(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Расчет автоматизированного электропривода
Курсовой проект
«Расчет автоматического электропривода»
Введение
Для современного промышленного производства типично обширное внедрение автоматического электропривода ? базы механизации и всеохватывающей автоматизации технологических действий. Улучшение систем автоматического электропривода с внедрением новейших достижений науки и техники является одним из обязательных критерий при решении задач всемерного увеличения эффективности публичного производства, убыстрения роста производительности труда и улучшения свойства выпускаемой продукции.
Современный электропривод описывает собой уровень силовой электровооруженности труда и благодаря своим преимуществам по сопоставлению со всеми иными видами приводов является главным и основным средством автоматизации рабочих машин и производственных действий.
Электропривод определяется как электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, созданная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машинки и управления сиим движением [1]. В отдельных вариантах в данной нам системе могут отсутствовать преобразовательное и передаточное устройства. структура электропривода приведена на рис.1.1.
Рис.1.1 структура электропривода
Она содержит преобразовательное устройство (ПРУ), определяемое как электротехническое устройство, модифицирующее род тока, напряжение, частоту и изменяющее характеристики свойства электронной энергии, созданное для сотворения управляющего действия на электродвигательное устройство.
Электродвигательное устройство (ЭДУ) является электротехническим устройством ? электронной машинкой, ? созданным для преобразования электронной энергии в механическую либо механической энергии в электронную.
Передаточное устройство (ПУ) создано для передачи механической энергии от электродвигательного устройства электропривода к исполнительному органу рабочей машинки (ИОРМ) и согласования вида и скоростей их движения.
Управляющее устройство (УУ) является электротехническим устройством, создано для управления преобразовательным, электродвигательным и передаточным устройствами. Управляющее устройство, как правило, содержит информационную часть, получающую информацию от задатчиков (сигнал задания) и датчиков оборотной связи (сигнал о состоянии привода) и в согласовании с данными методами производит сигналы управления.
Средством системы электропривода приводятся в движение рабочие органы технологических (производственных) машин и осуществляется управление перевоплощенной энергией. Под управлением тут соображают компанию процесса преобразования энергии, обеспечивающую в статических и динамических критериях требуемые режимы работы технологических машин. Если главные функции управления производятся без конкретного роли человека (оператора), то управление именуют автоматическим, а электропривод ? автоматическим.
Параметрами электропривода являются скорость, перегрузка, спектр регулирования, твердость механической свойства и электромеханическая неизменная времени.
Для управления электроприводами применяется огромное количество разных устройств, но, в истинное время более оптимальным кажется внедрение тиристорного и транзисторного управления электроприводами. Для данной нам цели в разомкнутой либо замкнутой системах управления электроприводами употребляют управляемые выпрямители (для систем с движками неизменного тока) и регуляторы напряжения либо преобразователи частоты (для систем с асинхронными движками).
Задание на курсовое проектирование
Требования к электроприводу:
Спектр регулирования угловой скорости
Данный статизм, %
Допустимое перерегулирование, %
время регулирования, с
Допустимое число колебаний
Режим работы электропривода — стабилизация скорости.
Данные механизма при краткосрочном режиме работы:
Моменты сопротивления на валу, Н*м
Интервалы времени, мин
Момент инерции механизма, кг*м2
Наибольшая угловая скорость механизма, с-1
Данные редуктора
Передаточное отношение
КПД
1. Выбор электрооборудования
1.1 Выбор электродвигателя
1.1.1 Определение режима работы
Нрав перегрузки производственного механизма описывает режим работы электродвигателя. Всего различают восемь режимов работы электродвигателей от S1 до S8.
Тут мы имеем Краткосрочный режим работы (S2) ? это режим, при котором периоды постоянной номинальной перегрузки чередуются с периодами отключения машинки; при всем этом периоды перегрузки не так долгосрочны, чтоб превышения температуры машинки могли добиться установившихся значений, а периоды остановки так долгосрочны, что все части ее охлаждаются до температуры окружающей среды.
Стандартизованы последующие длительности рабочего периода: 10, 30, 60 и 90 мин. Они указываются в обозначении режима, к примеру, S2-10 мин. В схожем режиме работают электродвигатели привода устройств разводки мостов, подъема щитов плотин, опускания шлюзов, поворота лотков в инкубаторах и др.
Рис.1 Нагрузочная диаграмма механизма
1.1.2 Расчет эквивалентного момента на валу электродвигателя
В случае если нагрузочная диаграмма содержит наклонные трапецеидальные участки, их нужно за ранее поменять эквивалентными ступенями.
Определяем эквивалентный момент на валу мотора
Коэффициент припаса принимаем равным
1.1.3 Определение нужной скорости вращения электродвигателя
Требуется отыскать самую большую угловую скорость max и частоту вращения электродвигателя nmax.
Для нахождения этих характеристик воспользуемся формулами:
где max ? наибольшая угловая скорость мотора, рад/с;
мmax ? наибольшая угловая скорость механизма, рад/с.
1.1.4 Определение мощности
Рассчитываем эквивалентную мощность Рэкв на валу мотора при большей угловой скорости
Для краткосрочного режима работы расчетная мощность на валу электродвигателя определяется по формуле
мин
мин
где tp — время работы мотора,
Tн — неизменная времени нагрева электродвигателя.
1.1.5 Выбор электродвигателя по каталожным данным
Выбор мотора по частоте вращения и по мощности нужно создавать по условиям:
nном nмах,
nном=2200 о/мин
Рном?2963 Вт ; берем Рном=3800 Вт
Избираем движок ПБСТ-43 с параметрами:
Напряжение Uн=220 В
ток Iн=9.5 А
Момент Мн=16,5 Н*м
Магнитный поток Фн=5,12*10-3 Вб ,
КПД ?н=88 %
момент инерции Jдв=0,056 кг*м2
Число витков обмотки якоря Wя=275
Сопротивление якоря при 15?С Rя=0,25 Ом
Сопротивление дополнительных полюсов при 15?С Rдп=0,162 Ом
Число витков обмотки возбуждения Wов=2900
Сопротивление обмотки возбуждения при 15?С Rов=600 Ом
1.1.6 Проверка электродвигателя по условию перегрузки
Для выполнения данной нам проверки нужно высчитать потребляемый ток мотора.
В процессе работы движок не постоянно работает на номинальную нагрузку, потому ток, протекающий по якорю мотора, не постоянно равен номинальному току мотора.
Рабочий ток мотора находиться из условия
Iпот=Mэкв / (k*Фном)
При расчетах электромеханических параметров движков k и Ф раздельно, как правило, не употребляются. Удобнее оперировать произведением этих величин k*Ф=С
где С — конструктивный коэффициент мотора;
Uном — номинальное напряжение мотора, В;
IНОМ — номинальный ток мотора, А;
Rяд — сопротивление якорной цепи мотора, Ом;
ном -номинальная угловая скорость вращения мотора, с-1
Определим сопротивление якорной цепи мотора:
где т =1.46 ? коэффициент, учитывающий повышение сопротивления при нагреве обмотки якоря мотора ПБСТ 1-3 габарита.
Rдп ? сопротивление дополнительных полюсов при 15оС, Ом;
Rщ = Uщ / Iном ? сопротивление щеточного контакта, Ом.
где Uщ примем равным 2В.
Как следует, конструктивный коэффициент мотора равен
Рабочий ток мотора
Для того, чтоб движок не был перегружен и сумел разогнаться до номинальной скорости, обязано соблюдаться условие:
где Ммах=(2?5)*Мном — наибольший момент электродвигателя,
Мс мах — больший за рабочий цикл момент сопротивления на валу электродвигателя (приведенный к валу мотора), h*m
Как следует, условие производится.
1.2 Выбор управляемого преобразователя
1.2.1 Выбор типа преобразователя
Для питания электродвигателя от сети переменного тока предлагается избрать трехфазный комплектный вентильный преобразователь серии УКЭ-Л. Преобразователь серии УКЭ-Л является нереверсивным трехфазным зависимым преобразователем с фазовым управлением, предусматривающим возможность работы на два вида перегрузки: на движок неизменного тока в варианте управляемого выпрямителя либо на асинхронный движок в варианте тиристорного регулятора напряжения.
При проектировании электропривода выбор тиристорного преобразователя должен выполняться с учетом вероятной его перегрузки по току
где Idном номинальный ток преобразователя, А.
Коэффициент припаса учитывает непостоянность момента статического сопротивления технологических машин, определяемого в главном силами трения, затрудняющими процесс запуска электродвигателя опосля долгого останова.
Принимаем Idном=50 А
Избираем УКЭ-Л-3101-37-2-5-УХЛ4 с параметрами:
Uc=380 B
fc=50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
Idном=50 А
Udном=230 ±5 B
1.3 Выбор согласующего трансформатора
Согласующие трансформаторы предусмотрены для обеспечения питания тиристорных комплектов и согласования питающего напряжения с номинальным током и напряжением работы тиристорных комплектов.
В качестве согласующих трансформаторов используются как однофазные, так и трехфазные трансформаторы.
В данном курсовом проекте будем употреблять трехфазный согласующий трансформатор ТСП-16/0,7-74У4-380-205 В с параметрами:
Номинальная мощность трансформатора Pн=14.6 кВ*А
Напряжение первичной обмотки трансформатора U1 =380/660
Напряжение вторичной обмотки трансформатора U2=205/410 B
Утраты мощности в опыте холостого хода ?Рхх=140 Вт
Утраты мощности в опыте недлинного замыкания ?Ркз=550 Вт
Номинальное напряжение в опыте недлинного замыкания Uk=5,2%
Номинальный ток в опыте холостого хода Iхх=10% ,
Коэффициент полезного деяния КПД=96% .
1.4 Выбор датчика тока
Избираем датчик LA 55-P с параметрами: Idном=50 A, спектр измерения 0-70 А Коэффициент трансформации 1/Rтт 1/1000 измерительное сопротивление min/max -10/100 Ом Коэффициент передачи датчика тока :
где Rизм — измерительное сопротивление, Ом;
Rэ- полное активное сопротивление якорной цепи системы «преобразователь-двигатель», Ом;
UвыхДТ- выходное напряжение датчика тока (для рассматриваемых датчиков можно принять UвыхДТ =2,5 В);
где Rш ? сопротивление шин, Ом
где Rm- Активное сопротивление трансформатора ,Ом
где Еdo — наибольшая ЭДС тиристорного преобразователя, В
kсх ? коэффициент схемы выпрямления (для трехфазной мостовой схемы kсхф=2.34, kсхл=1.34);
U2ф ?фазное напряжение вторичной обмотки согласующего трансформатора, В.
где Rk-эквивалентное фиктивное сопротивление, обусловленное
перекрытием токов в фазах преобразователя при коммутации вентилей.
1.5 Выбор уравнительного реактора
При согласованном управлении вентильными группами ?1+?2=? сумма моментальных напряжений отлична от нуля. ток в уравнительном контуре имеет пульсирующий нрав. Индуктивность уравнительных дросселей Lyp, ограничивающих среднее
где I*yp — нормированное
— для трехфазной мостовой схемы I*yp =0.7 А;
Iур.доп -допустимый статический уравнительный ток, можно принять Iур.доп =0.2*Iном
1.6 Выбор тахогенератора
Электродвигатели серии ПБСТ оснащаются встроенными тахогенераторами серии TC-IM
Коэффициент передачи тахогенератора рассчитывается по формуле:
где n ? число оборотов за минуту вала тахогенератора;
етг ? ЭДС тахогенератора, соответственная числу о/мин его вала, В.
Тахогенератор серии ТС-1М имеет последующие характеристики:
номинальная мощность якорной цепи тахогенератора, Вт 5
номинальная ЭДС тахогенератора-100 В
номинальная частота вращения тахогенератора, 3000 о/мин
тип возбуждения- неизменные магниты
1.7 Расчет характеристик цепи «тиристорный преобразователь ? движок неизменного тока»
Рассчитываются последующие характеристики:
Сопротивление якорной цепи мотора:
Активное сопротивление трансформатора:
где Ркз — утрата мощности в опыте КЗ.
Наибольшая ЭДС тиристорного преобразователя:
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя при использовании системы управления с пилообразным напряжением определяется:
где Еd = Cном + IпотRяцд ? ЭДС мотора при рабочей перегрузке, В;
Uуmax ? наибольшее напряжение цепи управления (так как планируется внедрение обычной блочной системы регуляторов, то очень допустимое напряжение управления нужно принять Uуmax = 10 В)
Эквивалентное фиктивное сопротивление, обусловленное
перекрытием токов в фазах преобразователя при коммутации вентилей:
Полное сопротивление якорной цепи:
Индуктивность обмотки якоря мотора:
где р ? число пар полюсов мотора (для движков серии ПБСТ число пар полюсов р=2, ?=0,25).
Индуктивное сопротивление фазы трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке, Ом:
где kсхI = I2ф / Idn ? 0,82.
Индуктивность рассеяния трансформатора, Гн:
Lт=Xт /с
Где
Суммарная индуктивность якорной цепи мотора:
Lэ=Lяцд+Lур+2Lт
Электромагнитная неизменная якорной цепи:
Тяц = Lэ / Rэ
Электромеханическая неизменная:
Тмц= J? Rэ / С2
где J?=1,15?Jд+Jm / iп2 ? полный приведенный момент инерции системы, состоящий из момента инерции мотора, момента инерции механизма, приведенного к валу мотора, и момента инерции передаточного механизма, учитываемого как 15% от момента инерции мотора.
1.8 Обоснование необходимости внедрения замкнутой системы управления электроприводом
Для обоснования внедрения замкнутой системы электропривода нужно отыскать требуемое абсолютное понижение угловой скорости электропривода, абсолютное понижение угловой скорости электропривода в разомкнутой системе и сопоставить их меж собой.
1). Находим требуемое абсолютное понижение угловой скорости электропривода при номинальной перегрузке
где з ? данный статизм в системе электропривода в относительных единицах,
?0min — безупречного Х.Х. мотора на нижней границе спектра регулирования.
2) Находим действительное абсолютное понижение угловой скорости электропривода в разомкнутой системе:
р = RэIпот / C
3) Применение замкнутой системы управления, нужно, если соблюдается условие:
р > з
р=р / 0 max
Статизм разомкнутой системы по отношению к наибольшей скорости безупречного холостого хода:
Выводы по разделу
В данной главе был произведен выбор частей системы электропривода: электродвигателя (с проверкой его по перегрузке) и тахогенератора, управляемого выпрямителя, согласующего трансформатора, сглаживающего реактора; высчитали характеристики якорной цепи системы «преобразователь-двигатель» и сделали вывод о необходимости внедрения замкнутой системы управления электроприводом.
Для удобства последующих расчетов запишем все отысканные значения в таблицу:
Сводная таблица расчетных характеристик Таблица 1.
Заглавие величины
Обозначение
Единицы
Напряжение питающей сети
Uc
В
380
Частота питающей сети
fс
Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
50
Наибольшее напряжение управления
Uуmax
В
10
Эквивалентный момент на валу мотора
Мэкв
Н?м
20.734
Спектр регулирования
D
?
18
Передаточное число редуктора
I
?
12
Наибольшая угловая скорость мотора
мах
с-1
216
Наибольшая частота вращения мотора
nмах
о/мин
2063
Наибольшая угловая скорость механизма
ммах
с-1
18
характеристики мотора
Расчетная мощность на валу мотора
Ррасч
Вт
2963
Коэффициент припаса
Кз
?
1,2
Коэффициент завышения мощности
Кзав
?
1,2
Коэффициент допустимой перегрузочной возможности мотора
Кдп
?
2?5
Относительная длительность включения
?
Номинальная мощность мотора (табл.)
Рном
Вт
3800
Номинальная частота вращения мотора (табл.)
nном
о/мин
2200
Номинальная угловая скорость мотора (табл.)
?ном
с-1
230
Номинальное напряжение питания (табл.)
Uном
В
220
Номинальный ток мотора (табл.)
Iном
А
9.5
Сопротивление якорной цепи мотора (табл.)
Rяцд
Ом
0.813
Конструктивный коэффициент электродвигателя
С
Вс
0.921
Рабочий ток мотора
Iпот
А
22.512
Коэффициент передачи мотора (1 / С)
kд
1/ В?с
1.08
характеристики тиристорного преобразователя
Номинальный выпрямленный ток
Idном
А
50
Номинальное выпрямленное напряжение
Udном
В
230
Коэффициент усиления преобразователя
kтп
В/В
25.862
Коэффициент припаса по току преобразователя
Кзап
?
1,2
характеристики датчика тока
Номинальный ток датчика тока
IномДТ
А
50
Сопротивление измерительного резистора
Rизм
Ом
10/100
Коэффициент передачи датчика тока
kдт
?
0.044
Характеристики тахогенератора
Номинальная частота вращения тахогенератора
N
о/мин
3000
Номинальная ЭДС тахогенератора
eтг
В
100
Коэффициент передачи тахогенератора
kтг
Вс
0.318
характеристики цепи «преобразователь?движок неизменного тока»
Эквивалентное активное сопротивление якорной цепи
Rэ
Ом
1.257
Эквивалентное индуктивное сопротивление якорной цепи
Lэ
Гн
0.337
Электромагнитная неизменная времени
Tяц
с
0.2681
Момент инерции системы приведенный
J?
кг?м2
0.238
Электромеханическая неизменная времени
Tмц
с
0.325
Данный статизм системы (требуемый статизм)
треб (з)
?
0.03
Приобретенный статизм разомкнутой системы
р
?
0.129
2. Расчет статики электропривода
В данном разделе нужно выстроить статическую характеристику электропривода в замкнутой системе управления, также высчитать коэффициенты оборотных связей по скорости и току, коэффициент усиления промежного усилителя и наибольшее напряжение задатчика скорости. Выстроить электромеханическую характеристику электропривода.
2.1 Составление схем для расчета системы управления электроприводом
Рис.2 Структурная схема тиристорного электропривода неизменного тока
Движок представлен апериодическим и интегрирующим звеньями, охваченными ООС по ЭДС мотора, и безинерционным звеном. На движок действует возмущающее действие. Звенья преобразователя включены поочередно в цепь основного действия. На суммирующий усилитель подаются сигналы задатчика скорости и сигналы 2-ух ООС — по скорости и по току. В цепь ОС по скорости входят: датчик скорости, фильтр и регулируемый коэффициент ОС по скорости. В цепь ОС по току входят: датчик тока и фильтр датчика тока, узел отсечки и регулируемый коэффициент ОС по току.
2.2. Определение коэффициента оборотной связи по скорости.
На базе структурной схемы системы для расчета оборотной связи по скорости составим облегченную структурную схему, полагая:
оборотная связь по току не действует;
Рассматриваем установившийся режим работы.
Расположено на /
Рис. 3 Структурная схема для расчета коэффициента ОС по скорости.
Выражаем регулируемый коэффициент оборотной связи по скорости, полагая, что kрс=1:
Для определения коэффициента оборотной связи определим:
Найдём коэффициент оборотной связи по скорости:
Найдем регулируемый коэффициент оборотной связи по скорости:
2.3 Определение наибольшего напряжения задания скорости и коэффициента усиления усилителя.
Определим коэффициент усиления усилителя:
Определим наибольшее напряжение задания:
2.4 Определение коэффициента оборотной связи по току
Разность меж наибольшим током Imax и током уставки Iу обязана быть меньше 0.2Imax. Т.е. 0.8Imах<Iу<Imах. тока значение максимально допустимого тока лежит в границах Imax =(2 3)Iном.
Определим регулируемый коэффициент оборотной связи по току:
Для этого нужно найти Тэкв:
Беря во внимание, что запаздывание в цепи оборотной связи, обусловленное фильтрами на выходе датчиков, обычно не много и нрав конфигурации самой выходной величины приблизительно схож времени датчика скорости (Тфтг берут в границах 0.003…0.005,потому мы принимаем Тфтг=0,004с)
Тфдт — неизменная времени датчика тока
Тзкв=Тmn+Тфдт+Тфтг
— среднестатистическое запаздывание преобразователя
m- фазность преобразователя, равная 6.
— полная неизменная времени тиристорного преобразователя.
Тф-постоянная времени фильтра на входе системы импульсно-фазового управления (Тф=0.005 с)
Тогда
Определим регулируемый коэффициент оборотной связи по току:
2.5 Определение коэффициентов усиления суммирующего усилителя.
Для канала задания скорости коэффициент усиления суммирующего усилителя находится:
Для канала оборотной связи по скорости коэффициент усиления суммирующего усилителя находим как:
Из условия работы мотора на наибольшей требуемой угловой скорости вращения:
Тогда
Для канала оборотной связи по току коэффициент усиления суммирующего усилителя будет:
Где из условия протекания в якорной цепи мотора, при его работе на рассчитываемую нагрузку тока равного Iпот:
Тогда
Сводная таблица характеристик Таблица 2
Заглавие величины
Обозначение
Коэффициент регулируемой оборотной связи по скорости
bс
0,132
Коэффициент регулируемой оборотной связи по току
bт
0,796
Наибольшее напряжение задатчика скорости
Uзmax
10
Коэффициент усиления суммирующего усилителя по каналу задатчика скорости
kуз
1
Коэффициент усиления суммирующего усилителя по каналу оборотной связи по скорости
kуос
1,103
Коэффициент усиления суммирующего усилителя по каналу оборотной связи по току
kут
12,69
2.6 Построение статической свойства электропривода в замкнутой и разомкнутой системе управления
В согласовании со схемой и при учете всех оборотных связей можно записать уравнение
На первом участке при изменении тока от 0 до тока отсечки Iy действует лишь оборотная связь по скорости Uoc . Этот участок строим по формуле:
При построении первой части статической свойства нужно отыскать точку холостого хода электропривода с координатами (Iя=0; 0), где 0 соответствует 0max и Uз=Uзmax, и точку (1) с координатами (Iу; 1).
Другие точки свойства можно отыскать, изменяя ток якоря Iя = (0 .. Iу).
2-ой участок характеризуется вступлением в действие отрицательной оборотной связи по току, которая наращивает наклон (уменьшает твердость) механической свойства. Задаваясь током I2, незначительно огромным, чем Iу, можно отыскать вторую точку (2) свойства на этом участке. Ее координаты (I2; ?2):
Найдем коэффициент передачи:
Найдем напряжение пробоя стабилитрона:
3-ий участок статической свойства строится по формуле при изменении Iя=(I2 .. Imax):
Напряжение задания в этом случае находится из условия ? = ?0рmax, Iя=0:
Строим статические свойства разомкнутой и замкнутой систем управления ЭП:
Рис. 4
Статическая ошибка:
Выводы по разделу
В данном разделе построена статическая черта электропривода. Анализируя данную характеристику можно выделить последующие моменты.
Во-1-х, рабочий участок, где действует ООС по скорости, оказался твердым, что дозволяет регулировать скорость без существенного уменьшения мощности.
Во-2-х, получены значения тока отсечки Iу= 25.65 А — т.е. значение, до заслуги которого действует лишь ОС по скорости. Также найдено свойства с участка где действует ООС по скорости и ООС по току(участок 2), к участку, где действует лишь ООС по току (участок 3).
В-3-х, наглядно можно убедиться, как режимы защиты влияют на твердость свойства.
3. Расчет динамики электропривода
В данном разделе рассматривается возможность получения динамических характеристик работы спроектированного электропривода, в согласовании с данными, т.е. строится и анализируется переходный процесс в системе электропривода.
Переходные процессы играют огромную роль в работе ЭП и РМ. нрав их протекания предназначает производительность машинки, свойство выпускаемой продукции, также приметно сказывается на режимах работы ЭП. Вид переходного процесса зависит от параметров всех частей привода и рабочей машинки.
3.1 Составление структурной схемы электропривода для расчета динамики
На базе многофункциональной схемы можно составить обобщенную структурную схему замкнутой системы электропривода со всеми оборотными связями
Рис. 5 Обобщенная структурная схема замкнутой системы ЭП
Ограничимся расчетом динамики системы, не беря во внимание задержанную оборотную связь по току, вследствие ее нелинейности и трудности расчетов.
Потому обобщенную схему можно представить, как:
Рис. 6 Облегченная структурная схема замкнутой системы ЭП.
Облегченная структурная схема представляет собой облегченную математическую модель системы.
3.2 Составление передаточных функций частей
3.2.1 Составление передаточной функции мотора неизменного тока
В согласовании со структурной схемой тиристорного электропривода неизменного тока с учетом того, что оборотная связь по току не действует, а момент статической перегрузки равен нулю, можно составить передаточную функцию мотора неизменного тока независящего возбуждения в виде:
Потому что Тмц<4Тяц.
Рассчитываем коэффициенты:
-фиктивная неизменная времени
— коэффициент затухания
Рис. 7 Структурная схема мотора по моменту
На основании облегченной структурной схемой замкнутой системы электропривода (Uз=const), запишем передаточную функцию мотора по моменту:
Рассчитаем коэффициент передачи мотора по моменту:
3.2.2 Составление передаточной функции тиристорного преобразователя
Передаточную функцию тиристорного преобразователя представим в виде:
Тфтг — неизменная времени датчика скорости (Тфтг =0,004с)
Тфдт — неизменная времени датчика тока
Найдем среднестатистическое запаздывание преобразователя (фазность преобразователя m=6):
Тф — неизменная времени фильтра на входе системы на импульсно-фазового управления (Тф=0,005)
Найдем полную постоянную времени тиристорного преобразователя:
3.2.3 Составление передаточной функции цепи оборотной связи по скорости
В общем случае передаточную функцию цепи оборотной связи по скорости можно записать:
W(p)=kтгWфтг(p)
где коэффициент передачи тахогенератора kтг известен.
Передаточную функцию фильтра представим как:
Вносим поправку в регулируемый коэффициент оборотной связи по скорости:
Тогда передаточную функцию цепи оборотной связи по скорости можно записать в виде:
,
где (Тфтг =0,004 с)
3.3 Составление передаточной функции системы
Имеем структурную схему системы электропривода неизменного тока с тиристорным управляемым выпрямителем (движок представлен колебательным звеном)
Рис. 8 Схема электропривода.
Составим передаточную функцию разомкнутой системы:
Wраз(p)= Wу(p)Wтп(p)Wд(p)Wocс(p)
Получим функцию вида
где —
3.4 Проверка стойкости системы электропривода
Для расчета стойкости системы регулирования применим способ построения логарифмических частотных черт. Нужным и достаточным условием стойкости по Найквисту является пересечение ЛАЧХ разомкнутой системы оси абсцисс ранее, чем ЛФЧХ пересечет линию, подобающую ее фазовому сдвигу -?.
ЛАЧХ разомкнутой системы:
ЛФЧХ разомкнутой системы:
Рис. 9 ЛАЧХ и ЛФЧХ нескорректированной системы ЭП
Из построенных ЛАЧХ и ЛФЧХ видно, что система не устойчива, т.к. не удовлетворяет аспекту стойкости Найквиста. Потому будем вводить корректирующие устройства.
3.5 синтез корректирующего устройства
Корректирующее устройство обязано обеспечивать отсутствие статической ошибки регулирования, ограничить (не наиболее данного) перерегулирование и время регулирования.
Для нашей передаточной функции системы асимптотическая амплитудно-частотная логарифмическая черта будет иметь вид:
По номограммам Солодовникова находим:
Рис. 10 Номограммы для определения частоты среза (а) и частоты сопряжения (б)
Частота сопряжения:
Нужный припас стойкости
Строим графики АЛАЧХ разомкнутой системы, хотимой системы и АЛАЧХ корректирующего устройства.
Рис. 11 АЛАЧХ скорректированной системы
По виду АЛАЧХ скорректированной системы применим последующее корректирующее устройство:
Рис. 12 Схема корректирующего устройства
Подберем резисторы (наиблежайшим приближением) по ряду Е24
Пересчитаем T1 и T2
Получаем
Строим ЛАЧХ и ЛФЧХ системы с внесением в нее корректирующего звена:
Рис. 13 ЛАЧХ и ЛФЧХ скорректированной системы
На рисунке представлено построение ЛАЧХ и ЛФЧХ нашей системы, введя в нее корректирующее устройство, рассчитанное выше. Из данных черт по аспекту Найквиста находим припасы по амплитуде и по фазе.
Припас по амплитуде:
Припас по фазе:
Как лицезреем, они удовлетворяют нашим требованиям. означает можно перейти к построению переходного процесса в системе электропривода.
3.6 Построение переходного процесса в системе электропривода по управлению
Рис. 14 Облегченная структурная схема скорректированной системы
Для построения переходного процесса системы управления электроприводом неизменного тока по управлению нужно составить передаточную функцию замкнутой системы по управлению, пользуясь правилом
Рис. 14 Переходная черта скорректированной системы по управлению
3.7 Оценка свойства переходного процесса по управлению
— установившееся
-максимальное
1. Наибольшее динамическое отклонение:
2. Перерегулирование:
3. время регулирования:
4. Степень затухания:
5. Число колебаний:
6. Показатель колебательности:
7. Статическая ошибка (отклонение в установившемся режиме):
Сводная таблица расчетных характеристик
характеристики
Обозначение
Данные
Рассчитанные
Припас по амплитуде, дБ (Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений)
La
20
25.22
Припас по фазе, о
Lf
56
54.9
Перерегулирование, %
?max
0,25
0,068
время регулирования, с
tp
2
1,051
Число колебаний, шт
Np
1
1
Степень затухания
?
1
1
Статическая ошибка
?
0,03
0,005
Показатель колебательности
m
?
Наибольшее отклонение
А1
1.03
Построение переходного процесса в системе электропривода по возмущению
Для построения переходного процесса системы управления электроприводом неизменного тока по возмущению составим структурную схему замкнутой системы:
Рис. 15 Структурная схема замкнутой системы по возмущению.
Составим передаточную функцию замкнутой системы по возмущению:
Рис. 16 Переходная черта скорректированной системы по возмущению.
Оценка свойства переходного процесса по возмущению
Из приобретенных графиков переходного процесса системы (уже с введенным корректирующим устройством) видно, что мы имеем устойчивый переходный процесс. Время переходного процесса меньше данного, что удовлетворяет нашим требованиям.
Выводы по разделу
В итоге введения корректирующего устройства были получены характеристики свойства, анализируя которые, можно создать выводы о том, что в скорректированной системе припас по амплитуде выше требуемого на 5%, припас по фазе превосходит требуемый на 2%, время регулирования меньше требуемого, статическая ошибка скорректированной системы в 6 раз меньше и т.д. Таковым образом, скорректированная система владеет неплохими показателями качества-т.е. спроектирована правильно, и удовлетворяет заданию.
Корректирующее устройство представляет из себя 4 резистора и 1 конденсатор — довольно обычное, что удешевляет систему, также упрощает расчет и систему.
Выводы по курсовому проекту
В процессе курсовой работы была спроектирована замкнутая система управления электроприводом неизменного тока.
Исходя из поставленной задачки, было выбрано соответственное электрооборудование, характеристики которого приведены в таблице. Особо следует выделить выбор мотора, также проверка его на возможность перегрузки т.е. nном ? nmах,
Мном Мc.max
Список избранного оборудования
движок
ПБСТ-43
Управляемый преобразователь
УКЭ-Л-3101-37-2-5-УХЛ4
Трансформатор
ТСП-16/0,7-74У4-380-205 В
Датчик тока
LA55-P
Тахогенератор
ТС-1М
Во 2-ой главе курсового проекта рассчитана статика электропривода. Сюда заходит определение
? коэффициента оборотной связи по скорости bC=0.132
? по току bT=0.796
? коэффициента усиления суммирующего усилителя по каналу ОС по скорости Kocy=1.103
? коэффициента усиления суммирующего усилителя по каналу ОС по скорости Kту=12.69.
Последующим шагом сделалось построение статической свойства электродвигателя в замкнутой и разомкнутой системах управления, из которой получен ток стопорения I2= 26.65А и ток отсечки Iу= 25.65 А. Рабочий участок свойства твердый.
Оканчивающим шагом был расчет динамики электропривода. Были построены АЧХ и ФЧХ разомкнутой системы, также переходная черта. В итоге анализа результатов графиков возникла необходимость корректировки системы для получения требуемых по заданию характеристик, которым начальная система не удовлетворяет. Методом вычитания из хотимой АЛАЧХ располагаемой, была найдена АЛАЧХ корректирующего звена, из вида которой была определена ПФ данного звена.
Синтезированное корректирующее устройство не владеет большенный элементной базой и имеет достаточно ординарную систему. В устройстве не употребляются отдельные усилители, а усиление происходит за счет параметров подкорректирующих звеньев. Все избранные сопротивления являются маломощными, что не вызовет огромных утрат при работе, что весьма принципиально с экономической точки зрения. Тип резисторов избран самый всераспространенный — МЛТ, что делает поиск элементной базы максимально обычным и дешевеньким. Относительно конденсаторов использована та же стратегия.
Корректирующее устройство врубается меж усилителем и элементом сопоставления. Данное устройство изменяет сигнал поступающий с элемента сопоставления и на собственном выходе сформировывает уже скорректированный сигнал, поступающий на усилитель, дальше сигнал конкретно подается на тиристорный преобразователь.
Были построены переходные свойства скорректированной системы по управлению и по возмущению, характеристики свойства которых удовлетворяют поставленной задачке.
Так, к примеру, в скорректированной системе припас по амплитуде выше требуемого на 5%, припас по фазе превосходит требуемый на 2%, время регулирования меньше требуемого, статическая ошибка скорректированной системы в 6 раз меньше и т.д. Таковым образом, скорректированная система владеет неплохими показателями свойства.
Выполненную работу можно считать удачной, привод показал отличные динамические и статические характеристики, получено довольно обычное корректирующее устройство, также подобрано оборудование, которое удовлетворяет заданию
тиристорный выпрямитель преобразователь замкнутый
Библиографический перечень
1. Справочник по автоматическому электроприводу /Под ред. Елисеева В.А. и Шинявского А.В. ? М.: Энергоатомиздат, 2010
2. Клюев А.С. Автоматическое регулирование. ? М.: Энергия, 2008
3. Шуваев В.Г. Автоматический элекропривод: Учебное пособие по курсовому проектированию. — Кострома: Издательство Костром. гос. технол. ун-та, 2009
]]>