
R2, R5, R7 – C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R3, R4– C2-29В-0.125-145 Ом±0.05%
С1 – К73-17-63В-46 пФ±0.5%
VD1 – КС210Б
DA1.1, DA1.2 – К140УД17А
Блок компенсации по первой производной скорости:
/>
Рис. 12 Схема формирования сигнала (КК ∙р)
Принимаем />,
/>
Выбираем:
R8– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
С4 – К73-17-63В-1.5 мкФ±0.5%
DA1.3 – К140УД17А
Контур тока возбуждения
/>
Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная
Принимаем />,
/>
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
/>
Рис. 14 Схема формирования сигнала (- UОТВ)
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Принимаем />,
/>
Выбираем:
R10– C2-29В-0.125-73 Ом±0.05%
R11– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
R20, R23, R24 – C2-29В-0.125-1 кОм±0.05%
R22– C2-29В-0.125-12.5 кОм±0.05%
С18– К73-17-63В-16 мкФ±0.5%
С23– К73-17-63В-4 мкФ±0.5%
VD3 – КС210Б
DA1.5, DA1.9, DA1.10 – К140УД17А
Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы – К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%.
Список используемой литературы
Справочник по электрическим машинам: В 2т./Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988, — 456с.
Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение,1982, — 392с.
Ключев В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001, — 704 с.
Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. – СПб.: кОРОНА принт, 2001, — 320 с.
Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др. – М.: Б. И., 1996, — 157 – 300 с.
Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, — 560 С.
Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. – М.: энергоатомиздат, 1990, — 288 с.
www.ronl.ru
Содержание
Введение
Определение структуры и параметров объекта управления
Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Разработка принципиальной электрической схемы
Список литературы
Введение
На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой – электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной – система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.
1. Определение структуры и параметров объекта управления
В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.
Технические данные двигателя Д12:
Номинальная мощность 2.5кВт
Напряжение питания якоря 220В
Напряжение питания ОВ 220В
Номинальный ток якоря 14.6А
Номинальная частота вращения 1140 об/мин
Максимальная частота вращения 3600 об/мин
Момент инерции якоря 0.05 кг*м2
Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах.
Номинальная скорость привода:
/>
Максимальная скорость привода:
/>
Номинальный момент:
/>
Машинная постоянная:
/>
Скорость идеального холостого хода:
/>
Сопротивление обмотки якоря:
/>
Индуктивность обмотки якоря:
/>
Жесткость механической характеристики:
/>
Электромагнитная постоянная времени:
/>
Механическая постоянная времени:
/>
Принимаем ток возбуждения равным: />
Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:/>
Сопротивление обмотки возбуждения:
/>
Индуктивность обмотки возбуждения:
/>
Расчитаем параметры упругой двухмассовой системы.
Согласно заданию на курсовой проект />
Частота упругих колебаний />
Коэффициент соотношения масс />, тогда />
/>,
тогда жесткость двухмассовой системы
/>
Постоянная времени двухмассовой системы
/>
По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с />
ТП в цепи якоря
Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.
Условие сглаживания тока:
/>,
/>
Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор
/>
ШИП в цепи возбуждения
Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.
3. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Составим структурную схему модели электропривода
Рис. 1 Структурная схема СЭП.
Настройка.
1. Контур тока якоря.
Задание на номинальный ток якоря 10В, тогда />,
коэффициент передачи тиристорного стабилизатора: />.
Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения />.
/>
2. Контур тока возбуждения
Задание на номинальный ток 10В, тогда />.
Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то />. Принимаем />.
/>
3. Контур скорости
Задание на скорость 10В, тогда />.
/>
Для разгона ЭП до />нужно подать задание на скорость
/>.
4. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Расчетный режим работы />
Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом
/>
Максимальная скорость в режиме слежения
--PAGE_BREAK--/>
Расчетная частота />
Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:
/>, принимаем />
Установившаяся ошибка должна быть/>
/>
Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.
На рис. 4 блок Subsystem – блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 – блок, моделирующий определения угла управления из уравнения />. Где Uу – напряжение управления, приведенное к стандартному ряду -10…10В, Um – максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале -10…10В.
В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.
Моделирование.
Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.
/>
Рис. 3 Графики зависимостей />.
Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.
/>
Рис. 4 Переходный процесс по току якоря
/>
Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме
Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*Iном= 0.2*14.6 = 2.92 А
Отработка приводом синусоидального задания с />
/>
Рис. 6 Графики зависимостей />.
Проведем эксперимент отработки приводом задания />
/>
Рис. 7 Графики зависимостей />.
Полоса пропускания привода />, при />
/>
Рис. 8 Графики зависимостей />.
5. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов
Контур тока якоря.
/>
Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная
Принимаем />,
/>
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Технические данные ДТХ – 10:
Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5
Диапазон рабочих температур -20…+80 С
Основная и приведенная погрешность 1%
Нелинейность выходной характеристики 0.1%
Номинальный ток 10 А
Коэффициент передачи 1:2000
Полоса пропускания 1…50000Гц
Источник питания 15В 10%
Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток />, тогда выходной ток />
/>
Рис. 10 Схема формирования сигнала — (UЗТЯ — UОТЯ)
Принимаем />,
/>
Выбираем:
R9, R12, R13, R17, R19– C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R6– C2-29В-0.125-7.3 Ом±0.05%
R21– C2-29В-0.125-192 Ом±0.05%
С17– К73-17-63В-12.3 мкФ±0.5%
VD2 – КС210Б
DA1.4, DA1.6, DA1.8 – К140УД17А
DA2 – AD1403
Контур скорости
Выберем тахогенератор ТГП-60.
Технические данные ТГП-60:
Номинальная частота вращения 1500 об/мин
Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин)
Нелинейность выходного напряжения 0.1 %
Асимметрия выходного напряжения 0.2 %
Коэффициент пульсации 2.5%
Сопротивление нагрузки 6 кОм
Температурный коэффициент
выходного напряжения 0.01%/0С
Момент инерции ротора 10-5 кг/м2
Статический момент трения 10-2 Нм
Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора />.
/>
Рис. 11 Схема формирования сигнала КРС(- UЗС + UОС)
Принимаем />,
продолжение --PAGE_BREAK--/>
/>
/>
Всвязи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.
Принимаем постоянную времени фильтра />с.
/>
Выходной сигнал ограничивается на уровне 10В стабилитроном с напряжением стабилизации 10В.
Выбираем:
R1– C2-29В-0.125-87.4 кОм±0.05%
R2, R5, R7 – C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R3, R4– C2-29В-0.125-145 Ом±0.05%
С1 – К73-17-63В-46 пФ±0.5%
VD1 – КС210Б
DA1.1, DA1.2 – К140УД17А
Блок компенсации по первой производной скорости:
/>
Рис. 12 Схема формирования сигнала (КК ∙р)
Принимаем />,
/>
Выбираем:
R8– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
С4 – К73-17-63В-1.5 мкФ±0.5%
DA1.3 – К140УД17А
Контур тока возбуждения
/>
Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная
Принимаем />,
/>
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
/>
Рис. 14 Схема формирования сигнала (- UОТВ)
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Принимаем />,
/>
Выбираем:
R10– C2-29В-0.125-73 Ом±0.05%
R11– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
R20, R23, R24 – C2-29В-0.125-1 кОм±0.05%
R22– C2-29В-0.125-12.5 кОм±0.05%
С18– К73-17-63В-16 мкФ±0.5%
С23– К73-17-63В-4 мкФ±0.5%
VD3 – КС210Б
DA1.5, DA1.9, DA1.10 – К140УД17А
Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы – К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%.
Список используемой литературы
Справочник по электрическим машинам: В 2т./Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988, — 456с.
Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение,1982, — 392с.
Ключев В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001, — 704 с.
Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. – СПб.: кОРОНА принт, 2001, — 320 с.
Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др. – М.: Б. И., 1996, — 157 – 300 с.
Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, — 560 С.
Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. – М.: энергоатомиздат, 1990, — 288 с.
www.ronl.ru
Содержание
Введение
1.Определение структуры и параметров объекта управления
2.Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
3.Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
4.Разработка принципиальной электрической схемы
Список литературы
Введение
На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой – электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной – система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.
1. Определение структуры и параметров объекта управления
В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.
Технические данные двигателя Д12:
Номинальная мощность 2.5кВт
Напряжение питания якоря 220В
Напряжение питания ОВ 220В
Номинальный ток якоря 14.6А
Номинальная частота вращения 1140 об/мин
Максимальная частота вращения 3600 об/мин
Момент инерции якоря 0.05 кг*м2
Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах.
Номинальная скорость привода:
Максимальная скорость привода:
Номинальный момент:
Машинная постоянная:
Скорость идеального холостого хода:
Сопротивление обмотки якоря:
Индуктивность обмотки якоря:
Жесткость механической характеристики:
Электромагнитная постоянная времени:
Механическая постоянная времени:
Принимаем ток возбуждения равным:
Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:
Сопротивление обмотки возбуждения:
Индуктивность обмотки возбуждения:
Расчитаем параметры упругой двухмассовой системы.
Согласно заданию на курсовой проект
Частота упругих колебаний
Коэффициент соотношения масс , тогда
,
тогда жесткость двухмассовой системы
Постоянная времени двухмассовой системы
По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с
ТП в цепи якоря
Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.
Условие сглаживания тока:
,
Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор
ШИП в цепи возбуждения
Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.
3. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Составим структурную схему модели электропривода
Рис. 1 Структурная схема СЭП.
Настройка.
1. Контур тока якоря.
Задание на номинальный ток якоря 10В, тогда ,
коэффициент передачи тиристорного стабилизатора: .
Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения .
2. Контур тока возбуждения
Задание на номинальный ток 10В, тогда .
Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то . Принимаем .
3. Контур скорости
Задание на скорость 10В, тогда .
Для разгона ЭП до нужно подать задание на скорость
.
4. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Расчетный режим работы
Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом
Максимальная скорость в режиме слежения
Расчетная частота
Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:
, принимаем
Установившаяся ошибка должна быть
Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.
На рис. 4 блок Subsystem – блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 – блок, моделирующий определения угла управления из уравнения . Где Uу – напряжение управления, приведенное к стандартному ряду -10…10В, Um – максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале -10…10В.
В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.
Моделирование.
1. Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.
Рис. 3 Графики зависимостей .
Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.
Рис. 4 Переходный процесс по току якоря
Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме
Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*Iном = 0.2*14.6 = 2.92 А
Отработка приводом синусоидального задания с
Рис. 6 Графики зависимостей .
Проведем эксперимент отработки приводом задания
Рис. 7 Графики зависимостей .
Полоса пропускания привода , при
Рис. 8 Графики зависимостей .
5. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов
1. Контур тока якоря.
Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная
Принимаем ,
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Технические данные ДТХ – 10:
Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5
Диапазон рабочих температур -20…+80 0С
Основная и приведенная погрешность 1%
Нелинейность выходной характеристики 0.1%
Номинальный ток 10 А
Коэффициент передачи 1:2000
Полоса пропускания 1…50000Гц
Источник питания 15В 10%
Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток , тогда выходной ток
Рис. 10 Схема формирования сигнала — (UЗТЯ — UОТЯ )
Принимаем ,
Выбираем:
R9, R12, R13, R17, R19 – C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R6 – C2-29В-0.125-7.3 Ом±0.05%
R21 – C2-29В-0.125-192 Ом±0.05%
С17 – К73-17-63В-12.3 мкФ±0.5%
VD2 – КС210Б
DA1.4, DA1.6, DA1.8 – К140УД17А
DA2 – AD1403
2. Контур скорости
Выберем тахогенератор ТГП-60.
Технические данные ТГП-60:
Номинальная частота вращения 1500 об/мин
Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин)
Нелинейность выходного напряжения 0.1 %
Асимметрия выходного напряжения 0.2 %
Коэффициент пульсации 2.5%
Сопротивление нагрузки 6 кОм
Температурный коэффициент
выходного напряжения 0.01%/0С
Момент инерции ротора 10-5 кг/м2
Статический момент трения 10-2 Нм
Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора .
Рис. 11 Схема формирования сигнала КРС (- UЗС + UОС )
Принимаем ,
Всвязи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.
Принимаем постоянную времени фильтра с.
Выходной сигнал ограничивается на уровне 10В стабилитроном с напряжением стабилизации 10В.
Выбираем:
R1 – C2-29В-0.125-87.4 кОм±0.05%
R2, R5, R7 – C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R3, R4 – C2-29В-0.125-145 Ом±0.05%
С1 – К73-17-63В-46 пФ±0.5%
VD1 – КС210Б
DA1.1, DA1.2 – К140УД17А
Блок компенсации по первой производной скорости:
Рис. 12 Схема формирования сигнала (КК ∙р)
Принимаем ,
Выбираем:
R8 – C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
С4 – К73-17-63В-1.5 мкФ±0.5%
DA1.3 – К140УД17А
3. Контур тока возбуждения
Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная
Принимаем ,
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
Рис. 14 Схема формирования сигнала (- UОТВ )
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Принимаем ,
Выбираем:
R10 – C2-29В-0.125-73 Ом±0.05%
R11 – C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
R20, R23, R24 – C2-29В-0.125-1 кОм±0.05%
R22 – C2-29В-0.125-12.5 кОм±0.05%
С18 – К73-17-63В-16 мкФ±0.5%
С23 – К73-17-63В-4 мкФ±0.5%
VD3 – КС210Б
DA1.5, DA1.9, DA1.10 – К140УД17А
Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы – К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%.
1. Справочник по электрическим машинам: В 2т./Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988, — 456с.
2. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение,1982, — 392с.
3. Ключев В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001, — 704 с.
4. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. – СПб.: кОРОНА принт, 2001, — 320 с.
5. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др. – М.: Б. И., 1996, — 157 – 300 с.
6. Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, — 560 С.
7. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. – М.: энергоатомиздат, 1990, — 288 с.
www.ronl.ru
ессе разбега ротора постепенно уменьшают. После запуска асинхронного электродвигателя обмотку ротора замыкают накоротко. Для уменьшения потерь на трение и износа щеток их обычно поднимают щеткоподъемным приспособлением, которое перед этим замыкает накоротко обмотку ротора через кольца.
Частоту вращения асинхронного электромотора регулируют в основном изменением числа пар полюсов, сопротивления, включенного в цепь ротора, изменением частоты питающего тока, а также каскадным включением нескольких машин. Направление вращения асинхронного электромотора изменяют переключением любых двух фаз обмотки статора.
Асинхронный электродвигатель благодаря простоте в производстве и надежности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Основные недостатки асинхронного двигателя ограниченный диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения асинхронного двигателя в автоматических регулируемых электроприводах [3].
3 Синхронный электропривод
Важным достоинством синхронных машин является их способность экономичного генерирования и потребления реактивной мощности, так как они возбуждаются постоянным током. Поэтому они используются как генераторы на электростанциях, а также как компенсаторы. В специальных приводах синхронные машины используются и в качестве двигателей. Из-за наличия системы возбуждения электромагнитные процессы в синхронной машине сложны, и еще сложнее эти процессы протекают в случае применения двух обмоток возбуждения, дающих возможность существенно улучшить рабочие свойства машины, повысить ее устойчивость, энергетические показатели [12].
Схема неявнополюсной синхронной машины основного исполнения представлена на (рисунке 3). Обмотка якоря 1 расположена в пазах статора, а обмотка возбуждения 2 на роторе. Демпферной обмоткой являются пазовые клинья и стальной массивный ротор 3. Мощность возбуждения составляет несколько процентов мощности машины, поэтому в этом исполнении щеточный аппарат работает надежно, а так как в обмотке возбуждения протекает постоянный ток, для его подвода требуются два кольца и две щетки.
Рисунок 3 Схема синхронного двигателя [1]
Переходные процессы в ЭП с СД отличаются большим разнообразием и сложностью. Они возникают при пуске и торможении (остановке) СД, при синхронизации его с сетью, увеличении (набросе) снижении (сбросе), механической нагрузки, регулировании тока в возбуждения, изменении напряжения питающей сети, вызываемом в т числе и короткими замыканиями в электрических сетях и линиях электропередач. Изучение этих переходных процессов представляет собой сложную задачу. Определяется это тем, что СД имеет несколько обмоток статора, возбуждения и пусковую, обтекаемые переменным и постоянным токами, которые магнитно связаны друг с другом и в процессе работы двигателя непрерывно меняют расположение относительно друг друга. Кроме того, во многих случаях необходимо учитывать и взаимодействие СД и питающей сети [1].
В общем случае переходные процессы в синхронном ЭП являются электромеханическими, т. е. процессы в электрической и механической частях ЭП связаны друг с другом и имеют, как правило, колебательный характер [4].
4 Электропривод с вентильным двигателем
Вентильным называется синхронный двигатель с электронным коммутатором напряжения, к которому подключена обмотка статора, и датчиком положения ротора, установленным на вал двигателя и управляющим работой коммутатора в зависимости с положения ротора. Датчик положения ротора генерирует периодические сигналы, по которым открываются и закрываются ключи коммутатора, подключающего к сети соответствующие обмотки статора. В результате этого магнитное поле статора вращается с той же средней скоростью, что и ротор [5].
Простейшей схемой вентильного двигателя является двухфазная схема, но наибольшее применение нашла трехфазная схема (рисунок 4). В этой схеме вентильная коммутация осуществляется трехфазным инвертором.
Рисунок 4 Схема трехфазного двигателя [1]
Система вентильной коммутации обычно состоит из датчика синхронизирующих сигналов, системы формирования сигналов управления и управляемого коммутатора.
Датчик синхронизирующих сигналов задает порядок и частоту переключения элементов коммутатора. При позиционном управленииэто датчик положения ротора, а при фазовомдатчик фазы напряжения якорной обмотки. Датчик положения ротора представляет собой встроенный в машину узел, состоящий из чувствительных элементов, закрепленных на статоре, и сигнальных элементов, закрепленных на роторе. Обычно используются фотоэлектрические или магнитомодуляционные датчики.
Система формирования сигналов управления обеспечивает усиление и формирование синхронизирующих сигналов.
Управляемый коммутатор осуществляет бесконтактные переключения в силовых цепях вентильного двигателя. Управляемый коммутатор выполняется на полупроводниковых приборах или других переключающих элементах, например герконах.
В управляемых коммутаторах на полупроводниковых приборах используются полностью управляемые приборы (транзисторы, двухоперационные тиристоры) и не полностью управляемые (тиристоры, семисторы). В настоящее время наибольшее распр
www.studsell.com
Пермский государственный технический университет.
Кафедра электрификации и автоматизации
горных предприятий. Курсовая работа. « Расчёт и выбор оборудования электропривода
по системе генератор-двигатель» Выполнил студент группы
Утверждаю: Зав. кафедрой А. Д. Динкель
« ___ « ____________ 1999 г.
Задание
по курсовому проектированию
Студенту Олейнику Виктору Владиславовичу____________________
I. Тема проекта Расчёт параметров и выбор электрооборудования ___
___________по системе “Генератор-двигатель”_____________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
II. Срок сдачи законченного проекта _______20 января 1999 г._______
III. Исходные данные к проекту:
а) программа и стабильность ______ ________________________________
__ ___ ____
б) режим работы ______курсовая работа____ _____________________
в) наименование объекта________________________________________г) особые указания_____________________________________________
___ _ F1= 13т; F2= 16.25т; F3= 10.5т; F4= 3.3т; F5=5.3т;____ __________________ __t1=13; t2=20; t3=52; t4=20; t5= 13;___________ _ _________________ _ n1=n4= 4 об/мин_____ ______________
_______________________________n2=n3=26об/мин____________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________
IV. Содержание расчётно-пояснительной записки, перечень подлежащих разработке вопросов:
1. Введение__________________________________________
2. Расчёт мощности двигателя, техническая_______________ характеристика выбранного двигателя__________________ __________
3. Расчёт параметров и выбор другого силового___________ электрооборудования (в соответствии с составленной силовой_________ схемой)._______________________________________________________
4. Составление структурной схемы электропривода_ _ (включая___ САР).____ _ ____________________ ____
5. Расчёт параметров структурной схемы_САР привода. _ ______ _
_____________ ___
6. Расчёт статических характеристик привода:______ _ регулировочных,_механических характеристик в разомкнутой_________ и_замкнутой системах.__ _________
7. Расчёт переходных процессов в разомкнутой и замкнутой___
системах.______________________________________________________
8. Выводы._ ________________________________________ Дата выдачи задания « ____» ________________ 1999г. Консультант __________________ Задание принято к исполнению ____________________ Разработал _______ /Олейник В.В./ 2. Содержание.
1. Задание.
2. Содержание.
3. Введение.
4. Силовая схема привода.
5. Расчет и выбор силового электрооборудования привода.
6. Составление структурной схемы привода и расчет ее
параметров
7. Расчет статических характеристик привода.
8. Расчет регулировочной характеристики привода.
9. Расчет динамических характеристик привода.
10. Заключение.
11.Список литературы3. Введение.
Современные автоматизированные электроприводы представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя различные линейные и нелинейные элементы (двигатели, генераторы, усилители, полупроводниковых и другие элементы), обеспечивающие в своем взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики.
Электропривод по системе Г-Д с тиристорным возбуждением генератора находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Достаточно сказать, что большинство мощных электроприводов постоянного тока различного назначения выполнены по системе Г-Д. Это объясняется рядом ее важных преимуществ по сравнению с другими приводами;
-высокая жесткость механических характеристик;
-ббольшой диапазон и плавность регулирования скорости;
-отсутствие пусковых сопротивлений и потерь энергии в них;
-простота реверса двигателя без переключений в цепи якоря;
-ппростота перевода привода в режимы торможения с рекуперацией энергии в сеть;
-относительная простота схемного решения системы управления приводом, не требующая высокой квалификации обслуживающего персонала. Наряду с перечисленными достоинствами система Г-Д не лишена существенных недостатков, к числу которых относятся:
- недостаточное быстродействие привода;
- неустойчивая работа двигателя в зоне низких скоростей, ограничивающая диапазон регулирования;
- низкий коэффициент полезного действия, не превышающий 75-80%;
- высокая установленная мощность, равная трехкратной мощности регулируемого двигателя; - большая занимаемая площадь.
5. Расчет и выбор силового электрооборудования привода. Выбор двигателя.Исходные данные:
F1=13т; F2=16.25т; F3=10.5т; F4=3,3т; F55.3т
t1=13сек; t2=20сек; t3=52сек; t 4=20сек; t5=13сек
время паузы: t6=100сек.
Определяем эквивалентную мощность Fэкв:
Выбор двигателя должен удовлетворять неравенствам: Pэф Pн.дв Iэф
Iн.дв Mэф
Mн.двПроизведя вычисления результаты, которых удовлетворяют неравенствам, выбираем двигатель типа П2-18170-0.315Технические характеристики двигателя.Тип........................................................................................... П2-18170-0.315 Мощность, кВт.......................................................................................... 315 Напряжение номинальное. В................…………………........................ 440 Напряжение возбуждения, В .....................................……........................220 Частота вращения номинальная, об/мин...................................................36 КПД, % ....................................................................................................... 78 Сопротивление обмотки при 15°, 0м
якоря..................................................................................................... 0,00895 добавочных полюсов............................................................................ 0,0012 Ток двигателя номинальный, А .............................................................920 Динамический момент инерции 1000 кгм.................................................1.2
Произведем дополнительные вычисления:
мощность возбуждения:
Рв= 3%*Pдв= 0.03*315=9.45 кВТ
сопротивление возбуждения:
Выбор генератора.
Напряжение якоря, В _____________________________________460
Uном.г Uном.д, т.е. 460 (В)
440 (В) Iя.ном.г ³ Iя.ном.д , т.е. 1000 (А) ³ 920 (А)Выбор гонного двигателя.
Основной критерий выбора гонного двигателя - это равенство скоростей вращения якоря генератора и ротора гонного двигателя
где
Uгон.д- напряжение гонного двигателя, В;
Pгон.д – мощность гонного двигателя, кВт.
По параметрам подходит асинхронный двигатель АД-4
Краткая техническая характеристика двигателя АД-4.Тип _____________________________________________________АД-4
Мощность, кВт _____________________________________________440
Скорость ротора, об/мин ____________________________________1000
Скольжение, % _____________________________________________1,5
КПД,% ___________________________________________________94,4
cos¦ , % ___________________________________________________0,86Выбор тиристорного возбудителя двигателя.
Тиристорный возбудитель двигателя должен обеспечивать три режима:
- ослабленный;
- форсированный;
- нормальный.
В ослабленном режиме:
В номинальном режиме работы:
В форсированном режиме: Uфор=(3¸4)Uв.ном.д=660В
Мощность тиристорного возбудителя двигателя: Sтвд = Uв.ном.дIв.ном.дKпгде
Kп = 1,04 ¸1,05 - повышающий коэффициент мощности трансформатора.
Sтвд = Uв.ном.д Iв.ном.д Kп = 220 *4З * 1,04 = 9838 ВА
По всем параметрам подходит нереверсивный тиристорный возбудитель: Тип_____________________________________________АТЕЗ-50/230Р-У4 Напряжение питания сети________________________________190-220 В Номинальный выпрямленный ток______________________________50 А Максимальный ток__________________________________________100 А Номинальная мощность ____________________________________11.5 кВт
Выбор тиристорного возбудителя для генератора.
Uтвг.max =1.15Uв.ном.г = 1,15*230=264,5В
Iном.твг = KзIв.ном.г = 1,15*58.6= 66,7 A
По всем параметрам подходит реверсивный тиристорный возбудитель: Тип____________________________________________АТЕРЗ-50/230Р-У4 Напряжение питания сети ______________________________190-220 ВНоминальный выпрямленный ток _________________________50 А Максимальный ток _______________________________________100 А Номинальная мощность ____________________________________11.5 кВт
Выбор автомата главного тока.
Автомат главного тока выбирают по максимальному току и выпрямленному напряжению.
Imax= 2,5Iд.ном = 2,5* 920 = 2300 А
Тип выключателя_____________________ ВЛТ-42-4000/6-А-У4 Номинальный ток _________________________________2500 А Номинальное напряжение ___________________________600 В6. Составление структурной схемы привода и расчет ее параметров.
На рисунке представлена структурная схема электропривода по системе Г-Д с тиристорным возбуждением генератора.
Двигатель представлен колебательным звеном, а генератор и тиристорный преобразователь представлены апериодическими звеньями.
|
|
|
|
|
|
|
Ic(P)
Uc(P) Uв(P) Uг(P) Uг(P) Iя(P) Iд(P)
Uупр(P) n(p)
Uom(P) Eд(P)
где
Uн.д - номинальное напряжения двигателя, В
1я.д - номинальный ток якоря двигателя, А
Rя.д - сопротивление якорной цепи двигателя, 0м
пн - номинальные обороты двигателя, об/мин
-КПД генератора, о.е.Uн.г -номинальное напряжение генератора, В
Iн.г -номинальный ток генератора, А
где
Rя.д -сопротивление якоря двигателя, 0м
Rд.п.д -сопротивление добавочных полюсов двигателя, 0м
Rя.г -сопротивление якоря генератора, 0м
Причем, сопротивления R, R,R, входящие в эту электрическую
цепь мы не учитываем т.к. их величины на два порядка меньше сопротивлений представленных в этой формуле.
где
Jдв -момент инерции двигателя,
Jдв = 1.2Jдв -момент инерции рабочей машины,
Определим индуктивность якоря генератора:
где
Uном -номинальное напряжение генератора, В
1ном -номинальный ток генератора, А
пном -номинальная скорость вращения, об/мин
р = 6 -число пар полюсов генератораНайдем суммарную индуктивность двигателя и генератора:
Определим постоянную времени якорной цепи привода:
Постоянная времени Тm = 0,003 для многоканальной СИФУ.
где
Рном -номинальная мощность генератора, кВт
nном -номинальное число оборотов генератора, об/мин
Найдём,
где U упр.max - максимальное напряжение управления В.
7. Расчет статических характеристик привода.
Для дальнейших расчетов необходимо преобразовать исходную структурную схему.
|
|
|
|
|
|
Ic(P)
Uc(P) Uв(P) Uг(P) Uг(P) Iя(P) Iд(P)
Uупр(P) n(p)
|
|
|
Iя Iд
Ic
Mc
Для преобразованной структурной схемы запишем систему уравнений:
Воспользуемся методом подстановок приведенных выражений друг в друга и ориентируясь на то, что в левой части - скорость, а в правой - момент конечном выражении получим:
Выполняя данную работу, мы не только закрепили пройденный теоретический материал, но и обрели некоторые практические навыки при проектировании данной системы электропривода и расчета ее параметров, что является важнейшим фактором нашей программы обучения. Также, используя необходимую справочною литературу, мы получили действительные представления о современных систем электроприводов и о большом количестве электрооборудования, используемом в настоящее время в электроприводе на различных предприятиях, в том числе, и горных.
II. Список литературы.1. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/Под ред. В.М. Перельмутера, 1988;
2. Автоматическое регулирование. : Н.Н. Иващенко, 1978г;
3. Теория электропривода: В.И. Ключев, 1985;
4. Примеры расчетов автоматизированного электропривода/Под ред. А.В. Бошарина, 1972г.
5. Исследование характеристик электропривода по системе Г-Д с тиристорным возбуждением; методическое пособие/Под редакцией Б.В. Васильева 1986г.
t
bukvasha.ru
