Расчет системы автоматического поддержания постоянства скорости ДПТ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра ЭиАПУ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

по дисциплине: Системы управления электроприводом

на тему: Расчет системы автоматического поддержания постоянства скорости ДПТ

Специальность: 5В071800 - Электроэнергетика

Выполнила: Балапаш А.Б. Группа ЭАТ-11-3

Алматы 2014

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. РГР №1 - Расчет элементов системы управления по схеме ТП-Д

2.1 Выбор электродвигателя и преобразователя

2.2 Определение расчетных параметров силовой цепи

3. РГР №2 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя и разомкнутой системы ТП-Д

3.1 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя

3.2 Расчет разомкнутой системы ТП-Д

4. РГР №3 Определение параметров обратной связи по скорости. Расчет и построение характеристик замкнутой системы ТП-Д

4.1 Определение параметров обратной связи по скорости

4.2 Расчет и построение характеристик замкнутой системы

Вывод

Список литературы

Введение

Проектирование является важным этапом при создании систем автоматического управления электроприводами. Основной задачей курсовой работы на тему «Расчет системы автоматического поддержания постоянства скорости двигателя постоянного тока» является развитие навыков самостоятельной творческой работы, ознакомление с основными этапами проектирования и методами расчета.

1. Исходные данные двигателя П52

Таблица 1

Мощность P,кВт	1
Скорость, n,об/мин	3000
Диапазон регулирования скорости D	12
Статическая ошибка ,%	7
Номинальное напряжение , В	220
Схема преобразователя	3-х ф. нулевая
Номинальный ток якоря ,А	12,5
Отношение Jмех в % от Jдв	70
Плотность тока Jдв, кг/м3	0,052

2. РГР №1 - Расчет элементов системы управления по схеме ТП-Д

2.1 Выбор электродвигателя и преобразователя

Выбор электродвигателя постоянного тока

Выбираем электродвигатель серии П52 двигатель постоянного тока. Для электроприводов, работающих с частыми пусками, реверсами, и торможениями, широко применяется реверсивная схема «тиристорный преобразователь-двигатель» (ТП-Д) состоящая из двух встречно-параллельных групп тиристоров, обеспечивающих изменение тока якоря двигателя.

На рисунке 1.1 изображена принципиальная схема силовой цепи реверсивного электропривода по системе ТП-Д.

В комплект привода входят: силовой трансформатор ТС, обеспечивающий получение вторичного напряжения, соответствующего номинальному напряжения двигателя; тиристорный преобразователь ТП с тиристорами, управительные дроссели, выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя ОВД.

Тиристорный преобразователь состоит из двух групп вентилей, включенных по трехфазной нулевой встречно параллельной схеме (встречно по отношению к друг-другу, параллельно якорю двигателя)

?₁+?₂ =180⁰,

где ?₁и ?₂ - углы управления соответственно первой и второй группами вентилей, отсчитываемые от моментов естественного открывания тиристоров.

Регулировочные характеристики системы управления представляют зависимости

Е_п =f(U_Ў) и Е_п =f₁(U_Ў).

Расчет элементов и параметров ТП при известных номинальных значениях тока I_н и напряжении U двигателя производится в следующем порядке, считая, что I_d =12,5 А и U_d = U_н =220 В.

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема силовой цепи электропривода по системе ТП-Д

Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов, напряжения и типовой мощности трансформатора.

Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

U_2Фрасч =k_u ? k_с ? k_а? k_г ? U_d В,

где k_u - расчетный коэффициент, характеризующий соотношение напряжений U_2ф / U_dо в реальном выпрямителе. Для трехфазной нулевой схемы k_u = 0,922;

k_с - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети до U = 0,9 U_н

Принимаем k_с = 1,05;

k_а - коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при максимальном управляющем сигнале, принимаем k_а = 1,05;

k_г - коэффициент запаса по напряжению учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора и в вентилях, принимаем k_г = 1,05.

U_2фрасч = 0,922?1,05?1,05?1,05?220 = 234,8 В.

Расчетное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I_2расч = k_I ? k_i ? I_d А,

где k_I - коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I_2ф /I_d в идеальном выпрямителе, принимаем k_I = 0,578;

k_i - коэффициент учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной, принимаем k_i =1,05.

I_2расч = 0,578 ? 1,05 ? 12,5 = 7,59 А.

Расчетная типовая мощность трансформатора

S_T =k_s? k_u? k_a? k_i? U_d? I_d? 10^-3 кВА,

где k_s - коэффициент схемы, характеризующий, соотношение мощностей для идеального выпрямителя принимаем - k_s = 1,45.

S_T = 1,45?0,922?1,05?1,05?220?12,5?10^-3 = 4,05 кВА.

Выбираем силовой трансформатор типа ТТ-6, на основании полученных данных, со следующими параметрами:

А) S_нт ?S_т; S_н =6,0 кВА

Б) U_2фн ? U_2фрасч; U_2фн = 260 В

В) I_2фн?I_2расч;

.

и техническими данными:

Г) P_кз=210 кВт;

Д) U_k=5%.

Выбор тиристоров производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2)I_н условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.

Среднее значение тока через тиристор

I_ср= k_з? I_н /k_ох? m_т А,

где k_з = (2-2,5) - коэффициент запаса по току;

k_ох - коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении k_ох = 0,35;

I_dср = 2,5?12,5/0,35?3= 29,76 А.

Максимальная величина обратного напряжения

U_обрм =k_зн? k_uобр? I_dо , В,

где k_зн = (1,5-1,8) - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей;

k_uобр - коэффициент обратного напряжения;

k_uобр = 2,25.

U_dо - напряжение преобразователя при ? = 0 предварительно подсчитывается по формуле

U_dо = k_с? k_a? k_г? U_d = 1,05? 1,05? 1,05? 220 = 254,68 В.

U_обрм =1,5? 2,25? 254,68 = 859,54 В.

Выбираем тиристоры типа Т-50: I_ном=50>I_dср. U_ном=1000В > U_обрм =859,5.

Расчет индуктивности уравнительных дросселей

Далее выполним расчет индуктивности уравнительных дросселей. Требуемая величина индуктивности УД находится в зависимости от ограничения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока до величины (3-5 %) от I_н двигателя, т.е.

,

где U'_п - удвоенное активное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым. При ? =90^о, U'_п =250 В;

m- число фаз выпрямителя, m= 3;

?_c - угловая частота сети, ?_c = 314 рад/с.

Расчет индуктивности сглаживающего дросселя

.

Индуктивность дросселя, включаемого последовательно с якорем двигателя, определяется из условия обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузки от I_dмин до I_dмин и изменение угла управления от ? = ?_мин до ? = 90⁰

Сглаживающий дроссель не ставится в случае, если

L_необх ? L_удрасч +h_дв+L_тр.

ток трансформатор преобразователь

2.2 Определение расчетных параметров силовой цепи

Расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока

R_p =1.2(R_я+R_дп)+R_щ+R_п,

где R_я+R_дп - сопротивление обмоток якоря и дополнительных полюсов двигателя при температуре 15 ⁰С; R_я+R_дп =0,269

R_щ - сопротивление щеточного контакта

R_щ = 2/ I_н =2/12,5= 0,16 Ом,

R_п - сопротивление преобразователя

R_п = R_т +R_т ? m/2?,

R_т и R_т - активное и индуктивное сопротивления обмоток силового трансформатора, приведенные к цепи выпрямленного тока, определяются по данным опытов к.з. и х.х.

R_m= Р_к.з. /m ? I_1н ? k_тр².

.

.

.

х_т = U_к %? U_1ф /100? I_1н ? k_тр² =5? 380/100? 9,12? 1,46² = 0,98 Ом.

.

Все данные определены для расчета сопротивления выпрямленного тока:

R_p =1,2? 0,269+0,16+4,07= 4,55 Ом.

Расчетная индуктивность цепи якоря:

L_р = L_дв + L_тр +L_уд,

где L_дв - индуктивность якоря и дополнительных полюсов

L_дв= 5,73? U_н/р? ?_н? I_н.

.

.

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя:

L_тр = х_т /2?f = 0,98/ 2? 3,14?50 = 0,003 Гн.

L_необх< L_уд+h_дв+L_тр.

0,12 Гн < 0,16+0,6+0,003 = 0,76 Гн.

Сглаживающий дроссель в схему не ставится.

Постоянная двигателя:

С= (U_н-1,2(k_я+ k_дп) ? I_н)/? = 220-1,2? 0,269?12,5/214 = 0,69.

Электромагнитная постоянная времени:

Т_м = (J_дв+J_мех) ? R_р/4C² = (0,052+0,7?0,052)•4,55/4?0,69² = 0,2 с.

3. РГР №2 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя и разомкнутой системы ТП-Д

3.1 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя

Е_п = 2Е_2ср m/?? sin m/?? cos ?.

Зависимость ? = f (U_у) называемая характеристикой управления, приведена на рисунке 2.1.

Коэффициент усиления преобразователя

.

Uу, В	0	2	4	6	8	10	12
?	90	75	60	45	30	15	0
Еп,В	0	78,7	152,1	215,1	263,44	293,83	304,2
		39,35	38,03	35,85	32,93	29,38	25,35

Рисунок 2.1 - Характеристика управления

Зависимости Е_п = f (U_у) и k_п = f₁ (U_у) приведены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Регулировочные характеристики

3.2 Расчет разомкнутой системы ТП-Д

ЭДС преобразователя при номинальной скорости

Е_пн= с??_н+?U+ I_н? k_р,

где ?U = ?U_в+ ?U_ш;

?U_в = (0,5-1) В - падение напряжения в переходе тиристора;

?U_ш = 2 В - падение напряжения на щетках двигателя.

?U = 0,7+2 = 2,7 В.

Статическая характеристика строится по формуле

? = (Е_п- ?U-I k_р)/с.

Е_пн= 0,69?314+2,7+12,5?4,55 = 276,23 В.

ЭДС преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке:

Е_пмин = с ?_н/Д+ ?U+ I_н k_р= 0,69?314/12+2,7+12,5?4,55=77,63 В.

Статическая характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле

? = (Е_пмин- ?U-I k_р)/с

Статические характеристики приведены на рисунке 2.3.

При I_н = 12,5 А.

Рисунок 2.3 - Статические характеристики

4. РГР №3 Определение параметров обратной связи по скорости. Расчет и построение характеристик замкнутой системы ТП-Д

4.1 Определение параметров обратной связи по скорости

Структурная схема системы с жесткой отрицательной обратной связью по скорости приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы с обратной связью по скорости

Перепад скорости в разомкнутой системе

.

Перепад скорости в замкнутой системе

,

где ?₃ - статическая ошибка в о.с.

.

.

Необходимый коэффициент обратной связи

.

Коэффициент усиления К_п берется из регулировочной характеристики преобразователя при Е_мин.

При Е_мин =190,4 В, К_п = 36,1

По необходимому коэффициенту обратной связи выбираем тахогенератор типа ТД-103.

4.2 Расчет и построение характеристик замкнутой системы

Для повышения эффективности действия токовой отсечки и для ограничения уровня сигнала на входе ТП используется схема (рисунок 3.2). При этом статическая характеристика двигателя имеет вид, представленный на рисунке 3.3 и состоит из трех участков.

Рисунок 3.2- Система ТП-Д с отрицательной обратной связью по скорости и токовой отсечки

На 1 участке I < I_отс, токовая отсечка не работает. Величина сигнала на входе ТП

U_y = U_з - к_с??

на этом участке САУ работает в режиме поддержания постоянства заданной скорости. На 2 участке I > I_отс, поэтому в результате действия токовой отсечки наклон характеристики увеличивается поскольку пробивается стабилитрон 2СТ и управляющий сигнал поступает в цепь обратной связи. При этом его величина будет равна

U_y = U_з -к_с??-К_т(I - I_отс),

где К_т - коэффициент токовой отсечки.

На участке 3 из-за увеличения сигнала U_y пробивается стабилитрон 1СТ и действует только токовая отсечка. При этом

U_y = U_1ст - к_с -К_т(I - I_отс).

Напряжение пробоя стабилитрона 1 СТ определяется по формуле

U_1ст = U_3В - К_с ? ?_отсв = U_3Н - К_с ? ?_отсн,

где U_3В и U_3Н задающие напряжение соответственно на верхней и нижней характеристиках;

?_отсв и ?_отсн - скорость отсечки соответственно на верхней и нижней характеристиках.

Скорость на 1 участке:

.

Скорость на 2 участке:

.

Скорость на 3 участке:

?₃ = К_д (К_п? U_1ст-?U) - К_д? k_п? К_т(I - I_отс)- К_д? k_р? I.

Из уравнения (для участка 1), при номинальных значениях скорости и тока, определяются задающие напряжения на верхней и нижней характеристиках.

,

где К_д = 1/с = 1/0,69 = 1,45; К_п = 36,1; К_с = 1,05.

.

Скорости х.х для верхней и нижней характеристик:

.

.

Скорости отсечек на верхней и нижней характеристиках

.

I_отс=1,5?I_н=1,5?12,5=18,75 А.

.

U_1ст= U_3В-k_c??_отсв= U_3Н-k_c??_отсн=337,498-1,05?315,631=8,403 В.

Коэффициент токовой отсечки при ?=0 и I= I_ст=2 I_н=12,5?2=12 А.

.

.

Напряжение пробоя стабилитрона 2СТ

U_2ст= К_т? I_отс,

U_2ст= 0,829? 18,75=15,54 В.

Подставляем в уравнение значение тока

I = 1,8 I_н = 22,5 А.

.

.

.

Характеристики замкнутой системы представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Статические характеристики замкнутой системы

Вывод

В данных РГР в соответствии с индивидуальным заданием выбран по каталогу электрический двигатель, рассчитаны элементы тиристорного преобразователя (ТП), составлена принципиальная схема силовой цепи системы ТП-Д, определены параметры ее элементов и выбраны жесткие обратные связи. Также рассчитан узел отсечки по току (ток отсечки - 1,5 Iн, ток стопорения - 2Iн). Рассчитаны и построены статические характеристики разомкнутой и замкнутой системы ТП-Д. Составлена структурная схема и проверена система на устойчивость.

Список литературы

1. Л.А. Рогозовский Автоматическое управление электроприводами - Методические указания по курсовой работе для студентов всех форм обучения, 1999 - 431с.

2. С.Н. Вишневский, Характеристики двигателей в электроприводе - М: Энергия 1977

3. Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-360с.

4. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. - М.: Энерго-атомиздат,1985. - 416 с.

5. Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.-512с.

6. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода.-СПб.: Энергоатомиздат, 2000.- 496с.

7. Е.Н. Зимин, В.И. Яковлев, Автоматическое управление электроприводами - М: Высшая школа, 1979-318 с.

Размещено на Allbest.ru

...