(4 оценок, среднее: 4,75 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Проект регулируемого электропривода переменного тока с силовыми тиристорными преобразователями
Содержание
Задание на курсовой проект
Введение
1. Выбор мотора
2. Расчет управляемого вентильного преобразователя
2.1 Выбор силовой схемы управляемого вентильного преобразователя
3. Расчёт и выбор частей силовой части
3.1 Расчёт и выбор силового трансформатора
3.2 Выбор тиристоров
3.3 Выбор сглаживающего реактора
3.4 Выбор и расчет частей защит
3.4.1 защита от маленьких замыканий и перегрузки
3.4.2 защита тиристоров от перенапряжений
4. Статические свойства и передаточные функции частей разомкнутой системы электропривода
4.1 Система импульсно-фазового управления
4.2 Регулировочная черта силового преобразователя
4.3 Передаточный коэффициент преобразователя
4.4 Расчет наружной свойства
4.5 Расчет электромеханической свойства
4.6 Расчет неизменных времени электропривода
4.7 Передаточные функции частей разомкнутой системы электропривода
5. Расчет частей замкнутой системы электропривода
5.1 Принципы построения системы регулирования
5.2 Расчет характеристик систем управления электроприводами с суммирующим усилителем
5.3 Расчет системы управления с ООС по скорости
5.3.1 Расчет задержанной оборотной связи по току
5.3.2 Проверка стойкости СУЭП
5.3.3 Корректировка динамических характеристик систем управления с суммирующим усилителем
5.3.4 Расчет частей управления с суммирующим усилителем
5.3.4.1 Расчет цепи главной оборотной связи системы
5.3.4.2 Расчет цепи токовой отсечки
5.4 Расчет характеристик систем подчиненного регулирования
5.4.1 синтез контура тока
5.4.2 Синтез контура частоты вращения
5.4.3 Расчет статических и динамических черт СПР
5.5 Воздействие ЭДС мотора на динамику действий в СПР
5.5 Моделирование переходных действий на ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач)
5.5.1 Моделирование контура тока
5.5.2 Моделирование контура скорости
5.5.3 Моделирование контура скорости с нелинейными элементами (ограничителями) и воздействием перегрузки
Литература
Введение
технический прогресс в области электроники и электротехники привел к значимым изменениям в теории и практике электропривода. Эти конфигурации, до этого всего, касаются новейшей элементной базы и технических средств автоматизации, расширения областей внедрения регулируемого электропривода неизменного и переменного тока с силовыми тиристорными преобразователями.
Значимые конфигурации произошли и в развитии систем автоматического управления электроприводами. Это характеризуется преимущественным внедрением принципов подчиненного регулирования координат, развитием работ по векторным принципам управления электроприводами переменного тока, применением аналоговых и цифровых систем управления на базе интегральных микросхем.
1. Выбор мотора
Исходя из задания на курсовой проект, избираем пригодный движок, характеристики которого сводим в таблицу 1.
Электродвигатель 2ПН200L, где
2 — порядковый номер серии;
П — машинка неизменного тока;
Н — выполнение по роду защиты и остывания: защищенное с
самовентиляцией;
200 — высота оси вращения;
L — условная длина сердечника якоря: 2-ая длина.
1.1 Расчет характеристик мотора
Конструктивный коэффициент мотора,
сеФ=С=,
где
— номинальная угловая скорость вращения вала мотора;
— сопротивление якорной цепи мотора.
тут
— коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмоток при нагреве до рабочей температуры ;
— температурный коэффициент сопротивления меди;
— температура обмоток, при которой обозначено сопротивление в каталоге;
— сопротивление щеточного контакта.
Индуктивность цепи якоря мотора, Гн:
,
где =0.5;
р = 2 — число пар полюсов.
Таблица 1
характеристики избранного мотора 2ПН200L
Рн,
кВт
nн,
о/мин
Iян,
А
Uян,
В
Rя,
Ом
Rдп.,
Ом
Iвозб.н.,
А
момент
инерции
,
%
16
1000
82
220
0.083
0.053
3.04
0.3
86
2. Расчет управляемого вентильного преобразователя
2.1 Выбор силовой схемы управляемого вентильного преобразователя
В тиристорных электроприводах неизменного тока для питания якорных цепей используют разные силовые схемы управления вентильных преобразователей (УВП). Выбор той либо другой схемы зависит от ряда причин. Главными из их являются: мощность мотора, спектр и точность регулирования, режим работы, энерго характеристики, простота и надежность привода.
Для нашего варианта более целенаправлено избрать трёхфазную мостовую симметричную схему с реверсом. Потому что она имеет довольно жёсткую внешнюю характеристику и не плохое внедрение типовой мощности трансформаторов. При выбирании силовой схемы нужно учесть не только лишь энерго характеристики, да и требования к регулировочным показателям. В нашем случае нужно применить трёхфазную мостовую реверсивную схему. Изменение направления момента и скорости вращения мотора будет достигаться конфигурацией направления тока в цепи якоря при помощи 2-ух вентильных групп, обеспечивающих обратную полярность на его зажимах и протекание тока в обоих направлениях.
Набросок 1 Трёхфазная мостовая реверсивная схема
3. Расчёт и выбор частей силовой части
3.1 Расчёт и выбор силового трансформатора
Силовой трансформатор нужен для снижения переменного напряжения с целью согласования напряжения сети и выходного напряжения преобразователя, также для гальванического разделения цепи перегрузки и сети. Не считая того, он служит для уменьшения скорости нарастания прямого тока тиристоров и ограничения тока недлинного замыкания.
Начальными данными для расчета силового трансформатора являются номинальные средние значения выпрямленного напряжения и тока, определяемые по паспортным данным электродвигателя. Трансформатор выбирается по расчетным значениям типовой мощности и ЭДС фазы вторичной обмотки .
Расчетное ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора, В:
,
где коэффициент схемы по напряжению для безупречного выпрямителя при угле управления б=0;
— коэффициент припаса по напряжению;
— коэффициент учета неполного открывания вентилей;
— коэффициент учета падения напряжения на элементах схемы и коммутационных провалов напряжения.
Расчетная типовая мощность силового трансформатора, кВ·А:
,
где — коэффициент схемы по мощности для безупречного холостого выпрямителя;
— коэффициент отличия формы анодного тока тиристоров от прямоугольной.
Действующее значение линейного тока вторичной обмотки силового трансформатора, А:
,
где — коэффициент схемы по току для безупречного выпрямителя при токе, имеющем прямоугольную форму.
Номинальное значения полной мощности, фазных напряжений и тока избранного трансформатора соответственно.
Избран трансформатор ТС-63/0,66 с техническими данными, приведёнными в таблице 2.
Таблица 2
Технические данные силового трансформатора ТС-63/0,66
Sн, кВт
Напряжение
Утраты
Uк, %
Схема
соединения
обмоток
U1н, В
U2н, В
Р0, Вт
?ркз, Вт
63
380
230
280
1010
4.5
/ 0
Активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом:
,
где ?ркз — утраты недлинного замыкания, Вт.
Полное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом:
.
Индуктивность фазы вторичной обмотки трансформатора, Гн:
,
где — индуктивное сопротивление фазы, Ом; — частота питающей сети, Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).
значения активного сопротивления (Ом) и индуктивности трансформатора (Гн), приведённые к цепи выпрямленного тока
где а=2 — число обмоток трансформатора, обтекаемых рабочим током.
3.2 Выбор тиристоров
Тиристоры выбираются по допустимым значениям тока и напряжения, беря во внимание метод и эффективность остывания.
Более нередко употребляют воздушное (естественное либо принудительное) и водяное остывание. Водяное остывание эффективнее воздушного, но его применение соединено с технических сложностей, потому такое остывание оправдано в преобразователях большенный мощности.
Выбор тиристоров с воздушным остыванием.
Требуемая величина тока тиристора (среднее значение), А:
,
гдеIdн = 82 А- номинальный ток перегрузки;
Кзi = 3 — коэффициент припаса по току, учитывающий пусковой ток мотора;
m = 3 — число фаз;
Кохл = 0.35 — коэффициент, учитывающий условия остывания (естественное обычное остывание).
Расчётное напряжение тиристора, В:
,
где КЗU = 1.3 — коэффициент припаса по напряжению, учитывающий вероятное перенапряжение;
— коэффициент припаса по напряжению;
— наибольшее ток тиристора IТн IdT.
Проверка избранного тиристора при наружном маленьком замыкании на устойчивость.
ток недлинного замыкания, А:
Проверка тиристора на устойчивость, как
.
Класс тиристора — 3, характеризующий величину рабочего напряжения. Определяется делением на 100.
Циклическое напряжение избранного тиристора обязано быть не наименее расчетного.
Избран тиристор по номинальному току типа Т-500, главные характеристики которого сведены в таблицу 3
Таблица 3
Технические данные силового тиристора Т-500
Предельный ток Iпт, А
Ударный ток Iуд, А при 125 °С
Циклическое напряжение Uпт, В
ток управления Iу, мА
Напряжение управления Uу, В
500
7000
100-1600
400
7
3.3 Выбор уравнительного реактора
Уравнительные реакторы используют для ограничения уравнительного тока в реверсивных схемах с совместным управлением выпрямительной и инверторной группами тиристоров.
Индуктивность уравнительного контура, нужная для ограничения уравнительного тока, Гн:
,
Где
В,
— расчетный коэффициент (для трехфазных мостовых схем),
А
Величина уравнительного тока ограничивается суммарной индуктивностью уравнительных дросселей и индуктивностями рассеяния обмоток трансформатора уравнительного контура. Как следует, индуктивность уравнительных дросселей, нужная для ограничения уравнительного тока на данном уровне:
,Гн
Избираем ограничивающий реактор последующего типа: РОС-32/0.5 главные характеристики которого сведены в таблицу 4
Таблица 4
Технические данные уравнительного реактора РОС-32/0.5
Тип
Номинальное напряжение, В
Номинальный ток, А
Уравнительный ток, А
Номинальная индуктивность, мГн
РОС-32/0,5
400
160
14.5
40
3.4 Выбор сглаживающего реактора
Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям тока перегрузки, увеличивающим нагрев электродвигателя, и усугубляют его коммутацию. Величина пульсаций тока зависит от схемы выпрямления, угла управления и индуктивности контура перегрузки. С целью уменьшения пульсаций тока и расширения зоны черной коммутации движков в цепь перегрузки включают сглаживающие дроссели.
Наибольшее Тип
Номинальный ток Iнш, А
Падение напряжения ?Uнш, мВ
Номинальное сопротивление Rщ, мкОм
75 ШСМ
100
75
750
Активное сопротивление тиристорного преобразователя, Ом:
,
где Rтр — сопротивление трансформатора, приведенное к цепи неизменного тока.
3.4.1 Реактор для выравнивания пульсаций тока
Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям тока перегрузки, который наращивает нагрев электродвигателя и усугубляет его коммутацию. Величина пульсаций тока зависит от схемы выпрямления, угла управления и индуктивности контура перегрузки. Для машин малой мощности допустимый уровень пульсаций тока якоря составляет .
Требуемая индуктивность цепи выпрямленного тока, Гн:
,
где — относительная величина работающего значения первой гармоники выпрямленного напряжения при наивысшем угле управления:
Требуемая индуктивность сглаживающего реактора, Гн:
.
Т.к. , то сглаживающий реактор не нужен.
3.4.2 Реактор для ограничения тока через тиристоры при маленьком замыкании на стороне неизменного тока
Для ограничения скорости нарастания аварийного тока до момента срабатывания защитных устройств в цепь перегрузки врубается реактор, индуктивность которого определяется из выражения:
Т.к. , то сглаживающий реактор для ограничения тока через тиристоры при маленьком замыкании на стороне неизменного тока не нужен.
Окончательный выбор сглаживающего реактора на стороне выпрямленного тока
Индуктивность сглаживающего реактора обязана быть больше либо равна большей из рассчитанных. Т.к. любой из трёх рассчитанных ректоров не нужен, то и результирующий реактор не целенаправлено применять.
3.5 Выбор и расчет частей защит
3.5.1 защита от маленьких замыканий и перегрузки
В тиристорных преобразователях малой и средней мощности (до 1000 А при напряжениях неизменного тока 230 и 460 В) для защиты от наружных маленьких замыканий и опрокидывания инвертора используют, как правило, автоматические выключатели серии А3700, устанавливаемые на стороне неизменного тока. При питании преобразователя от сети с напряжением до 380 В эти выключатели устанавливают со стороны переменного тока для защиты не только лишь вентилей, да и трансформаторов и токоограничивающих реакторов.
Уставки защит автоматического выключателя, установленного на первичной стороне силового трансформатора рассчитывают последующим образом.
Установившееся ток первичной обмотки силового трансформатора, А;
— коэффициент трансформации избранной семы трансформатора (схема Ларионова).
ток уставки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя выбирается из условия:
ток уставки термического расцепителя, А:
Ток плавкой вставки предохранителей для защиты движков неизменного тока от маленьких замыканий:
Таблица 6
Технические данные быстродействующего предохранителя ПНБ-5
Тип
Падение напряжения сети, В
Номинальное неизменное напряжение, В
Номинальный ток, А
ПНБ — 5 — 380/250
380
440
125
Таблица 7
Технические данные автоматического выключателя серии3700
Тип
Номинальное напряжение, В
Номинальный ток электромагнитного расцепителя , А
Номинальный ток уставки термического расцепителя
время отключения, с
А3710Б
неизменное
переменное
80
1.25 Iн
0.1-0.4
440
660
3.5.2 Защита тиристоров от перенапряжений
В УВП различают перенапряжения внутренние (коммутационные) и наружные (при разрыве цепи выпрямленного тока и включения либо выключении ненагруженного трансформатора).
защиту тиристоров от коммутационных перенапряжений осуществляется включением параллельно вентилям личных R — C цепочек (набросок 2).
R = 20 Oм, C = 0.4 мкФ.
Набросок 2. Личные R — C цепочки
защита от коммутационных перенапряжений осуществляется включением R — C цепочек на входных шинах преобразователя с помощью трёхфазного мостового выпрямителя, нагруженного на R — C цепь, с шунтирующим емкость высокоомным разрядным сопротивлением (набросок 3).
Набросок 3. Трёхфазный мостовой выпрямитель, нагруженный на R — C цепь
характеристики емкости и сопротивления:
R = 20 kOм, C = 100 мкФ.
4. Статические свойства и передаточные функции частей разомкнутой системы электропривода
4.1 Система импульсно-фазового управления
В современных управляемых вентильных преобразователях наибольшее распространение получили полупроводниковые системы импульсно-фазового управления (СИФУ) с вертикальным принципом управления.
Главные требования к СИФУ:
· амплитуда тока управляющего импульса 0.20.4 А;
· ширина управляющего импульса 1015 электронных;
· крутизна фронтального фронта импульса не наименее 10 А/с;
· спектр регулирования фазы 150160 электронных;
· высочайшее быстродействие.
Многофункциональная схема СИФУ с вертикальным принципом управления приведена на рисунке 4. генератор опорного напряжения (ГОН), синхронизирующий с напряжением сети, сформировывает опорное напряжение Uо. Крайнее сравнивается с управляющим напряжением на входе СИФУ. В момент их равенства генератор импульсов (ГИ) сформировывает управляющие импульс Uи, подаваемый на управляющий электрод тиристора.
Набросок 4 Многофункциональная схема СИФУ
генератор опорного напряжения (ГОН), синхронизированный с напряжением сети, сформировывает опорное напряжение Uо. Крайнее сравнивается с управляющим напряжением на входе СИФУ. В момент их равенства генератор импульсов (ГИ) сформировывает управляющий импульс Uи, подаваемый на управляющий электрод тиристора.
Вид регулировочной свойства СИФУ = f (Uу) и управляемого преобразователя Ed = f (Uу) зависит от формы опорного напряжения.
Набросок 5 Синусоидальное опорное напряжение
Избираем синусоидальное опорное напряжение и рассчитывается для него черта по нижеприведенным формулам, результаты сведены в таблицу 8.Опорное напряжение и напряжение управления рассчитывается по формулам:
,
где — наибольшее свойства СИФУ
0
30
45
60
90
Uу
10
8.66
7.07
5
0
Пользуясь рассчитанными значениями можно выстроить регулировочные свойства СИФУ:
На рисунке 6 показана регулировочная свойства =f(Uу)
Набросок 6 Регулировочная черта СИФУ
4.2 Регулировочная черта силового преобразователя
свойства управляемых вентильных преобразователей различны зависимо от вида перегрузки, схем силовой части и СИФУ.
При совместном согласованном управлении группами вентелей режим прерывающегося тока отсутствует, то уравнение регулировочной свойства силовых схем имеет вид, во всем спектре регулирования:
Ed = Ed0cos.
Расчеты регулировочной свойства сведены в таблицу 9. сама черта приведена на рисунке 7.
Таблица 9
Данные регулировочной свойства
0
30
60
90
120
150
180
Ed
254.68
220.56
127.39
0
-127.39
-220.56
-254.68
Набросок 7. Регулировочные свойства схемы УВП
4.3 Передаточный коэффициент преобразователя.
Передаточный коэффициент управляемого выпрямителя определяется по формуле:
Регулировочная черта управляемого вентильного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением приведена на рисунке 8
Набросок 8 Регулировочная черта ТП
4.4 Расчет наружной свойства
Наружные свойства управляемого вентильного преобразователя зависят от схемы силовой части преобразователей и вида перегрузки.
В общем случае уравнение наружных черт Ud = f (Id) имеет вид:
Ud = Ed — RтпId,
где Rтп — эквивалентное сопротивление преобразователя, Ом:
Результаты расчетов сведены в таблицу 10.
Таблица 10
Данные наружной свойства
8
30
60
77.6
102.4
120
150
172
Ud
Id = 0
252.2
220.56
127.34
54.69
-54.69
-127.34
-220.56
-252.2
Idн = ±82
225.23
193.58
100.36
27.71
-27.71
-100.36
-193.58
-225.23
Набросок 9. Наружные свойства УВП
тут
— малый угол управления для гарантированного включения всех вентилей фронтом управляющего импульса. Избран довольно небольшой ввиду не большенный мощности выпрямителя.
— угол дрейфа системы;
— угол восстановления запирающих параметров тиристора.
4.5 Расчет электромеханической свойства
Уравнение электромеханической свойства мотора в режиме непрерывного тока:
щ = щ 0 — KдRpId,
где щ 0 = KдEd — частота вращения безупречного холостого хода мотора;
Кд = 1/С = 0.52 — передаточный коэффициент мотора, В-1С-1;
С = 1.93 — конструктивный коэффициент электродвигателя;
Rp — расчетное
Rp = Rтп + Rяд + Rщ = 0.279 + 0.215 + 0.00075 = 0.5,
где Rтп — эквивалентное сопротивление силового преобразователя;
Rяд — приведенное к рабочей температуре сопротивление якорной цепи мотора;
Rщ — сопротивление шунта.
Уравнение электромеханической свойства мотора имеет вид, С-1:
щ = КдEd0cos — KдRpId
Результаты расчета электромеханической свойства мотора и граничного тока сведены в таблицу 11.
Таблица 11
Данные электромеханической свойства
8
30
60
77.6
102.4
120
150
172
w
Id = 0
130.5
114.12
65.89
28.3
-28.3
-65.89
-114.12
-130.5
Id = 82
109.3
92.9
44.67
7.1
-7.1
-44.67
-92.9
-109.3
Набросок 10. Электромеханические свойства мотора
4.6 Расчет неизменных времени электропривода
Электромагнитная неизменная времени якорной цепи системы “Преобразователь-двигатель”, с:
Расчетное значение момента инерции привода, кгм2
Jр = Jя + Jмех = 0.3 + 0.12 = 0.42,
где Jя — момент инерции якоря мотора;
Jмех — приведенный к валу мотора момент инерции перегрузки, кгм2
Jмех = J*Jя = 0.40.3 =0.12,
где J* — относительное
Электромеханическая неизменная привода, с:
.
Подобные значения неизменных времени цепи раздельно мотора и УВП равны:
движок преобразователь силовой электропривод
4.7 Передаточные функции частей разомкнутой системы электропривода
Передаточные функции ДПТ получена на основании всепостоянства потока мотора и неизменной перегрузке на валу. При таковых критериях ДПТ эквивалентен колебательному звену. Т.к. , то ПФ воспримет вид:
,
ПФ УВП без учета фильтрующих параметров:
,
где — среднестатистическое время незапятнанного запаздывания.
ПФ УВП с учетом фильтрующих параметров:
,
где — эквивалентная неизменная времени УВП вместе с СИФУ; — неизменная времени фильтра на входе СИФУ.
5. Расчет частей замкнутой системы электропривода
5.1 Принципы построения системы регулирования
В электроприводе используют дна более всераспространенных принципа построения систем регулирования, показанные на рис. 11.
Набросок 11 Структурные схемы замкнутых систем на базе суммирующего усилителя (а) и подчиненного регулирования (б): Р — регулятор; PC, РТ — регуляторы скорости и тока; П — преобразователь; Д движок; Хз — задающее действие; Xр, Xрс,: Хрт — выходные координаты соответственных регуляторов; щ, Id — угловая скорость и ток мотора; ТО — токовая отсечка.
Системы управления электроприводами (СУЭП) на базе суммирующего усилителя (рис. 11, а) отыскали обширное применение из-за их простоты, удовлетворительных характеристик в статических и динамических режимах работы привода. Обычно по таковой структуре производятся системы управления приводом относительно маленький мощности (единицы, 10-ки киловатт) при относительно маленьких спектрах регулирования скорости (D = 50-100) и отсутствии твердых требований к качеству переходных действий.
Недочетом СУЭП с суммирующим усилителем будет то, что при наличии 1-го регулятора (усилителя) нереально выполнить наилучшее регулирование координат электропривода. Потому в крайнее время всераспространены системы подчиненного регулирования (СПР, рис. 11, б), имеющие ряд преимуществ: простота расчета и наладки, легкость ограничения хоть какой регулируемой координаты привода, возможность построения системы управления на базе унифицированных блоков (УБСР-АИ). Но и эта система имеет недочет, связанный со понижением быстродействия замкнутой системы при увеличении числа регулируемых координат привода.
5.2 Расчет характеристик систем управления электроприводами с суммирующим усилителем
Зависимо от требований к жесткости механических черт в СУЭП с суммирующим усилителем могут применяться разные композиции отрицательных и положительных оборотных связей. Более нередко используются: отрицательная оборотная связь (ООС) по скорости; ООС по напряжению преобразователя с добавлением по мере необходимости положительной оборотной связью (ПOC) по току якоря; ООС по скорости в композиции с ПОС по току якоря. Для формирования переходных действий в приводе при наличии обозначенных ООС и их композиций используются отсечка по скорости, току якоря, также упреждающее токоограничение. За ранее обозначенные ООС или их композиции выбирают на базе данных задания либо по согласованию с управляющим. В процессе расчета инспектируют возможность избранной ООС для обеспечения данных задания и техно реализуемость избранной ООС.
5.3 Расчет системы управления с ООС по скорости
Структурная схема системы управления с отрицательной оборотной связью по скорости изображена на рисунке 12.
Набросок 12. Структурная схема стабилизации скорости с ООС по скорости
Уравнение электромеханической свойства для данной системы:
,
где — перепад скорости в разомкнутой системе, — задающее напряжение, пропорциональное заданию на скорость мотора.
Требуемый коэффициент усиления системы в разомкнутом состоянии:
,
где и — статизм высокоскоростных черт в замкнутой и разомкнутой системах.
Коэффициент ОС по скорости, определяющий величину задающего напряжения:
,
где — наибольшее задающее напряжение;
— наибольшая скорость безупречного холостого хода.
Передаточный коэффициент усилителя:
.
В последующих расчетах примем .
5.3.1 Расчет задержанной оборотной связи по току
Оборотные связи с отсечками обширно используются в СУЭП с суммирующим усилителем для формирования требуемых переходных действий. При твердых требованиях к стабильности тока якоря (момента) в переходных режимах используют отсечку по скорости и току или упреждающее токоограничение, в других вариантах употребляют обычно отсечку по току.
При работе привода в режиме, когда действуют ООС по скорости и ООС по оттоку (), можно записать:
Для режима стопорения (щ = 0) входное напряжение преобразователя равно:
Напряжение (ЭДС) УВП в режиме стопорения:
Коэффициент отсечки:
,
где
Напряжение сопоставления:
Граничная ЭМХ:
ЭМХ замкнутой системы для первого участка:
На втором участке:
Для нижней уравнение ЭМХ определяется из уравнения для безупречного холостого хода при :
Численные данные вышеприведенных уравнений сведены в таблицу 11, и построен график изображенный на рисунке 13.
Таблица 11
Данные ЭМХ
I
0
50
100
131.2
164
170
140.5
127.56
114.62
106.55
98.06
96.5
105.08
104.93
104.78
104.69
0
—
Набросок 13. Электромеханическая черта замкнутой системы
5.3.2 Проверка стойкости СУЭП
В базу синтеза СУЭП с суммирующим усилителем положены, сначала, характеристики статического режима работы электропривода, а именно, требуемый статизм механических черт. Потому опосля определения характеристик системы, обеспечивающих выполнение требований к статическому режиму работы, нужны проверка динамических характеристик электропривода и корректировка динамики привода.
Для использования алгебраических критериев стойкости нужно знать ПФ замкнутых систем по заданию — входная величина и по возмущению — входная величина .
ПФ имеют вид:
тут для общности выводов УВП совместно с промежным усилителем представлен одним звеном с ПФ
.
Проверка ПФ замкнутых СУЭП на устойчивость при помощи алгебраического аспекта Гурвица.
=
отсюда
.
Из условия стойкости этого способа: , — производится;
— не производится, как следует, система не устойчива. Для придания системе стойкости нужно применять корректирующее устройство.
Отсюда
Из условия стойкости этого способа: , — производится;
— не производится, как следует, система не устойчива.
5.3.3 Корректировка динамических характеристик систем управления с суммирующим усилителем
Предпочитаемая ПФ разомкнутой системы с поочередным корректирующим устройством:
,
где — ПФ по управлению нескорректированной системы;
— ПФ КУ.
ЛАЧХ КУ находится на основании хотимой ЛАЧХ, построенной по данным показателям свойства регулирования у и tпп. Заменяя в крайнем уравнении оператор Лапласа p на jщ и логарифмируя, получим:
.
Для построения хотимой ЛАЧХ по номограмме Солодовникова принято исходя из данного перерегулирования у=32%:
Р=1,3, ,
= =18.849 с,
где 0.8 (из критерий задания). Так же из диаграммы выбрано предельное системы. До частоты =3.76 с низкочастотная асимптота ЛАЧХ является прямой исходя из упрощения КУ. Опосля частоты =3.76 с ровная в низкочастотной области совпадает с прямой среднечастотной области.
Дальше через частоту среза =18.849 с (), в границах , проводится ровная с наклоном -20 Дб/дек, которая является среднечастотной областью сопряженная с низкочастотной областью. Среднечастотная область описывает динамические характеристики системы — устойчивость и характеристики свойства переходной свойства.
Частотная асимптота хотимой ЛАЧХ не много влияет на характеристики системы. Асимптота начинается с точки пересечения и среднечастотной асимптоты. Наклон взят -60 Дб/дек, т.к при таком наклоне корректирующее устройство будет более обычным.
ЛАЧХ для корректирующего устройства определяется как разница ЛАЧХ неизменяемой части системы и хотимой ЛАЧХ. Опосля вычета соответственных графиков вышла кривая, показанная на нижеприведенном рисунке.
Набросок 14. ЛАЧХ разомкнутой системы
По ЛАЧХ корректирующего устройства определяется её передаточная функция. Коэффициент усиления определён из точки пересечения данной ЛАЧХ и оси L(щ):
К=
Низкочастотной вместе со среднечастотной асимптоте ЛАЧХ корректирующего устройства соответствует апериодическое звено:
Для остальной части ЛАЧХ КУ, где асимптота идёт параллельно оси , соответствует передаточная функция форсирующего звена:
,
где неизменная времени определяется по графику ЛАЧХ корректирующего устройства, а конкретно по точке излома данной нам:
Аналогично определяется
В итоге передаточная функция корректирующего устройства воспримет вид:
Скорректированная ЛАЧХ разомкнутой системы имеет вид (набросок 15) по задающему действию:
Набросок 15. ЛАЧХ скорректированной разомкнутой системы
Проверка ПФ замкнутой скорректированной СУЭП на устойчивость при помощи алгебраического аспекта Гурвица аналогично п. 5.3.2:
Отсюда
Из условия стойкости этого способа: , — производится;
— производится, как следует, система устойчива.
Определение характеристик КУ.
Т, примем С=1мкФ, тогда:
R=;
.
Тогда
R=266 кОм — R= 266 — 47=218 кОм.
Выбрана ёмкость МБМ-160-1-1МF
Резистор R- ОМЛТ-0.25-47 к10%
Резистор R- ОМЛТ-0.25-220 к10%
На рисунке 16 показана структурная схема КУ.
Набросок 16. структурная схема КУ устройства
характеристики свойства:
· время переходного процесса
tп =
· время заслуги максимума
· припас стойкости по фазе определен графически из рисунка 17
Набросок 17 ЛФЧХ скорректированной системы
,
· припас стойкости по амплитуде определен графически из рисунка 17
· перерегулирование
Все характеристики удовлетворяют условиям свойства системы.
5.3.4 Расчет частей управления с суммирующим усилителем
Многофункциональная схема системы управления с суммирующим усилителем при действии оборотной связи по скорости и отсечкой сгустку приведена на рисунке 18.
Набросок 18. Многофункциональная схема СУЭП
Начальными данными для расчета частей СУЭП с суммирующим усилителем AW является для ООС по скорости — .
5.3.4.1 Расчет цепи главной оборотной связи системы
Номинальный коэффициент передачи тахогенератора встроенного в избранный движок:
,
где — номинальное напряжение тахогенератора;
— номинальная угловая скорость вращения вала тахогенератора.
Коэффициент передачи резисторного делителя выходного напряжения газогенератора:
Сопротивления делителя:
,
где — выбрано без помощи других.
Коэффициент оборотной связи:
,
где — выбрано без помощи других.
5.3.4.2 Расчет цепи токовой отсечки
Коэффициент усиления промежного усилителя :
Сопротивление отсечки, Ом:
, т.к.
5.4 Расчет характеристик систем подчиненного регулирования
В истинное время сделаны и внедрены унифицированные структуры СПР для электроприводов устройств, работающих в режиме запуска, торможения и реверса, а так же в режиме автоматической стабилизации скорости. СПР является многоконтурной с каскадным включением регуляторов, количество которых соответствует числу регулируемых координат электропривода.
Достоинство СПР:
контроль и ограничение выходной величины всякого из контуров методом ограничения выхода регулятора наружного (предшествующего) контура;
применение унифицированных узлов и блоков, при помощи которых быть может построена неважно какая структурная схема СПР электропривода;
внедрение быстродействующих статических преобразователей, применение которых в сочетании с унифицированной блочной системой регулирования существенно увеличивает высококачественный уровень электропривода;
ввиду маленького свойства унифицированных частей и каскадности включения регуляторов любой контур настраивается в отдельности, что существенно упрощает наладку и эксплуатацию электроприводов.
Структурная схема разомкнутой системы тиристорного привода изображена на рисунке 19.
Набросок 19. Структурная схема силовой части электропривода
5.4.1 Синтез контура тока
В большинстве систем подчиненного регулирования контур тока является первым внутренним, потому от выбора величины не компенсируемой неизменной времени этого контура будет зависеть быстродействие системы регулирования.
Uзс Uзт Uу Еп I Iст I щ
объект регулирования контура тока состоит из УВП, якорной цепи мотора и оборотной связи по току. Его ПФ имеет вид:
где Кт — передаточный коэффициент оборотной связи по току, В/А.
Предпочитаемая передаточная функция разомкнутого контура тока при настройке его на модульный оптимум:
Передаточная функция регулятора тока при настройке системы на модульный оптимум:
Данному уравнению соответствует ПИ регулятор.
Расположено на /
Roc CocRзт
Uзт А Uрт(Uу)Rт
Набросок 20. Схема ПИ — регулятора
характеристики регулятора:
· неизменная времени цепи оборотной связи:
· неизменная времени интегрирования:
· сопротивление Rзт, Ом:
,
где Сос = 1мкФ — выбрано без помощи других.
Отсюда
Передаточный коэффициент цепи оборотной связи по току:
.
ПФ замкнутого контура тока:
5.4.2 Синтез контура частоты вращения
Объект регулирования КС состоит из замкнутого контура тока, механической части привода и ОС по скорости. Его ПФ имеет вид:
Предпочитаемая ПФ разомкнутого КС:
ПФ РС:
Уравнению ПФ КС соответствует П — регулятор с передаточным коэффициентом
Сопротивление Rзс = 30 кОм и Rос = 60 кОм выбраны без помощи других.
Избираем резистор ОМЛТ-0.5-30 к10% и ОМЛТ-0.5-60 к10%
Сопротивление Rс:
СТ СТ
Roc
Uзс Rзс
А Uoc(Uизм)
Rс
Набросок 21. П — регулятор скорости
Данная система регулирования скорости именуется однократно интегрирующей.
В системах ЭП по условиям коммутации и допустимым моментам, ток мотора не должен превосходить некого наибольшего значения I Iдоп. Для этого ОУ охватывается ОС через нелинейные элементы — два стабилизатора.
Выбраны стабилизаторы типа КС510А
1) напряжение стабилизации — 10 В
2) наибольший ток — 79 мА
ПФ замкнутого контура скорости:
Статическая точность регулирования:
Относительное изменение скорости вращения мотора, %:
.
Т.к. условие производится, то однократноинтегрирующяя система подступает.
5.4.3 Расчет статических и динамических черт СПР
Статические ЭМХ в однократноинтегрирующей СПР строятся по уравнению:
Потому что для СПР , то при токе ЭМХ претерпевает излом под углом 90°.
Численные данные расчета сведены в таблицу 13, и построен график изображенный на рисунке 22
Таблица 13
Данные ЭМХ
I
0
50
100
131.2
164
170
140.5
127.56
114.62
106.55
98.06
96.5
105.08
104.93
104.78
104.69
—
—
Набросок 22. Электромеханическая черта замкнутой системы
Переходные процессы при скачкообразном действии по управлению Uзс:
При ударном приложении перегрузки:
Изменяя время t от 0 до 0.4 с, получим графики переходных действий скорости и тока:
Набросок 23. Переходные процессы по скорости
Набросок 24. Переходные процессы по току
Данные переходные процессы построены при маленьких возмущениях по управления и перегрузке, когда регуляторы тока и скорости не заходят в область ограничения выходных сигналов. Так же в данном анализе переходных действий не было учтено воздействие ЭДС мотора. Наиболее четкое исследование переходных действий делается на ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач).
5.5 Воздействие ЭДС мотора на динамику действий в СПР
При определенных соотношениях характеристик СПР воздействие ЭДС мотора на переходные процессы довольно велико и обязано учитываться при настройке регуляторов.
Уменьшить воздействие ЭДС на динамику электропривода можно так с помощью сигнала компенсации. Для этого наряду с сигналом оборотной связи по току на вход регулятора тока подается ПОС по ЭДС мотора через возмещающее звено с ПФ, оборотной ПФ регулятора тока :
.
5.5 Моделирование переходных действий на ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач)
Моделирование действий делается в MatLab.
Построение моделей контуров осуществлено со последующими допущениями:
· воздействие внутренней оборотной связи по ЭДС на токовый контур не учитывается;
· УВП описывается апериодическим звеном 1-го порядка;
· характеристики объекта управления неизменны во времени;
· все элементы модели представлены в виде линейных ПФ;
· работа системы осуществляется без перегрузки;
· режим прерывающегося тока отсутствует либо пренебрежимо мал по продолжительности.
5.5.1 Моделирование контура тока
Модель такового контура приведена ниже.
Набросок 25. Модель ЗКТ
На рисунке 25 приведена модель ЗКТ (обозначена пунктиром). Так же приведена вариация характеристик, для исследования их воздействия на процессы.
Набросок 26. График переходного процесса в контуре тока, настроенном на модульный оптимум
Вывод: повышение неизменной времени Тос приводит к понижению времени переходного процесса, при всем этом растет колебательность системы . В то время как повышение Ти приводит к оборотному эффекту (время ПП возрастает).
5.5.2 Моделирование контура скорости
Модель такового контура приведена ниже.
Набросок 27. Модель ЗКТ
Набросок 28. График переходного процесса в контуре скорости, настроенном на модульный оптимум
5.5.3 Моделирование контура скорости с нелинейными элементами (ограничителями) и воздействием перегрузки
Модель СПР тока и скорости электропривода неизменного тока приведена на рисунке 29.
Графики переходных действий с ПОС по ЭДС и без нее изображены на рисунке 30.
Из графика переходного процесса с ПОС по ЭДС можно увидеть что учет воздействие ЭДС приводит к колебательности переходных действий.
Варианты характеристик Тя и Тм показаны на рисунке 31. из результатов моделирования можно прийти к выводу, что изменение неизменной времени Тя фактически не влияет на переходный процесс (это воздействие можно увидеть при сильном увеличении графика ПП). При всем этом повышение Тм ведет к повышению времени переходного процесса, т.е. затягивается сам процесс во времени.
Набросок 29. Модель СПР тока и скорости электропривода неизменного тока
Набросок 30. Переходных действий с ПОС по ЭДС и без нее
Литература
1. Лазовский Н.Ф., Пахомов А.Н. системы управления ЭП: Учебное пособие, КГТУ,2005 г.
2. Башарин А.В., Голубев Н.В., Каперлык Б.Г. Примеры расчетов автоматического ЭП Л. Энергия, 1972 г.
3. Лазовский Н.Ф., Титович В.И. системы управления ЭП: Учебное пособие ч.1,КГТУ,1989 г.
4. Лазовский Н.Ф., Титович В.И. Автоматическое управление ЭП: Уч.
Пособие, КГТУ, Красноярск, 1984 г.
]]>