МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
И ПОСЛЕВУЗОВСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Электропривод и автоматизация промышленныхустановок
Заведующий кафедрой
Хватов С.В.
(подпись) (фамилия. и. о.)
(дата)Однозонный тиристорный электроприводпостоянного токас обратной связью по ЭДС и стабилизациейтока возбуждения двигателя
(наименование темы проекта или работы)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
(вид документа)
вариант 2.7
(номер варианта)
РУКОВОДИТЕЛЬ
Соколов В.В.
(подпись) (фамилия. и. о.)
(дата)
СТУДЕНТ
Кирасиров Д.В.
(подпись) (фамилия. и. о.)
04-ЭПА
(дата) (группа или шифр)
Проект защищен (дата)
Протокол №
С оценкой
Нижний Новгород 2008 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Исходные данные
Введение
1. Выбор основного оборудования
2. Функциональная схема электропривода
3. Расчёт параметров силовой цепи электропривода
4. Расчёт запаса по напряжению
5. Расчёт параметров регулятора тока якоря и ЭДС
6. Расчёт параметров регулятора тока возбуждения
7. Расчёт скоростных характеристик и их статизма вразомкнутой и замкнутой системе электропривода
8. Расчёт величины динамического падения скорости двигателяпри набросе момента нагрузки
9. Оценка влияния внутренней обратной связи по ЭДС напроцессы, протекающие в контуре тока
10. Исследование динамических процессов в контуре тока якоряи ЭДС на цифровой модели
Перечень элементов
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Тип двигателя: П132-4К;
Номинальная мощность: Рн = 75 кВт;
Номинальное напряжение: Uн = 220В;
Номинальный ток: Iн = 385А;
Номинальная частота вращения: nн = 300об/мин;
Момент инерции: Jм = 100кгм2;
Передаточное отношение редуктора: Кр = 5;
Тип ЭП: реверсивный.
Данные электродвигателя
Номинальная мощность: Рн = 75 кВт;
Номинальное напряжение: Uн = 220В;
Номинальный ток: Iн = 385А;
Номинальная частота вращения: nн = 300об/мин;
Максимальная частота вращения: nМАКС=1500об/мин;
Максимальный ток: Imax= 2,5Iн;
Маховой момент: GD2 = 73 кгм2;
Число полюсов: 2р = 4;
Число витков обмотки якоря: wя = 135;
Сопротивление обмотки якоря при 20°С: Rя = 0,025 Ом;
Число параллельных ветвей обмотки якоря: 2а= 2;
Сопротивление добавочных полюсов при 20°С: Rдп = 0,004 Ом;
Число витков на полюс: wв = 639;
Сопротивление обмотки главных полюсов: Rов = 12Ом;
ВВЕДЕНИЕ
Целью данного курсовойработы является разработка однозонного реверсивного тиристорного электроприводапостоянного тока с обратной связью по ЭДС и стабилизацией тока возбуждениядвигателя.
Данный электроприводпостоянного тока разрабатывается на основе комплектного тиристорногоэлектропривода ЭПУ.
Применение тиристорногоэлектропривода позволяет оптимизировать его работу на отработку необходимыхтехнологических операций. В данной курсовой работе необходимо стабилизироватьскорость вращения электродвигателя при помощи обратной связи по ЭДС истабилизации тока возбуждения двигателя. Это осуществляется путём нахождениятребуемых регуляторов и расчёта их параметров.
1ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Тиристорныйпреобразователь:
ЭПУ 1М 46 27 Е УХЛ4
Модификация повыпрямленному напряжению блока управления (115 В)
Напряжение питающей сети(380 В, 50 Гц)
Функциональнаяхарактеристика (однозонный, главного движения с обратной связью по ЭДС )
Климатическое исполнение
/>Категория размещения
Силовой согласующийтрансформатор:
Тип: ТСЗП-200/0,7;
Напряжение сетевойобмотки: U1 = 0,38 кВ;
Фазное напряжениевентильной обмотки: U2ф = 117 В;
Напряжение короткогозамыкания: DUк = 5,2 %;
Потери короткогозамыкания: DРкз = 2960 Вт;
Номинальный выпрямленныйток Idн = 500 А.
Сглаживающий дроссель:
Тип: ФРОС-125/0,5;
Индуктивность: Lсд= 0,75 мГн;
Потери в меди приноминальном выпрямленном токе: DРсд = 960 Вт.
Шунт:
Шунт в цепи якорявыбираем из условия, чтобы его номинальный ток был не меньше номинального токадвигателя. Номинальный ток двигателя Iн = 385 А, т. о. выбираю шунттипа 75 ШСМ на номинальный ток Iшня = 500 А и номинальное напряжениеUшн = 75 мВ.
Задатчик регулируемойвеличины:
В качестве задатчикаскорости выбираем потенциометр типа ППБ – 15 –1000 Ом. Т.к Uп = ±15 В, а Uз(max) = 10 В,последовательно необходимо включить добавочный резистор, Rдоб = 500Ом, на котором будет погашено излишне напряжение.
В состав электроприводавходит:
— блок управления,
— электродвигатель,
— трансформатор,
— сглаживающий реактор,
— источник питанияобмотки возбуждения,
— блок ввода (дляподключения возбудителя к сети).
Электропривод выполнен спринудительным охлаждением, защита преобразователя производится автоматическимивыключателями.
Обмотка возбужденияподключается к двум фазам вторичной силовой обмотки трансформатора. Тиристорныйпреобразователь возбудителя ТПВ выполнен по однофазной мостовой схеме.
Управлениетиристорами ТПЯ производится от трехканальной СИФУ, содержащей формирователиимпульсов ФИ1—ФИЗ. Ввод управляющего сигнала в СИФУ, регулирование углов и ихограничение осуществляется с помощью переменных резисторов в управляющем органе(УО) СИФУ. Переключение импульсов управления в преобразователе ТПЯ производитсяблоком логического устройства ЛУ, которое работает в функции сигнала заданногонаправления тока и выходного сигнала датчика проводимости вентилей ДП.
Токоограничениеобеспечивается за счет ограничения выходного напряжения регулятора ЭДС. Приэтом исключение бросков тока осуществляется за счет ограничения выходногонапряжения регулятора тока.
2ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Данная система срегулированием скорости и стабилизацией тока возбуждения построена по принципуподчиненного регулирования и имеет два контура регулирования: внутренний контуртока якоря и внешний контур ЭДС, а также независимый контур тока возбуждения.
Во внутренний контур токаякоря входят: регулятор тока якоря, вентильный преобразователь якоря двигателяВПЯ, якорная цепь двигателя и датчик тока якоря.
Внешний контур ЭДСсостоит из регулятора ЭДС, замкнутого контура тока якоря, механической цепидвигателя и датчика напряжения.
В данной системесуществует два способа ограничения тока якоря двигателя: путем ограничениявыходного сигнала регулятора ЭДС, который является задающим сигналом на ток, иза счет “токовой стенки”, реализованной в ЭПУ.
Рассматривая работусистемы при набросе момента нагрузки.
Предполагаем, чтодвигатель пускался на холостом ходу и к моменту наброса нагрузки вышел назаданную скорость. На входе регуляторов тока и ЭДС нули. После появлениямомента нагрузки по якорю начинает протекать статический ток, а скоростьдвигателя начинает уменьшаться. В результате на входе регулятора ЭДС возникаетсигнал рассогласования положительного знака, а на вход регулятора тока подаетсяотрицательный сигнал обратной связи по току. По мере уменьшения скорости растетрассогласование на входе регулятора ЭДС и пропорционально растет выходной сигналрегулятора, который компенсирует сигнал отрицательной обратной связи по току. Внекоторый момент времени скорость уменьшается до той величины, при которойсигнал на входе регулятора тока становиться равным нулю. Это момент окончанияпереходного процесса. Система входит в установившийся режим с некоторой ошибкойпо скорости.
/>
Рисунок 2.1 –Функциональная схема электропривода
3РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Падение напряжения нащеточном контакте принимаем равным
DUщ=2 В.
Номинальная угловаяскорость
/> рад/с. (3.1)
Сопротивление якорнойцепи электродвигателя
/> Ом. (3.2)
где βт –коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмоток при нагреве на 60°С, βт = 1.24.
Номинальная ЭДСэлектродвигателя
/> В. (3.3)
Конструктивныйкоэффициент электродвигателя
/>, (3.4)
где /> – число витков обмоткиякоря, /> = 135 витка;
2а – число параллельныхветвей, 2а = 2;
2р – число полюсов, 2р =4.
Коэффициент ЭДС и моментаэлектродвигателя
/> вс/рад. (3.5)
Номинальный поток
/> Вб. (3.6)
Сопротивление обмоткивозбуждения при температуре 80 °С
/> Ом . (3.7)
Номинальный токвозбуждения
/> А. (3.8)
Коэффициент наклонакривой намагничивания при Ф = Фн
/> Вб/А , (3.9)
где /> определяется по кривойнамагничивания [1].
Индуктивность обмоткивозбуждения
/> Гн. (3.10)
Электромагнитнаяпостоянная времени цепи возбуждения
/>с. (3.11)
Постоянная времениконтура вихревых токов
/> с . (3.12)
Индуктивность якорядвигателя
/> Гн , (3.13)
где /> = 0.1 – длякомпенсированных машин.
Электромагнитная постояннаявремени якоря электродвигателя
/> с. (3.14)
Момент инерции двигателя
/> кгм2 . (3.15)
Момент инерции механизма,приведенный к валу электродвигателя
/> кгм2.(3.16)
Момент инерции привода
/> кгм2. (3.17)
Номинальный моментэлектродвигателя
/> Нм. (3.18)
Максимальное ускорениеэлектродвигателя при пуске от задатчика интенсивности
/> рад/с2 , (3.19)
при Мдин = Мн.
Приведенное к цепивыпрямленного тока сопротивление трансформатора
/> Ом. (3.20)
Максимальная выпрямленнаяэдс преобразователя цепи якоря
/> В. (3.21)
где kсх1 = 2.34 – коэффициент трехфазноймостовой схемы выпрямления.
Индуктивное сопротивлениетрансформатора, приведенное к цепи вторичной обмотки
/> Ом. (3.22)
где kсх2 = 0,815 – для трехфазной мостовойсхемы выпрямления.
Эквивалентноесопротивление трансформатора, учитывающее снижение выпрямленного напряжения прикоммутации вентиля
/> Ом. (3.23)
Сопротивлениесглаживающего дросселя
/> Ом. (3.24)
Сопротивление шин икабелей
/> Ом. (3.25)
Сопротивление цепи ТП –якорь двигателя
/>. 3.26)
Индуктивность рассеяниятрансформатора
/> Гн. (3.27)
Индуктивность цепи ТП –электродвигатель
/> Гн. (3.28)
Максимальное значениекоэффициента усиления ТП в цепи якоря с СИФУ, выполненной по вертикальномупринципу управления с пилообразным напряжением сравнения
/>. (3.29)
где Uоп – амплитуда опорного напряжения вСИФУ, Uоп = 10 В.
Электромагнитнаяпостоянная времени цепи ТП – электродвигатель
/> с . (3.30)
Электромеханическая постояннаявремени
/> с. (3.31)
Передаточный коэффициентшунта в цепи якоря
/> Ом. (3.32)
Коэффициент усилителядатчика тока якоря
/>. (3.33)
Коэффициент передачиусилителя датчика тока якоря
/>, (3.34)
где UДТmax – максимально допустимое значениенапряжения на выходе датчика тока, UДТmax = 10 В.
Шунт в цепи возбуждениявыбираю по номинальному току возбуждения электродвигателя. Выбираем шунт на токIншв = 15 А.
Передаточный коэффициентшунта в цепи возбуждения
/>. (3.35)
Коэффициент усилителядатчика тока в цепи возбуждения
Напряжение датчика токавозбуждения принимаю 4,5 В, тогда
/>, Ом. (3.36)
Коэффициент передачиусилителя датчика тока якоря
/>. (3.37)
Не скомпенсированныепостоянные времени контуров тока якоря и тока возбуждения примем Тm = 0.005 с; Тmв = 0.04 с.
4РАСЧЕТ ЗАПАСА ПО НАПРЯЖЕНИЮ
Определяем необходимыйзапас по напряжению
/>, (4.1)
где />, (4.2)
где Eдн – номинальная ЭДС двигателя.
Eдн = 204 В,
ΔEдзап = max {ΔEdстат; ΔEdдин} (4.3)
ΔEdстат = Imax∙Rэ =2.5∙385·0.069 = 66.6 В. (4.4)
/> В. (4.5)
/>.
Определяю фактическийкоэффициент запаса
/>. (4.6)
Предельная величина ЭДС,до которой будет осуществляться настройка контура на модульный оптимум
Edпред = Edoя– DEdзап = 273.1 – 124.9 =144.1 В. (4.7)
Предельная ЭДС двигателяпри снижении напряжении питающей сети на 10%
Edпред = Edoя– DEdзап = 0.9∙273.1 –124.9 = 117.2 В. (4.7)
/>. (4.8)
По полученному значениюследует, что настройка на модульный оптимум будет выполняться в достаточнобольшом диапазоне скоростей.
5РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРОВ ТОКА ЯКОРЯ И ЭДС
Оптимизацию системы,построенной по принципу подчинённого регулирования, начинаем с внутреннегоконтура тока якоря.
5.1 Контур тока якоря
5.1.1 Оптимизация контуратока якоря
/>
РТ – регулятор тока;
ТП – тиристорныйпреобразователь якоря двигателя;
ЯЦ – якорная цепьдвигателя;
ДТ – датчик тока.
Рисунок 5.1 – Структурнаясхема контура тока якоря
Оптимизацию проводим придопущениях:
1) датчик тока считаембез инерционным
/> (5.1.1.1)
2) все малыеинерционности, которые имеет контур, включены на входе ТП:
/>. (5.1.1.2)
3) ЭД заторможен (Е = 0)или (DЕ » 0), а значит отсутствует ОС по ЭДС.
Оптимизируем контур токана модульный оптимум
/>, (5.1.1.3)
тогда
/>, (5.1.1.4)
где /> (5.1.1.5)
Получилипропорционально-интегральный регулятор (ПИ — регулятор) тока.
Передаточная функциязамкнутого контура тока имеет вид
/>. (5.1.1.6)
Т. к. величина Тm мала, то слагаемым /> можно пренебречь, тогдасчитаем />, получаем
/> (5.1.1.7)
где Тт = 2∙Тµ– эквивалентная постоянная времени настроенного на модульный оптимум контуратока.
Структурная схемазамкнутого контура тока имеет вид:
Id
Uзт
/>/>/>/>
Рисунок 5.2 – Структурнаясхема замкнутого контура тока
5.1.2 Расчёт параметроврегулятора тока якоря
/>
Рисунок 5.3 – Регулятортока якоря
Коэффициент регуляторатока
/>. (5.1.2.1)
Задаемся величинойёмкости конденсатора в цепи обратной связи операционного усилителя регуляторатока /> Ф
Сопротивление резистора вцепи обратной связи операционного усилителя регулятора тока
/>
Ом . (5.1.2.2)
Сопротивление в цепидатчика тока
/> Ом. (5.1.2.3)
Чтобы в установившемсярежиме сигнал РТ не изменялся, нужно, чтобы входной ток не поступал в канал ОС./>, считаем />
/> Ом. (5.1.2.4)
Коэффициент усилителядатчика тока якоря определён в разделе 3.
Принимаем R1 = 5 кОм, тогда
R2 = R1∙kудтя = 5∙66.6=333 кОм. (5.1.2.5)
5.2 Контур ЭДС
5.2.1 Оптимизация контураЭДС
/>
РЭ – регулятор ЭДС;
ЗКТ – замкнутый контуртока;
ЭМ – электромеханическаячасть двигателя;
ДЭ – датчик ЭДС.
Тяц –постоянная времени якорной цепи двигателя, с которой снимается сигнал обратной связипо ЭДС.
Рисунок 5.4 – Структурнаясхема контура ЭДС
Допущение:
Ic = 0 (Х.Х.)
В контуре есть два звенас малыми постоянными времени, которые включены последовательно и поэтому могутбыть преобразованы к одному звену с малой постоянной времени, равной их сумме
/> (5.2.1.1)
где Тmэ – малаяпостоянная времени контура ЭДС, c.
Тmэ = Тт+ Тяц¢ (5.2.1.2)
Передаточная функция разомкнутогоконтура ЭДС, настроенного на модульный оптимум
/> , (5.2.1.3)
откуда
/>. (5.2.1.4)
Получил пропорциональныйрегулятор (П-регулятор) ЭДС.
С таким регуляторомсистема будет астатичной по заданию (при отсутствии возмущающего воздействия) истатичной по возмущению.
Передаточная функциязамкнутого контура ЭДС
/>. (5.2.1.5)
Таким образом, взамкнутой передаточной функции контура ЭДС присутствует форсирующее звено.
Из-за наличияинерционности в датчике ЭДС переходный процесс будет идти с большимперерегулированием. Для уменьшения перерегулирования на вход системы включаюфильтр с постоянной времени, равной инерционности датчика.
Передаточная функцияфильтра />.
/> (5.2.1.6)
Структурная схемазамкнутого контура ЭДС имеет вид: /> /> /> /> /> /> /> /> />
ЗЭК+Ф
ЭМ2
Uзэ
/>
/>
Рисунок 5.6 – Структурнаясхема замкнутого контура ЭДС
5.2.2 Расчет параметроврегулятора ЭДС с применением датчика напряжения
/>
Рисунок 5.7 – РегуляторЭДС
Коэффициент датчиканапряжения
/>. (5.2.2.1)
Коэффициент передачирегулятора ЭДС
/>. (5.2.2.2)
Задаемся ёмкостью в цепидатчика напряжения Сдн = 1 мкФ.
Сопротивление в цепидатчика напряжения:
/>если RIдн = RIIдн = 0,5∙Rдн, то />.
/> Ом. (5.2.2.3)
/> (5.2.2.4)
Сопротивление в цепиобратной связи операционного усилителя регулятора напряжения:
Rоэ = kрэ×Rдн = 0.547×/>= 129.3 кОм. (5.2.2.5)
Сопротивление в цепизадания ЭДС находим из условий установившегося режима:
/>, Iзэ = Iдн,т.е. Uзэmax = Uднmax = 10 В,следовательно
Rзэ = Rдн=129.3 кОм. (5.2.2.6)
Ёмкость фильтра в цепиопределяем из условия
/> если RIзэ = RIIзэ = 0,5∙Rзэ, то />.
При Rзэ = Rдн Сф= Сдн = 1 мкФ.
Сопротивление резисторатоковой компенсации находим из условий режима стопорения двигателя: Ед= 0, Uдэ = 0.
/>.
Uдт = I×kдт, Uдн= Uд×kдн = I× Ra×kдн,
/> кОм. (5.2.2.7)
Сопротивления резисторовделителя/>. Считая kпр = 1 и принимая R3 = 1 кОм, выражаю R4
/> кОм. (5.2.2.8)
Ограничение выходногосигнала регулятора ЭДС осуществляется двумя встречно включенными стабилитронамиVD1 и VD2. Поскольку выходной сигнал регулятора ЭДС является сигналом заданияна ток, то его ограничение приводит к ограничению тока двигателя на уровнемаксимально допустимого.
Падение напряжения настабилитронах принимаем ΔUст = 1 В, максимально допустимоенапряжение задания на ток Uзтmax = 10 В.
Тогда напряжение настабилитронах будет равным
UVD1 = UVD2= Uзтmax – ΔUст = 10 – 1 = 9 В. (5.2.2.9)
6 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВРЕГУЛЯТОРА ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ
6.1 Оптимизация контуратока возбуждения
Так как привододнозонный, то оптимизацию контура тока возбуждения проводим для точки Фн.
/>
РТВ – регулятор токавозбуждения;
ТПВ – тиристорныйпреобразователь обмотки возбуждения;
ОВ – электрическая цепьобмотки возбуждения;
МЦ – магнитная цепьобмотки возбуждения;
ДТВ – датчик токавозбуждения.
Рисунок 6.1 –Структурная схема контура тока возбуждения
Проводим оптимизациюконтура тока на модульный оптимум. Для разомкнутой системы:
/>. (6.1.1)
Передаточная функциярегулятора тока возбуждения
/>, (6.1.2)
где kртв – коэффициент регулятора тока.
Получаемпропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) контура тока возбуждения.
6.2 Расчёт параметроврегулятора тока возбуждения
/>
Рисунок 6.2 –Принципиальная схема стабилизации тока возбуждения
Коэффициент тиристорногопреобразователя цепи возбуждения
/>, (6.2.1)
где Ed0В – максимальная выпрямленная ЭДСпреобразователя цепи возбуждения;
α – номинальныйугол управления преобразователя.
/>В. (6.2.2)
/>. (6.2.3)
/>. (6.2.4)
/>. (6.2.5)
Определяем коэффициентрегулятора тока возбуждения
/>, (6.2.6)
где TВ∑ — электромагнитная постояннаявремени.
TВ∑ = Tв + Tвт = 0.624 + 0.062= 0.686. (6.2.7)
Задаюсь величиной емкостиконденсатора в цепи датчика тока возбуждения
Cдтв = 5 мкФ.
Определяю сопротивлениедатчика тока возбуждения
/> кОм. (6.2.8)
Определяем сопротивлениеобратной связи регулятора тока возбуждения
Rотв = kртв∙Rдтв = />∙/>= 321.2 кОм. (6.2.9)
Сопротивление резистора вцепи задатчика тока возбуждения
/> кОм. (6.2.10)
Задаемся сопротивлением R5 = 5 кОм.
Находим сопротивление R6
/>кОм. (6.2.11)
7 РАСЧЁТ СКОРОСТНЫХХАРАКТЕРИСТИК И ИХ СТАТИЗМА В РАЗОМКНУТОЙ И ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Механическиехарактеристики двигателя постоянного тока линейны, поэтому их построение произвожупо двум точкам, соответствующим режимам холостого хода и номинальной нагрузки.
Выражение для расчетамеханических характеристик имеет вид
Ω = Ω0– Δ Ω, (7.1)
где Ω0–– угловая скорость идеального холостого хода.
/> рад/с. (7.2)
Падение скорости приноминальной нагрузке на естественной характеристике
/> рад/с. (7.3)
Падение скорости приноминальной нагрузке в разомкнутой системе
/> рад/с. (7.4)
Падение скорости приноминальной нагрузке в замкнутой системе
/> рад/с. (7.5)
/>/>/>/>/>/>/>
Рисунок 7.1 – Скоростныехарактеристики электропривода
Статизм естественнойхарактеристики
/>. (7.6)
Статизм характеристикиразомкнутой системы
/>. (7.7)
Статизм характеристикизамкнутой системы
/>. (7.8)
Напряжение задания наскорость холостого хода Wо
UЗС1 = Wо×kдн×Ce×Фн = 33.9×0.045×85.94×0.076 = 10 В. (7.9)
Напряжение задания наскорость холостого хода W =0,7∙Wо на искусственной механическойхарактеристике при пониженном напряжении
UЗС2 = 0,7×Wо×kдн×Ce×Фн = 0.7×33.9×0.045×85.94×0.076 = 7 В. (7.10)
Из полученных графиковмеханических характеристик можно сказать, что естественная характеристика самаяжесткая, характеристика разомкнутой системы более мягкая, чем естественная, ахарактеристика замкнутой системы – самая мягкая.
Большая мягкостьмеханической характеристики – недостаток замкнутой системы, но в то же времясистема настроена на модульный оптимум и переходные процессы будут идти с малым(4,3 %) перерегулированием и достаточно высоким (8,4Тm) быстродействием.
При наличие датчика ЭДС,имея соответственную обвязку этого датчика, можно в определенном частотномдиапазоне скомпенсировать инерционность датчика, что позволит повыситьжесткость механической характеристики.
8 РАСЧЁТ ВЕЛИЧИНЫДИНАМИЧЕСКОГО ПАДЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАБРОСЕ МОМЕНТА НАГРУЗКИ
/>
Рисунок 8.1 – Структурнаясхема контура тока якоря по возмущению
Находим передаточнуюфункцию замкнутого контура ЭДС по возмущению
/>. (8.1)
Установившейся режим:
/>. (8.2)
Структурная схемазамкнутого контура ЭДС имеет вид:
/>
Ω
Ic
Рисунок 8.2 – Структурнаясхема замкнутого контура ЭДС
Падение скорости вразомкнутой системе по Лапласу имеет вид
/>. (8.3)
Следовательно, падениескорости в замкнутой системе в операторной форме запишется
/>. (8.4)
Воспользуемся программой Maht Cad для перехода от изображения к оригиналу, падение скорости взамкнутой системе запишется
/>. (8.5)
На рисунке представленакривая изменения падения скорости DW в функции времени t, получаемая пересчетом кривой измененияотносительного падения скорости dn = DW/DWIнзс в функции относительного времени t = t/Tmэ. Параметры переходного процесса соответствуютнастройке на модульный оптимум.
/>
Рисунок 8.3 – Криваяизменение скорости при набросе момента
Переходный процесс идет сперерегулированием 4,3% и быстродействием 8,4Тm.
9ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ЭДС
НА ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕВ КОНТУРЕ ТОКА
/>
Рисунок 9.1 – Структурнаясхема контура регулирования тока якоря с учетом действия внутренней обратнойсвязи по ЭДС.
При исследовании считаем,что нагрузки на валу нет, т.е. Ic = 0.
Передаточная функциязвена якорной цепи с учетом влияния внутренней обратной связи по ЭДС
/>. (9.1)
Передаточная функциязвена якорной цепи в данном случае обладает дифференцирующими свойствами, следовательно,компенсирует интегральные свойства регулятора.
Определяю передаточнуюфункцию разомкнутого контура тока с учетом действия внутренней обратной связипо ЭДС и регулятором, рассчитанным на режим заторможенного двигателя
/>
(9.1)(9.2)
Передаточная функциюзамкнутого контура тока с учетом действия внутренней обратной связи по ЭДС:
/>
(9.3)
В установившемся режиме:
/>. (9.4)
В контуре тока без учетадействия внутренней обратной связи по ЭДС
Структурная схема.
/>
Рисунок 9.2 – Структурнаясхема
/>, (9.5)
где /> (9.6)
/>. (9.7)
Контур тока, который сПИ-регулятором был астатическим при заторможенном роторе, становитсястатическим в переходном режиме (DЕ ¹ 0). Ошибка регулирования тем больше, чем меньше постоянная времени Тм. Другое следствие влияния ОС поЭДС это увеличенное перерегулирование. По отношению к новому установившемусяуровню тока перерегулирование увеличивается, но по абсолютной величине остаетсятем же.
Если ЭП имеет большую Тм, то за время выхода тока назаданный уровень ЭДС электродвигателя практически не меняется и ее влияние наток минимально.
В ЭП с высокомоментнымиЭД, где Тм мала,влияние внутренней ОС по ЭДС существенно, что иногда приходится учитыватьизменением передаточной функции регулятора.
Для компенсации действиявнутренней обратной связи по ЭДС иногда применяют более сложный регулятор,например, (ПИ)2 – типа.
10 ИССЛЕДОВАНИЕДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОНТУРЕ ТОКА ЯКОРЯ И ЭДС НА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ
10.1 Контур тока
Динамический ток Iдин = 0.5∙Iн = 0.5∙385 = 192.5 А.
Статический ток Iс = 0.6 ∙Iн = 0.6∙385 = 231 А.
Из пункта 7:
– напряжение задания наскорость холостого хода WоUЗС1= 10 В.
– напряжение задания наскорость холостого хода W =0,7∙Wо UЗС2 = 7 В.
/>
Рисунок 10.1 –Исследование настройки контура тока
На рисунке 10.1представлены 9 графиков переходных процессов. Графики расположены слева направопо возрастанию постоянной времени регулятора, и сверху вниз по уменьшениюкоэффициента передачи регулятора kР. На центральном графике — переходныйпроцесс при настройке системы на модульный оптимум. Как видно из графиков, приувеличении постоянной времени регулятора уменьшается колебательностьпереходного процесса, а при уменьшении коэффициента передачи регулятора уменьшаетсяперерегулирование. Оптимальный переходный процесс наблюдается в системе,настроенной на модульный оптимум. Его параметры: длительность процесса 8,4Тµ,перерегулирование 4,3%.
/>
Рисунок 10.2 –Исследование контура тока
На рисунке 10.2представлены переходные процессы в контуре тока. Как видно из графика, процессыносят апериодический характер, ток выходит на максимальный уровень всоответствии с сигналом задания с перерегулированием приблизительно 4%, причемпри реверсе абсолютная величина перерегулирования больше в 2 раза, чем припуске, поскольку больше фактическое задание на ток: при пуске фактическоезадание с 0 на Iст, а при реверсе с Iст на –Iст, т. е. 2 Iст – в 2 раза больше.
10.2 Контур ЭДС
/>
Рисунок 10.3 –Осциллограммы переходных процессов в контуре ЭДС
На рисунке 10.3 приведеныкривые тока и скорости двигателя.
При разгоне на холостомходу, без задатчика интенсивности, по якорю двигателя протекает динамическийток достаточно большой величины, идет разгон двигателя. После выхода двигателяна установившуюся скорость, ток в якоре спадает практически до нуля, т.к.разгон окончен и динамический ток равен нулю, а момент нагрузки еще не наброшени, следовательно, статический ток равен нулю. При набросе момента нагрузки поякорю двигателя начинает протекать статический ток, а скорость двигателяуменьшается на некоторую величину ΔΩ, соответствующую падениюскорости при данной нагрузке, что показывает, что система статическая повозмущению. Во время реверса ток в двигателе увеличивается за счет броскадинамического тока и одновременно меняет свое направление. Когда переходныйпроцесс реверса заканчивается, ток в двигателе спадает до статическогозначения, а при снятии нагрузки – уменьшается до нуля.
В последнем случаескорость двигателя увеличивается на величину падения скорости при набросенагрузки ΔΩ. Далее идет процесс торможения на холостом ходу, приэтом скорость двигателя уменьшается до нуля, а в якоре двигателя возникаетдинамический ток, обеспечивающий переходный процесс торможения.
П-регулятор ЭДС сприменением задатчика интенсивности.
/>
Рисунок 4 – Осциллограммыпереходных процессов в контуре ЭДС с задатчиком интенсивности
В системе с задатчикоминтенсивности кривые переходного процесса качественного имеют тот же вид, ноболее растянуты во времени, поскольку задатчик интенсивности ограничивает назаданном уровне динамический ток, обуславливающий ускорение.
ЛИТЕРАТУРА
1 Методические указания к курсовому проекту по дисциплине ²Системы управления электроприводами.² / ГПИ. 1983г.
2 Справочник по электрическим машинам/ Под общ. ред. И.П.Копылова и Б.К. Клокова.- М.: Энергоатомиздат. 1988г.
3 Стандарт предприятия. Общие требования к оформлениюпояснительных записок и чертежей. СТП-1-У-НГТУ-98. / НГТУ, Нижний Новгород, 1998 г.