Автоматизированный электропривод главного движения токарного станка
Принципиальная электрическая схема автоматизации электропривода токарного станка с устройствами управления и защиты. Краткое описание разработанной системы с перечнем выбранного электромеханического оборудования. Расчет статических характеристик.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.11.2016 |
| Размер файла | 2,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ - ВТУЗ)
Кафедра электротехники, вычислительной техники и автоматики.
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ
Тема: Автоматизированный электропривод главного движения токарного станка
Выполнил студент: Горлатов Д.В.
Руководитель работы: Шестаков В.М.
Санкт-Петербург
2010
Содержание
- Введение
- Техническое задание
- 1. Расчет и выбор силовых элементов
- 1.1 Выбор электродвигателя
- 1.2 Выбор силового преобразователя и трансформатора
- 1.3 Выбор сглаживающего дросселя
- 1.4 Определение коэффициентов передачи и постоянных времени силовых элементов
- 2. Компоновка и расчет статики системы
- 2.1 Выбор структуры САУ ЭП
- 2.2 Построение функциональной схемы САУ
- 2.3 Расчет статических характеристик СЭП
- 2.4 Выбор элементов САУ и расчет параметров обратных связей
- 3. Синтез и расчет динамики сэп с учетом упругости механических передач
- 3.1 Составление передаточных функций звеньев СЭП
- 3.2 Построение структурной динамической схемы и синтез регуляторов
- 3.3 Построение логарифмических частотных характеристик и исследование динамики СЭП
- Выводы
- Литература
Введение
Цель курсового проекта заключается в работе над созданием АЭП современного металлорежущего станка. Проектирование является важным этапом, так как от качества его выполнения в значительной степени зависит качество функционирования АЭП.
Проект является развитием курсовой работы по теории автоматического управления применительно к конкретным агрегатам с учетом реальных условий промышленной эксплуатации.
Техническое задание
Спроектировать автоматизированный электропривод главного движения токарного станка. Выполнить расчет статики, произвести оптимизацию динамики САУ и исследовать переходные процессы в синтезированной системе при управляющем и возмущающем воздействии.
Оптимизация динамики системы производится с учетом влияния упругой механической передачи между двигателем и рабочим органом станка. При расчете динамики эквивалентная механическая система считается двухмассовой с частотой свободных упругих колебаний щУ и коэффициентом демпфирования оУ. При необходимости вводятся дополнительные средства коррекции, предназначенные для оптимального подавления упругих колебаний.
Расчет переходных процессов по скорости выполняется для ступенчатых управляющего и возмущающего воздействий. Управляющее воздействие считается единичным, а изменение момента сопротивления рабочего органа ДМС=50% от номинального значения.
Расчеты динамики АЭП выполняются расчетно-аналитическими и компьютерными методами. Далее определяются настроечные параметры регуляторов (для операционных усилителей) или составляются блок-схема алгоритма и программа (для микропроцессорных регуляторов).
На основании выполненных расчетов и принятых технических решений разрабатывается принципиальная электрическая схема АЭП токарного станка с устройствами управления и защиты и дается краткое описание разработанной системы с перечнем выбранного электромеханического оборудования.
Таблица 1. Исходные данные
|
Наименование величин |
Значения для варианта 1.9 |
|
|
Значения коэффициентов для расчета параметров режима резания |
kV=1,6; kPZ=1,5; xPZ=1,0; yPZ=0,8; nP=0 |
|
|
cPZ |
120 |
|
|
cV |
140 |
|
|
xV |
0,2 |
|
|
yV |
0,6 |
|
|
m |
0,15 |
|
|
T, мин |
70 |
|
|
Глубина резания t, мм |
8 |
|
|
Величина подачи S, мм |
0,6 |
|
|
Экономически выгодная скорость резания V, м/мин |
||
|
Тангенсальное усилие (усилие резания) FZ, Н |
||
|
Номинальный КПД станка зСТ. Н |
0,75 |
|
|
Момент инерции механизма станка, приведенный к валу двигателя JМ, кг•м |
0,6 |
|
|
Максимальная скорость шпинделя щШmax, с-1 |
25 |
|
|
Общий диапазон регулирования скорости D? |
300 |
|
|
Частота упругих колебаний механической системы щУ, с-1 |
150 |
|
|
Коэффициент демпфирования упругих колебаний оУ |
0,03 |
|
|
Величина перерегулирования у, % |
15 |
|
|
Длительность переходного процесса при управляющем воздействии tП, с |
0,3 |
|
|
Динамическая ошибка замкнутой системы нДЗ, % |
6 |
|
|
Система электропривода |
Тиристорный преобразователь - двигатель |
1. Расчет и выбор силовых элементов
1.1 Выбор электродвигателя
Требуемая мощность приводного электродвигателя для длительного режима работы рассчитывается по формуле:
,
где FZ (Н) - тангенсальное усилие (усилие резания), V (м/мин) - экономически выгодная скорость резания, зСТ. Н - номинальный КПД станка. Числовые значения этих параметров приведены в таблице 1.
По рассчитанной мощности выбираем двигатель постоянного тока независимого возбуждения серии 4ПФ типа 4ПФ132L.
Расшифровка: 4П - серия машин постоянного тока; Ф - защищенное исполнение;
132 - высота оси двигателя над фундаментом (вертикальный габарит, мм);
L (long) - длина ротора или якоря двигателя (горизонтальный габарит).
Таблица 2. Технические данные электродвигателя 4ПФ132L
|
Мощность PH, кВт |
Частота вращения nH/nmax, об/мин |
Ток якоря IЯН, А |
КПД з, % |
Сопротивление обмоток |
Номинальный поток возбуждения ФН•10-2, Вб |
Число витков обмотки возбуждения WВП |
Момент инерции JД, кгм2 |
Ном. напряжения: якорное UЯН, В / возбуждения UВН, В |
||
|
якорной цепи RЯ, Ом |
возбуждения RB, Ом |
|||||||||
|
23,6 |
1400/ 4500 |
64,8 |
83 |
0,3 |
60,4 |
1,2 |
1130 |
1,6 |
440/ 220 |
Число главных полюсов 2pП=4; число параллельных ветвей обмотки якоря 2а=2; управление скоростью электропривода - двухзонное.
Для выбранного двигателя 4ПФ132L произведем перерасчет номинальной и максимальной частот вращения в соответствующие угловые скорости:
Также пересчитаем активные сопротивления якорной цепи RЯ и цепи возбуждения RB в нагретом состоянии:
,
где - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления обмотки в нагретом состоянии; - сопротивление обмотки якорной цепи или обмотки возбуждения в холодном состоянии (при 20?С).
Двигатели серий 2П, 4П рассчитываются на нагрев при фУСТ=150?С.
,
Индуктивность цепи якоря двигателя приближенно может быть рассчитана по формуле Линвилля-Уманского:
где
= 64,8 А - номинальный ток якоря;
= 440 В - номинальное якорное напряжение двигателя;
= 2 (2= 4) - число пар полюсов;
= 0,25.0,3 - коэффициент компенсации при наличии компенсационной обмотки, примем =0,3;
с-1 - номинальная угловая скорость двигателя;
Передаточное число редуктора находится по формуле:
,
где - максимальная скорость двигателя, (из таблицы 1) - максимальная скорость шпинделя.
1.2 Выбор силового преобразователя и трансформатора
Используем в качестве силового преобразователя - тиристорный (ТП).
ТП выбирается с учетом допустимой перегрузки по току (определяется кратностью пускового тока двигателя и длительностью пуска привода). Номинальное напряжение ТП (U), работающего на якорь двигателя, должно быть ближайшим большим к номинальному якорному напряжению двигателя (U).
Выбираем ТП, исходя из условий: UТП. Н?UЯН (UЯН =440 В), IТП. Н?IЯН (IЯН=64,8 А).
Получаем преобразователь типа КТЭ 100/440.
Таблица 3. Технические данные ТП типа КТЭ 100/440
|
Тип преобразо-вателя |
Напряжение UТП. Н, В |
Ток номинальный IТП. Н, А |
Ток максимальный I, А |
КПД ,% |
|
|
КТЭ 100/440 |
440 |
100 |
200 |
95 |
Примечания к таблице:
1) Уравнение характеристики СУТП:
2) Максимальный ток I - ток, при котором допускается работа агрегата в повторно-кратковременном режиме в течение 15 с со временем цикла 10 мин при условии, что среднеквадратичное значение тока не превышает номинального значения.
3) Управление реверсивным тиристорным агрегатом - раздельное.
4) Силовая часть преобразователя построена по трехфазной мостовой схеме выпрямления (схеме Ларионова).
5) Агрегаты с номинальным напряжением 440 В предназначены для непосредственного подключения к сети с линейным напряжением 380 В без использования силового согласующего трансформатора.
Согласно 5 примечанию к таблице силовой согласующий трансформатор не требуется.
Для дальнейших расчетов необходимо определить индуктивность L и активное сопротивление R силовой цепи преобразователя.
Индуктивность L определяется как сумма индуктивностей элементов силовой цепи. В зависимости от выбранной схемы в L могут входить индуктивности силового трансформатора L, токоограничивающего L и уравнительного L реакторов.
L=L+ 2L+ L.
В рассматриваемой схеме нет уравнительного реактора (т.к. используем раздельное управление группами тиристоров) и силового трансформатора, поэтому L= 2L.
Следуя условию I==0,8165•64,8=53А (значение взято из таблицы 2), аналогично ТП выберем токоограничивающий реактор (ТОР).
Таблица 4. Технические данные ТОР типа РТСТ-82-0,38У3
|
Тип реактора |
Ток I, А |
Напряжение сети U, В |
Индуктивность L, мГн |
Активное сопротивление R, Ом |
|
|
РТСТ-82-0,38У3 |
82 |
410 |
0,38 |
0,0252 |
L= 2L=2•0,00076 Гн=0,76 мГн.
Сопротивление R в свою очередь определяется как сумма сопротивлений элементов силовой цепи. В общем случае в R могут входить сопротивления силового трансформатора R, токоограничивающего реактора R, уравнительного реактора R, тиристоров R и коммутационное R.
R=R + 2R + R + R + R.
R?0, поэтому им пренебрегаем, трансформатор и уравнительный реактор отсутствуют.
Получаем R= 2R + R.
Сопротивление коммутации рассчитываем по формуле:
R=L·f·m,
где L=2L=0,76 мГн - индуктивность анодной цепи тиристора, f=50Гц - частота питающей сети, m=6 - число пульсаций для мостовой схемы ТП.
R= L·f·m =0,00076·50·6=0,228 Ом.
R= 2R+ R=2•0,0252+0,228=0,2784 Ом.
1.3 Выбор сглаживающего дросселя
При работе ТП на якорь двигателя в ряде случаев необходимо установить сглаживающий дроссель. Эту необходимость следует проверить, так как параметры силовой цепи ТП и конструктивные особенности двигателя могут допускать бездроссельный вариант привода. Основными расчетными параметрами дросселя являются его номинальный ток I и индуктивность L. При выборе дросселя по току справедливо условие: I>. Требуемая индуктивность дросселя:
,
где и - индуктивности двигателя и ТП, рассчитанные в пунктах 1.1 и 1.2.;
- ориентировочная индуктивность якорной цепи, рассчитываемая по условию ограничения пульсаций тока до допустимого для машины ур овня,
Где е - относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения (для широкорегулируемых ЭП е=0,22….0,24), возьмем е=0,22;
Е= - максимальная выпрямленная ЭДС ТП;
Где i - относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямительного тока (для двигателей серии 2ПФ и 4ПФ i= 0,07);
- угловая частота пульсаций =2··f·m=2·3,14·50·6=1884 с (f=50 Гц - частота питающей сети, m=6 - число пульсаций для мостовой схемы ТП);
IЯН - номинальный ток якоря, приведенный в таблице 2, IЯН=64,8 А.
Таким образом
Условие необходимости дросселя выполнено.
Значение , найденное по условию ограничения пульсаций, следует проверить по условию ограничения зоны прерывистых токов:
IЯ. Сmin? IЯ. ГР,
где IЯ. ГР - гранично-непрерывный ток, IЯ. Сmin=0,2·I=0,2·64,8=12,96А - минимальный рабочий ток двигателя, соответствующий моменту сопротивления = 0,2.
Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы минимальные рабочие токи не попадали в область прерывисто-непрерывных токов.
Гранично-непрерывный ток IЯ. ГР растет с увеличением угла управления тиристорами , поэтому его следует определить по формуле:
I=,
где
=arccos (),
где
E= к·ФН·+ I·R - минимальная выпрямленная ЭДС ТП,
кФН= - коэффициент передачи по магнитному потоку,
электропривод токарный станок автоматизация
R=R+R+R - полное активное сопротивление якорной цепи ТП-Д,
Так как сглаживающий дроссель еще не выбран, его сопротивление R определяется приближенно по формуле:
R=,
Где U - падение напряжения на дросселе U?0,01·U=0,01·440=4,4 В,
Тогда R= Ом.
Отсюда R=R+R+R=0,3+0,2784+0,07=0,6484 Ом.
Минимальная угловая частота вращения двигателя
.
где и - минимальная и максимальная угловые скорости двигателя,
- диапазон управления угловой скоростью (из таблицы 1).
кФН= В·с.
E=к·ФН·+I·R=2,87·1,57+64,8·0,6484=46,5222 В.
=arccos () =arccos =84,8°
Тогда
Условие ограничения зоны прерывистых токов IЯ. Сmin? IЯ. ГР выполняется. Дроссель нужен, выбираем его исходя из условий:
I? (=64,8А); Lтабличная>Lрасчетная (Lрасчетная=5,44мГн).
Таблица 5. Технические данные сглаживающего дросселя
|
Тип дросселя |
Ток I, А |
Индуктивность LДР, мГн |
|
|
ДФ - 7 |
100 |
10 |
Уточняем значение LЯЦ:
L= L+ L+L=7+0,76+10=17,76 мГн.
1.4 Определение коэффициентов передачи и постоянных времени силовых элементов
В работе используем динамические коэффициенты передачи звеньев СЭП, определяемые как отношение приращения выходной переменной к приращению входной переменной в работе точке статической характеристики звена.
Коэффициент передачи двигателя при управлении напряжением якоря:
( из пункта 1.3).
Коэффициент передачи двигателя по возмущению - изменению МС:
Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:
,
где
В - ЭДС ТП в верхней рабочей точке;
В - ЭДС ТП в нижней рабочей точке (из пункта 1.3).
Найдем в верхней и нижней рабочих точках ТП:
В.
В.
Построим зависимость ЭДС ТП от управляющего напряжения для значений В при стабилизированном пилообразном опорном напряжении по формуле
,
где В - максимальная величина опорного напряжения.
Таблица 6. Зависимость ЭДС ТП от управляющего напряжения
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
0 |
80,25 |
158,53 |
232,90 |
301,53 |
362,75 |
415,03 |
457,09 |
487,89 |
506,68 |
513,00 |
Рис.1. Регулировочная характеристика ТП
Электромагнитная постоянная времени цепи преобразователь - двигатель Тя:
с.
Суммарная электромеханическая постоянная времени привода Тэм:
с.,
где - суммарный момент инерции ЭП, ;
- момент инерции двигателя, ;
- момент инерции подвижных частей, приведённых к валу двигателя, ;
.
2. Компоновка и расчет статики системы
2.1 Выбор структуры САУ ЭП
В данном курсовом проекте АЭП станка является двухзонным. Целесообразно использовать двухконтурную СПР (систему подчиненного регулирования) электропривода с внутренним контуром тока якоря двигателя.
При выборе типа элементов САУ ориентируемся на отечественную систему УБСР-АИ (универсальную (унифицированную) блочную систему регуляторов аналогового исполнения).
Таблица 6. Данные элементов УБСР-АИ
|
Тип элемента |
Наименование Элемента |
Характеристики элемента |
||||
|
UВХ, В |
RВХ, кОм |
RН, кОм |
kУ |
|||
|
У2-АИ У4-АИ |
Операционные усилители |
10 |
150 |
2 |
Не менее 10000 |
|
|
ФВ-1АИ |
Фазочувствительный выпрямитель |
~10 |
5 |
2 |
1,25 |
|
|
ДТ-1АИ |
Датчик тока |
0,075…0,2 |
0,01 |
2 |
40…140 |
|
|
ДН-1АИ |
Датчик напряжения |
10 |
10 |
2 |
1 |
2.2 Построение функциональной схемы САУ
Функциональная схема САУ позволяет определить основные функциональные связи между звеньями системы. Структура системы имеет следующий вид:
Рис.2. Функциональная схема СЭП с двухзонным управлением скоростью двигателя
Обозначения, введенные на функциональной схеме СЭП:
РС, РТЯ, РЭ, РТВ - регуляторы скорости, тока якоря, ЭДС и тока возбуждения;
КС, КТЯ, КЭ, КТВ - контуры скорости, тока якоря, ЭДС и тока возбуждения;
ДС (ТГ), ДТЯ, ДЭ, ДТВ, ДН - датчики скорости (тахогенератор), тока якоря, ЭДС, тока возбуждения и напряжения (потенциальная развязка);
ЗС - задатчик скорости двигателя;
ТП - тиристорный преобразователь;
Д - электродвигатель;
БО1, БО2 - блоки ограничения (БО1 ограничивает ток двигателя, БО2 - ток возбуждения двигателя (однозначно до номинала));
ТВ - тиристорный возбудитель;
ОВД - обмотка возбуждения двигателя;
БВМ - блок выделения модуля (служит для сохранения ООС в КЭ реверсивного ЭП);
UС - напряжение сети;
UЗС, UЗЭ - напряжение задатчиков скорости и ЭДС;
UОС, UОТ, UОЭ - напряжения обратной связи по скорости, току и ЭДС;
UРС, UРТ, UРЭ, UРТВ - напряжения РС, РТЯ, РЭ и РТВ;
UДТ, UДН, UДЭ - напряжения ДТЯ, ДН, ДЭ;
UТП - напряжение ТП;
EТП - ЭДС ТП;
EД - ЭДС Д;
IЯ - ток якоря двигателя;
IВ - ток возбуждения двигателя;
UВ - напряжение возбуждения;
Ф - магнитный поток.
EД=var (0<EД ?EДН) при Ф =ФН=const, IВ=IВН=const, 0<щ?щH - 1-я зона управления щ.
Ф=var (Фmin?Ф?ФH) при EД=EДН=kФvщ^=const, щH<щ?щmax - 2-я зона управления щ.
Регуляторы тока и скорости выполнены на операционных усилителях и являются пропорционально - интегральными - (ПИ - ) регуляторами. Активные корректирующие устройства позволяют увеличить коэффициент усиления САУ в статике и исключить использование различных промежуточных устройств.
2.3 Расчет статических характеристик СЭП
В этом разделе рассчитываются и строятся механические характеристики двигателя =f (M) в разомкнутой системе на верхней и нижней угловых скоростях по уравнению:
,
где:
- статический момент на валу двигателя;
- статическая (требуемая) мощность двигателя из п.1.1.
Статический ток якоря двигателя:
А.
Определим основные точки характеристики на верхней и нижней угловых скоростях двигателя в первой зоне управления.
.
.
.
Определим статизм разомкнутой системы на верхней и нижней угловых скоростях ЭП.:
.
.
При двухзонном управлении ослабление магнитного потока принимается .
Соответственно основные точки на максимальной скорости:
,
где .
.
Рис.3. Механические характеристики двигателя =f (M)
2.4 Выбор элементов САУ и расчет параметров обратных связей
Рис. 4. Функциональная схема включения датчика и регулятора скорости
Выбор датчика скорости
В данном курсовом проекте используются аналоговые регуляторы на базе операционных усилителей (регуляторы серии УБСР-АИ), для которых коэффициент передачи обратной связи по скорости можно определить следующим образом:
,
где
kДС - коэффициент передачи датчика скорости с учетом коэффициентов передачи потенциометра kП. и сглаживающего RC - фильтра Кф.
kС - коэффициент приведения обратной связи по скорости к задающему входу регулятора скорости;
UЗН - номинальное управляющее напряжение задающего устройства (для элементов УБСР - АИ UЗН = 10В).
В качестве датчика скорости могут применяться тахогенераторы постоянного тока, типа ТМГ, ТГ, ТД, ПТ и другие.
Исходя из условия nН nMAX Д (nMAX Д = 4500 об/мин), выбираем тахогенератор типа ТГ-3.
Таблица 7. Технические данные ТГ постоянного тока
|
Тип ТГ |
Коэффициент передачи (Вс) |
Сопротивление обмотки якоря (Ом) |
Максимальный ток нагрузки (А) |
Номинальная частота вращения (об/мин) |
Напряжение возбуждения (В) |
Ток возбуждения (А) |
|
|
ТГ-3 |
0,16 |
51 |
0,10 |
4000 |
27 |
0,30 |
Коэффициент передачи датчика скорости kДС:
Вс,
где:
kТГ =0,16 - коэффициент передачи тахогенератора (из табл.7);
kП = 0,5 - коэффициент передачи потенциометра;
kФ = 0,95 - коэффициент передачи сглаживающего RC - фильтра.
Коэффициент приведения обратной связи по скорости к задающему входу РС:
.
В СПР рекомендуется использовать датчик тока УБСР-АИ, подключаемый к стандартному шунту.
Шунт типа 75ШС имеет падение напряжения мВ при номинальном токе IШ = 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 500 А.
По условию IШ ? IЯН (IЯН = 64,8 А) выбираем IШ = 75 А
Таблица 8. Технические данные датчика тока
|
Тип датчика тока |
Характеристики |
||||
|
UВХ, В |
RВХ, кОм |
RН, кОм |
kУ |
||
|
ДТ-1АИ |
0,075…0,2 |
0,01 |
2 |
40…140 |
Коэффициент передачи шунта: .
Коэффициент передачи датчика тока : .
Коэффициент передачи обратной связи по току в СПР:
,
где:
UРСО = 10В - напряжение ограничения регулятора скорости,
IЯ max - максимальное значение тока якоря двигателя.
Для двигателей 4П: А.
Коэффициент приведения ОС по току к задающему входу регулятора тока:
.
3. Синтез и расчет динамики сэп с учетом упругости механических передач
3.1 Составление передаточных функций звеньев СЭП
Построенная ранее функциональная схема САУ дает возможность выделить отдельные динамические звенья САУ первого и второго порядка. Для каждого динамического звена необходимо составить его передаточную функцию и структурную схему.
Тиристорный преобразователь (ТП) вместе с системой управления (СУТП) и фильтром, для сглаживания пульсаций входных сигналов в первом приближении может быть представлен апериодическим звеном с ПФ в виде:
где - постоянная времени ТП,
- постоянная времени фильтра,
- время запаздывания силовой части ТП.
.
.
Датчики скорости и тока при наличии фильтров на выходе следует считать апериодическими звеньями с ПФ:
, ,
где - постоянная времени датчика скорости;
- постоянная времени датчика тока.
Передаточная функция ДПТ с учётом упругости механической части ЭП
,
где
- постоянная времени, определяющая упругий резонанс на частоте щу,
- постоянная времени, характеризующая "провал" в ЛАХ объекта на частоте ,
- коэффициент соотношения инерционных масс;
и - коэффициенты демпфирования упругих звеньев.
; .
Передаточная функция механической части ЭП приведённой к валу двигателя:
Передаточные функции П - , ПИ - , ПИД - регуляторов, построенных на базе операционных усилителей, могут быть представлены в виде:
, , ,
где - динамический коэффициент усиления; - постоянная времени настройки регулятора.
В нашем случае регуляторы скорости и тока пропорционально-интегральные:
, .
3.2 Построение структурной динамической схемы и синтез регуляторов
На основании разработанной функциональной схемы и ПФ звеньев СЭП построим динамическую структурную схему (ДСС) системы, обозначив на ней соответствующие функциональные звенья и переменные (регулируемые) параметры.
В СПР оптимизация контуров обычно выполняется в соответствии со стандартными настройками с учётом условий работы СЭП и соотношения параметров объекта управления. В САР скорости контур тока чаще всего настраивается на оптимум по модулю (ОМ), а контур скорости - на симметричный оптимум (СО).
Параметры ПИ - регулятора тока определяются формулами:
,
где
,
- суммарная малая постоянная времени контура тока,
.
.
Передаточная функция разомкнутого и замкнутого контуров тока соответственно будут:
Обратной связью по ЭДС двигателя можно пренебречь, т.к. .
В СЭП с упругой связью контур скорости настраивается в зависимости от соотношения механических параметров. В нашем случае при q>0,5 () используется 1-я ступень оптимизации и параметры ПИ - регулятора скорости будут иметь вид:
Для двухкратноинтегрирующей системы с ПИ - РС:
,
где
щС - значение скорости в рабочей точке,
kРСО - коэффициент усиления регулятора скорости в статике (kРСО =10000).
.
.
В нашем случае СЭП с двухзонным регулированием скорости, поэтому при ее синтезе необходимо также оптимизировать процессы в цепи возбуждения ДПТ. Основные параметры контура тока возбуждения двигателя определяются из следующих выражений.
Постоянная времени возбуждения двигателя:
,
где
=1,15…1,25 - коэффициент рассеивания потока двигателя, учитывающий наличие потоков рассеивания (=1,2),
WВП - число витков на полюс обмотки возбуждения,
- сопротивление обмотки возбуждения,
- определяется по кривой намагничивания на рисунке 6.
Номинальный ток обмотки возбуждения:
Номинальный поток двигателя: ФН=1,2•10-2 Вб=0,012 Вб.
Ослабление магнитного потока при двухзонном управлении:
IWН=3,64А•1130в=4113 А•в.
Исходя из условий: U?U, I?I, выберем тиристорный возбудитель (ТВ).
Таблица 9. Технические данные ТВ типа КТЭ 10/220
|
Тип возбудителя |
Напряжение UТВ. Н, В |
Ток номинальный IТВ. Н, А |
Ток максимальный I, А |
КПД ,% |
|
|
КТЭ 10/220 |
220 |
10 |
40 |
85 |
Эквивалентная постоянная времени Т= Т+ Т,
где
Т=0, 201с - постоянная времени контура тока возбуждения,
Т?0,1Т= 0,1?0, 201=0,0201с.
Т= Т+ Т=0, 201+0,0201 =0,2211с.
Коэффициент обратной связи по току возбуждения:
k=,
где - напряжение ограничения регулятора ЭДС (для серии УБСР-АИ ).
При оптимизации процессов в цепи возбуждения двигателя контуры тока возбуждения и ЭДС настраиваются на оптимум по модулю (ОМ).
Параметры ПИ-регулятора тока возбуждения определяются формулами:
, ,
где
k===29,7 - коэффициент передачи ТВ,
- постоянная времени ТВ,
- коэффициент передачи датчика потока, возьмем .
,
Параметры ПИ-регулятора ЭДС определяются формулами:
, ,
где
Т=Т===0,0233с - постоянная времени датчика ЭДС,
k===239,17 - конструктивная постоянная двигателя,
k==0,0227 - коэффициент ОС по ЭДС двигателя,
- напряжение ограничения задатчика ЭДС (для серии УБСР-АИ ),
- определяется по кривой намагничивания в рабочей точке (рис.6).
=0,0233с.
3.3 Построение логарифмических частотных характеристик и исследование динамики СЭП
Рис.7. Структурная модель исследуемой системы в MATLAB Simulink
Перерегулирование:
Границы установившегося значения (5% зона):
Верхняя - .
Нижняя - .
Время переходного процесса: tПП=0,3 с.
ДщДИН=2 с-1, .
На нижних угловых скоростях наблюдается кратковременное стопорение двигателя.
Рис.14. Структурная модель исследуемой системы в MATLAB Simulink для построения ЛЧХ
Для уменьшения перерегулирования возможно введение в модель апериодического фильтра:
, .
Тогда получим следующую схему:
Рис.16. Структурная модель исследуемой системы в MATLAB Simulink с введением апериодического фильтра
И графики с значительно уменьшенным перерегулированием (приведем только график щД при задающем воздействии, который необходим для расчетов):
Перерегулирование:
Границы установившегося значения (5% зона):
Верхняя - .
Нижняя - .
Время переходного процесса: tПП=0,22 с.
Выводы
В 1-ой части курсового проекта (КП) был произведен расчет и выбор компонентов силового электрооборудования для АЭП главного движения токарного станка.
В результате расчетов были выбраны:
- двигатель постоянного тока независимого возбуждения серии 4ПФ типа 4ПФ132L, мощностью PH=23,6 кВт;
- тиристорный преобразователь типа КТЭ 100/440 (трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова)) с раздельным управлением группами тиристоров (уравнительный реактор (УР) не требуется);
- трехфазный токоограничивающий реактор РТСТ-82-0,38У3
- сглаживающий дроссель ДФ - 7.
Во 2-ой части КП была построена функциональная схема САУ с двухзонным регулированием скорости двигателя, рассчитаны и построены статические характеристики электромеханической системы. Также были выбраны:
- датчик скорости - ТГ-3;
- датчик тока - ДТ-1АИ.
В 3-ей части КП была рассчитана динамика системы электропривода (СЭП) с учетом упругости механических передач и получены параметры регуляторов, были использованы ПИ-регуляторы тока и скорости, настроенные соответственно на ОМ и СО, и выбран тиристорный возбудитель типа КТЭ 10/220. Была произведена оптимизация динамики СЭП, построены структурная модель системы, графики переходных процессов и ЛЧХ в пакете MATLAB Simulink.
Были определены следующие параметры СЭП (после полученного значения приведены величины из технического задания для сравнения):
- перерегулирование при единичном задающем воздействии = 41,5 % > 15%,
с использованием фильтра = 4,76 % < 15%;
- время переходного процесса по задающему воздействию (совпадает с приведенным в техническом задании), с использованием фильтра ;
- время переходного процесса по возмущающему воздействию < 0,5 c;
- ДщДИН=2 с-1, ;
- запас по фазе ДцР1=36_;
- частота упругих колебаний щУ=160 с-1>150 с-1.
Применены следующие виды защиты ЭП:
1) Максимальная токовая защита обеспечивается установкой автоматического выключателя (АВ) на вводе ТП, ток срабатывания которого IСР = (12…14) IТПmax, IСР= 13•200= 2600 А.
2) Тепловая защита тиристоров ТВ и ТП, а также схемы управления обеспечивается плавкими предохранителями.
3) Минимальная защита (защита от самозапуска ЭП) обеспечивается линейным контактором, напряжение срабатывания UСР= (0,75.0,8) UН; UСР= 0,77•440 = 339 В.
4) Зашита от отрыва поля организована установкой реле обрыва поля в цепи обмотки возбуждения (РОП).
Достоинства ДПТ:
+ простота устройства и управления;
+ практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;
+ простота регулирования частоты вращения;
+ хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент);
+ возможность использования как в двигательном, так и в генераторном режимах (так как МПТ являются обратимыми машинами).
Недостатки ДПТ:
- дороговизна изготовления;
- необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов;
- ограниченный срок службы из-за износа коллектора.
Достоинства полученной СЭП:
+ раздельное управление группами тиристоров, не требующее применения УР;
+ малое время переходных процессов в системе;
+ малое перерегулирование при использовании на входе апериодического фильтра;
+ малая динамическая ошибка на близких к номиналу и высоких скоростях.
Недостатки полученной СЭП:
- большое перерегулирование без использования фильтра;
- большая динамическая ошибка на малых скоростях.
Литература
1. Шестаков В.М., Епишкин А.Е. "Автоматизированный электропривод. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 2102". ЛМЗ-ВТУЗ, СПб - 2004.
2. Шестаков В.М., Томчина О.П., Нагибина О.Л. "Теория автоматического управления. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 2102". ЛМЗ-ВТУЗ, СПб - 2002.
3. Конспект лекций по АЭП.
4. Конспект лекций по ТАУ.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ кинематической схемы, определение параметров, составление расчетной механической части электропривода, построение статических характеристик. Окончательная проверка двигателя по нагреву. Проектирование схемы электроснабжения и защиты установки.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 29.04.2012Определение сил и моментов, действующих в системе электропривода, приведение их к валу двигателя. Предварительный выбор двигателя. Расчет динамических параметров привода и переходных процессов при пуске и торможении. Анализ современных электроприводов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.10.2013Проект автоматизированного электропривода главного движения продольно-строгального станка с частотным управлением. Расчет нагрузок на шкиве, выбор и проверка двигателя по нагреву и перегрузке. Силовой и конструктивный расчет основных узлов электропривода.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 11.11.2014Устройство обрабатывающего центра модели ИР500ПМФ4. Характеристики сверлильно-фрезерно-расточного станка. Расчет нагрузочной диаграммы механизма. Выбор системы электропривода металлорежущих станков. Мероприятия по обеспечению техники безопасности.
дипломная работа [599,4 K], добавлен 13.04.2014Проблема управления электроприводом. Разработка самонастраивающейся системы автоматизированного электропривода с неизменными динамическими характеристиками в диапазоне изменения управляющих и возмущающих воздействий. Электрическая принципиальная схема.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 12.03.2013Условия работы и требования, предъявляемые к электроприводу компрессора бурового станка. Расчет мощности и выбор двигателя, управляемого преобразователя. Структурная и принципиальная схемы электропривода. Синтез регуляторов системы управления приводом.
курсовая работа [970,7 K], добавлен 04.12.2013Назначение токарно-винторезного станка для выполнения токарных работ. Технические данные станка, его кинематическая схема и назначение приводов. Расчет статических нагрузок, выбор электропривода, проводов и аппаратуры. Работа схемы управления станком.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 25.04.2012Назначение и техническая характеристика станка, требования к его электроприводу. Анализ недостатков существующей схемы. Выбор рода тока и величины питающих напряжений. Расчет мощности, выбор приводного двигателя токарного станка, контакторов, пускателей.
курсовая работа [250,4 K], добавлен 09.11.2014Выбор структуры энергетического и информационного каналов электропривода и их техническую реализацию. Расчет статических и динамических характеристик и моделирование процессов управления. Разработка электрической схемы электропривода и выбор её элементов.
курсовая работа [545,5 K], добавлен 21.10.2012Кинематическая схема электропривода, описание назначения и принципа работы, расчет и коэффициент полезного действия, определение дальности установки. Механизм замыкания (фиксации) главного исполнительного элемента. Схема управления автошлагбаума ПАШ-I.
контрольная работа [141,6 K], добавлен 05.03.2012Оценка динамических показателей и качества регулирования скорости перемещения. Анализ и описание системы "электропривод – сеть" и "электропривод – оператор". Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода.
курсовая работа [36,7 K], добавлен 08.11.2010Назначение и технические характеристики станка 16К20Т1. Выбор двигателя и преобразователя. Назначение и устройство электропривода типа "Кемрон". Обоснование модернизации и расчет эксплуатационных затрат. Организация планово-предупредительного ремонта.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 04.06.2013Описание технологической схемы электропривода. Проверка двигателя по пусковому моменту. Построение механических характеристик рабочей машины и электропривода. Выбор аппаратуры управления и защиты. Расчет устойчивости системы двигатель-рабочая машина.
курсовая работа [165,0 K], добавлен 18.12.2014Назначение исследовательского стенда двухмассовой системы электропривода, характеристика конструкции. Особенности принципиальной электрической схемы автономного инвертора напряжений. Принципиальная электрическая схема системы управления электроприводом.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 10.07.2013Назначение и техническая характеристика оборудования. Краткий технологический процесс работы оборудования. Требования, предъявляемые к системе управления электроприводом. Выбор функциональных блоков и устройств системы управления. Краткий принцип работы.
курсовая работа [491,6 K], добавлен 12.05.2009Принцип действия вентильного электропривода. Формирование вращающего момента, результирующей намагничивающей силы. Электрическая схема переключения полюсов вентильного электропривода. Моделирование переходных процессов. Суммарный момент возмущения.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 15.03.2010Назначение и технические данные токарно-винторезного станка, устройство и взаимодействие его узлов. Анализ системы электропривода и схемы управления, предложения по модернизации. Техническое обслуживание электрооборудования, экономия электроэнергии.
дипломная работа [61,1 K], добавлен 31.12.2009Проектирование автоматизированного электропривода насосной установки системы горячего водоснабжения. Анализ технологического процесса и работы оператора. Расчетная схема механической части электропривода. Выбор систем электропривода и автоматизации.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 16.05.2012Методы оценки электрической аппаратуры управления в схемах электропривода постоянного и переменного тока. Выбор аппаратов для системы ТП-Д. Расчет оборудования в релейно-контакторной схеме управления электроприводом двигателя с короткозамкнутым ротором.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.12.2014Расчет и выбор параметров позиционного электропривода, определение статических и динамических параметров силовой цепи. Выбор и описание регуляторов и датчиков. Создание, расчет и исследование системы модального управления с наблюдателем состояния.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 07.12.2015
