Міністерство освіти і науки України
Полтавський національний технічнийуніверситет імені Юрія Кондратюка
Кафедра автоматики та електропривода
Курсова робота
З дисципліни: Елементи автоматизованогоелектропривода
Тема: Розрахунок параметрів регуляторівсистем регулювання координатами реверсивного електропривода
Зміст
Вступ
Опис роботи функціональної схеми
Розрахунок
Список використаної літератури
Вступ
ЕПпредставляє собою Електромеханічну систему перетворюючу електричну енергію вмеханічну. Ця система приводить в рух робочі органи технологічних машин таздійснює керування перетвореною енергією. Під керуванням тут слід розуміти організаціюпроцесу перетворення енергії, забезпечуючу в статичних та динамічних умовахпотрібні режими роботи технологічних машин.
Якщоосновні функції керування здійснюються виконуються безпосередньо без оператора,то керування називається автоматичним, а ЕП — автоматизованим. Сукупністьтехнічних засобів забезпечуючих таке керування, утворює автоматичний керуючийпристрій. Роль оператора в даному випадку може бути зведена до подачі лишепершого командного сигналу на автоматичне виконання того чи іншого режимуроботи ЕП і до нагляду над цими режимами. Часто командні сигнали подаютьсяіншими автоматичними приладами.
Взагальному вигляді структура автоматизованого ЕП представлена функціональноюсхемою:
/>
тутОК — об’єкт керування, тобто ЕП. В електродвигуні відбувається перетворенняелектричної енергії в механічну, яка споживається технологічною машиною ТМ(можливе також зворотньє перетворення енергії). Кінематичні ланцюгитехнологічної машини, зв’язуючі РО з валом двигуна та елементи двигуна щообертаються, складають механічні ланки ЕП. За допомогою силового перетворювачаП відбувається безпосередня дія на потік електричної енергії ЕЕ спожитої відмережі та підведеної до двигуна.
Автоматичнийкеруючий пристрій АКП включає в себе: командні органи КО, за допомогою якихвводяться сигнали на пуск та зупинку привода, на задання або зміну того чиіншого режиму роботи; функціональну частину ФЧ, яка перетворює команднісигнали, формує потрібний процес керування, тобто несе ряд допоміжних функційкеруючого пристрою; проміжний підсилювач ПП, що підвищує рівень напруги, струмучи потужності сигналів — виданих функціональною частиною, до значеннянеобхідного для керування перетворювачем П.
Міжокремими елементами функціональної схеми крім прямих, можуть бути також ізворотні зв’язки ЗЗ за допомогою різних датчиків електричних та неелектричних величин.
Режимроботи ЕП визначається величинами характеризуючими рух РО, ТМ або вала двигуна,тобто швидкістю, кутом повороту, потужністю. В процесі керування увідповідності з технологічними вимогами приведених в рух машин і механізмів,одна з цих величин (напруга U), повинна в загальному випадку змінюватися напотрібну змінну в часі, або в функції другої величини, тобто регулюватися.
Позначимоy(t) функцію що описує фактичну зміну в часі регулюємої (вихідної) величини длявала двигуна, і нехай g(t) — командний (вхідний) сигнал для АЕП – задаюча дія.Особливість функції g(t), степінь представлення нею потрібного закону змінирегулюючої величини визначають і відповідаюча основній задачі АЕП. В томувипадку, коли функція g(t) повністю задає потрібний закон зміни y, основназадача АЕП полягає в забезпеченні необхідної умови y(t) = g(t) у всі моментичасу роботи привода, як в усталених так і в перехідних режимах роботи. Функції y(t) і g(t) будуть неоднакові через ряд причин. В реальних АЕП завжди єзбурюючи дії, відхиляючі регульовану величину від потрібного закону її зміни.Вони характеризуються функціями fi(t).
Основнимизбурюючими діями є момент навантаження на валу двигуна — статичний момент МС.До інших збурюючих дій відносяться коливання напруги живлення, нестабільністьхарактеристик елементів системи і. т. д. Крім цього багато елементів системиАЕП мають інерційність, неоднозначність характеристик.
Длясистем керування по розімкненому циклу (розімкнені системи) — характернавідсутність всякої зміни і контролю дійсного значення регулюючої величини y(t).Таким чином в розімкнених системах використовується лише один канал інформації— канал задаючої інформації g(t) і наслідок вплив збурюючи дій f1(t),F2(t), отже точність виконання заданого режиму роботи невелика.
Всистемах керування по замкненому циклу разом використовуються два каналиінформації: канал задаючої інформації g(t) і канал інформації про фактичнезначення регулюючої величини y(t) — ЗЗ. Задаюча інформація порівнюється зінформацією ЗЗ, визначається похибка керування x(t) = g(t)-y(t) і в залежностівід величини та знаку цієї похибки по каналу керування виробляється регулюючадія m(t) на ЕП, щоб звести похибку до нуля,необхідно забезпечити регулювання величини по потрібному закону. Якість роботисистеми з ЗЗ набагато вища, тому АСК з ЗЗ використовуються в глибоко регулюючихприводах, складних законах зміни задаючого сигнала g(t), приводах узгодженопрацюючих РО одного механізму, або декількох різних механізмів, у випадках,коли треба формувати так звані оптимальні процеси пуску та гальмування.
Внаш час застосовується індивідуальний (кожен робочий механізм приводиться в рухокремим ЕД) і багатодвигуновий (складається з декількох ЕД, кожен з якихприводить у рух окремі органи одного робочого механізму) ЕП.
АвтоматизованіЕП мають багато переваг перед неавтоматизованими, оскільки вони забезпечуютьбільшу продуктивність праці, поліпшення якості продукції, зменшення втрателектроенергії. Поряд з релейно – контакторним керуванням дедалі ширшезастосовуються з електромашинними, іонними, магнітними і напівпровідниковимипідсилювачами.
Опис функціональноїсхеми управління
Реверсивний електропровід має в своємускладі такі функціональні частини:
· Блок керування електродвигуном
· Силовий трансформатор Т5 дляперетворення напруги в напругу живлення двигуна
· Запобіжники F3 — F5 слугують длямаксимально – струмового захисту
· Тахогенератор BR перетворює обертидвигуна в напругу
· Задатчик швидкості
· Перемикач напруги обертання двигуна В –Н
· Дросель L (в якірному колі двигуна),який згладжує пульсації струму
· Лампи Н1 — Н3 служать для контролюправильної роботи системи і застосовуються разом з контролюючими приладами PV –вольтметром та PA – амперметром
Регулюваннякоординат реверсивного електроприводу виконується на основі ПІ – регулятораструму і П – регулятора швидкості. Перемикання імпульсів керування з тиристорівкомплекту “В” на тиристорний комплект “Н” виконується за допомогою логічногопристрою УЛ. Він працює у функції сигналу заданого напрямку струму і вихідногосигналу датчика провідності і вентилів ДПВ. Для заданого напрямку струму вблоці УЛ в виходів лампи Н3 надходить сигнал. При цьому коефіцієнт передачі Н3обернено пропорційний коефіцієнту передачі тиристорного перетворювача. Прицьому пристрій ПХ потрібен для співпадання реверсивного сигналу Н3 знереверсивною регульованою характеристикою органа керування. На входірегулятора швидкості РС додається сигнал завдання швидкості і сигнал зворотногозв’язку з тахогенератора.
Длязабезпечення струмообмеження використовується резистор R1T, якийвизначає максимальну уставку струму електроприводу. Вузол залежного струмоомеженняУЗТ виконує зниження установки струмообмеження у функції швидкості. На вхід УЗТнадходить сигнал з тахогенератора, через подільник напруги R3, R12за допомогою резисторів R5, R6 встановлюється точка перегину на характеристицідвигуна (I = f(w)). При реверсуванні сигналу UЗШвідбувається зміна сигналу на вході УЛ за напрямком. При цьому відбувається зменшенняструму в силовому контурі. Як тільки з ДПВ надійде сигнал до УЛ, що дозволяєперемикання, УЛ виробляє сигнал дозволу Uімп для тиристорів та блокузахисту. При цьому з боку блоку захисту на СІФК надійде сигнал UMAX.
Розрахунковасхема системи регулювання координат подано нижче. Схема функціональна управлінняелектроприводом наведена у додатку.Розрахунок
/>
Розрахунковий опірякоря двигуна складає, Ом:
/>
де RЯД – опір обмотки якоря при 15О С, Ом;
RД.П –опір додаткових полюсів при 15О С, Ом;
RТР+RA — опір обмоток трансформатора і створений за рахунок перекриття аноднихструмів буде:
/>
RA – опір, за рахунок перекриття анодних струмів, Ом;
RЩ –опір щіточного контакта (за умови, що падіння напруги на ньому буде дорівнювати2 В):
/>
RУ –опір урівняльного реактора становить:
/>
/>/>
Розрахунковезначення напруги вторинної обмотки трансформатора буде:
/>
де /> – теоретичне значенняЕРС вторинної обмотки силового трансформатора, В; (ke – відношеннянапруги вторинної обмотки силового трансформатора до середнього значеннявипрямленої напруги, для трифазної схеми з нульовим виводом слід прийняти ke= 0,857);
ka – коефіцієнтзапасу, що враховує неповне відкриття вентилів при максимальному сигналі. Слідприйняти ka=1,2;
kМЕРЕЖІ –коефіцієнт запасу по напрузі, який враховує можливе зниження напруги мережі.Слід прийняти kМЕРЕЖІ = 1,1;
kR –коефіцієнт запасу, що враховує падіння напруги в вентилях і обмоткахтрансформатора, а також наявності кутів комутації, слід прийняти kR =1,05.
Слідрозраховувати, що напруга вторинної обмотки вибраного трансформатора рівнарозрахунковому значенню. Струм вторинної обмотки трансформатора буде:
/>
де ki –коефіцієнт прямокутності струму, що враховує відхилення форми струму відпрямокутності. Слід прийняти kі = 1,1;
k2 –коефіцієнт, рівний відношенню діючого значення лінійного струму вторинної обмоткисилового трансформатора до середнього значення випрямленого струму слідприйняти k2 = 0,578;
ІЯ.Н –номінальний струм двигуна, А.
Розрахункова індуктивність якірного двигуна становить:
/>
де LТР– індуктивність трансформаторної обмотки
/>
де реактивнаскладова опору трансформаторної обмотки:
/>
де UK –напруга короткого замикання трансформатора в відсотках. Слід прийняти UK= 0,095;
Індуктивністьобмотки якоря двигуна, знаходиться як:
/>
де kK =5..6 для компенсованих машин;
nH –номінальна частота обертання, об/хв.
Електромеханічна постійна часу для ланцюга якорязнаходиться як:
/>
Електромеханічнапостійна часу для заданого значення JS, буде:
/>/>
Швидкість обертання вала двигуна знаходиться як:
/>
Опір обмотки якоря двигуна буде:
/>
Передавальнийкоефіцієнт двигуна знаходиться як:
/>
Передавальнийкоефіцієнт тахогенератора буде:
/>
Для знаходження передавальногокоефіцієнта тиристорного перетворювача слід використати регулювальнухарактеристику перетворювача Еd = Ed0×cosa.Слід прийняти максимальну напругу керування Uk.max= 10 (B), де Ed0– максимальне значення ЕРС тиристорного перетворювача при куті керування, щорівний нулю:
/>
Длямінімальної швидкості, при роботі з номінальним навантаженням величина a дорівнює:
/>
де /> />
Це відповідає ЕРС тиристорногоперетворювача:
/>
При арккосинусоїдальній залежності Ed= f(Uk) знаходиться Uk і коефіцієнт підсиленнятиристорного перетворення kТП:
/>
Напруга від’ємного зворотного зв’язку поструму подається на датчик струму US з шунта якірного ланцюга двигуна.Передавальний коефіцієнт шунта знаходиться як:
/>/>
Двигун слід уявити у вигляді двох ланокз постійними часу ТЯ та ТМ. Схеми регуляторів слідпредставити у слідуючому вигляді
/>
/>
а)
/>
б)
Рис 2. Схема регулятора струму
w
/>
а)
/>
б)
Рис 3. Схемарегулятора швидкості
При розгляданні тиристорногоперетворювача, слід враховувати його інерційність. В системі, утворенийвнутрішній контур (рис 2 а, б) регулювання струму з датчиком струму US(зворотній зв’язок по струму) і регулятором струму AS. Зовнішній контуррегулювання швидкості (рис 3 а, б) має датчик швидкості тахогенератор BR ірегулятор швидкості AV. На вхід регулятора швидкості AV подається сигналзадання Ux і сигнал UЗЗ зворотнього зв’язку, щопропорційний по величині швидкості двигуна. Регулятор швидкості виробляє сигналUЗТ для регулятора струму, на другий вхід якого подається сигнал UОТ, пропорційний величині струму двигуна.
В цьому випадку передавальну функціюелектродвигуна при статичному моменті МС = 0 слід представляти як:
/>
Передавальнафункція тиристорного перетворювача буде:
/>
де ТТП – постійна часутиристорного перетворювача. Слід приймати ТТП = 0,007 (с).
Слід виконати оптимізацію внутрішньогоконтура струму по технічному (модульному оптимуму). В якості малої постійної часу,що не компенсується, слід прийняти Тm= 0,007 (с).
Передавальна функція об’єкта регулюванняконтура струму знаходиться як:
/>
Постійнаінтегрування контура струму визначається з умови на модульний оптимум такимчином:
/>
Передавальнафункція розімкненого оптимізованого контура струму (див. Рис. 2а) буде:
/>
Передавальнафункція ПІ – регулятора струму може бути представлена у вигляді:
/>
де /> />
КРС і ТРС –відповідно, коефіцієнт підсилення і постійна часу регулятора струму.
Для обмеження величини струму граничнимзначенням ІЯ достатньо обмежити значенням UРШ.MAX сигнална виході регулятора швидкості, тобто задаючий сигнал для контура струму.
Коли розгалудження на виході регуляторашвидкості досягне величини напруги насичення, то на виході регулятора швидкостінапруга постійна; при цьому система підтримує постійним струм якоря двигуна.Обмеження рівня вихідного сигналу регулятора швидкості здійснюється шунтуваннямланцюга зворотнього зв’язку регулятора швидкості зустрічно увімкнутимистабілітронами. При цьому
/>
Слід використати стабілітрони типу Д814Гз напругою пробою />
Передавальний коефіцієнт ланцюгазворотнього зв’язку по струму знаходиться як:
/>
Прийняти />
Слід визначити величини коефіцієнтапідсилення і постійної часу регулятора струму:
/>
/>
Параметри регулятора струму (рис. 2, б)слід визначати в такій послідовності:
Прийнявши /> і />отримаємо:
/>
Аналогічно,прийнявши />,отримаємо:
/>
Величину коефіцієнта підсиленнядатчика струму одержимо з відношення:
/>
Передавальна функція замкнутогооптимізованого контура струму матиме вигляд:
/>
Із цього виразу, відкинувши члендругого порядку мализни в знаменнику, отримуємо так звану усічену передавальнуфункцію:
/>
Передавальна функція розімкненогооптимізованого контура швидкості (рис. 3, а), що настроєний на симетричнийоптимум буде:
/>
Передавальнафункція об’єкта регулювання швидкості матиме вигляд:
/>
В контурішвидкості некомпенсованою постійною часу є величина
/>
Передавальна функція пропорційногорегулятора швидкості буде:
/>
Слід прийнятинапругу завдання />. Тоді передавальний коефіцієнт зворотногозв’язку по швидкості буде:
/>
Коефіцієнт підсилення регуляторашвидкості знаходиться як:
/>
Слід визначити параметри регуляторашвидкості (рис. 3, б), враховуючи навантажувальну здатність задатчикаінтенсивності, виконаного на базі напівпровідникового підсилювача
Прийнявши />отримаємо
/>
Опір в ланцюгу зворотногозв’язку по швидкості знайдеться як:
/>
Статичне падіння швидкості впроектованому електроприводі при номінальному навантаженні буде:
/>
При необхідності отриманняелектромеханічної характеристики з меншим статичним падінням швидкості (більшоюхарактеристикою) можна застосувати ПІ регулятор швидкості. Якщо необхідноотримати регулятор швидкості з регульованою жорсткістю, то шпунтують ємністьрезистором в його зворотному зв’язку.
Список використаної літератури
1. Методичні вказівкидо виконання курсової роботи з дисціпліни: “Елементи автоматизованогоелектроприводу”/ В. Г. Шебітченко, В. А. Ландар. 1999р.
2. Элементыавтоматизированного электропривода/ Терехов В. М.—М.: Энергоатомиздат, 1978 г.