Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Основной целью курсового проектирования является приобретение навыков самостоятельного принятия инженерных решений на базе современной полупроводниковой техники при проектировании и расчете систем автоматического управления электроприводами. Курсовой проект носит учебный характер, поэтому перечень вопросов, решаемых в проекте, шире, чем просто выбор серийного комплектного электропривода для удовлетворения требованиям технического задания.

Содержание курсового проектирования системы автоматического управления электроприводом постоянного тока включает: выбор электропривода, расчет и выбор элементов его силовой части, описание элементов системы управления преобразователем, синтез регуляторов и расчет их параметров, оценку статических и динамических свойств системы управления электроприводом, составление принципиальной схемы управления электроприводом; составление спецификации на элементы электрооборудования.

1. Составление схемы электропривода. Расчет элементов силовой схемы и подбор элементов привода

Согласно исходным данным, приведенным в задании курсовой работы, из справочника [1] выбираем машину типа 2П, которая соответствует заданной мощности. Паспортные данные выбранной машины приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические данные двигателя серии 2П с высотой оси вращения 90 мм

Мощность, кВт	Напряжение, В	Частота вращения, об/мин	КПД,%	Сопротивление обмотки при 15°С, Ом	Индуктивность цепи якоря, мГн	Момент инерции машины, кг·м2
		номинальная	максимальная		якоря	добавочных полюсов	возбуждения
1,0	220	3000	4000	72,5	2,52	1,47	92	48	0,004

Принципиальная схема силовых цепей электропривода приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема (принципиальная) силовых цепей электропривода

Рассчитаем номинальный ток якоря:

Контакторы магнитные КМ1КМ3 выбираем в соответствии с выражением

Определим коэффициент СФ:

Частота вращения:

Номинальный момент двигателя:

Сопротивление нагрузки:

Для выбора диодов выпрямителя VD1VD4 рассчитаем значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе мостовой схемы выпрямления:

А также определим среднее значение прямого тока:

Для определения параметров трансформатора T1 рассчитаем

напряжение вторичной обмотки трансформатора:

;

ток вторичной обмотки трансформатора:

;

коэффициент трансформации:

мощность трансформатора:

,

где m - число фаз;

ток первичной обмотки трансформатора:

.

Номинальный ток автоматического выключателя FU1:

Выбранные элементы силовой схемы, соответствующие расчету, приведены в таблице 2.



Таблица 2 - Спецификация к рисунку 1

Позиция	Наименование	Марка (тип)	Примечание
FU1	Выключатель автоматический	АК50Б-400-2МОМ3	Курский электроаппаратный завод, Iн=10 А, f=400 Гц
КМ1КМ3	Контактор магнитный	КМИ 10910	ООО «Партнер», Iн=9 А
T1	Трансформатор	Нестандартный	Sтр=1701 ВА,
VD1VD4	Диод	2Д112-10-10	Компания «Электроника и связь», Iпр=10 А, Uобр=1000 B

Построенная в среде Electronics Workbench модель двигателя приведена на рисунке 2. Модель сошлась с расчетами, погрешность не более 5%.

электропривод управление преобразователь регулятор

Рисунок 2 - Схема модели двигателя

2. Разработка схемы цепей управления РКСУ ступенчатого пуска привода. Составление модели привода со ступенчатым регулированием. Экспериментальное определение времени разгона привода на модели

Расчет ступеней пускового реостата производим по формулам:

)

)

Пусковая диаграмма изображена на рисунке 3.



Рисунок 3 - Пусковая диаграмма

Модель системы автоматического пуска привода в функции времени, где переход с одной пусковой характеристики на другую производится по команде реле времени, приведена на рисунке 4. В приведённой модели двигатель постоянного тока 2ПН90М получает питание от источника тока U, напряжением 220 В. Для ограничения тока якоря машины в момент пуска последовательно с якорной цепью включены две ступени пусковых реостатов R1 и R2, имеющих сопротивления 8.281 и 4.024 Ом соответственно. Начальный толчок тока определяется необходимым пусковым моментом, и он не должен превышать допустимого тока для данного двигателя. В процессе разгона двигателя ступени реостата шунтируются контактами реле времени. Срабатывание реле происходит с выдержками времени 1.262 и 2.086 секунд соответственно от момента пуска системы.



Рисунок 4 - Схема модели системы управления пуском двигателя в функции времени



Рисунок 5 - Процесс разгона привода в режиме холостого хода

Рассмотрим осциллограмму изменения тока якоря и частоты вращения двигателя в процессе разгона (рисунок 5).

Как видно из приведённых кривых 1 и 2, в начальный момент времени максимальный ток якоря составляет около 13,5 А и в течение 1,262 с уменьшается до 6,5 А. К этому времени частота вращения вала машины достигает 1840 об/мин. Через 1,262 с, от момента пуска, срабатывает реле времени, которое своими контактами шунтирует первую ступень пускового реостата R1, что вызывает скачкообразное увеличение тока якоря до 12 А и изменение ускорения частоты вращения вала (изменяется угол наклона кривой 1).

Аналогичные процессы происходят при срабатывании второго реле времени через промежуток времени равный 2,086 с от момента начала пуска двигателя, при этом максимальное значение тока в процессе разгона составляет 13,5 А (отсчёт, отмеченный положением маркера 1 осциллографа). Полное время разбега до установившейся частоты вращения 3000 об/мин составляет около 4 с.

Проанализировав пусковую диаграмму (рисунок 3) и осциллограмму (рисунок 5), можно сделать вывод, что они сходятся с некоторой погрешностью. Максимальный ток якоря в процессе разгона в соответствии с пусковой диаграммой, а также согласно осциллограмме равен. Минимальный ток якоря равен )(рисунок 3)и (рисунок 5).

3. Составление структурной схемы привода с непрерывным управлением. Расчет контура регулирования тока якоря

Расчетная структурная схема контура тока представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Структурная схема для расчета контура регулирования тока якоря

Расчет структурной схемы производим по формулам:



Модель контура регулирования тока якоря, построенная согласно приведенным расчетам в прикладном пакете MatLab, приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Модель контура регулирования тока якоря

4. Оценка устойчивости контура регулирования тока якоря по критерию Найквиста. Компьютерное моделирование контура регулирования тока якоря

Критерий Найквиста: система устойчива, если запас по фазе и запас по амплитуде ЛАЧХ и ЛФЧХ контура регулирования тока якоря, определенные вручную и с помощью программы MatLab Simulink, представлены на рисунке 8. С некоторой погрешностью эти характеристики совпадают. Частота единичного усиления . Запас по фазе запас по амплитуде

Согласно данным ЛАЧХ и ЛФЧХ можно сделать вывод, что для системы выполняется критерий Найквиста и она устойчива.

Рисунок 8 - ЛАЧХ и ЛФЧХ контура регулирования тока якоря

График переходного процесса тока якоря приведен на рисунке 9.



Рисунок 9 - График стабилизации тока якоря

Система устойчива, установившееся значение равно Время переходного процесса . Перерегулирование составляет Точность стабилизации тока якоря составляет 10%I_a.

5. Составление структурной схемы двухконтурной САР

Примем контур регулирования тока якоря как апериодическое звено первого порядка.

Расчетная структурная схема двухконтурной САР представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Структурная схема для расчета контура скорости

Расчет структурной схемы контура скорости производим по формулам:

,

- компенсационная постоянная времени(max),

Модель двухконтурной САР, построенная согласно приведенным расчетам в прикладном пакете MatLab, приведена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Модель контура регулирования скорости

Результаты моделирования контура регулирования скорости представлены на рисунке 12.



Рисунок 12 - График стабилизации скорости

Система устойчива, установившееся значение равно

Время переходного процесса . Перерегулирование составляет что не соответствует требуемому значению 4%.

САР робастна, реагирует на изменение задающего сигнала. При уменьшении задающего воздействия в 2 раза, установившееся значение также уменьшается в 2 раза (рисунок 12).

Рисунок 13 - Исследование САР на робастность



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Построенная в среде Electronics Workbench модель двигателя сошлась с расчетами с погрешностью не более 5%.

Экспериментально на модели было определено время разгона привода до установившейся частоты вращения 3000 об/мин - 4с.

Анализ пусковой диаграммы (рисунок 3) и осциллограммы процесса разгона привода (рисунок 5) дает возможность сделать вывод, что они сходятся с некоторой погрешностью. Максимальный ток якоря в процессе разгона в соответствии с пусковой диаграммой, а также согласно осциллограмме равен.Минимальный ток якоря равен )(рисунок 3)и (рисунок 5).

Согласно данным ЛАЧХ и ЛФЧХ контура регулирования тока якоря можно сделать вывод, что для системы выполняется критерий Найквиста и она устойчива. Время переходного процесса . Перерегулирование составляет Точность стабилизации тока якоря соответствует заданной и составляет 10%I_a.

В ходе курсового проектирования для проведения моделирования были использованы прикладные программы - MatLab Simulink и Electronics Workbench. Все графики и расчеты производились в вышеупомянутых средах.

Двухконтурная САР робастна, реагирует на изменение задающего сигнала. При уменьшении задающего воздействия в 2 раза, установившееся значение также уменьшается в 2 раза



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Копылов, И.П. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / И.П. Копылов, Б.К. Клоков Т. 1.- М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.

2. Константинов, К.В. Системы управления электроприводами постоянного тока: Учеб. пособие / К.В. Константинов. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - 92 с.

3. Симаков, Г.М. Системы управления электроприводами: Учеб. пособие по курсовому проектированию / Г.М. Симаков. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 120с.

Размещено на Allbest.ru

...