Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования РФ
Вятский государственный университет
Факультет автоматики и вычислительной техники
Кафедра “Электропривод и автоматика
промышленных установок”
Курсовой проект
по курсу: “Системы управления электроприводом”
на тему:
“Система автоматического управления электроприводом”
Вариант №4
Выполнил: студент гр. 2-04-ЭПу-934 Золотовский Д. В.
Принял: преп. кафедры ЭПиАПУ Ишутинов Д. В.
Киров
2007
Задание на курсовое проектирование
5. относительный момент инерции:
6. момент инерции двигателя:
7. относительный момент сопротивления:
8. диапазон регулирования скорости:
статическая ошибка регулирования скорости:
момент сопротивления: реактивный;
время пуска – торможения:
12. максимальная частота вращения: 1500об/мин.
двухконтурная, с контуром скорости и подчинённым контуром
тока);
неизменяемой части привода, коэффициентов передачи датчиков
тока и скорости, постоянной времени двигателя и преобразователя,
коэффициента усиления преобразователя;
параметров регуляторов:
характеристик привода;
процессы) в пакете System View, привод нереверсивный – пуск в
режиме холостого хода и наброс нагрузки;
подключения ЭП, структурная схема ЭП, статическая
электромеханическая характеристика привода и графики
переходных процессов).
1. Выбор комплектного ЭП тиристорного преобразователя
Выберем комплектные ТП из серии ЭПУ1М или ЭПУ3, см. []. ТП
выберем по номинальным данным двигателя (номинальное напряжение и
ток якоря; номинальное напряжение обмотки возбуждения), с учётом
допустимой перегрузки по току, указанной в каталоге.
Этим данным соответствует нереверсивный ТП типа ЭПУ 1-1-43-20Е,М;
с обратной связью по скорости или ЭДС.
Данные ЭП:
3. номинальное напряжение якорной цепи – 230В;
2. Расчёт и выбор силовых элементов
2.1 Расчёт параметров электродвигателя
Индуктивность якорной цепи двигателя приближённо рассчитываем по
формуле Линвилля-Уманского:
;
где – номинальное напряжение, ток якоря и угловая скорость
вращения якоря;
p – число пар полюсов двигателя;
коэффициент, зависящий от степени компенсации, для
некомпенсированных тихоходных машин
Активное сопротивление якорной цепи двигателя в нагретом
состоянии рассчитываем по его паспортным данным с учётом
рабочей температуры обмоток двигателя:
где активное сопротивление обмотки якоря при температуре 20C;
активное сопротивление обмотки добавочных полюсов при
температуре 20C.
Индуктивность обмотки независимого возбуждения двигателя
определяется по формуле:
;
где число витков обмотки возбуждения на полюс;
определим по линеаризованной кривой намагничивания
машины;
коэффициент рассеяния.
По линеаризованной кривой намагничивания на прямолинейной части
ненасыщенного двигателя, см [4], стр. 64, определим:
Тогда индуктивность обмотки НВ двигателя равна:
Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 20C .
Падение напряжения на щёточном контакте примем равным
Сопротивление якорной цепи электродвигателя:
где коэффициент, учитывающий изменение сопротивления
обмоток при нагреве на 60С,
полное сопротивление якорной цепи.
Сопротивление шин и кабелей:
Номинальная ЭДС электродвигателя равна:
Суммарный момент инерции двигателя:
Конструктивный коэффициент двигателя:
;
Коэффициент передачи двигателя:
; .
Номинальный электромагнитный момент двигателя:
2.2 Выбор согласующего трансформатора и схемы выпрямления
Для данного привода, при отсутствии реверса, выберем трёхфазную
мостовую симметричную схему выпрямления (рис.1.1), см [7].
Типовая мощность трансформатора определяется по формуле:
, Вт,
где коэффициент схемы, характеризующий соотношение мощностей
при идеальном выпрямителе и зависящей от схемы выпрямления, для
выбранной схемы
коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное
снижение напряжения в питающей сети на 15%;
коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока от
прямоугольной, см [7];
коэффициент, учитывающий падение напряжения в вентилях,
обмотках трансформатора, а также наличие узлов коммутации,
для данной схемы;
Выберем среднее значение напряжения на выходе ТП больше
номинального напряжения двигателя: среднее
значение тока на выходе ТП больше номинального тока двигателя:
Рассчитаем типовую мощность трансформатора:
Расчётное значение действующего напряжения вторичной обмотки
трансформатора определяется по формуле:
;
где коэффициент схемы по напряжению, характеризующий
соотношение напряжений , для данной схемы выпрямления
Расчётное значение действующего тока вторичной обмотки равно:
А;
Из приложения 2 (табл.3), [8], выберем трансформатор серии ТСП – 63/0,7;
;
; .
Полное сопротивление фазы трансформатора:
Активное сопротивление фазы трансформатора приведенное ко
вторичной обмотке:
где потери короткого замыкания, Вт.
Определим индуктивное сопротивление фазы трансформатора:
;
Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к вторичной
обмотке:
2.3 Выбор сглаживающего дросселя для системы ТП-Д
Основными расчётными параметрами дросселя являются его
номинальный ток и индуктивность . При выборе дросселя
по току необходимо обеспечить соотношение:
Индуктивность сглаживающего дросселя:
где полная индуктивность якорной цепи.
Максимальное значение выпрямленной ЭДС для 3-фазной мостовой
схемы выпрямления:
Требуемое значение рассчитаем, исходя из индуктивности дросселя,
определённой, исходя из следующих условий:
а) ограничение зоны прерывистых токов ()
где граничное значение непрерывного тока, А;
круговая частота питающего напряжения, с-1;
p – кратность пульсаций;
максимальный угол регулирования, определяемый по
заданному диапазону регулирования скорости двигателя:
(см. справочник[]),
;
Определим угол
где ЭДС преобразователя, необходимая для получения
минимальной скорости вращения двигателя, В.
Холостой ток якоря двигателя равен:
Определим, исходя из условий, наибольшее значение граничного тока,
которое должно быть меньше тока холостого хода ():
Напряжение холостого хода выпрямителя при полностью открытых
вентилях () в режиме прерывистых токов:
Определим значение по первому условию:
б) ограничение пульсаций выпрямленного тока
где амплитуда основной гармонической составляющей
выпрямленного напряжения, В;
кратность гармоники (К=1, 2, 3). Для мостовой схем выпрямления
К = 1;
допустимое действующее значение основной гармоники
тока, берется от 2 до 15% в зависимости от мощности, диапазона
регулирования частоты вращения двигателя и допустимого снижения
зоны тёмной коммутации. Выберем для электропривода средней
мощности.
Амплитуда основной гармонической составляющей выпрямленного
напряжения определяется в функции угла . По формуле, см. спр. [], стр.131, определим при
; .
Определим значение по второму условию:
Определять значение по условию ограничения тока при
опрокидывании инвертора не следует, так как привод
нереверсивный, значит, инверторного режима не имеет. Выбираем
максимальную из двух значений индуктивность для
сглаживающего дросселя: Определим :
Выберем из приложения 2 (табл. 2.), см.[8], сглаживающий дроссель
типа РОС – 64/0,5 – Т, потери в меди при
номинальном выпрямленном токе: Рсд = 500Вт.
Сопротивление сглаживающего дросселя:
Определим активное сопротивление и индуктивность
силовой цепи преобразователя и трансформатора. Сопротивление
определяется как сумма сопротивлений всех элементов силовой цепи,
обтекаемых током, в любой момент времени:
где активное сопротивление силового трансформатора;
определяется схемой силовой цепи ТП (для мостовой трехфазной
схемы );
Уравнительный реактор в данной схеме отсутствует, поэтому
динамическое сопротивление тиристора в открытом
состоянии ();
эквивалентное сопротивление преобразователя, вносимое за
счет перекрытия анодов, Ом;
где кратность пульсаций выпрямленного напряжения (для трехфазной
мостовой симметричной схемы ).
Определим активное сопротивление :
Полное сопротивление якорной цепи электродвигателя:
;
Индуктивность определяется как сумма индуктивностей
элементов силовой цепи:
2.5 Выбор тахогенератора
Выбор типа тахогенератора для систем регулирования с обратной
связью по скорости производится исходя из условия, что его
номинальная частота вращения должна быть не меньше
максимальной частоты вращения электродвигателя. Выбираем
тахогенератор типа МИ-32 с параметрами:
номинальная скорость: = 1500об/мин;
удельная ЭДС на 1000 об/мин: Етг = 220Воб/мин;
максимальный ток: = 2,2А;
напряжение возбуждения: = 25В.
2.6 Cоставление структурной схемы электропривода
В данном электроприводе применяется двухконтурная система
управления, с контуром скорости и подчинённым контуром тока.
Структурная схема представлена на рис. 1.1.
Структурная схема ЭП с подчинённым регулированием
Рис.1.1
|
|
2.7 Определение коэффициентов усиления и постоянной времени
неизменяемой части привода, постоянной времени преобразователя
и двигателя, коэффициентов передачи датчиков тока и скорости,
коэффициента усиления преобразователя
Максимальное значение коэффициента усиления ТП в цепи
якоря с СИФУ, выполненной по вертикальному принципу
управления с пилообразным напряжением сравнения:
,
где максимальное значение напряжения управления, .
Электромеханическая постоянная времени равна:
Максимальное ускорение электродвигателя при пуске от
задатчика интенсивности:
при
Коэффициент датчика тока в цепи якоря:
.
Сопротивление обмотки возбуждения при температуре 80С:
Номинальный ток возбуждения:
Определим коэффициент наклона кривой намагничивания при
по универсальной кривой намагничивания, см. рис. 2-14, []:
где число витков на полюс.
Индуктивность обмотки возбуждения:
где – рассеяния.
Электромагнитная постоянная времени цепи возбуждения:
Постоянная времени контура вихревых токов:
Постоянная времени якоря равна:
Постоянная времени двигателя равна:
Коэффициент передачи ячейки датчика тока возбуждения
принимаем тогда
Передаточный коэффициент тахогенератора:
Найдём коэффициент усиления преобразователя:
;
где номинальное напряжение управления преобразователя,
номинальное напряжение преобразователя, В.
Найдём постоянную времени преобразователя:
;
где m – число фаз выпрямителя, m = 3.
Коэффициент передачи датчика скорости:
.
2.8 Расчёт параметров регулятора тока и скорости
Найдём постоянную времени полной якорной цепи электропривода:
В системе подчинённого регулирования используются два
регулятора: ПИ регулятор тока и ПИ или П регулятор скорости.
Передаточная функция регулятора тока:
где постоянная времени регулятора тока якоря, с.
Коэффициент усиления регулятора тока:
; .
где коэффициент усиления регулятора тока;
малая постоянная времени контура тока якоря;
коэффициент обратной связи по току; для комплектного
преобразователя на 200А
Передаточная функция регулятора тока после подстановки значений
примет вид:
Определим параметры регулятора тока:
Постоянная времени равна: зададимся значением
тогда
Угловая скорость вращения тахогенератора:
.
Найдём коэффициент передачи тахогенератора:
; .
Найдём коэффициент обратной связи по ЭДС(скорости):
Найдём коэффициент усиления регулятора скорости:
Сопротивление на входе регулятора тока находится из выражения:
Определим оптимальную неточность стабилизации скорости по заданию
при использовании П-регулятора скорости:
;
Неточность стабилизации скорости по заданию:
Так как условие не выполняется, то в системе
необходимо использовать ПИ регулятор скорости.
Передаточная функция ПИ регулятора скорости имеет вид:
где эквивалентная постоянная времени контура скорости, с.
Найдём
Передаточная функция ПИ-регулятора скорости после подстановки
значений примет вид: .
Определим параметры регулятора скорости:
Параметры элементов регулятора скорости найдём из соотношений:
.
Постоянная времени регулятора скорости:
,
зададимся найдём :
;
Сопротивление на входе регулятора скорости найдём из
выражения:
Сопротивление в цепи обратной связи по скорости найдём из
выражения: ; ;
Выберем задающее устройство:
В качестве задающего устройства применяем задатчик интенсивности.
Структурная схема задатчика интенсивности приведена на рисунке 1.2
Задатчик интенсивности состоит из релейного элемента и интегратора,
охваченных отрицательной обратной связью. При подаче задающего
напряжения, на выходе задатчика интенсивности начинает
интегрирование входного сигнала с постоянной времени ТИ.
Рис.1.2
Диаграммы работы задатчика интенсивности
Рис.1.3
При достижении выходным напряжением напряжения задания,
релейный элемент переходит в автоколебательный режим, и на выходе
задатчика интенсивности будут иметь место колебания около напряжения
задания. Величина постоянной времени определяется из следующих
уравнений:
В;
характеристик привода
Для построения естественной механической и электромеханической
характеристики найдём параметры электродвигателя:
Рис.1.4
4. Расчёт динамических (переходных) режимов работы привода в
пакете System View
Моделирование переходных процессов в нереверсивном приводе
осуществляется в режиме пуска при холостом ходе и в режиме
наброса нагрузки. Управление осуществляется при помощи задатчика
интенсивности, реализующего линейный закон нарастания задающего
сигнала за время, примерно равное длительности переходного
процесса. Структурные схемы электропривода в этих режимах работы
приведены на рис. 1.5, рис. 1.6, рис.1.7.
Рис. 1.5
Пуск при холостом ходе
Рис. 1.6
Пуск в режиме нагрузки (реактивный момент)
Рис.1.7
Наброс нагрузки (нагрузка – реактивный момент)
Библиография
электроприводами», Москва, «Высшая школа», 1979 г.;
установках», Москва, Энергоатомиздат, 1992г.;
электропривода и систем управления технологическими процессами,
под ред. Круповича, Москва, Энергоатомиздат, 1982г.;
электроприводе», Москва, «Энергия», 1977г.;
электропривода: Методические указания и лабораторный практикум для
студентов дневного отделения. Киров: ПРИП ВятГУ, 2004;
инструкция к эксплуатации, часть 1, 2, приложение 1…9
преобразователей для двигателей постоянного тока. Часть 1»; г. Киров,
2006г.
преобразователей для двигателей постоянного тока. Часть 2»; г. Киров,
2006г.
MC
iЯ
UОТ
UОС
UЗС
Kос
Kот
kФ
WРС (p)
WРТ (p)
kФ
t
t
t
t
UП
UЗ
UЗИ