Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра «Электропривод и промышленная автоматика»

Курсовая работа

«Электрический привод»

Самара 2014



Содержание

Введение

1. Расчет требуемой мощности и выбор двигателя

2. Расчет времени разгона

3. Выбор элементов силового преобразователя

4. Расчет статики

5. Расчет узла задержанной обратной связи по току

6. Описание работы схемы

Список литературы



Введение

Электрический привод это электромеханическая система, которая обеспечивает реализацию различных технологических и производственных процессов с использованием механической энергии.

Назначение электропривода - это обеспечение движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением.

Основные направления развития ЭП делят:

· разработка и выпуск комплектных регулируемых ЭП с использованием современных преобразователей и микропроцессорного, управления;

· повышение эксплуатационной надежности, унификации и улучшение энергетических показателей ЭП;

· расширение области применения регулируемого асинхронного ЭП и использование ЭП с новыми типами двигателей, а именно линейными, шаговыми, вентильными, вибрационными, повышенного быстродействия, магнитогидродинамическими и др.;

· развитие научно-исследовательских работ по созданию математических моделей и алгоритмов технологических процессов, а также машинных средств проектирования ЭП;

· подготовка инженерно-технических и научных кадров, способных проектировать, создавать и эксплуатировать современный автоматизированный электропривод.

Задача курсовой работы - дальнейшее углубление и закрепление знаний по курсу "Электрический привод", полученных при изучении лекционного материала.

Эта задача достигается путем проведения расчетов и проектирования системы стабилизации частоты вращения электропривода производственного механизма, который работает в заданном диапазоне регулирования и с допустимой статической ошибкой. Механизм работает в длительном режиме с переменной нагрузкой.

Необходимо спроектировать ЭП производственного механизма, который требует регулирования частоты вращения при регулировании скорости в диапазоне D и постоянном наибольшем допустимом моменте со статической ошибкой, не превышающей ?доп.

Требуемая скорость двигателя на верхнем пределе диапазона регулирования равна щверх.

К механизмам, предъявляющим подобные требования к ЭП, относятся механизмы подачи различных металлорежущих станков, ряд механизмов металлургического производства и т.д.

Как пример использую упрощенную кинематическую схему механизма подачи, характерную для металлорежущих станков, т.е. токарной группы. Данная схема изображена на рисунке 1.

Рис.1.Упрощенная кинематическая схема механизма подачи станка.

Основные элементы схемы:

1- понижающий редуктор

2- ходовой винт

3- суппорт

4- направляющие

5- гайка

6- резец

7- заготовка

8- патрон

Электродвигатель (ЭД) подачи момента (М) через понижающий редуктор, который обладает передаточным отношением i_p и к.п.д. з_р, соединен с ходовым винтом.

Превращение вращательного движения ходового винта в поступательное перемещение суппорта по направляющим происходит при помощи ходовой пары "винт-гайка".

На суппорте станка в резцедержателе размещается резец.

При продольном точении заготовки, которая расположена в патроне, приводится во вращение ЭП главного движения, который имеет частоту вращения n.

Посредством ЭП подачи происходит перемещение режущего инструмента касательно заготовки. Но так же существует необходимость в выборе различного значения скорости подачи, согласно режиму обработки, не забывая о том, что так же есть ограничения по диапазону.

При поступательном перемещении суппорта на холостом ходу момент на ходовом винте М_хв0 предопределенный, преимущественно, силами трения движущихся частей о направляющие.

При точении заготовки возникают дополнительные усилия, вследствие наличия которых происходит увеличение значения момента М_хв.

В конечном итоге нагрузочная диаграмма ЭП при существовании, скажем, двух технологических операций - то есть участков резания, будет выглядеть, к примеру, как изображено на рисунке 2.



Рис.2.Нагрузочная диаграмма моментов.

Требуется провести расчет величины статической ошибки в замкнутой системе с функционально необходимыми блоками управления (система импульсно-фазового управления СИФУ, тиристорный преобразователь, двигатель, датчик обратной связи). Изменение нагрузки двигателя при определении статической ошибки принимается равным (0,1-1,0) I_НОМ. При расчете коэффициента передачи СИФУ принимается , что изменение фазы импульсов на 150⁰, соответствует изменение входного сигнала СИФУ на 10 В. Расчетная температуру обмоток принимается равной 75^ОС. Далее рассчитываются параметры и выбирается при необходимости промежуточный усилитель ошибки. В расчетах задатчика скорости для бесступенчатого задания частоты вращения ЭП принимается напряжение стабилизатора U=12 В и номинальный ток нагрузки I_H=100 ma. В курсовой работе рассчитывается статическая ошибка работы замкнутой системы с помехами выбранных элементов при максимальном значении коэффициента усиления выбранного усилителя. При расчетах учесть помеху нагрузки h_H двигателя, помеху нагрузки тиристорного преобразователя h_ТП, помеху датчика обратной связи и источника питания. В заключительной части работы рассчитывается узел задержанной отрицательной обратной связи по току, обеспечивающий ограничение тока якоря I_Я на максимальном допустимом уровне лI_НОМ. Принять, что датчик тока включает трехфазный трансформатор тока, соединенный звездой, работающий на мостовую схему выпрямления. Выходное напряжение датчика тока при максимально допустимом значении тока якоря I_Я =л_ДОПI_ДОП составляет величину U=12 В. В качестве датчика тока можно использовать также шунт, включенный в якорную цепь двигателя (принимать, что значению I_Я= л_ДОПI_ДОП соответствует сигнал на выходе шунта равный U =100мВ. Рассчитать добавочное сопротивление в обмотке возбуждения двигателя М для установки его номинального значения. Привести блочную схему спроектированного ЭП и сделать описание работы схемы и ее отдельных звеньев в режиме увеличения момента (возмущающее воздействие) приводного двигателя М.



1. Расчет требуемой мощности и выбор двигателя

Необходимо определить эквивалентный момент на ходовом винте для выбора соответствующего двигателя.

Приводим моменты ходового винта к валу двигателя:

где М_дв - момент приведённый к валу двигателя;

М_хв - момент ходового винта;

i_p - передаточное отношение редуктора;

з - к.п.д. редуктора.

Согласно данных нагрузочной диаграммы эквивалентный момент на ходовом винте находим по следующей формуле.

где t₃ - интервал холостого хода, равный t₃ = t_цикла - (t₁+ t₂) = 110 - (29+45) = 36 с.

Приведенный к валу двигателя эквивалентный момент ходового винта составит:

Требуемая мощность двигателя определяется по формуле:

По расчетным данным подбираем двигатель исходя из условия что: - М_н. М_дв.экв., Р_н. Р_треб., n_н. n_ВПДР, выбираем двигатель ПБСТ32 со следующими параметрами:

1. Номинальное напряжение 110 В.

2. Номинальная скорость 2200 об/мин

3. Номинальная мощность 1,5 кВт.

4. Номинальный ток двигателя 16 А.

5. Номинальный момент 6,4 Н м.

6. К.П.Д. 86,5 %

7. Максимальная скорость вращения 3000 об/мин

8. Маховый момент GD² 0,1 кг/м²

9. Перегрузочная способность по току, л 4

10. Якорь

сопротивление якоря 0,148 Ом;

число параллельных ветвей (2а) 2;

активное сопротивление обмотки добавочных полюсов 0,105 Ом

11. Активное сопротивление обмотки возбуждения 860 Ом

Для обмотки возбуждения определяем значение номинального тока

где б_н. = 1,2 1,4 коэффициент, учитывающий изменение сопротивления при нагреве;

R_в. - сопротивлениеи обмотки возбуждения при температуре 15-20⁰ С.

Используя ранее вычисленное значение номинального тока обмотки возбуждения, определю номинальный ток якоря двигателя

I_я.н. = I_н.д. - I_в.н. = 16 - 0,098 = 15,9 А.

Номинальный ток якоря двигателя:

Следовательно, кратковременная перегрузочная способность двигателя удовлетворяет условию:

л < 4

Выбор тахогенератора

Двигатели серии ПБСТ выпускаются со встроенными тахогенераторами типа ПТ-1 Технические данные тахогенератора:

U_нтг = 230 В.; п_нтг =3000 об/мин. Р_нтг = 15 Вт.

I_н.тг = 0,0652 А.; R_я.тг = 34 Ом.

2. Расчет времени разгона двигателя до номинальной скорости

Записываем уравнение движения привода

где М_д - динамический момент двигателя;

М_С - статический момент сопротивления производственного механизма;

J_пр -момент инерции, приведенный к валу;

- угловое ускорение вала двигателя.

4.1. Динамический момент двигателя найдём таким образом.

где - перегрузочная способность двигателя.

Найдем по формуле приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции

(1)

где J_дв. - момент инерции якоря двигателя;

J_пp. - приведенный момент инерции ходового винта;

J_хв - момент инерции ходового винта, приведённый к валу двигателя;

с - радиус приведения.

Находим отдельные составляющие для выражения (1)

Определим приведенный момент инерции ходового винта

где m_ХВ - масса ходового винта;

R_XВ - радиус ходового винта.

Тогда массу ходового винта найдем из соотношения

где г - удельный вес стали = 7000 кг/м³;

l - длина ходового винта, (задана).

Радиус ходового винта

Масса суппорта

m_суп = а·b·с·г = 0,14·0,7·0,8·7000 = 548,8 кг.

подставляя полученные значения в формулу (1) находим величину суммарного момента инерции производственного механизма, приведённого к валу двигателя

Угловое ускорение

Время разгона двигателя:



3. Выбор элементов силового преоразователя

В данном курсовом проекте необходимо наличие силового преобразователя в виде трехфазной мостовой схемы со средней точкой.

На рисунке 3 представлена реверсивная схема с реверсом по якорю двигателя.

Рис. 3

Упрощённая принципиальная схема ЭП подачи

Расчет и выбор трансформатора

Расчитываем требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки идеального трансформатора

где К_сх = 1,17 - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления;

U_d0 - среднее значение выпрямленного напряжения, принимается равным номиналь-ному напряжению двигателя.

Расчитываем требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки с учетом необходимого запаса U_2Ф =К_с·К_R·U'_2Ф = 1,1·1,1·94 = 115 B.

где К_С = 1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

k_r = 1,1 - коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора и за счет перекрытия токов.

Требуемое линейное напряжение вторичной обмотки

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

I₂ = К₁·К_i·I_d = 0,577·1,1·15,9 = 10,09 А.

где К_i = 1,1 - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей

от прямоугольной;

К₁ = 0,577 - коэффициент схемы;

I_d - среднее значение тока принимается равным току якоря двигателя

Мощность выпрямленного тока

P_d = I_d ·U_d = I_я.ном. U_я.ном = 15,9·110 = 1749 Вт

Тогда требуемая мощность трансформатора с запасом

S_Т = K_с·K_R·K_i·K_п ·P_d = 1,1·1,1·1,1·1,35·1749 = 3142,5 кВА.

где К_п = 1,35-коэффициент повышения расчетной мощности трансформатора.

По требуемой мощности и напряжению выбираем трехфазный трансформатор типа ТТ6, со следующими данными:

трансформатор имеет две вторичные обмотки

s_h = 6 кВт. U_1П = 380 В.

s₂ = 5,4 кВт U_2П = 208 В.

s₃ = 0,6 к Вт U_3П = 90 В.

Выбор вентилей.

Вентили выбираются по среднему значению выпрямленного тока с учётом возможной перегрузки двигателя и по максимальному значению обратного напряжения.

Максимальное значение выпрямленного тока

I_max/ = (2,2 2,5)·I_я.н. = 2,5·15,9 = 39,75 А.

Среднее значение тока через вентиль

где т' =3 - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления.

Расчетная максимальная величина обратного напряжения прикладываемого к вентилю

U'_{обр. max.} = K_в.т.·U_d = 2,09·140 = 294 В.

где K_в.т = 2,09-коэффициент, зависящий от схемы выпрямления,

U_d0 - действующее значение среднего выпрямленного напряжения при питании выпрямителя от выбранного трансформатора

Максимальная величина обратного напряжения с учетом необходимого запаса

По среднему значению тока через вентиль и максимальному обратному напряжению выбираем тиристоры типа Т222-16-6 со следующими предельными эксплуатационными данными:

максимальное обратное напряжение - 600 В.

максимально допустимый средний ток в открытом состоянии - 16 А.

Выбор дросселя

Определяем требуемую суммарную величину индуктивности для якорной цепи, обеспечивающую непрерывность тока двигателя

где U'_п = 0,531U_d0 = 0,531140 = 74,34 В. - действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения, из табл.1 [7].

I_min = 0,1·I_я.н. =0,1·15,9 = 1,59 А.

Индуктивность якоря двигателя

где в = 0,6 -- коэффициент для машин без компенсационной обмотки.

_д.н.= 0,105·n_н. = 0,105·2200 = 231 рад/сек.

Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке

где U_L = 0,095 - индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания трансфор-

матора в относительных единицах.

Индуктивность фазы трансформатора

Суммарная индуктивность якорной цепи

L_У = L_д + L_т = 0,00898 + 0,00344 = 0,01242 Гн.

Поскольку величина суммарной индуктивности L_У якорной цепи меньше требуемой, значит в якорную цепь нужно ввести сглаживающий дроссель.

Индуктивность дросселя определяем из следующего условия.

L_др. = L_треб.. - L_У = 0,0699 - 0,01242 = 0,05748 Гн.

Выбираем дроссель Ш50*60 (в якорную цепь ставим 2 штуки) со следующими параметрами:

номинальный ток, А - 26

индуктивность, Гн - 0,026,

активное сопротивление. Ом - 0,089

Определение расчетных параметров якорной цепи

Активное сопротивление якорной цепи

где б = 1,24 - температурный коэффициент для температуры 75⁰ С.

R_щ = 2/I_я.н. - сопротивление щёточных контактов.

Активное сопротивление обмотки трансформатора

где U_а = 0,020,03 - активная составляющая напряжения короткого замыкания трансфор-

матора в относительных единицах.

I₂ = 10,09 - действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора,

(найденое ранее)

Коммутационное сопротивление

Полное активное сопротивление преобразователя

R_{пол. пр.}=2·(R_т+R_к) = 2·(0,342 + 0,52) = 1,724 Ом.

Суммарное активное сопротивление якорной цепи

R_У = R_{пол. пр.}+ R_я.ц.. = 1,724 + 0,439 = 2,163 Ом

4. Расчет статики

Целью расчета является проектирование системы стабилизации, обладающей заданной статической точностью. Задачу будем решать путём последовательного анализа различных вариантов системы и остановимся на системе, удовлетворяющей техническому заданию.

Рассмотрим несколько вариантов систем и выясним, какой из вариантов обеспечивает требуемую статическую точность.

Расчет статики разомкнутой системы.

Упрощённая принципиальная схема системы изображена на рис.7

Рис.7

По приведённой принципиальной схеме составляем предполагаемую структурную схему САР в установившемся режиме, изображенную на рис.8, где использованы следующие обозначения: h_c, h_п, h_д,- помехи соответственно от изменения напряжения сети, нагрузки преобразователя и двигателя; K_ц, K_сифу, K_СБ, K_д, K_тг,- коэффициенты передачи соответственно цепи, системы импульсно-фазового управления, собственно тиристорного преобразователя (силового блока), двигателя и тахогенератора.

Рис.8

U_зд - задающее напряжение;

щ - выходная величина, (угловая скорость двигателя (рад./сек.); связанная со скоростью

п соотношением:

. Суммарная помеха от изменения нагрузки преобразователя и двигателя опреде-ляется по следующей формуле:

Коэффициент передачи двигателя по управляющему воздействию:

где щ_д.н = 0,105·n_н. = 0,105·2200 = 231 рад/с.

Помеха от изменения нагрузки преобразователя и двигателя (изменение скорости при изменении нагрузки), приведённая к выходу системы,

h_{наг.прив.} = K_д·_.h_наг. = 2,24·30,95 = 69,3 рад/сек.

Относительная статическая ошибка от изменения нагрузки преобразователя и двигателя для ВПДР и НПДР соответственно составят.

на ВПДР

на НПДР

Относительные ошибки с учётом помехи от отклонений сетевого напряжения и коэффициента запаса

на ВПДР Д _впдр = (1,11,3)?(Д'_щ.впдр + Д _с. ) = 1,2·(30 + 10) = 48 % (0,48)

на НПДР Д_нпдр = (1,11,3)?(Д'_щ.нпдр + Д _с. ) = 1,2·(7500 + 10) = 9012 %; (90,12)

где Д_с.= 0,1 - относительная помеха от отклонений сетевого напряжения.

Так как статическая ошибка для данной системы на НДРП Д_НДРП = 9012 % оказалась намного больше допустимой статической ошибки Д_доп. = 5%, то данную задачу по стаби-лизации частоты вращения нельзя решить с помощью намеченной структуры (разомкнутой САУ) и поэтому решать данную задачу необходимо с построения и исследования структуры замкнутой САУ с отрицательными обратными связями (по напряжению или скорости).

Расчет статики замкнутой системы.

Расчёт статики САУ с отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению.

Составляем предполагаемую принципиальную и структурную схемы с функционально необходимыми элементами САУ.

Рис.9

В соответствии с принципиальной схемой составляем структурную схему

Рис. 10.

На схеме обозначено:

К_у - коэффициент усиления усилителя;

h_{н. п.} - помеха нагрузки силового преобразователя;

h_{н. д.} - помеха нагрузки двигателя;

К _дел. - коэффициент передачи делителя напряжения;

U_{ос. U} - напряжение ООС по напряжению;

U_б - сигнал ошибки.

Известно что в замкнутой системе подавляются только помехи, охваченные ООС, поэтому в такой системе статическое падение скорости от нагрузки (СПСН) или помеха приведённая к выходу системы будет:

где

К_р = К_оу К_сифу К_сб К_дел. ;

h_н.п.= R_пI_я ;h_н.п.= R_я.К_д.

Так как с помощью усилителя ошибки мы можем сделать коэффициент передачи разомкнутой системы К_р очень большим, то влияние помехи нагрузки силового преобразо-вателя можно считать равной нулю и тогда

где h_н.д. = R_яI_я.= 0,43914,31 = 6,28 B.

Относительная статическая ошибка замкнутой системы с отрицательной обратной связью по напряжению

на ВПДР

на НПДР

Как видно из расчетов статическая ошибка в замкнутой системе с отрицательной обратной связью по напряжению в несколько раз меньше статической ошибки разомкнутой системы. Но, все равно отрицательная обратная связь по напряжению не приводит к нужному результату, так как отрицательная обратная связь по напряжению мало эффективна, из-за того, что помеха нагрузки двигателя не охватывается отрицательной обратной связью.

Расчет статики системы с отрицательной обратной связью по скорости с функционально необходимыми элементами.

Упрощенная принципиальная схема замкнутой системы с отрицательной обратной связью по скорости изображена на рисунке 11.

Рис.11

По приведенной упрощенной принципиальной схеме составляем структурную схему замкнутой системы с отрицательной обратной связью по скорости, состоящей из функцио-нально необходимых блоков, которая изображена на рисунке 12.

Рис 12

Относительная статическая ошибка в замкнутой САР, обусловленная только изменением нагрузки двигателя (статизм системы) определяется по следующему выражению:

где К_р = К_ц К_сифу К_сб.К_д К_тг - коэффициент усиления разомкнутой САУ.

Для определения коэффициент усиления разомкнутой САУ К_р подсчитываем коэффи-циенты усиления отдельных звеньев системы.

Коэффициент передачи тахогенератора, К_тг берётся из паспортных данных и состав-ляет для ПТ-1 - 0,73 .

Коэффициент передачи СИФУ.

Из условия задания - изменение фазы импульсов Дб на 150⁰ соответствует изменению входного сигнала ДU_у на 10 В., откуда следует, что коэффициент передачи СИФУ составляет:

Коэффициент усиления собственно силового блока.

Аналитическое выражение для характеристики собственно тиристорного преобразо-вателя для данной схемы выпрямления имеет следующий вид:

Регулировочная характеристика U_d = f(б), построена на рисунке 13 по расчетным дан-ным, сведённым в табл.1.



Таблица 1

б, эл .град.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
U, В.	140	137,5	131	121	107	90	70	48	25	0

Рис.13

Напряжение на выходе преобразователя при холостом ходе двигателя

на ВПДР

на НПДР

Принимаем приращение напряжения преобразователя ДU_d h_н.= 31 В. и находим по характеристике U_d = f(б) соответствующие приращения угла отпирания тиристоров и по выражению (51) [7] рассчитываем коэффициент передачи собственно тиристорного преобразователя:

на ВПДР

на НПДР

Действительная величина коэффициента усиления разомкнутой системы:

на ВПДР К_{р. ВПДР} = К_ц К_сифу К_{СБ. ВПДР} К_д К_тг = 1150,912,240,73 = 22,3

на НПДР К_{р. НПДР} = К_ц К_сифу К_{СБ. ВПДР} К_д К_тг = 1152,42,240,73 = 63

Коэффициент передачи цепи на предварительной стадии расчёта принимаем равным единице.

Помеха от изменения нагрузки двигателя в замкнутой системе:

на ВПДР

на НПДР

Статическая ошибка замкнутой системы :

на ВПДР

на НПДР

Из расчётов видно, что данная система также не удовлетворяет техническо-му заданию, а также не учтены все помехи действующие на систему.

Для дальнейшего исследования необходимо определить требуемый коэффициент разомкнутой системы.

Требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы при допустимой ста-тической ошибке г_доп. = 0,05 определим по выражению (86) [7] составляет:

где г_дат. - ошибка тахогенератора ПТ-1. Ошибка тахогенератора г_дат. = 0,025 принята согласно [4], где указывается, что нелинейность характеристики тахогенератора ПТ-1 не превышает 2,5%. При этом предполагается, что ошибка от изменения потока возбуждения тахогенератора будет устранена за счёт питания от стабилизированного источника.

Поскольку действительный коэффициент усиления разомкнутой системы на НПДР К_р.НПДР = 63 получился значительно меньше требуемого К_{тр. НПДР} = 3603,8

К_р.НПДР < К_{тр. НПДР}

то для обеспечения заданной статической точности в систему необходимо вводить проме-жуточный усилитель ошибки.

Требуемую минимальную величину коэффициента усиления промежуточного усилителя определяем следующим образом:

Расчет статики системы с промежуточным усилителем и ООС по скорости.

Составляем упрощенную принципиальную схему системы с отрицательной обратной связью по скорости с функционально необходимыми элементами, приведенную на рис.14.

Рис.14

Структурная схема системы с усилителем представлена на рис 15.



Рис.15

На структурной схеме показаны:

U_зд. - задающий сигнал;

К_ТГ - коэффициент передачи тахогенератора;

- выходная величина;

К_п - коэффициент приведения;

К_УО - коэффициент передачи усилителя ошиб-ки;

h_др - помеха дрейфа усилителя ошибки;

К_СИФУ - коэффициент передачи СИФУ;

h_н.- помеха нагрузки двигателя и силового пре-образователя;

К_СБ - коэффициент передачи силового блока;

h_U - помеха нестабильности сетевого напряже-ния;

К_д - коэффициент передачи двигателя;

h_ТГ - помеха тахогенератора.

Помеха h_U имеет двойное воздействие:

· уменьшение напряжения сети ведёт к снижению среднего значения U_d на выходе СБ, что ведёт к снижению скорости.

· уменьшение U_сети ведёт к снижению напряжения на обмотке возбуждения (ОВМ), что ведёт к ослаблению магнитного потока Ф и следовательно возрастанию скорости.

Эти два влияния взаимокомпенсируются.

Влияние помехи задатчика h_зд. можно считать равной нулю, так как согласно технического задания питание задатчика осуществляется от стабилизированного источника питания.

Расчет задатчика скорости для бесступенчатого задания частоты вращения.

Согласно техническому заданию задатчик должен обеспечивать бесступенчатое задание скорости при напряжении стабилизатора U_пит. = 12 В. и номинальном токе нагрузки I_{зд. max} = 100мА

Мощность задатчика составит Р_зд.= U_пит I_{зд. max} = 0,1 12 = 1,2 Вт. Тогда сопротивление задатчика должно быть

и выбираем стандартный потенциометр с ближайшим большим сопротивлением, что бы обеспечить запас R_зд. = 200 Ом.

Величина части сопротивления задатчика, с которой снимается сигнал при работе на нижнем пределе диапазона регулирования (НПДР) определим из следующего выражения:

0,48 Ом.

Выбор величины входного сопротивления R₁, для операционного усилителя.

Известно, что величина входного сопротивления должна быть в пределахR₁ = (510)R_зд. Принимаем R₁ = 10200 = 2 кОм.

Выбор промежуточного усилителя ошибки и расчёт помехи дрейфа нуля УО.

В качестве усилителя ошибки будем использовать операционный усилитель К153УД3 со следующими данными:

Помеху дрейфа нуля УО определим из следующего выражения:

Помеха дрейфа нуля усилителя приведённая к выходу системы при максимальном коэффициенте усиления усилителя:

на ВДПР h_{др. вдпр} = h_др.К_уК_сифуК_{сб.нпдр}К_дв.= 2,1210^-4 50010³150,912,4 = 3472,56 рад/с.

на НДПР h_{др. ндпр} = h_др.К_уК_сифуК_{сб.впдр}К_дв.= 2,1210^-4 50010³152,42,4 = 9158,4 рад/с.

Статическая ошибка дрейфа нуля усилителя:

на ВДРП

на НДПР

где К_п - коэффициент приведения цепи, который определяется как:

где U_{тг.впдр} = _вдрпК_тг. = 1900,73=138,7 В.

Для выбора величины сопротивления R₂ перепишем выражение для коэффициента приведения цепи в следующем виде:

откуда определяем значение сопротивления R₂

Расчет требуемого коэффициента передачи разомкнутой системы.

Статическая ошибка для замкнутой системы вычисляется по формуле

электропривод двигатель станок статика

Из выражения видно, что увеличивая коэффициент передачи разомкнутой системы, можно снизить ошибку замкнутой системы.

Найдем коэффициент передачи разомкнутой системы при котором Д_з < Д_доп.. Для этого принимаем Д_з = Д_доп. и пренебрегаем 1 в знаменателе последнего слагаемого. Расчет ведем для НПДР

откуда находим требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы, который будет равен

Коэффициент усиления (исходный) разомкнутой системы без усилителя, но с учётом коэффициента приведения цепи составит:

на ВПДР = К_ц К_сифу К_{СБ. ВПДР} К_д К_тг = 0,086150,912,240,73 = 1,91

на НПДР = К_ц К_сифу К_{СБ. НПДР} К_дК_тг = 0,086152,42,240,73 = 5,06

Тогда требуемый коэффициент усиления промежуточного усилителя с учётом дрейфа нуля и коэффициента приведения цепи должен составлять:

Принимаем с запасом К_у.о.= 900

Тогда действительный коэффициент усиления разомкнутой системы с усилителем ошибки должен составлять (при К_ц.= 0,086)

на ВПДР К_{р. ВПДР} =

на НПДР К_{р. НПДР} =

Для получения необходимого коэффициента усилителя К153УД3 нужно определить величину сопротивления обратной связи R₃.

Статическая ошибка замкнутой системы:

на ВПДР _доп.

на НПДР _доп.

Относительная статическая ошибка замкнутой системы при максимальном коэффициенте усиления.

Максимальное значение коэффициента усиления разомкнутой системы:

на ВПДР

на НПДР

Относительная статическая ошибка замкнутой системы:

на ВПДР

на НПДР

5. Расчет узла задержанной отрицательной обратной связи по току

В качестве датчика тока будем использовать шунт, включенный в якорную цепь двигателя. В соответствии с техническим заданием максимальному току якоря лЙ_ном соответствует сигнал (напряжение) на выходе шунта равный 100 милливольт.

На рисунке 16 представлена упрощенная принципиальная схема системы с задержанной обратной связью по току.



Рис.16

По приведенной упрощенной принципиальной схеме составляем структурную схему системы с задержанной отрицательной обратной связью по току, которая представлена на рисунке 17.

Рис.17

Коэффициент передачи шунта определяем по следующему выражению.

Коэффициент усиления усилителя сигнала с шунта.

Выбор сопротивлений R₅ и R₆.

Задаемся сопротивлением R₅= 5 к0м, тогда R₆ = R₅ К_усш = 596 = 480 кОм

Ток отсечки.

0,9?63,6 = 57,2 А.

Ток упора.

63,6 А.

Напряжение на выходе усилителя сигнала с шунта под действием тока упора.

U_у2 = К_ш. К_у.с.ш.I_уп. = 0,001579663,6 = 9,58 В.

Напряжение на выходе усилителя сигнала с шунта под действием тока отсечки.

U_у1 = К_ш.К_у.с.ш.I_отс.= 0,001579657,2 = 8,62 В.

Разностное напряжение.

U =U_у2 - U_у1 = 9,58 - 8,62 = 0,96 В.

Выбор сопротивления R_4.

Ток стабилизации.

Выбираем стабилитроны типа Д814Б со следующими параметрами:

* Напряжение стабилизации - 8ч9,5 В.

* Максимальный ток стабилизации - 36 мА.

* Минимальный ток стабилизации - 3 мА.

6. Описание работы схемы

Пусть на валу приводного двигателя увеличивается момент. В соответствии с зависимостью М = С_м Ф I_я (прямо пропорционально) увеличивается ток якоря.

Увеличение тока якоря приводит к уменьшению скорости вращения двигателя всоответствии с электромеханической характеристикой двигателя.

Уменьшение скорости вращения двигателя приводит к уменьшению скорости вращения тахогенератора, так как тахогенератор находится на одном валу с двигателем, что приводит к уменьшению напряжения в цепи отрицательной обратной связи по скорости. Уменьшение напряжения обратной связи по скорости приводит к увеличению сигнала ошибки U_д

U_д = U_зд - U_oc.c. - U_oc.т. (U_зд = соnst. U_oc.т. = 0)

Увеличение сигнала на входе усилителя ошибки приводит к тому, что увеличивается сигнал на входе СИФУ, а, следовательно уменьшается угол а. Уменьшение угла а приводит к увеличению напряжения на якоре двигателя, которое восстанавливает заданную скорость вращения с заданной статической ошибкой.

При дальнейшем увеличении момента на валу двигателя, ток якоря достигает тока отсечки.

При токе отсечки в действие вступает задержанная отрицательная обратная связь по току, то есть при значении тока якоря равному току отсечки, сигнал на выходе усилителя сигнала с шунта станет равным напряжению стабилизации стабилитронов VD1 или VD2. Это приводит к тому, что сигнал ошибки начнет уменьшатся, а это приведет к падению скорости вращения двигателя из-за уменьшения напряжения на якоре двигателя.

При токе якоря равным току упора сигналы обратной связи по току и сигнал задания станут равными, а, следовательно, сигнал ошибки станет равен нулю. Значит на входе СИФУ будет нулевое напряжение, а также напряжение на выходе силового преобразователя станет равным нулю, что вызовет остановку двигателя.



Список литературы

1. Лебедев А. М. И др. «Следящие приводы станков с ЧПУ» М., Энергоатомиздат 1988г.

2. Замятин В. Я. И др. «Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры» М., «Радио и связь» 1988 г.

3. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам, интегральным микросхемам. М., «Энергия» 1976 г.

4. Справочник по радиодеталям (сопротивления и конденсаторы) М., ДОСААФ

5. Башарин А. В., Голубев Ф. Н.„ Кепперман В. Г. «Примеры расчетов автоматизированного электропривода». Ленинград. «Энергия» 1972 г.

6. Регулируемый электропривод: Сводный каталог вып. 1. Информэлектро 1974 г.

7. Абакумов А. М. И др. «Расчет систем электропривода работающих в режиме стабили-зации». КПтИ 1976 г.

Размещено на Allbest.ru

...