Проектирование электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Кафедра «Электропривода и АПУ»

Курсовая работа

по теории электропривода

на тему: «Проектирование электропривода»

Ульяновск 2013

Содержание

Исходные данные на курсовое проектирование

Предварительный выбор двигателя

Расчет переходных процессов

Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности

Проверка двигателя по нагреву

Статический режим работы САУ. Построение естественной электромеханической характеристики (при питании от сети), характеристики в разомкнутой системе (при питании от ТП

Динамика САУ РЭП

Составление структурной схемы в соответствии с заданным порядком астатизма и функциональным назначением электропривода

Расчет переходных процессов в РЭП

Составление дифференциальных уравнений в форме Коши и уравнений связи

Составление таблицы исходных расчетных данных для реализации стандартных программ построения переходных процессов в РЭП

Заключение

Использованная литература

Исходные данные на курсовое проектирование

Таблица №1

Время t, мин.	Скорость двигателя щ, рад/с	Момент сопротивления Мс, Н.м	Приведённый момент инерции механизма , кг.м2
t1	t2	t3	щ1	щ2	щ3	Mc1	Mc2	Mc3
3	2	2	200	400	400	50	100	0	3,5

Предварительный выбор двигателя

Для предварительного выбора двигателя по известной нагрузочной диаграмме механизма определим средний момент статической нагрузки:

где М_{c i} - момент статической нагрузки на i-ом интервале;

t_i- продолжительность i-ого интервала;

n - число интервалов, где M_с=const.

Номинальный момент искомого двигателя с учетом динамических нагрузок равен:

Принимаем

В качестве номинальной угловой скорости искомого двигателя принимаем:

из условия из каталога предварительно выбираем двигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 4ПФ180S с Р_ном=30кВт и J=0.46кг/м², n_ном=875 об/мин.

После того, как двигатель предварительно выбран, можно перейти к построению нагрузочной диаграммы двигателя, т.е. зависимости М(t). Это построение сводится к решению уравнения движения

По исходным графикам видно, что динамический момент , т.к. нет участков разгона и замедления двигателя. Следовательно, нагрузочная диаграмма двигателя полностью повторяет нагрузочную диаграмму механизма.

Расчёт переходного процесса

Рассчитаем переходный процесс мгновенного сброса нагрузки от М_с1 до М_с2с двигателя постоянного тока с механической характеристикой, линейной на рабочем участке.

Вычислим Т_м:

Определим начальные и конечные значения и М:

Запишем уравнения переходного процесса:

Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности

Проверка по перегрузочной способности сводится к проверке выполнения условия

где - максимальный момент из нагрузочной диаграммы двигателя;

- допустимый по перегрузке момент двигателя.

для АД с учетом возможного снижения напряжения питания на 10%

Двигатели постоянного тока дополнительно проверяются по пусковому моменту. Для нормального пуска должно выполняться условие

Проверка двигателя по нагреву

Из нагрузочной диаграммы двигателя видно, что циклы работы повторяются, что позволяет считать режим работы продолжительным.

При проверке двигателя по нагреву в данном случае удобно пользоваться графиком момента, развиваемого двигателем, в функции времени. Так как поток двигателя при этом постоянен, то между моментом и током существует прямая пропорциональность (М = сI). В этих случаях возможна проверка двигателя по эквивалентному моменту, который для ступенчатого графика вычисляется по формуле:

Величину эквивалентного момента сопоставим с номинальным моментом, и если М_экв<М_н, то двигатель удовлетворяет требованиям нагрева.

62,68<327,6 - условие выполняется.

Статический режим работы САУ. Построение естественной электромеханической характеристики (при питании от сети), характеристики в разомкнутой системе (при питании от ТП)

Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока имеет вид:

,

где U_C - напряжение подводимое к якорной цепи двигателя:

U_C=U_H=220 В;

M - электромагнитный момент, развиваемый двигателем, Н·м;

R_ДВ - сопротивление цепи якоря:

;

kФ_Н - конструктивный коэффициент двигателя;

щ₀ - скорость идеального холостого хода:

,

Дщ - перепад скорости.

Приведенное уравнение преобразуем в уравнение электромеханической (скоростной) характеристики:

,

где I - сила тока в нагрузке.

Обе характеристики представляют собой прямые линии. Поэтому их построение осуществляется по двум точкам в координатах (щ₀, I=0, щ_Н, I=I_H). Номинальная угловая скорость .

Статические характеристики привода при питании от сети приведены на рисунке 1.

Из графика определяем , (при Ф=0,5Ф_н) и , следовательно,

.

Диапазон регулирования в первой зоне:

.

Диапазон регулирования во второй зоне:

.

Полный диапазон регулирования:

.

Рисунок 1 - Электромеханические характеристики двигателя при питании от сети

Жесткость механической характеристики:

.

Статизм характеристики:

Построение электромеханических характеристик двигателя при питании от преобразователя в разомкнутой системе и при допущениях непрерывности тока вплоть до I=0 можно осуществить по формуле

.

Характеристики строим при углах управления _н (обеспечивает получение номинальной скорости _Н при номинальном токе нагрузки); =1,5_н и =_max (обеспечивает минимальную скорость при номинальной нагрузке).

Значение _н можно найти по формуле:

,

.

Значение найдем в точке (2I_н, =0), тогда

, т.е.

.

Расчетные значения для построения характеристик приведены в таблице 1, характеристики - на рисунке 2.

постоянный ток расчет дифференциация

Таблица 1 - Результаты расчета характеристик привода при питании от ТП

	Н = 18,88	1,5Н = 28,32	max = 45,16
I	0	IH	2IH	0	IH	2IH	0	IH	2IH
	113,54	83,78	34,02	124,24	74,48	24,72	99,52	49,76	0

Рисунок 2 - Электромеханические характеристики двигателя при питании от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе регулирования

Жесткость характеристик:

.

Статизм характеристик:

.

Динамика САУ РЭП

Составление структурной схемы в соответствии с заданным порядком астатизма и функциональным назначением ЭП

Проектируемый привод предназначен для реализации главного движения станка, следовательно, его основная задача - поддержание скорости соответственно заданной, то есть по своему функциональному назначению он относится к классу регулируемых электроприводов (РЭП), и основным регулируемым параметром для него является угловая скорость, а подчиненным - сила тока. Таким образом, основу структуры РЭП составят два контура управления:

- внутренний - контур тока (1К);

- внешний - контур скорости (2К).

Структурная схема РЭП представлена на рисунке 2.

Рисунок 3 - Структурная схема САУ РЭП

Для определения параметров регуляторов тока и скорости воспользуемся методикой оптимизации по модульному оптимуму (настройка на технический оптимум).

В качестве желаемых передаточных функций выбираем соответствующие апериодическому переходному процессу:

- для 1-го контура:

;

- для 2-го контура:

,

где .

Для определения передаточной функции регулятора тока запишем уравнение:

,

где - искомая передаточная функция регулятора тока;

- желаемая передаточная функция разомкнутого 1-го контура;

- передаточная функция, состоящая из реальных звеньев в разомкнутой системе;

- передаточная функция датчика тока.

Следовательно,

;

Получили передаточную функцию ПИ-регулятора тока. Аналогично производится синтез регулятора скорости:

,

где - искомая передаточная функция регулятора скорости;

- желаемая передаточная функция разомкнутого 2-го контура;

- передаточная функция, состоящая из реальных звеньев в разомкнутой системе;

- передаточная функция замкнутого внутреннего контура:

;

- передаточная функция датчика скорости.

;

;

Полученное значение коэффициента П-регулятора скорости очень мало, поэтому примем .

Расчет переходных процессов в РЭП

Переходный процесс по определенному параметру представляет собой графическое решение дифференциального уравнения, описывающего движение исследуемой системы по соответствующей координате. Поэтому переходные процессы по току и скорости в РЭП рассчитываются на основе решения соответствующих дифференциальных уравнений.

Составление дифференциальных уравнений в форме Коши и уравнений связи

Система дифференциальных уравнений составляется на основе структурной схемы, показанной на рисунке 3. На схеме выходные и выходные параметры звеньев, в знаменателе передаточных функций которых содержится оператор p, обозначаются через и y с соответствующими индексами. Нелинейные звенья НЗ1 и НЗ2 представлены в виде функций F1 и F2 соответственно. Дифференциальные уравнения, описывающие каждое из указанных звеньев, получают путем преобразования их передаточных функций. Уравнения, записанные в форме Коши, имеют следующий вид:

1) интегральная часть регулятора тока:

2) тиристорный преобразователь:

3) электрическая составляющая двигателя:

механическая составляющая двигателя:

Уравнения связей:

1)

2)

3)

4)

Составление таблицы исходных расчетных данных для реализации стандартных программ построения переходных процессов в РЭП

Для расчета переходных процессов по току и скорости с помощью стандартных программ составим таблицу исходных расчетных данных

Таблица 2 - Исходные данные для программы «РЭП-СЭП»

Параметр	Обозначение	Значение	Наименование величины
tпп	Т	3 с	Время переходного процесса
КРС	КРС	0,2	КПУ2
КРТ	КРТ	0,338	КПУ1
КРТ.ИНТ	КРТ.ИНТ.	20,37	Коэффициент передачи интегрирующей части
КТП	КТП	48,75	Коэффициент передачи ТП
ТТП	ТТП	0,008 с	Постоянная времени ТП
КД1	КД1	0,38	Коэффициент передачи Д1 КД1=1/RЯЦ
ТЭ	ТЯ	0,012 с	Электромагнитная постоянная времени
КД2	КД2	0,787	Коэффициент передачи Д2 КД2=1/КФн
С	КФн	1,27	Коэффициент ЭДС
КТ	КРТ	0,08 В/А	Коэффициент обратной связи по току
КС	КОС.НЕОБХ.	0,063 В/с-1	Коэффициент обратной связи по скорости
UЗ	UЗ	10 В	Напряжение задания10 В
Ic	Ic	4,5 А	Статический ток нагрузки (0,1-0,15)Iн
UСР1	UСР1	5,98 В	Напряжение сравнения в НЗ1
UСР2	UСР2	0,102 В	Напряжение сравнения в НЗ2

Оценка качества регулирования в различных режимах работы

Согласно рассчитанным параметрам САУ РЭП с помощью программы MatLab строим переходные процессы по току и скорости при пуске (рисунок 4), торможении, набросе и снятии нагрузки (рисунок 5).

Рисунок 4 - Графики переходных процессов при пуске привода

Рисунок 5 - Переходные процессы в САУ РЭП при пуске, торможении, набросе и снятии нагрузки

Из графика (рисунки 4 и 5) определяем:

1) время переходного процесса: t_пп = 0,608 с;

2) перерегулирование:

- при пуске:

;

- при набросе нагрузки:

.

3) статическая погрешность:

,

.

Полученные значения показателей динамики САУ РЭП свидетельствуют о том, что в целом система соответствует заданным требованиям устойчивости и точности.

Заключение

По заданной нагрузочной диаграмме электропривода определили эквивалентную мощность и выбрали двигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 4ПФ180S. Рассчитали и построили графики переходного процесса мгновенного сброса нагрузки от М_с1 до М_с2.

Проверили выбранный двигатель на нагрев по методу эквивалентного момента. Условие М_эквМ_н, - выполняется. А так же проверили на перегрузочную способность. Условие ,- выполняется.

Рассчитали статические и динамические характеристики САУ и проверили, соответствует ли САУ РЭП необходимым критериям точности и устойчивости.

Использованная литература

Ильинский Н.Ф. Основы электропривода: Учеб. Пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 220 .

Размещено на Allbest.ru

...