Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Тиристорный преобразователь постоянного тока↑ Стр 1 из 11Следующая ⇒ Содержание книги
Поиск на нашем сайте
УДК 62–83:681.51
Ó Сибирский федеральный университет, 2010 Ó Ачинский филиал СФУ, 2010 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Проектирование электропривода – это сложная задача, успешное решение которой зависит от правильного выбора всех его составляющих. Расчет системы управления (СУ) является отдельным этапом проектирования. После выбора СУ на основании технико-экономических расчетов определяют ее параметры, выбирают обратные связи и их коэффициенты усиления, датчики, регуляторы и остальные устройства управления. При проектировании СУ ЭП особое место занимает анализ динамических режимов, который позволяет определить временные зависимости координат электропривода, время и характер протекания переходных процессов
1. СТРУКТУРА КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ Структура курсовой работы Курсовая работа состоит следующих разделов: Введение. Задание на проектирование. Расчетно-пояснительная записка: расчет и выбор элементов силовой разомкнутой системы «тиристорный преобразователь – двигатель» (ТП – Д); расчет и выбор элементов силовой разомкнутой системы ТП – Д;
расчет статических и динамических характеристик в разомкнутой системеТП – Д; расчет замкнутых систем управления электроприводов с суммирующим усилителем; расчет параметров систем подчиненного регулирования тиристорных электроприводов постоянного тока; заключение со сравнительным анализом спроектированных систем ЭП и выводами; библиографический список. Объем расчетно-пояснительной записки составляет 40–50 страниц формата А4 рукописного или 30–40 страниц печатного текста.
Оформление и график выполнения курсовой работы Расчетно-пояснительная записка курсовой работы оформляется в соответствии со стандартом предприятия СТП. Обозначение и написание единиц физических величин должны соответствовать международной системе единиц СИ. Схемы и графики на чертежах должны иметь названия и необходимые подписи, а листы – соответствующий штамп. Для своевременного выполнения курсовой работы в табл. 1.1 приведен календарный график. Таблица 1.1 Календарный график
Всего на выполнение курсовой работы отводится 14 недель и 2 недели на защиту. Курсовая работа должна быть защищена до зачетной недели.
Задание на проектирование В курсовой работе выполняется расчет автоматизированного электропривода в разомкнутой системе «тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока», а также с системами управления на основе суммирующего усилителя и подчиненного регулирования переменных, обеспечивающими заданное качество регулирования. В задании на курсовую работу приводятся следующие исходные данные (прил. 1): номинальная мощность ЭП Р ном, кВт; напряжение питающей сети U с, В; номинальная частота вращения , об/мин; исполнение ЭП – реверсивный (Р) или нереверсивный (НР); диапазон регулирования скорости D = w / w ; относительное значение момента инерции механизма, приведенного к валу двигателя J мех/ J дв;
статизм системы не менее d % = ( w/w ) 100 % при изменении тока двигателя от 0 до I ном во всем диапазоне регулирования; виды отрицательных обратных связей (ООС) системы управления ЭП с суммирующим усилителем – по напряжению двигателя U дв или по угловой скорости вращения w ; относительное значение тока отсечки I отс/ I ном, где I ном – номинальный ток якорной цепи двигателя, А; относительное значение тока стопорения I стоп/ I ном на верхнем пределе диапазона регулирования; динамические показатели замкнутой системы – величина перерегулирования скорости s % = ()100 % и время переходного процесса t п, с, при скачке задания на скорость w. Номер варианта выбирается по двум последним цифрам учебного шифра, если число превышает 50, то номер варианта уменьшается на 50. Исходные данные согласно варианту выбираются по табл. П1.1. Общие данные для всех вариантов: длительный режим работы привода; напряжение питающей сети 380/220 В с промышленной частотой 50 Гц; плавное регулирование угловой скорости вращения вниз от заданного номинального значения при постоянном моменте нагрузки.
2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ Расчет и выбор электродвигателя и его параметров. В курсовой работе по заданию следует применить приводной электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения. Электродвигатель выбирают [1, 4] на основании заданных мощности и частоты вращения для длительного режима работы по формуле:
.
Двигатель желательного выбирать на такое номинальное напряжение, чтобы исключить из состава тиристорного преобразователя силовой трансформатор, что улучшит массогабаритные показатели привода. Рекомендуется выбирать [16, 20] двигатели единых серий 4П, 2П, П2. По данным каталога рассчитывается активное сопротивление якорной цепи двигателя [15, 8], приведенное к рабочей температуре:
, (2.1) где – сопротивление соответственно обмоток якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки; – сопротивление щеточных контактов; – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмоток при нагреве; – температура обмоток, при которой указано сопротивление в каталоге; – рабочая температура обмоток. При отсутствии справочных данных о значении сопротивлений обмоток двигателя сопротивление якорной цепи двигателя можно определить по формуле
, (2.2)
где – номинальная мощность двигателя. Индуктивность якоря двигателя, необходимая для дальнейших расчетов, приближенно может быть рассчитана [1, 8] по формуле Линвиля – Уманского:
, (2.3)
где Р – число пар полюсов, – номинальное напряжение, ток и угловая частота вращения двигателя; – коэффициент компенсации (при наличии компенсационной обмотки = 0,25–0,3, при отсутствии – = 0,4–0,6). Из уравнения напряжений якорной цепи двигателя определим коэффициент электродвигателя
. (2.4)
В системе СИ .
Обратные связи с отсечками Обратные связи с отсечками (задержанные обратные связи) широко применяются в СУЭП с суммирующим усилителем для формирования требуемых переходных процессов привода. При жестких требованиях к стабильности тока якоря в переходных режимах применяют отсечку по скорости и току либо упреждающее токоограничение, в остальных случаях используют обычно отсечку по току.
Для расчета электромеханических характеристик необходимо вначале определить параметры цепи токовой отсечки (см. п. 4.2–4.5), исходя из заданных и рассчитанных коэффициентов усиления выбранной структуры СУЭП.
4.6.2. Электромеханические характеристики
Определим K то и U оп. При работе привода в режиме отсечки (см. рис. 4.1), когда действуют ООС по скорости и току , можно запи- сать: (4.29)
где . Для режима стопорения :
. (4.30)
Напряжение ТП в режиме стопорения:
. (4.31)
Напряжения можно также представить в виде
, (4.32)
где – сопротивление цепи выпрямленного тока (2.43). Тогда, приравнивая выражения (4.32) и (4.31) и подставляя в (4.31) выражение (4.30), получим
. (4.33)
Значение определяют при работе двигателя на верхней механической характеристике, следовательно, в выражении (4.33) . Напряжение определяют при известном
. (4.34)
Статические электромеханические характеристики (ЭМХ) строятся для верхней и нижней частот диапазона регулирования. Каждая будет содержать два участка: стабилизации скорости и совместного действия ОС по скорости и токовой отсечки. В этих же координатах строятся ЭМХ для разомкнутой системы при с целью проверки запаса по ЭДС преобразователя. Указанная ЭМХ является верхней граничной, и если правильно рассчитан преобразователь, она не должна пересекаться с ЭМХ для замкнутой системы при работе на верхней частоте диапазона регулирования. Граничная ЭМХ строится по уравнению
, (4.35)
где . Далее строят ЭМХ замкнутой системы по уравнениям для участков стабилизации скорости и действия отсечки. Для рассматриваемой системы эти уравнения следующие: Первый участок (4.1):
; (4.36)
второй участок [4]:
. (4.37)
В выражения (4.36) и (4.37) для верхней рабочей ЭМХ , для нижней определяют из выражения для идеального холостого хода при .
. (4.38)
Примерный вид всех построенных ЭМХ изображен на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Электромеханические характеристики СУЭП с ООС скорости и отсечкой по току
Рис. 4.6. Электромеханические характеристики СУЭП с отсечкой по току
На рис. 4.6 показана ЭМХ при отсутствии достаточных запасов по ЭДС преобразователя. На участке ав система размыкается и ООС по скорости
4.6.3. Электромеханические характеристики в системе
Рассчитывают в этой системе по методике,аналогичной п. 4.6. Для режима справедливо уравнение
. (4.39)
Для режима стопорения получаем
. (4.40)
Тогда, учитывая, что , и подставляя для выражение (4.40), получаем
. (4.41)
Напряжение
. (4.42)
Статические ЭМХ в этой системе строятся на основании уравнений для соответствующих участков стабилизации и отсечки: первый участок (4.11):
; (4.43)
второй участок :
. (4.44)
На участке действия отсечки результирующая ОС по току будет отрицательной , и знак в выражении (4.44) в круглых скобках изменится на противоположный. Методика построения и примерный вид ЭМХ соответствуют описанным в п. 4.6 и здесь не приводятся.
4.6.4. Электромеханические характеристики в системе Аналогично рассуждениям, приведенным ранее, можно записать
. (4.45)
Для режима стопорения
, (4.46)
где . Приравнивания и подставляя в (4.46),
. (4.47)
Напряжение
. (4.48)
Уравнения ЭМХ для участков: первый участок (4.26):
; (4.49)
второй участок [4]:
. (4.50)
В случае применения ООС по ЭДС двигателя все уравнения механических характеристик остаются справедливыми, а расчет совпадает с аналогичным в п. 4.6.2. Методика построения ЭМХ описана ранее.
Проверка устойчивости СУЭП
В основу синтеза систем управления с суммирующим усилителем положены показатели статического режима работы электропривода, в частности требуемый статизм механических характеристик. Поэтому после определения параметров системы, обеспечивающих выполнение требований к статическому режиму работы, необходима проверка динамических показателей электропривода. При отклонении динамических показателей от требуемых следует провести коррекцию динамики привода. Оценка динамических свойств СУЭП с математической точки зрения осуществляется путем анализа ее передаточной функции (ПФ). Анализ устойчивости и качества линейных систем выполняют с помощью критериев устойчивости, рассматриваемых в теории автоматического управления [1, 11]: алгебраические критерии Рауса и Гурвица, графоаналитический критерий Михайлова, частотный критерий Найквиста и частотные методы, использующие логарифмические частотные характеристики. Наиболее просто проверить устойчивость СУЭП можно на основе алгебраического критерия Рауса – Гурвица. Для этого необходимо преобразовать структурные схемы (рис. 4.1–4.4) и получить по ним передаточные функции системы по управлению и возмущению. Действие токовой отсечки при анализе СУЭП на устойчивость не учитывается. Анализ удобнее проводить методами математического моделирования (см. п. 4.9), которые позволяют просто учитывать нелинейные элементы. На основании рассчитанных передаточных функций замкнутая система устойчива, если все определители Гурвица имеют положительный знак. Условия устойчивости замкнутой системы с характеристическими уравнениями первого, второго, третьего и четвертого порядков можно записать следующим образом:
(4.51)
(4.52)
(4.53)
где – коэффициенты характеристического уравнения передаточной функции замкнутой системы W (p); i = 0, 1, …, n – 1. После предварительной оценки устойчивости системы необходимо построить ее ЛАЧХ и ЛФЧХ и оценить по ним качество переходных процессов [1, 11]. Критерием качества на этом этапе проектирования может служить запас устойчивости по фазе не менее 30° и запас устойчивости по амплитуде не ниже 10 (лучше 15 дБ/дек). Желательно также, чтобы ЛАЧХ в районе частоты среза (рис. 4.7) имела наклон 20 дБ/дек. Более точно определить в нескорректированной замкнутой системе можно с помощью использования вещественной частотной характеристики по методикам, изложенным в [1, 11]. При неприемлемых показателях и при неустойчивой системе следует применить коррекцию динамических свойств замкнутой системы. 4.8. Коррекция динамических показателей систем управления Рис. 4.10. Функциональная схема СУЭП
Исходными данными для расчета элементов СУЭП с суммирующим усилителем AW являются: коэффициенты обратных связей K , K , K , K
Задатчик интенсивности
Задающим устройством в системах управления может являться задатчик интенсивности (ЗИ), который формирует плавное изменение задающего сигнала при переходе от одного уровня сигнала к другому. Структурная схема ЗИ, состоящая из трех операционных усилителей [7], представлена на рис.5.11. Первый усилитель А1, работающий с ограничением по выходному напряжению U1, имеет характеристику прямоугольной формы (рис.5.12, а). Второй операционный усилитель А2 работает интегратором с постоянным темпом интегрирования
. (5.33)
Темп интегрирования может регулироваться сопротивлением Rвх2. Третий усилитель А3 формирует отрицательное напряжение обратной связи
. (5.34)
Рис. 5.11. Схема интегрозадающего устройства
а) б) Рис. 5.12. Характеристики входного усилителя (а) и диаграмма изменения выходного напряжения (б) интегрирующего устройства
При подаче на вход задающего напряжения Uз выходное напряжение линейно возрастает согласно (5.33). В момент времени tп (рис. 5.12,б), когда Uос=Uз, интегрирование прекращается, и выходное напряжение, достигнув значения Uвых=(Rвх3/Roc)Uз, остается далее неизменным. При снятии со входа задающего напряжения (Uз=0) происходит процесс линейного уменьшения выходного напряжения до нулевого значения (рис. 5.12,б). В [7] приведены схемы аналогового и цифрового задатчиков интенсивности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении курсовой работы студенты овладевают методиками расчета разомкнутых и замкнутых систем, получают практические навыки настройки разомкнутой системы ТП-Д, системы управления электропривода с суммирующим усилителем и системы подчиненного регулирования переменных. Расчет переходных процессов производится с помощью новейших методов и средств вычислительной техники в среде Matlab-Simulink. Комбинация возможностей пакета Simulink и пакета расширения Sim Power Sytem позволяет не только имитировать работу отдельных устройств во временной области, но и выполнять различного рода анализ режимов работы этих устройств. Использование пакета Sim Power System позволяет моделировать сложные электромеханические системы, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. Кроме того в модели можно использовать блоки и остальных библиотек Simulink, а также функции самого Matlab, что дает практически не ограниченные возможности для моделирования систем электроприводов. Применение современных компьютерных технологий в проектировании электроприводов требует понимания протекающих процессов в системе и знания математических методов их исследования. Только при этих условиях можно разработать модель которая будет адекватна реальной системе, и осуществить модельный эксперимент, который дает необходимые результаты.
Приложение 1 Таблица П 1.1 Таблица вариантов исходных данных к курсовому проекту
Окончание табл. П 1.1
Приложение 2
Таблица П 2.1 Реакторы токоограничивающие для тиристорных преобразователей
Примечание: Р – реактор; Т – трехфазный; С – сухой; Т – токоограничивающий;
Таблица П 2.2 Технические данные сглаживающих дросселей
Примечания: 1) ФРОС – Х/Y УЗ, ТЗ: Ф – фильтровый; Р – реактор; О – однофазный; С – охлаждение естественное, воздушное; Х – типовая мощность, кВА; Y – класс напряжения, кВ; УЗ, ТЗ – климатическое исполнение и категория размещения (У – умеренный 2) реакторы, рассчитанные для длительной работы в цепи выпрямленного тока со значением выпрямленного напряжения не выше 500 В; 3) реакторы допускают (кроме реактора с индуктивностью 5 мГн) кратковременное протекание тока, линейно нарастающего от нуля до трехкратного значения номинального, в течение 0,05 с.
Таблица П 2.3
Технические данные сглаживающих дросселей
Приложения: 1) СРОМ(С) Х/Y УZ, ТZ: С – сглаживающий; Р – реактор; О – однофазный; М – масляное естественное охлаждение; С – охлаждение естественное, воздушное при открытом исполнении; Х – условная мощность, кВА; Y – класс напряжения, В; УZ, ТZ – климатическое исполнение и категория размещения (У – умеренный с температурой обмотокне выше 65 °С; Т – тропический); 2) два значения I н получаются переключением вводов на последовательное или параллельное соединение обмоток стержней; 3) при кратковременном увеличении тока до 1000 А индуктивность не менее 0,1 Гн для СРОМ – 5500/20У1.
Таблица П 2.4
Технические данные фильтров реакторов
Примечание: ДФ – фильтровы<
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-19; просмотров: 512; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.141.19.115 (0.012 с.) |