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
Билет №7
1. Логарифмический критерий устойчивости
Логарифмический критерий устойчивости применяется при исследовании сложных многоконтурных систем, при построении ЛАЧХ корректирующих звеньев, выводящих исходную систему из неустойчивого состояния. Базовым для логарифмического критерия устойчивости является критерий Найквиста.
По критерию Найквиста, базовая точка (-1;0) в комплексной плоскости.
Рассмотрим АФХ разомкнутой системы в двух случаях:
1. АФХ первого рода, когда система в разомкнутом состоянии устойчива.
Это означает, что годограф такой системы не пересекает отрезок .
САУ в разомкнутом состоянии будет устойчива, если частота среза логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) меньше частоты, при которой ФЧХ достигает значения -, т.е. при положительных значениях ЛАЧХ до частоты среза ФЧХ не должна достигать угла -.
2. АФХ второго рода, когда разомкнутая система неустойчивая, а замкнутая система устойчива.
Для АФХ второго рода логарифмический критерий устойчивости заключается в следующем: при положительных значениях ЛАЧХ до частоты среза, количество переходов прямой - ФЧХ должно быть равно нулю (т.е. количество положительных переходов равно количеству отрицательных переходов).
Сравнительный анализ критериев устойчивости
2. Номинальные режимы работы электродвигателей (S1- S8) и их характеристика. Основные соотношения, характеризующие нагрев двигателей при длительном, кратковременном и повторно- кратковременном режимах.
Номинальные режимы работы электродвигателей
По условиям нагревания двигателей различают восемь режимов работы, обозначенных S1, S2, … S8.
S1. Продолжительный номинальный режим
Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя достигает установившегося значения уст. Идеализированная нагрузочная диаграмма электропривода и кривая =f(t) изображены на рисунке. В таком режиме работает электропривод таких механизмов, как вентиляторы, насосы, конвейеры, транспортеры.
S2. Номинальный кратковременный режим
Характеризуется тем, что за время кратковременной работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время отключенного состояния двигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды. Идеализированная нагрузочная диаграмма электропривода и кривая изменения температуры перегрева представлены на рисунке. В таком режиме работает, например, электропривод механизмов с моментом сопротивления, обусловленным вязким трением. Длительность кратковременной работы стандартизована и составляет 15, 30, 60, 90 минут.
S3. Повторно-кратковременный номинальный режим
Характеризуется тем, что за время работы температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время паузы, двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Идеализированная нагрузочная диаграмма и кривая =f(t) изображены на рисунке. Для характеристики этого режима принят символ ПВ% (продолжительность включения)
.
Используется и понятие относительной продолжительности включения
.
Время цикла не должно превышать 10 минут. Стандартные значения ПВ%: 15%, 25%, 40%, 60%.
S4. Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками
Характеризуется тем же, что и режим S3, но в этом режиме на нагрев двигателя существенно влияют пусковые потери. Идеализированная нагрузочная диаграмма и зависимость =f(t) изображены на рисунке.
.
Нормируемые значения ПВ% те же, что и для режима S3. Нормируется так же число пусков. Стандартное число пусков в час 30, 60, 120, 240.
Для этого режима используется также такой показатель, как коэффициент инерции
, равный отношению суммарного, приведенного к валу двигателя момента инерции системы, к моменту инерции ротора (якоря) самого двигателя. Нормированные значения коэффициента инерции 1,2; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10.
S5. Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками и электрическим торможением
Этот режим характеризуется тем же, что и режим S3, но в этом режиме на нагреве двигателя сильно сказываются потери при пуске и торможении.
.
Нормируемы значения ПВ% и числа пусков такие же, что и для режима S4. Нормированные значения коэффициента инерции Fу 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.
S6. Перемежающийся номинальный режим
Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время холостого хода он не охлаждается до температуры окружающей среды. Для обозначения этого режима используется символ ПН% (продолжительность нагрузки)
.
Продолжительность цикла не должна превышать 10 минут. Нормированные значения ПН% = 15, 25, 40,60%.
S7. Перемежающийся номинальный режим с частыми реверсами
Характеризуется тем, что периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами реверса, причем периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры двигателя могли достигнуть установившихся значений. В этом режиме потери при реверсе оказывают существенное влияние на нагрев двигателя, работающего без остановки. Режим характеризуется числом реверсов в час (30, 60, 120, 240) и коэффициентом инерции (как для режима S5).
S8. Перемежающийся номинальный режим с двумя и более скоростями
Это режим, при котором периоды с одной нагрузкой на одной угловой скорости чередуются с периодами работы на другой угловой скорости при соответствующей этой скорости нагрузке. В этом режиме потери при переходе с одной угловой скорости на другую оказывают существенное влияние на нагрев двигателя, но периоды нагрузки на каждой из угловых скоростей не настолько длительны, чтобы температура перегрева двигателя могла достичь установившегося значения. Этот режим характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и относительной продолжительностью нагрузки на отдельных ступенях, определяемой для данного конкретного случая с тремя установившимися скоростями по формулам:
Нормированные значения числа циклов в час: 30,60;120,240; коэффициента инерции: 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.
Нагревание и охлаждение двигателей при длительном
режиме работы с постоянной нагрузкой
При t=0 в общем случае двигатель мог иметь перегрев 0,
, где - установившееся значение температуры перегрева, которое достигается через бесконечно большое время;
- постоянная времени нагрева. Это время, в течение которого двигатель нагрелся бы до установившейся температуры у, если бы не было теплоотдачи в окружающую среду.
Если нагрев двигателя идет от температуры окружающей среды, т.е. 0=0, то закон изменения температуры перегрева такой:
.
Для получения зависимости =f(t) при охлаждении двигателя от у1 до у2, можно воспользоваться ранее полученным уравнением, подставив в него вместо у - у2, а вместо 0-у1. Тогда
.
Кривая охлаждения двигателя, соответствующая этому уравнению, приведена на рисунке. При охлаждении до температуры окружающей среды у2=0 и уравнение приобретает вид
.
Нагревание двигателей при кратковременном режиме работы с постоянной нагрузкой
- коэффициент термической перегрузки.
Нагревание двигателей при повторно-кратковременном режиме работы
Процесс установления температуры в этом режиме можно представить в виде следующего рисунка (при идеализированной нагрузочной диаграмме). Температура обмоток двигателя изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и достигает установившихся колебаний со сравнительно небольшой амплитудой. При правильном выборе двигателя, наибольшая температура не достигнет уст, а будет стремиться через достаточно большое число циклов к величине уст=доп.
Двигатель длительного режима за счет охлаждения во время пауз может работать в повторно-кратковременном режиме с коэффициентом термической перегрузки , где уст - наибольшая температура, которая имела бы место при длительном режиме работы с потерями повторно-кратковременного режима.
Величина может быть найдена на том основании, что для цикла работы, достаточно удаленного от начала, температура перегрева колеблется в пределах от 0 до уст. При этом для периода работы, tр можно написать
.
Температура в конце паузы понизится до значения
,
3. Система двухзонного регулирования скорости электропривода (качественный характер изменения координат электропривода в обеих зонах; функциональная схема системы; работа системы в обеих зонах; синтез контуров регулирования СУЭП).
Применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить работу электродвигателя со сверхноминальной скоростью. Такой режим работы электродвигателя предусмотрен в ряде серийно выпускаемых комплектных электроприводов типа ЭПУ1-2Д, КТЭ и др. Управление ДПТ осуществляют по цепям якоря и возбуждения, причем в обеих зонах задающим воздействием является лишь напряжение задания скорости. В первой зоне диапазон регулирования ограничен номинальным значением скорости, во второй – максимальным для данного типа электродвигателя. В табл. 8.1. приведены области изменения основных координат системы двухзонного регулирования скорости.
Табл. 8.1.
|
Параметр |
M |
eд |
Ф |
|
|
1-я зона |
н |
M Mн |
eдeдн |
Ф = Ф н |
|
2-я зона |
н |
M Mн |
eд= eдн |
ФФ н |
Изменение координат СУ ЭП в функции скорости двигателя представлено на рис. 8.13. В 1-ой зоне магнитный поток двигателя поддерживается номинальным, допустимое значение электромагнитного момента равно номинальному. Во второй зоне постоянным поддерживается э.д.с. двигателя, а магнитный поток и момент двигателя изменяются в обратно пропорциональной зависимости от скорости, поскольку eд = Се Ф,
M=СмФi. Таким образом, применение двухзонногорегулирования целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже номинальной. При этом ток якоря
и потребляемая мощность двигателя не превышают допустимых значений. Функциональная схема системы двухзонногорегулирования скорости приведена на рис. 8.14.
Ф
Uя
eд
eдн
Ф н
н
0
Рис. 8.13. Изменение координат СУ ЭП в функции скорости
Система управления содержит два взаимосвязанных канала:
зоне.
iв
Uдтв
Uув
Uзтв
Uзэ,н
/Uдэ/
Uдэ
Uдня
Uдтя
i
Uя
Uуя
Uзтя
Uзтя
Uзс
Uзс
Фильтр
ОВД
Фильтр
ТГ
ДПТ
ДТЯ
ТПЯ
РТЯ
ДУ
РС
ЗИ
ДНЯЯЯ
ДЭ
БВМ
ТПВ
РТВ
ДТВ
РЭ
БО
БО
Рис. 8.14. Функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости
В первой зоне регулирования скорости э.д.с. двигателя ниже номинального значения. Модуль напряжения обратной связи по э.д.с. меньше напряжения задания номинальной э.д.с., т. е. /Uдэ / <Uзэ,н . При этом регуляторэ.д.с. (РЭ) находится в режиме насыщения, причем блок ограничения (БО) формирует задание номинального тока возбуждения (магнитного потока) двигателя. Во второй зоне >н, а следовательно, в динамике возникает ситуация, когда /Uдэ / >Uзэ,н. РЭ выходит из режима ограничения, снижает Uзтв, а значит, ток возбуждения и магнитный поток двигателя. В итоге э.д.с. двигателя стабилизируется на номинальном уровне, а магнитный поток устанавливается на уровне, обратно пропорциональном скорости двигателя.
Датчик э.д.с.реализован на основе измерения напряжения на якоре и тока якоря двигателя (первый метод измерения э.д.с.). Делительное устройство (ДУ), установленное на выходе РС, обеспечивает оптимальную настройку контура регулирования скорости за счет деления Uрс на сигнал, пропорциональный текущему значению магнитного потока.
Настройку контуров регулирования канала регулирования скорости производят так же, как в системе с однозонным регулированием (см. раздел 8.1.2). Настройку контуров регулирования канала стабилизации э.д.с.производят на ТО. Передаточная функция оптимального регулятора возбуждения имеет вид [2]:
где Rв ,Tв - активное сопротивление и постоянная времени цепи обмотки возбуждения двигателя;
Tв,т - постоянная времени контура вихревых токов, Tв,т 0,1 Tв ;
Tв - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбуждения, T вTтпв ;
Kтпв, Tтпв- коэффициент передачи и постояння времени тиристорного преобразователя возбуждения (тиристорного возбудителя) – ТПВ;
Kв - коэффициент обратной связи контура регулирования возбуждения.
Передаточная функция оптимального регулятора э.д.с.имеет вид:
где T э - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования э.д.с. двигателя, T э 2T в ;
Kв,э– коэффициент передачи цепи “ток возбуждения – э.д.с. двигателя”, Kв,э= eд / iв =wв Kф Се н.
Если измерение э.д.с. двигателя производится с малой инерцией
(Tя,ц 0), например с применением тахометрического моста, то регулятор э.д.с. имеет И-структуру.