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
Форма Н-6.01
Міністерство освіти і науки України
Полтавський національний технічний університет
імені Юрія Кондратюка
Кафедра автоматики та електроприводу
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни:
«Елементи автоматизованого електропривода»
на тему:
«Розрахунок параметрів регуляторів системи керування
електроприводом»
Студента 4 курсу групи 402-МЕ
напряму підготовки: електромеханіка
спеціальності: електромеханічні системи автоматизації та електропривод
Панюсько А.Г.
керівник канд. техн. наук,
Нелюба Д.М.
Національна шкала ________________
Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____
Члени комісії ________________ ___________________________
(підпис) (прізвище та ініціали)
________________ ___________________________
(підпис) (прізвище та ініціали)
________________ ___________________________
(підпис) (прізвище та ініціали
м.Полтава -2013 рік
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
2
ЕАЕП402.030.00.000 КР
Розроб.
Панюсько А.Г.
Перевір.
Нелюба Д.М.
Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
Розрахунок параметрів регуляторів системи керування електроприводом
Літ.
Акрушів
22
ПолтНТУ гр. 402-МЕ
Зміст
Вступ…………………………………………………………………………….…3
1.Опис роботи функціональної схеми керування електроприводом…………5
2. Розрахункова частина…………………………………………………………8
2.1. Попередній розрахунок…………………………………………………..8
2.2. Розрахунок регулятора струму…………………………………………14
2.3. Розрахунок регулятора швидкості……………………………………..17
3. Висновки……………………………………………………………………....21
4. Список використаної літератури……………………………………………22
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
3
ЕАЕП402.030.00.000 КР
Вступ
Електропривід — це електромеханічна система для приведення в рух виконавчих механізмів робочих машин і керування цим рухом в цілях здійснення технологічного процесу.
В залежності від способу передачі енергії електромережі до робочих органів станка або механізму розрізняють приводу: групові, одиночні та з багатьма двигунами.
Груповий привід являє собою схему, при якій двигун за допомогою різних механічних передач приводить в рух групу робочих механізмів та передач. В наш час груповий привід в станках практично не застосовується через низьку економічність.
Більш економічним є одиночний привід, в цьому випадку кожний станок має свій окремий двигун. Прикладом одиночного приводу є одношпиндельний свердлильний станок, в якому двигун та механічна частина являють собою одне ціле.
В приводах з багатьма двигунами при його застосування стало можливим виключити громіздкі коробки передач. При цьому рух робочих органів регулюється зміною частоти обертання двигуна, тобто керування стає не механічним, а електричним, що призводить до підвищення економічності, точності та плавності регулювання.
До числа важливих технічних характеристик електроприводу відносяться: діапазон регулювання частоти обертання механізмів станка; число ступенів обертання механізмів в даному діапазоні регулювання; постійність частоти обертання механізмів при зміні навантаження.
Діапазон частоти обертання механізмів станка – відношення максимальної частоти обертання до мінімальної – повинен визначатись в залежності від матеріалу, що обробляється, якості ріжучого інструменту, розмірів деталі і інших факторів. Діапазон регулювання частоти обертання виражається відношенням її максимально значення до мінімального значення, наприклад 2:1, 10:1, 100:1. Для різних механізмів необхідні різні діапазони регулювання: в приводах головного руху він складає 4:1-100:1, в приводах універсальних верстатів – 1000:1 і вище.
В електроприводах звичайно застосовується плавне регулювання частоти обертання механізмів, а багатоступеневе тільки в тому випадку, коли важко виконати широкодіапазонне плавне регулювання.
В процесі обробки виробів необхідно підтримувати сталі швидкості різання та подачі. Відхилення від вибраної швидкості призводить до погіршення якості обробки і зниження кількості продукції. Причинами можливої зміни швидкості можуть бути зміна навантаження і напруги мережі, нагрівання приводу при довготривалій роботі та інше. Електропривод повинен підтримувати наближену сталість частоти обертання механізмів при дії цих факторів.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
4
ЕАЕП402.030.00.000 КР
1.Опис функц
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
5
ЕАЕП402.030.00.000 КР
іональної схеми управління електроприводом
Для розрахунку даної курсової роботи використано схему керування ЕП серії БТУ 3601.
Основні складові частини системи:
Позначення елементів схеми:
Робота схеми
Вся система живиться від трифазної мережі, для живлення схеми використано силовий трансформатор Т1, блок живлення БТ (на виході ±12, ±15, ±24 В). Схема СІФК – ввід керуючого сигналу на формувач імпульсів, зміщення сигналу керування, його обмеження, виконують резистори R41, R49, R50. Блок логічного контролю УЛ проводить перемикання керуючих імпульсів з тиристора В до тиристора Н, працює УЛ функції сигналу заданого струму і вихідного сигналу датчика провідності вентилів ДПВ. На вхід УЛ надходить сигнал заданого напряму струму з виходу нелінійної ланки НЗ. Опір R16 та ланка НЗ і ФПЕ- це пристрій лінеаризації характеристик приводу в РПС (режим перервного струму). Коефіцієнт передачі НЗ обернено пропорційних коефіцієнту передачі ТП (тиристорного перетворювача), а коефіцієнт передачі ФПЕ виглядає так:
y=arcsinE,
де E – ЕРС двигуна.
Так підтримується приблизно однаковий коефіцієнт підсилення лінеаризуючого перетворювача. Перемикач ПЧ керується також логічним пристроєм УА, та призначений для спів падання реверсивного сигналу НЗ і нереверсивного регулювання характеристикою органу керування.
Взагалі
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
6
ЕАЕП402.030.00.000 КР
вся система керування електроприводом виконується двоконтурною, з використанням ПІ-регулятора струму та П-регулятора швидкості. На виході регулятора швидкості РС сумуютья сигнали задання швидкості та сигнали зворотнього зв’язку. Через блок ПУРС подається сигнал задання швидкості. Змінний резистор R9 встановлює нуль на РС – нульова швидкість. Для роботи електропривода без регуляторів швидкості та струму встановлено вимикач К1. Резистори R5, R6 – встановлюють точку перегину та кутовий коефіцієнт за точкою перегину на характеристиці струму двигуна від частоти обертання. При реверсуванні реверсується сиггал на вході УЛ, струм в силовому ланцюзі починає зменшуватись. Коли з виходу ДПС на вхід УЛ прийде сигнал дозволяючий видачу на тиристори та захисний блок. В цей момент з блоку захисту на ІФК приходить сигнал переведення кутів в - при спрацювання захисту з захисного блоку. Вузол незалежного струмозбудження УЗТ забезпечує зниження уставки струмозбудження у функції швидкості. Сигнал на вхід УЗТ надходить з тахогенератора BR1 через подільник R3, R12.
Рис.1. Функціо
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
7
ЕАЕП402.030.00.000 КР
нальна схема системи керування електроприводом
2.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
8
ЕАЕП402.030.00.000 КР
Розрахункова частина
Розрахунок орієнтований на схему керування пристроєм, що виконана за принципом двоконтурної системи підпорядкованого регулювання параметрів з пропорційним регулятором швидкості та пропорційно-інтегральним регулятором струму.
Рис.2. Структурна схема двоконтурної системи підпорядкованого регулювання
В систему (рис.2) входить внутрішній контур регулювання струму з датчиком струму US (зовнішній зв’язок за струмом) і регулятор струму AS. Зовнішній контур регулювання швидкості має датчик швидкості – тахогенератор BR і регулятор швидкості AV. На вхід регулятора швидкості AV подається задаючий сигнал і сигнал зворотнього зв’язку, цей сигнал пропорційний величині швидкості двигуна. Регулятор швидкості формує сигнал для регулятора струму, на другий вхід якого подається сигнал , пропорційний величні струму двигуна.
2.1. Розрахунок структурної схеми двигуна
Розрахунковий опір якірного ланцюга двигуна , Ом, складає:
(1)
де – опір обмотки якоря при 15ºС,Ом;
– опір додаткових полюсів при 15ºС,Ом;
– опір обмоток трансформатора, приведений до ланцюга випрямленого струму, Ом;
– опір за рахунок перекриття анодних струмів, Ом;
– опір щіткового контакту, Ом;
– опір зрівняльного реактора, Ом.
(2)
де – теоретичне значення ЕРС вторинної обмотки силового трансформатора, В (– відношення напруги силового трансформатора до середнього значення випрямленої напруги. Для трифазної схеми з нульовим виводом приймаємо =0,857) [1] ;
– коефіцієнт запасу, що враховує неповне відкриття вентилів при максимальному сигналі. Приймаємо =1,2 [1] ;
– коефіцієнт запасу з напруги, який ураховує можливе зниження напруги мережі. Приймаємо =1,1 [1] ;
– коефіцієнт запасу, що враховує падіння напруги у вентилях і обмотках трансформатора, а також наявності кутів комутації. Приймаємо =1,05 [1].
Підставивши всі значення маємо:
(3)
Потрібно врахувати, що напруга вторинної обмотки вибраного трансформатора дорівнює розрахунковому значенню. Струм вторинної обмотки трансформатора , А, становить:
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
9
ЕАЕП402.030.00.000 КР
(4)
де – коефіцієнт прямокутності струму, що враховує відхилення форми струму від прямокутної. Приймаємо =1,1 [1] ;
– коефіцієнт, рівний відношенню діючого значення лінійного струму вторинної обмотки силового трансформатора до середнього значення випрямленого струму. Приймаємо =0,578 [1] ;
– номінальний струм якоря двигуна, А.
(5)
Сумарний опір обмоток трансформатора Ом і опір, створюваний за рахунок перекриття анодних струмів , Ом, становить:
(6)
(7)
Опір щіткового контакту , Ом, за умови, що падіння напруги на ньому буде дорівнювати 2В, визначимо такі:
(8)
(9)
Опір зрівняльного реактора, Ом, становить:
(10)
(11)
(12)
Тоді (13)
Розрахунковий опір я
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
10
ЕАЕП402.030.00.000 КР
кірного ланцюга двигуна, Ом, складає:
(14)
Розрахункова індуктивність якірного ланцюга двигуна, Ом, становить:
(15)
де - індуктивність трансформаторної обмотки, яка знаходиться за формулою:
(16)
Реактивна складова опору трансформаторної обмотки становить:
(17)
де - напруга короткого замикання трансформатора . Приймаємо
=0,095[1] ;
(18)
(19)
Індуктивність обмотки якоря двигуна, Гн, становить:
(20)
де = 5…6 для скомпенсованих машин, приймаємо =5.5[1];
номінальна швидкість обертання якоря двигуна, об/хв,
(21)
Таким чином розрахункова індукція якірного ланцюга становить
.
Електромагнітна стала часу якоря, с :
(22)
(23)
Швидкість обертання
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
11
ЕАЕП402.030.00.000 КР
валів двигуна та тахогенератора:
(24)
(25)
(26)
(27)
Електромеханічна постійна часу для заданого значення становить:
(28)
(29)
Опір обмотки якоря двигуна , Ом, становить:
(30)
(31)
Передавальний коефіцієнт двигуна:
(32)
(33)
Передавальний коефіцієнт тахогенератора:
(34)
(35)
Приймаємо максимальну напругу керування =10 В.
Для знаходження передавального коефіцієнта тиристорного перетворювача треба використати регульовану характеристику перетворювача, де - максимальне
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
12
ЕАЕП402.030.00.000 КР
значення ЕРС тиристорного перетворювача при куті керування, що рівний нулю:
(36)
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
13
ЕАЕП402.030.00.000 КР
(37)
До мінімальної швидкості при роботі з номінальним навантаженням величина становить:
(38)
де (39)
(40)
(41)
(42)
(43)
Це відповідає ЕРС тиристорного передавача , В:
(44)
(45)
Коефіцієнт підсилення тиристорного перетворювача:
(46)
де - напруга керування. Приймаємо =0,7В[1].
(47)
Аналізуючи роботу тиристорного перетворювача враховуємо його інерційність.
Напруга від’ємного зворотного зв’язку за струмом подається на датчик струму US із шунта якірного ланцюга двигуна. Передавальний коефіцієнт шунта :
(48)
(49)
Двигун доцільно
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
14
ЕАЕП402.030.00.000 КР
подати у вигляді послідовного з’єднання двох ланок із постійними часу та .
Тоді передавальна функція електродвигуна ( при статичному моменті =0) така:
(50) (51)
Передавальна функція тиристорного перетворювача:
(52)
де - стала часу тиристорного перетворювача, яку приймаємо рівною 0,007 с.[1]
(53)
2.2 Розрахунок регулятора струму
При забезпеченні широкого діапазону регулювання швидкості виникає потреба у завадо захищеності системи, так як коефіцієнт підсилення регулятора швидкості повинен бути досить великим. Вирішення цієї проблеми у використанні в системі регулювання швидкості підпорядкованого регулювання струму з утворення внутрішнього контору. При цьому регулятор струму повинен бути забезпечувати обмеження струму якоря на час перехідного процесу та скомпенсовувати постійні часу двигуна та тиристорного перетворювача. Сама передаточна функція регулятора представляє ПІ-регулятор. Схема регулятора на рис.3.
Рис. 3. Регулятор струму
а) структурна схема; б) принципова схема
У якості малої сталої часу, що не компенсується, приймаємо [1].
Передавальна функція об’єкту регулювання контуру струму:
(54)
(55)
Стала інтегрування контуру струму може бути визначена з умови модульний оптимум таким чином:
(56)
(57)
Передавальна функц
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
15
ЕАЕП402.030.00.000 КР
ія розімкненого оптимізованого контуру струму (рис.3,а):
(58)
(59)
Передавальна функція ПІ-регулятора струму:
(60)
де ;- відповідно коефіцієнт підсилення і постійна часу регулятора
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
16
ЕАЕП402.030.00.000 КР
струму.
Для обмеження величини струму граничним значенням Ія достатньо обмежити значенням сигнал на виході регулятора швидкості, тобто задаючий сигнал для контуру струму.
Коли розгалуження на виході регулятора швидкості досягає величини напруги насичення, то на виході регулятора швидкості напруга постійна. При цьому система підтримує постійний струм якоря двигуна. Обмеження рівня вихідного сигналу регулятора швидкості здійснюється шунтуванням ланцюга зворотного зв’язку регулятора швидкості зустрічно ввімкненими стабілітронами.
При цьому:
(61)
Застосовуємо стабілітрони типу Д814Г із напругою пробою =10…12В.
Передавальний коефіцієнт ланцюга зворотного зв’язку за струмом :
(62)
де приймаємо рівним
(63)
(64)
Визначаємо величини коефіцієнту підсилення і сталої часу регулятора струму:
(65)
(66)
(67)
(68)
Параметри ре
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
17
ЕАЕП402.030.00.000 КР
гулятора струму (рис.3,б) слід визначити в такій послідовності:
Прийнявши Ф, отримаємо:
(69)
(70)
Аналогічно, прийнявши , отримаємо:
(71)
(72)
Величину коефіцієнта підсилення датчика струму можна одержимо з відношення:
(73)
(74)
Передавальна функція замкненого оптимізованого контуру струму матиме вигляд:
(75)
Із цього виразу, відкинувши член другого порядку мализни в знаменнику,
Отримаємо так звану усічену передавальну функцію:
(76)
(77)
2.3. Розрахунок регулятора швидкості
Контур регулювання швидкості з регулятором швидкості призначений для скомпенсування великої електромеханічної постійної часу та забесбечити сталість кутової швидкості при зміні статичного моменту на валу. Сам регулятор представлений як П-регулятор швидкості.
Схема регулятора представлена на рис.4.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
18
ЕАЕП402.030.00.000 КР
а
Рис.4. Регулятор швидкості
а) структурна схема; б) принципова схема
Передавальна функція розімкненого оптимізованого контуру швидкості (див.рис.4,а), що налагоджений на симетричний оптимум буде:
(78)
Передавальна функція об’єкта регулювання швидкості має вигляд:
(79)
У контурі швидкості нескомпенсованою постійного часу є величина:
(80)
Передавальна функція пропорційного регулятора швидкості буде:
(81)
Приймаэмо на
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
19
ЕАЕП402.030.00.000 КР
пругу завдання , тоді передавальний коефіцієнт зворотнього зв’язку по швидкості буде:
(82)
(83)
Коефіцієнт підсилення регулятора швидкості знаходиться як:
(84)
(85)
Слід визначити параметри регулятора швидкості (див.рис.4,б), ураховуючи навантажувальну здатність задатчика інтенсивності, виконаного на базі напівпровідникового підсилювача.
Прийнявши отримаємо:
(86)
(87)
Опір у ланцюгу зворотного зв’язку за швидкості знайдеться як:
(88)
(89)
Розрахункова схема двоконтурної системи підпорядкованого регулювання параметрів (швидкості та струму) подана на рис.5.
Рис.5. Розр
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
20
ЕАЕП402.030.00.000 КР
ахункова схема двоконтурної системи
підпорядкованого регулювання параметрів
(швидкості та струму)
Статичне падіння швидкості в спроектованому електроприводі при номінальному навантаженні буде:
(90)
(91)
При необхідності отримання електромеханічної характеристики з меншим статичним падінням швидкості (більшої жорсткості) можна використати ПІ–регулятор швидкості. Якщо треба отримати регулятор швидкості з регульованою жорсткістю, то необхідно шунтувати ємність резистором в його ланцюзі зворотного зв’язку.
Висновки
На базі уніфікованого БТУ 3601 розраховані параметри регуляторів системи керування схеми підпорядкованого керування електроприводом. Величина цих параметрів визначається постійними часу двигуна, тиристорного перетворювача, які в свою чергу обумовлені величинами індуктивностей в обмотках збудження, активними опорами у ДПС, та параметрами підпорядкованого контуру.
Дана система у динамічному режимі забезпечує низький рівень перерегулювання, малий час перехідного процесу, задовільну швидкодію. В усталеному режимі система має статизм: у контурі швидкості наявна статична похибка за збурюючою дією, тому жорсткість механічної характеристики не достатня. Регулятори зібрані на базі уніфікованих операційних підсилювачів з ввімкненими у ланцюг зворотнього зв’язку пропорційними чи інтегруючими ланками, що полегшує настроювання, швидкість монтажу, простоту реалізації.
На основі цих переваг система підпорядкованого регулювання є оптимальною для керування електроприводом середньої потужності.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
21
ЕАЕП402.030.00.000 КР
Список використаної літератури
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
22
ЕАЕП402.303.00.000 КР
ния технологическими процессами. – М.: Энергоатомиздат, 1982.–416 с.