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
Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра ЭиАПУ
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
по дисциплине: Систем управления электроприводом
на тему: Расчет системы автоматического поддержания постоянства скорости ДПТ
Специальность: 5В071800 – Электроэнергетика
Выполнила: Балапаш А.Б. Группа ЭАТ-11-3
№ зачетной книжки 114047
Руководитель: профессор Цыба Ю.А.
Алматы 2014
Содержание
1 Введение…………………………………………………………………………..3
2 Исходные данные……………….……………………………………………….3
3 РГР №1 – Расчет элементов системы управления по схеме ТП-Д……………3
3.1 Выбор электродвигателя и преобразователя………………………….3
3.2 Определение расчетных параметров силовой цепи…………………..7
4 РГР №2 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя и разомкнутой системы ТП-Д………………………………..9
4.1 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя…………………………………………………………….9
4.2 Расчет разомкнутой системы ТП-Д…………………………………10
5 РГР №3 Определение параметров обратной связи по скорости. Расчет и построение характеристик замкнутой системы ТП-Д…………………………12
5.1 Определение параметров обратной связи по скорости……………12
5.2 Расчет и построение характеристик замкнутой системы…………..13
Вывод……………………………………………………………………………...17
Список литературы………………………………………………………………..18
1 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.
2 Исходные данные двигателя П52
|
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 |
3 РГР №1 – Расчет элементов системы управления по схеме ТП-Д
3.1 Выбор электродвигателя и преобразователя
3.1.1 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)
ά1+ά2 =1800,
где ά1и ά2 – углы управления соответственно первой и второй группами вентилей, отсчитываемые от моментов естественного открывания тиристоров.
Регулировочные характеристики системы управления представляют зависимости
Еп =f(UЎ) и Еп =f1(UЎ).
Расчет элементов и параметров ТП при известных номинальных значениях тока Iн и напряжении U двигателя производится в следующем порядке, считая, что
Id =12,5 А и Ud = Uн =220 В.
Рисунок 1.1 - Принципиальная схема силовой цепи электропривода по системе ТП-Д
3.1.2 Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям токов, напряжения и типовой мощности трансформатора.
Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
U2Фрасч =ku · kс · kа· kг · Ud В,
где ku - расчетный коэффициент, характеризующий соотношение напряжений U2ф / Udо в реальном выпрямителе. Для трехфазной нулевой схемы ku = 0,922;
kс – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети до U = 0,9 Uн
Принимаем kс = 1,05;
kа – коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при максимальном управляющем сигнале, принимаем kа = 1,05;
kг – коэффициент запаса по напряжению учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора и в вентилях, принимаем kг = 1,05.
U2фрасч = 0,922·1,05·1,05·1,05·220 = 234,8 В.
Расчетное значение тока вторичной обмотки трансформатора
I2расч = kI · ki · Id А,
где kI – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I2ф /Id в идеальном выпрямителе, принимаем kI = 0,578;
ki – коэффициент учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной, принимаем ki =1,05.
I2расч = 0,578 · 1,05 · 12,5 = 7,59 А.
Расчетная типовая мощность трансформатора
ST =ks· ku· ka· ki· Ud· Id· 10-3 кВА,
где ks – коэффициент схемы, характеризующий, соотношение мощностей для идеального выпрямителя принимаем - ks = 1,45.
ST = 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) Sнт ≥Sт; Sн =6,0 кВА
Б) U2фн ≥ U2фрасч; U2фн = 260 В
В) I2фн≥I2расч;
.
и техническими данными:
Г) Pкз=210 кВт;
Д) Uk=5%.
3.1.3 Выбор тиристоров производится по среднему значению тока через вентиль с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах до (2-2,2)Iн условий охлаждения и максимального значения обратного напряжения.
Среднее значение тока через тиристор
Iср= kз· Iн /kох· mт А,
где kз = (2-2,5) – коэффициент запаса по току;
kох – коэффициент учитывающий интенсивность охлаждения вентиля, при естественном воздушном охлаждении kох = 0,35;
Idср = 2,5·12,5/0,35·3= 29,76 А.
Максимальная величина обратного напряжения
Uобрм =kзн· kuобр· Idо , В,
где kзн = (1,5-1,8) – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение сети напряжения и периодические выбросы напряжения при коммутациях вентилей;
kuобр – коэффициент обратного напряжения;
kuобр = 2,25.
Udо – напряжение преобразователя при ά = 0 предварительно подсчитывается по формуле
Udо = kс· ka· kг· Ud = 1,05· 1,05· 1,05· 220 = 254,68 В.
Uобрм =1,5· 2,25· 254,68 = 859,54 В.
Выбираем тиристоры типа Т-50: Iном= 50 > Idср. Uном= 1000 В > Uобрм = 859,5.
3.1.4 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 Iн двигателя, т.е.
,
где U’п - удвоенное активное значение первой гармоники выпрямленного напряжения, определяемое по соответствующим кривым. При ά =90о, U’п =250 В;
m- число фаз выпрямителя, m= 3;
ώc - угловая частота сети, ώc = 314 рад/с.
3.1.5 Расчет индуктивности сглаживающего дросселя
.
Индуктивность дросселя, включаемого последовательно с якорем двигателя, определяется из условия обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузки от Idмин до Idмин и изменение угла управления от ά = άмин до ά = 900
Сглаживающий дроссель не ставится в случае, если
Lнеобх ≤ Lудрасч +hдв+Lтр.
3.2 Определение расчетных параметров силовой цепи
Расчетное сопротивление цепи выпрямленного тока
Rp =1.2(Rя+Rдп)+Rщ+Rп,
где Rя+Rдп - сопротивление обмоток якоря и дополнительных полюсов двигателя при температуре 15 0С; Rя+Rдп =0,269
Rщ - сопротивление щеточного контакта
Rщ = 2/ Iн =2/12,5= 0,16 Ом,
Rп - сопротивление преобразователя
Rп = Rт +Rт · m/2π,
Rт и Rт - активное и индуктивное сопротивления обмоток силового трансформатора, приведенные к цепи выпрямленного тока, определяются по данным опытов к.з. и х.х.
Rm= Рк.з. /m · I1н · kтр2.
.
.
.
хт = Uк %· U1ф /100· I1н · kтр2 =5· 380/100· 9,12· 1,462 = 0,98 Ом.
.
Все данные определены для расчета сопротивления выпрямленного тока:
Rp =1,2· 0,269+0,16+4,07= 4,55 Ом.
Расчетная индуктивность цепи якоря:
Lр = Lдв + Lтр +Lуд,
где Lдв – индуктивность якоря и дополнительных полюсов
Lдв= 5,73· Uн/р· ώн· Iн.
.
.
Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя:
Lтр = хт /2πf = 0,98/ 2· 3,14·50 = 0,003 Гн.
Lнеобх< Lуд+hдв+Lтр.
0,12 Гн < 0,16+0,6+0,003 = 0,76 Гн.
Сглаживающий дроссель в схему не ставится.
Постоянная двигателя:
С= (Uн-1,2(kя+ kдп) · Iн)/ώ = 220-1,2· 0,269·12,5/214 = 0,69.
Электромагнитная постоянная времени:
Тм = (Jдв+Jмех) · Rр/4C2 = (0,052+0,7·0,052)∙4,55/4·0,692 = 0,2 с.
4 РГР №2 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя и разомкнутой системы ТП-Д
4.1 Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя
Еп = 2Е2ср m/π· sin m/π· cos ά.
Зависимость ά = f (Uу) называемая характеристикой управления, приведена на рисунке 2.1.
Коэффициент усиления преобразователя
.
|
Uу, В |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
|
ά |
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 Еп = f (Uу) и kп = f1 (Uу) приведены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Регулировочные характеристики
4.2 Расчет разомкнутой системы ТП-Д
ЭДС преобразователя при номинальной скорости
Епн= с·ωн+ΔU+ Iн· kр,
где ΔU = ΔUв+ ΔUш;
ΔUв = (0,5-1) В – падение напряжения в переходе тиристора;
ΔUш = 2 В – падение напряжения на щетках двигателя.
ΔU = 0,7+2 = 2,7 В.
Статическая характеристика строится по формуле
ω = (Еп- ΔU-I kр)/с.
Епн= 0,69·314+2,7+12,5·4,55 = 276,23 В.
ЭДС преобразователя при минимальной скорости и номинальной нагрузке:
Епмин = с ωн/Д+ ΔU+ Iн kр= 0,69·314/12+2,7+12,5·4,55=77,63 В.
Статическая характеристика для минимальной скорости строится при изменении тока по формуле
ω = (Епмин- ΔU-I kр)/с
Статические характеристики приведены на рисунке 2.3.
При Iн = 12,5 А.
Рисунок 2.3 - Статические характеристики
5 РГР №3 Определение параметров обратной связи по скорости. Расчет и построение характеристик замкнутой системы ТП-Д
5.1 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 σ3 – статическая ошибка в о.с.
.
.
Необходимый коэффициент обратной связи
.
Коэффициент усиления Кп берется из регулировочной характеристики преобразователя при Емин.
При Емин =190,4 В, Кп = 36,1
По необходимому коэффициенту обратной связи выбираем тахогенератор типа ТД-103.
5.2 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 < Iотс, токовая отсечка не работает. Величина сигнала на входе ТП
Uy = Uз – кс·ω
на этом участке САУ работает в режиме поддержания постоянства заданной скорости. На 2 участке I > Iотс, 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
Uy = Uз –кс·ω-Кт(I - Iотс),
где Кт – коэффициент токовой отсечки.
На участке 3 из-за увеличения сигнала Uy пробивается стабилитрон 1СТ и действует только токовая отсечка. При этом
Uy = U1ст – кс -Кт(I - Iотс).
Напряжение пробоя стабилитрона 1 СТ определяется по формуле
U1ст = U3В – Кс · ωотсв = U3Н – Кс · ωотсн,
где U3В и U3Н задающие напряжение соответственно на верхней и нижней характеристиках;
ωотсв и ωотсн – скорость отсечки соответственно на верхней и нижней характеристиках.
Скорость на 1 участке:
.
Скорость на 2 участке:
.
Скорость на 3 участке:
ω3 = Кд (Кп· U1ст-ΔU) - Кд· kп· Кт(I - Iотс)- Кд· kр· I.
Из уравнения (для участка 1), при номинальных значениях скорости и тока, определяются задающие напряжения на верхней и нижней характеристиках.
,
где Кд = 1/с = 1/0,69 = 1,45; Кп = 36,1; Кс = 1,05.
.
Скорости х.х для верхней и нижней характеристик:
.
.
Скорости отсечек на верхней и нижней характеристиках
.
Iотс=1,5·Iн=1,5·12,5=18,75 А.
.
U1ст= U3В-kc·ωотсв= U3Н-kc·ωотсн=337,498-1,05·315,631=8,403 В.
Коэффициент токовой отсечки при ω=0 и I= Iст=2 Iн=12,5·2=12 А.
.
.
Напряжение пробоя стабилитрона 2СТ
U2ст= Кт· Iотс,
U2ст= 0,829· 18,75=15,54 В.
Подставляем в уравнение значение тока
I = 1,8 Iн = 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
9