Электроприводы постоянного тока

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

4. РАСЧЕТ ЗАПАСА ПО НАПРЯЖЕНИЮ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

5. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

5.1 Контур тока якоря

5.2 Контур скорости

5.3 Контур тока возбуждения

6. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ЭДС

7. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

8. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОГО ПАДЕНИЯ И ОСЦИЛЛОГРАММЫ СКОРОСТИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Электроприводы постоянного тока в настоящее время широко распространены и выполняют целый спектр различных задач. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения по сравнению с асинхронными и синхронными двигателями имеет следующие преимущества: относительная простота устройства, высокий пусковой момент, жесткая механическая характеристика, простота регулирования скорости.

Для регулируемого электропривода постоянного тока чаще всего применяется схема «тиристорный преобразователь - электродвигатель постоянного тока». Для управления тиристорными преобразователями применяются системы автоматического регулирования различной конфигурации, позволяющие реализовать нужные настройки работы привода и полностью использовать возможности преобразователей. В частности, широкое распространение получили системы с подчиненным регулированием параметров.

В ходе курсового проекта будет произведен расчет и выбор элементной базы для однозонного электропривода на основе ЭПУ1М.Электроприводы ЭПУ1М предназначены для реверсивных и нереверсивных широкорегулируемых приводов мощностью 1,5 - 250 кВт с двухзонным и однозонным регулированием скорости, в том числе для механизмов главного движения станков с ЧПУ и других механизмов.



1. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

1.1 Выбор двигателя

В данном курсовом проекте предполагается, что электродвигатель уже выбран, проверен по нагреву и перегрузочной способности применительно к конкретному механизму. Тип двигателя постоянного тока для данного варианта - 2ПФ-180Л , его параметры [3, с.23] приведены в таблице 1.

тиристорный преобразователь электропривод скорость

Таблица 1 Параметры двигателя 2ПФ-180Л

Наименование	Обозначение	Числовое значение	Единицы измерения
Номинальная мощность	Pн	10	кВт
Номинальное напряжение	Uн	440	В
Номинальный ток	Idн	27,6	А
Номинальная частота вращения	nн	720	об/мин
Максимальная частота вращения	nmax	1850	об/мин
Максимальный ток	Imax	3Iн
Маховой момент	GD2	0,92	кгм2
Число полюсов	2p	4
Число витков обмотки якоря	щя	627
Сопротивление обмотки якоря при 20С	Rя	0.99	Ом
Число параллельных ветвей обмотки якоря		2
Сопротивление добавочных полюсов при 20С	Rдп	0.644	Ом
Сопротивление последовательной обмотки	Rпо	-	Ом
Число витков на полюс	щв	850
Сопротивление обмотки возбуждения	Rов	46,7	Ом
Номинальное напряжение обмотки возбуждения	Uвн	220	В

1.2 Выбор тирсторного преобразователя

Для создания реверсивной системы управления электродвигателем постоянного тока с однозонным регулированием скорости выбираем электропривод серии ЭПУ1М.

По номинальному току и напряжению якоря электродвигателя, согласно [2,с.7], выбираем электропривод ЭПУ1М-2-3747МУХЛ4, данные которого занесены в таблицу 2.

Расшифровка обозначения:

Таблица 2 Основные парамтры преобразователя

Наименование	Обозначение	Числовое значение	Единицы измерения
Напряжение питающей сети	Uс	380	В
Номинальное выходное напряжение	Udн	460	В
Номинальный ток	Idн	50	А
Номинальный ток возбудителя	Iнв	10	А
Номинальное напряжение возбудителя	Uнв	220	В
Задающий сигнал, соответствующий максимальной скорости	Uз	±10	В



1.3 Выбор блока упраления электроприводом

Для электропривода ЭПУ1М применяется блок упраления БСМ 3203 [2,с.9]. Он выбирается по характеристикам выбранного ранее ЭПУ 1М-2-3740М.

Расшифровка обозначения:

1.4 Выбор токоограничивающего реактора

Токоограничивающий реактор ограничиваетскорость нарастания тока короткого замыкания в электрических сетях для успешного срабатывания защиты. Согласно методическим указаниям [3, с.24], по номинальным значениям выпрямленного тока и напряжения выбираем реактор типа РСТ.

Его характеристики:

- напряжение короткого замыкания Uк = 5,3 %;

- потери короткого замыкания Ркз = 277 Вт;

- номинальный ток Idн = 50А;

- номинальное напряжение Udн = 460 В.

1.5 Выбор сглаживающего реактора

Для уменьшения пульсаций тока вентильного преобразователя и сужения зоны прерывистых токов в якорную цепь следует включить сглаживающий реактор.

Согласно [3, с.24], по номинальным значениям выпрямленного тока и напряжения Сглаживающий реактор не требуется.

1.6 Выбор тахогенератора

Выбор тахогенератора для системы регулирования с обратной связью по скорости производится из условия, чтобы его номинальная частота вращения была не меньше максимальной частоты вращения электродвигателя. Для упрощения схемы выберем тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов ТМГ30П [3, с.4], его технические данные представлены в таблице 4.

Таблица 4 технические данные тахогенератора ТМГ30П

Наименование	Обозначение	Числовое значение	Единицы измерения
Номинальная скорость		4000	об/мин
Удельная ЭДС на 1000 об/мин		52,5	В·об/мин
Максимальный ток		0,080	А
Сопротивление нагрузки		3100	Ом



1.7 Выбор шунта в цепи якоря

Шунт в цепи якоря выбираем из условия, чтобы его номинальный ток был не меньше номинального тока двигателя и по возможности ближе к нему. Принимая во внимание то, что двигатель выбран с запасом и не загружен на 100%, выбираем шунт серии ШСМ на 30А [3, с.6]. Технические данные шунта приведены в таблице 5.

Таблица 5 Технические данные шунта ШСМ

Наименование	Обозначение	Числовое значение	Единицы измерения
Номинальное напряжение шунта			В
Номинальный ток шунта		30	А

1.8 Выбор шунта в цепи возбуждения

Шунт в цепи обмотки возбуждения выбирается из условия, чтобы его номинальный ток был не меньше номинального обмотки возбуждения и по возможности ближе к нему. Расчет параметров обмотки возбуждения будет произведен в третьем пункте этого курсового проекта. На основе расчета будет выбран шунт.

1.9 Выбор задатчика скорости

В качестве задатчикаскорости в системе, с обратной связью по скорости и имеющей большой диапазон регулирования D=1:1000 следует выбрать нелинейный вариатор типа 18П2Н1В, его схема представлена на рисунке 1.

Примем суммарное сопротивление задатчика кОм, тогда при диапазоне D=1:1000 сопротивление первой ступени R1 можно вычислить:



Ом. (1.1)

Коэффициент возрастания сопротивления на последующей ступени q находится по следующей методике:

, (1.2)

где Nст= 13 - число ступеней регулирования.

. (1.3)

Сопротивление каждой ступени находится по формуле:

. (1.4)

Найдем сопротивление второй и третьей ступени, остальные занесем в таблицу 6:

(Ом), (1.5)

(Ом). (1.6)

Таблица 6 сопротивления ступеней задатчика

Номер ступени	Сопротивление ступени, Ом	Суммарное сопротивление, Ом
1	1	1
2	0,5	1,5
3	0,75	2,25
4	1,125	3,375
5	1,688	5,063
6	2,531	7,594
7	3,797	11,391
8	5,695	17,086
9	8,543	25,629
10	12,814	38,443
11	19,222	57,665
12	28,833	86,498
13	43,249	129,747
14	64,873	194,62
15	97,31	291,93
16	145,965	437,895
17	218,947	656,842
18	343,12	1000

Задатчик скорости



2.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Функциональная схема тиристорного электропривода на базе ЭПУ1М-2-3740М приведена на рисунке 2.

Система регулирования выполнена двухконтурной с ПИ-регуляторами скорости РС и тока РТ.

В целом система регулирования выполнена однозонной, однако, источник питания обмотки возбуждения выполнен регулируемым, что позволяет стабилизировать ток возбуждения.

Датчики тока якоря (ДТЯ) и возбуждения (ДТВ) построены на базе трансформаторов тока и неуправляемых выпрямителей. Однако, датчик тока якоря позволяет изменять знак сигнала в соответствии со знаком сигнала задания на скорость.

Датчик скорости (ДС) построен на базе тахогенератора с возбуждением от постоянных магнитов.

На вход регулятора скорости (РС) поступает сигнал с задатчика скорости UЗС, а также сигнал обратной связи по скорости UДС. На выходе РС формируется сигнал UРС, пропорциональный разности входных сигналов. Сигнал UРС, в свою очередь, является задающим для внутреннего контура регулирования тока. На вход регулятора тока (РТ), помимо задающего, поступает также сигнал обратной связи по току UДТ. На выходе РТ формируется сигнал UРТ, пропорциональный разности входных сигналов.

В данной системе электропривода организованы две ступени ограничения тока якоря. Первая - за счет контура тока, путем ограничения максимального задания UРСmax, чем обеспечивается ограничение максимального значения тока якоря. Вторая - за счет «токовой стенки» и ограничения сигнала UРТmax.

При подаче сигнала задания на скорость на вход РС появляется сигнал задания на ток, задавая выходное напряжение преобразователя. В силовой цепи начинает протекать ток и двигатель начинает разгоняться.По мере увеличения скорости ток якоря остается неизменным. При этом сигнал отрицательной обратной связи по скорости растет, уменьшая рассогласование на входе РС. Процесс продолжается пока сигнал тахогенератора не сравняется с сигналом задания на скорость, тогда на выходах РС и РТ будут нули, ток якоря станет равным нулю, система будет находится в установившемся режиме.

При набросе нагрузки момент сопротивления становится больше момента двигателя, и привод начинает замедляться.Уменьшается сигнал датчика скорости, соответственно увеличиваются ошибка на входе и сигнал регулятора скорости. На входе PТ появится рассогласование, на выходе контура тока появляется сигнал и ток якоря увеличится. Скорость при этом начнёт возрастать до заданного значения, а ток уменьшаться до значения, при котором момент, развиваемый двигателем, станет равным статическому. После этого привод работает в установившемся режиме с заданной скоростью.

Функциональная схема электропривода



3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Падение напряжения на щеточном контакте:

В.

Номинальная угловая скорость , определяется по формуле:

(рад/с). (3.1)

Сопротивление якорной цепи электродвигателя:

, (3.2)

где - коэффициент, учитывающий изменение сопротивления при нагреве на 60 С.

(Ом).

Номинальная ЭДС электродвигателя:

(В). (3.3)

Конструктивный коэффициент электродвигателя:

. (3.4)



Коэффициент ЭДС и момента электродвигателя:

(В·с/рад). (3.5)

Номинальный поток:

(Вб). (3.6)

Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 80 С:

(Ом). (3.7)

Номинальный ток возбуждения:

(А). (3.8)

Коэффициент наклона кривой намагничивания при :

(3.9)



где определяется по кривой намагничивания(рисунок 3).

Кривая намагничивания двигателя П132

(Вб/А).

Индуктивность обмотки возбуждения:

, (3.10)

где - коэффициент рассеяния.

(Гн).

Электромагнитная постоянная времени цепи возбуждения:



(с). (3.11)

Постоянная времени контура вихревых токов:

(с). (3.12)

Индуктивность якоря двигателя:

Гн, (3.13)

где с = 0,1 для компенсированных машин.

Электромагнитная постоянная времени якоря двигателя:

(с). (3.14)

Момент инерции двигателя:

(кг?м2). (3.15)

Момент инерции механизма, приведенный к валу электродвигателя:

(кг?м2). (3.16)



Момент инерции привода:

(кг?м2). (3.17)

Номинальный момент двигателя:

(Н?м). (3.18)

Максимальное ускорение электродвигателя при пуске от задатчикаинтенсивности:

(рад/с2). (3.19)

Приведенное к цепи выпрямленного тока сопротивление реактора:

(Ом). (3.20)

Максимальная выпрямленная ЭДС преобразователя цепи якоря:

В, (3.21)

где -коэффициент выпрямления для трехфазной мостовой схемы;

В - действующее значение фазного напряжения.

Максимальная выпрямленная ЭДС преобразователя цепи обмотки возбуждения:

В, (3.22)

где -коэффициент однофазной мостовой схемы выпрямления;

В - действующее значение линейного напряжения.

Индуктивное сопротивление реактора, приведенное к цепи вторичной обмотки:

(Ом), (3.23)

где = 0,815 - коэффициент выпрямления для трехфазной мостовой схемы.

Эквивалентное сопротивление реактора, учитывающее снижение выпрямленного напряжения при коммутации вентилей:

(Ом). (3.24)

Сопротивление шин и кабелей:

(Ом). (3.26)



Сопротивление цепи тиристорный преобразователь - электродвигатель (ТП-Д):

, (3.27)

(Ом).

Индуктивность рассеяния реактора:

(Гн), (3.28)

где Гц - частота питающей сети.

Индуктивность цепи ТП-Д:

(Гн). (3.29)

Максимальное значение коэффициента усиления тиристорного преобразователя цепи якоря с системой СИФУ:

, (3.30)

где В - амплитуда опорного напряжения в СИФУ.

Значение коэффициента усиления ТП в цепи обмотки возбуждения с СИФУ, выполненной по вертикальному принципу управления с пилообразным напряжением сравнения:



. (3.31)

Электромагнитная постоянная времени цепи ТП-Д:

(с). (3.32)

Электромеханическая постоянная времени:

(с), (3.33)

Коэффициент передачи шунта в цепи якоря:

. (3.34)

Коэффициент передачи датчика тока якоря:

, (3.35)

где В - максимальное выходное напряжения датчика тока;

Imax = 3·Iн = 82,8(А) - максимальный ток якоря двигателя.

Передаточный коэффициент усилителя датчика тока якоря:



. (3.36)

Шунт в цепь обмотки возбуждения выбирается на ток больше или равным номинальному току обмотки возбуждения. Выбираем шунт ШСМ на 5 А. Его характеристики представлены в таблице 7.

Таблица 7 Технические данные шунта ШСМ

Наименование	Обозначение	Числовое значение	Единицы измерения
Номинальное напряжение шунта			В
Номинальный ток шунта		5	А

По данным находим коэффициент шунта в цепи обмотки возбуждения:

. (3.37)

Коэффициент передачи датчика тока возбуждения:

, (3.38)

где В - выходное напряжение датчика тока возбуждения при номинальном токе возбуждения.

Коэффициент усилителя датчика тока возбуждения:

. (3.39)



Передаточный коэффициент тахогенератора:

(В·с/рад). (3.40)

Некомпенсированные постоянные времени контуров тока якоря и тока возбуждения принимаем равными

с.



4. РАСЧЕТ ЗАПАСА ПО НАПРЯЖЕНИЮ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

4.1 Расчет запаса при номинальном напряжении питающей сети

Максимальное напряжение тиристорного преобразователя при номинальной ЭДС двигателя и возможных снижениях напряжения питания сети должно обеспечить определенный запас на статику и динамику.

Требуемый статический запас по напряжению:

(В). (4.1)

Требуемый динамический запас по напряжению:

(В). (4.2)

Требуемый запас определяется максимальным из динамического и статического запасов:

(В). (4.3)

Расчетная максимальная выпрямленная ЭДС преобразователя цепи якоря:

(В). (4.4)



Расчетный запас по напряжению:

(В). (4.5)

Фактический запас тиристорного преобразователя:

(В). (4.6)

Фактический коэффициент запаса получился меньше расчетного, следовательно настройка на модульный оптимум будет выполняться лишь в ограниченном диапазоне. То есть, в верхней части скоростного диапазона нельзя обеспечить переходный процесс в контуре тока согласно настройке на модульный оптимум. Предельная ЭДС двигателя при номинальном напряжении питающей сети:

(В). (4.7)

Относительное значение предельной ЭДС:

. (4.8)

При разгоне двигателя на скорость выше чем настройка на модульный оптимум выполняться не будет, так как выходное напряжение преобразователя достигнет предельного значения.



4.2 Расчет запаса при снижении питающего напряжения на 10%

Фактический запас при снижении напряжения на 10%:

(4.9)

где - коэффициент, учитывающий снижение питающего напряжения на 10%.

Предельная ЭДС двигателя при снижении напряжения питающей сети на 10%:

(В). (4.10)

Относительное значение предельной ЭДС при сниженном напряжении:

. (4.11)

Таким образом, при снижении напряжения питающей сети на 10% настройка на модульный оптимум будет обеспечиваться лишь до скорости .



5. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

На рисунке 4 представлена полная структурная схема электропривода.

Полная структурная схема электропривода

5.1 Оптимизация контура тока якоря и расчет решающих цепей

Структурная схема контура тока якоря

На рисунке 5 представлена структурная схема контура тока. Её составляющие:

- РТ - регулятор тока;

- ТП - тиристорный преобразователь тока якоря;

- ЯЦ - якорная цепь;

- ДТ - датчик тока.

Для расчета необходимо сделать следующие допущения:

- датчик тока считаем безынерционным;

- все малые постоянные времени включены в тиристорный преобразователь:

; (5.1)

- двигатель заторможен (E = 0), а значит отсутствует ОС по ЭДС.

С учетом сделанных допущений структурная схема контура тока якоря представлена на рисунке 6.

Структурная схема контура тока якоря с допущениями

Оптимизируем контур тока на модульный оптимум (МО). Передаточная функция разомкнутого контура тока:

(5.2)

где - передаточная функция регулятора тока.

Передаточная функция регулятора тока:



(5.3)

где -

коэффициент регулятора тока якоря. (5.4)

Получили пропорционально-интегральный регулятор тока. С этим регулятором система астатична по заданию и по возмущению.

Передаточная функция замкнутого контура тока:

,(5.5)

где - передаточная функция прямого канала.

Считая величину получим:

(5.6)

где (с) -

эквивалентная постоянная времени, оптимизированного на МО контура тока.

Произведем расчет решающих цепей регулятора тока с датчиком тока на базе шунта.

Схема контура тока на базе шунта представлена на рисунке 7.

Схема контура тока якоря с датчиком тока на базе шунта

По формуле (5.4) рассчитаем коэффициент регулятора тока:

.

Ёмкость конденсатора в цепи обратной связи регулятора тока якоря:

(мкФ).

Сопротивление резистора в цепи обратной связи регулятора тока якоря:

(кОм). (5.7)



Сопротивление резистора в цепи датчика тока:

(кОм). (5.8)

Условие установившегося режима:

, (5.9)

где - максимальное напряжение задания на ток;

- максимальное выходное напряжение датчика тока.

Принимая

(В), получаем:

(кОм). (5.10)

Примем R1 = 5 (кОм), тогда

(кОм). (5.11)

Рассчитаем параметры решающих цепей регулятора тока якоря с датчиком тока на базе трансформаторов переменного тока. Схема контура тока якоря с датчиком тока на базе трансформаторов переменного тока представлена на рисунке 8.



Схема контура тока якоря с датчиком тока на базе трансформаторапеременного тока

Коэффициент датчика тока согласно заданию на КП:

, (5.12)

где (А) - номинальный выпрямленный ток ЭПУ 1М-2-3740М.

Максимальное выходное напряжение датчика тока:

(В). (5.13)



Сопротивление в цепи задания тока:

(кОм). (5.14)

Передаточная функция замкнутого контура тока якоря с датчиком тока на базе трансформатора переменного тока:

. (5.15)

5.2 Оптимизация контура скорости и расчет решающих цепей

Структурная схема контура скорости

На рисунке 9 представлена схема контура скорости. Её составляющие:

- РС - регулятор скорости;

- ЗКТ - замкнутый контур тока;

- ЭМ - электромеханическая часть;

- ДС - датчик скорости.

По заданию контур скорости должен быть с ПИ-регулятором, то есть двукратно интегрирующий. Следовательно, настройку необходимо делать на симметричный оптимум (СО).

Передаточная функция разомкнутого контура скорости при настройке на СО:

(5.16)

Передаточная функция регулятора скорости:

(5.17)

где -

коэффициент регулятора скорости. (5.18)

Передаточная функция замкнутого контура скорости:

(5.19)

Переходный процесс, который будет иметь место при такой передаточной функции замкнутого контура скорости, нежелателен. Так как будет большое перерегулирование (43,4%). Чтобы его уменьшить, необходимо на входе поставить фильтр, имеющий передаточную функцию:



(5.20)

Передаточная функция оптимизированного на СО замкнутого контура скорости с фильтром на входе:

(5.21)

где (с)

- эквивалентная постоянная времени контура скорости, настроенного на СО.

Произведем расчет решающих цепей контура скорости. Схема контура скорости представлена на рисунке 10.

Скорость холостого хода двигателя:

(рад/с). (5.22)

Коэффициент передачи датчика скорости:

(В·с/рад). (5.23)

Коэффициент усиления регулятора скорости найдем по формуле (5.18):

Примем ёмкость в цепи обратной связи регулятора скорости

(мкФ).

Сопротивление резистора в цепи обратной связи регулятора скорости:

(кОм). (5.24)

Сопротивление в цепи датчика скорости:

(кОм). (5.25)

Условие установившегося режима:

, (5.26)

где - максимальное напряжение задания на скорость;

- максимальное выходное напряжение датчика скорости.

Принимая

(В), получаем:

(кОм). (5.27)



Ёмкость фильтра на входе:

(мкФ). (5.28)

Коэффициент делителя:

. (5.29)

Величину сопротивления R4принимаем:

R4 = 1(кОм).

Тогда величину сопротивления R3 находим как:

(кОм) (5.30)

Напряжение стабилизации стабилитронов:

(В), (5.31)

где (В) -

максимальное напряжение на выходе регулятора скорости;

(В) - падение напряжения на стабилитроне.

Согласно пункту 1.9 данной курсовой работы суммарное сопротивление задатчика скорости (кОм). Так как (В), а напряжение питания (В), то необходимо добавить подстроечный резистор (Ом) на котором будет падение напряжения в 5 В.

Схема контура скорости.



6. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОС ПО ЭДС

Структурная схема контура тока с учетом влияния внутренней обратной связи по ЭДС представлена на рисунке 14.

Структурная схема контура тока с учетом влияния внутренней обратной связи по ЭДС.

Рассмотрим влияние внутренней обратной связи по ЭДС при отсутствии нагрузки на валу.Передаточная функция звена якорной цепи с учетом влияния внутренней обратной связи по ЭДС:

. (6.1)

Передаточная функция якорной цепи обладает дифференцирующими свойствами, благодаря чему компенсируются интегральные свойства регулятора.

Передаточная функция разомкнутого контура тока с учетом действия внутренней обратной связи по ЭДС:



. (6.2)

Определим передаточную функцию замкнутого контура тока с учетом действия внутренней обратной связи по ЭДС:

. (6.3)

Напряжение задания на номинальный ток:

(В). (6.4)

Для поиска установившегося значения тока применим теорему об установившемся значении оригинала:

(А).



Установившееся значение тока при заторможенном якоре, согласно формуле 5.6:

(А). (6.7)

Величина ошибки:

(6.8)

Проведем моделирование переходных процессов в ПОSamSim. Схема контура тока с учетом влияния внутренней обратной связи по ЭДС представлена на рисунке 16.

Схема контура тока с учетом действия внутренней ОС по ЭДС

Состав схемы:

- 1 - источник ступенчатого сигнала;

- 2,3 - регулятор тока;

- 4 - тиристорный преобразователь тока якоря;

- 5 - якорная цепь электродвигателя;

- 6,7 - электромеханическая часть;

- 8 - датчик тока якоря(на базе шунта).

Параметры звеньев:

1) Источник ступенчатого сигнала. Высота ступеньки 4.

2) Инерционное звено. Передаточная функция:

. (6.10)

3) Форсирующее звено первого порядка. Передаточная функция:

. (6.11)

4) Апериодическое звено первого порядка. Передаточная функция:

. (6.12)

5) Апериодическое звено первого порядка. Передаточная функция:

. (6.13)

6) Пропорциональное звено. Передаточная функция:

. (6.14)



7)Инерционное звено. Передаточная функция:

. (6.15)

8) Пропорциональное звено. Передаточная функция:

. (6.16)

Получившийся переходный процесс представлен на рисунке 17.

Осциллограмма тока при отработке сигнала задающего воздействия с учетом влияния внутренней ОС по ЭДС

Схема контура тока без учета влияния внутренней обратной связи по ЭДС представлена на рисунке 18.



Схема контура тока при заторможенном двигателе

Состав схемы:

- 1 - источник ступенчатого сигнала;

- 2,3 - регулятор тока;

- 4 - тиристорный преобразователь тока якоря;

- 5 - якорная цепь электродвигателя;

- 6 - датчик тока якоря(на базе шунта).

Параметры звеньев:

1) Источник ступенчатого сигнала. Высота ступеньки 4.

2) Инерционное звено. Передаточная функция:

. (6.17)

3) Форсирующее звено первого порядка. Передаточная функция:

. (6.18)

4) Апериодическое звено первого порядка. Передаточная функция:

. (6.19)



5) Апериодическое звено первого порядка. Передаточная функция:

. (6.20)

6) Пропорциональное звено. Передаточная функция:

. (6.21)

Осциллограмма представлена на рисунке 19.

Осциллограмма тока при отработке сигнала задающего воздействия при заторможенном двигателе

По результатам видно, что при одинаковом задающем сигнале, на выходе контура тока с учетом внутренней обратной связи по ЭДС появляется ошибка регулирования. То есть контур, который при расторможенном роторе был статичным, становится астатичным при заторможенном роторе.



7. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Скоростные характеристики однозонноготиристорного электропривода с ПИ-регулятором скорости при Uзс = 10В представляют собой прямые линии, выходящие из точки идеального холостого хода.

Выражение для расчета характеристик имеет вид:

, (7.1)

где -посадка скорости.

Скорость идеального холостого хода:

(рад/с). (7.2)

Падение скорости на естественной характеристике:

. (7.3)

Выражение для естественной характеристики:

. (7.4)



Падение скорости на естественной характеристике при номинальной нагрузке:

(рад/с). (7.5)

Статизм естественной характеристики:

. (7.6)

Падение скорости в разомкнутой системе:

. (7.7)

Выражение для разомкнутой системы:

. (7.8)

Падение скорости в разомкнутой системе при номинальной нагрузке:

(рад/с). (7.9)

Статизмразомкнутой системы:

. (7.10)



Падение скорости в замкнутой системе:

. (7.11)

Выражение для замкнутой системы:

. (7.12)

Падение скорости в замкнутой при номинальной нагрузке:

(рад/с). (7.13)

Статизмзамкнутой системы:

. (7.14)

Построение характеристик для

Uзс = 9В ().

Скорость холостого хода:

(рад/с). (7.15)



Выражение для разомкнутой системы:

. (7.16)

Статизм разомкнутой системы:

. (7.17)

Выражение для замкнутой системы:

. (7.18)

Статизм замкнутой системы:

. (7.19)

Полученные характеристики изображены на рисунке 20.



Скоростные характеристики электропривода

По результатам можно отметить, что характеристика замкнутой системы абсолютно жёсткая и позволяет реализовать больший диапазон регулирования скорости, чем разомкнутая система.



8. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОГО ПАДЕНИЯ И ОСЦИЛЛОГРАММЫ СКОРОСТИ

Проведем моделирование наброса нагрузки в ПОSamSim. Схема представлена на рисунке 21.

Схема контура скорости в SamSim

Состав схемы:

- 1 - нулевой сигнал;

- 2, 3 - регулятор скорости;

- 4 - замкнутый контур тока;

- 5 - сигнал нагрузки (Iс);

- 6 - электромеханическая часть;

- 7 - датчик скорости.

Параметры звеньев:

1) Нулевой сигнал.

2) Инерционное звено. Передаточная функция:

. (8.3)



3) Форсирующее звено первого порядка. Передаточная функция:

. (8.4)

4) Апериодическое звено первого порядка. Передаточная функция:

. (8.5)

5) Сигнал возмущения. Высота ступеньки 27,6

6) Инерционное звено. Передаточная функция:

. (8.6)

7) Пропорциональное звено. Передаточная функция:

. (8.7)

На рисунке 22 представлена осциллограмма скорости при набросе нагрузки при нулевом задании.



Осциллограмма скорости при набросе нагрузки в ПОSamSim

По результатам видно, что посадка скорости в установившемся режиме в системе, оптимизированной на симметричный оптимум, равна нулю.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы был разработан однозонный тиристорный электропривод постоянного тока с обратной связью по скорости и стабилизацией тока возбуждения. Было выбрано основное электрооборудование, входящее в состав электропривода и разработана его функциональная схема.

Рассчитаны параметры силовой цепи и системы регулирования. Проведена оптимизация контуров регулирования для обеспечения оптимальных параметров переходных процессов: быстродействия и перерегулирования.

Запас тиристорного преобразователя по напряжению обеспечивает переходный процесс в контуре тока согласно настройке на модульный оптимум в диапазоне скорости от 0 до , при номинальном напряжении питающей сети. И в диапазоне от 0 до , при снижении напряжения на 10%.

Был произведен расчёт скоростных характеристик, рассчитано влияние внутренней обратной связи по ЭДС и динамическое падение скорости двигателя при набросе момента нагрузки.

Расчеты подтверждены с помощью моделирования в ПО SamSimи на цифровой модели.

В графической части представлены схема подключения электропривода, схема блока межплатных соединений и схема внутренних соединений.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Попов Е. П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учеб. пособие для втузов.-- 2-е изд., перераб. и доп.-- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.-- 304 с.

2 Электроприводы серии ЭПУ1М: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Часть 1 - 3-е изд.

3 Управление электроприводами: Методические указания для выполнения курсового проекта студентами вечернего и дневного обучения специальности 0628. - Горький: ГПИ имени А.А.Жданова, 1983. - 26 с.

4 Автоматические выключатели [Электронный ресурс]. Режим доступа:http://www.shop.schneider-spb.ru/shop/UID_1605.html свободный. Дата обращения 17.10.2016.

5 Каталог предохранителей[Электронный ресурс]. Режим доступа: https://keaz.ru/f/217/catalogue-pn2-1.pdfсвободный. Дата обращения 17.10.2016.

6 CК-СТО1 - У - 37.3 - 16 - 11 Стандарт организации. Общие требования к оформлению пояснительных записок дипломных и курсовых проектов. / НГТУ. - Нижний Новгород, 2011. - 26 с.

Размещено на Allbest.ru

...