Расчет системы автоматизированного электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

Факультет мехатроники и автоматизации

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

Дисциплина: Автоматическое управление электромеханическими системами

Наименование: Расчет системы автоматизированного электропривода

Группа: ЭМ-02

Студент: Винокуров Павел Андреевич

Преподаватель: Родыгин Александр Владимирович

Новосибирск 2014 год



Содержание

1. Исходные данные

2. Электропривод постоянного тока по схеме «Тиристорный преобразователь-двигатель»

2.1 Расчет и выбор элементов силовой части электропривода

2.1.1 Расчет параметров трансформатора

2.1.2 Проверка и выбор тиристоров

2.1.3 Выбор катодного дросселя

2.2 Расчет основных параметров силовой цепи электропривода

3. Синтез параметров регуляторов в линеаризованных системах управления частотой вращения электропривода

3.1 Контур регулирования тока

3.2 Контур регулирования скорости

3.3 Графики переходных процессов

4. Расчет элементов ПИ-регулятора тока

5. Расчет элементов ПИ-регулятора скорости

Литература



1. Исходные данные

силовой электропривод трансформатор вращение

Таблица 1. Номинальные данные двигателя.

6	57,14	105	220	32,6	0,84	0,54	0,016	0,03	1,05	2,5	1,76

где, с - конструктивная постоянная; л - передаточное число.

Рассчитываем недостающие компоненты и записываем их в таблицу 1:

Номинальный момент двигателя.

Коэффициент полезного действия двигателя

Активное сопротивление якоря двигателя

Постоянная времени якоря двигателя



2. Электропривод постоянного тока по схеме «Тиристорный преобразователь-двигатель»

2.1 Расчет и выбор элементов силовой части

2.1.1 Расчет параметров трансформатора

Трансформатор в управляемом вентильном электроприводе необходим для согласования напряжения сети с напряжением двигателя.

Действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

где - номинальное напряжение двигателя; - коэффициент, устанавливающий зависимость между средневыпрямленным напряжением преобразователя и напряжением вторичной обмотки трансформатора, этот коэффициент зависит от схемы выпрямления (. = 1,05…1,1 - коэффициент запаса по напряжению сети ( = 1,05…1,2 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале (). =1,0…1,05 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентиле, в обмотках трансформатора (=1,05).

Коэффициент трансформации трансформатора:



Типовая мощность трансформатора:

где b, q и c - коэффициенты из таблицы 2.1 [1].

Выбор типового трансформатора:

Так как трансформатор с такими параметрами подобрать нельзя, выбираем трансформатор с расчетными параметрами [1].

Приведенное ко вторичной обмотке активное сопротивление одной фазы трансформатора:

где, - коэффициент из таблицы 2.1. ()[1]; =(1…3,5)% - потери активной мощности трансформатора в режиме короткого замыкания.

Приведенное ко вторичной обмотке реактивное сопротивление одной фазы трансформатора:

где, = 5…10% - напряжение короткого замыкания трансформатора.

2.1.2 Проверка и выбор тиристоров

Выбор и проверка тиристоров, принятых к установке в преобразователе, производится по трем параметрам: по среднему току, максимальному амплитудному значению напряжения на тиристоре и ударному току внутреннего короткого замыкания. То есть выбранный тиристор должен отвечать на следующие условия [1]:

Среднее значение тока, протекающего через тиристор:

где, - допустимый ток двигателя, для общепромышленной серии машин - для высокомоментных двигателей - ; - для нулевой и мостовой схем.

Значение тока, приведенное к классификационным параметрам тиристоров:

=1,3…1,75 - коэффициент запаса по току;

=1,1…1,77 - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, угла проводимости и от формы тока;

=1…2,5 - коэффициент, учитывающий условия охлаждения.

Максимальное амплитудное напряжение на тиристоре:

- коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможность перенапряжений на тиристорах; - линейное действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора ( ).

Класс по напряжению: 5-ый.

Амплитуда базового тока:

где, - амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора;

Значениями и пренебрегаем, так как мощность меньше 500 кВт [1].

Ударный ток внутреннего короткого замыкания:

где берется из Рисунка 1 в зависимости от :



Рисунок 1. Зависимость от .

По полученному току и из условий приведенных выше из приложения Е [1] выбираем тиристор серии Т141-63 с техническими данными приведенными в таблице 2:

Таблица 2. Технические данные тиристора Т141-63.

2.1.3 Выбор катодного дросселя

Амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения зависят от среднего значения угла регулирования и определяются выражением для симметричных мостовых и нулевых схем.

Амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения:

где,

Величина индуктивности цепи выпрямленного тока:

где = 2 % дополнительный уровень пульсаций для машин с компенсационной обмоткой; круговая частота сети.

Индуктивность якоря двигателя:

Индуктивность трансформатора, приведенная ко вторичной обмотке:



где - для машин постоянного тока с компенсационной обмоткой.

Индуктивность дросселя:

По расчетной величине индуктивности и номинальному току выбран катодный дроссель ДС-50/0,6 согласно приложению В [1]. Необходимое количество дросселей 26 шт. Технические данные дросселя приведены в Таблице 3.

Таблица 3. Технические данные дросселя ДС-50/0,6.

Окончательное значение индуктивности сглаживающего реактора:

Значение гранично-непрерывного тока якоря двигателя равно:



2.2 Расчет основных параметров силовой цепи электропривода

Эквивалентное сопротивление якорной цепи:

Эквивалентная индуктивность якорной цепи:

Напряжение преобразователя при работе электропривода в номинальном режиме:

Угол регулирования, соответствующий номинальному режиму работы:



Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигатель-преобразователь:

Электромеханическая постоянная времени электропривода:

Приведенное значение момента инерции привода:



3. Синтез системы подчиненного регулирования скорости электропривода

3.1 Контур регулирования тока

Рисунок 2. Структурная схема контура регулирования тока

Тиристорный преобразователь является звеном, передаточная функция которого:

Коэффициент усиления управляемого вентильного преобразователя:

Постоянная времени системы управления преобразователем:

Ввиду малости обозначим её как .

Коэффициент обратной связи по току:



Желаемая передаточная функция разомкнутого контура тока, настроенного на технический (модульный) оптимум:

Передаточная функция регулятора тока, настроенного на технический оптимум:

Коэффициент пропорциональной части регулятора тока:



Постоянная времени интегральной части регулятора тока:

;

3.2 Контур регулирования скорости

Рисунок 3. Структурная схема контура регулирования скорости

Передаточная функция замкнутого контура тока:

Ввиду малости ей можно пренебречь.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура имеет вид:



,

где - постоянная времени в контуре скорости;

- постоянная времени в контуре тока;

Коэффициент обратной связи по скорости:

Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на симметричный оптимум:

,

где - электромеханическая постоянная времени электропривода.

;



Коэффициент пропорциональной части регулятора тока скорости:

Постоянная времени интегральной части регулятора скорости:

Частота пропускания системы:

Передаточная функция фильтра

После определения всех параметров, коэффициентов и передаточных функций строим схему на пакете программ MathLab. Рисунок 4.



Рисунок 4. Структурная схема двухконтурного автоматизированного электропривода регулирования частоты вращения

3.3 Графики переходных процессов

Моделирование производилось в трех режимах:

Система с фильтром и ограничителями регуляторов (Рисунок 5 и 6).

Система без фильтра но с ограничителями регуляторов (Рисунок 7 и 8).

Система без фильтра и без ограничителей регуляторов (Рисунок 9 и 10).

Рисунок 5. Зависимость тока от времени в системе с фильром и с ограничителями регулятора.



Рисунок 6. Зависимость скорости двигателя от времени в системе с фильром и с ограничителями регулятора.

Рисунок 7. Зависимость тока от времени в системе без фильра но с ограничителями регулятора.

Рисунок 8. Зависимость скорости двигателя от времени в системе без фильра но с ограничителями регулятора.



Рисунок 9. Зависимость тока от времени в системе без фильра и без ограничителей регулятора.

Рисунок 10. Зависимость скорости двигателя от времени в системе без фильра и без ограничителей регулятора.



4. Расчет элементов ПИ-регулятора тока

Пусть , то

Определена емкость:



5. Расчет элементов ПИ-регулятора скорости

Пусть , то

Определена емкость:



Литература

1. Г.М.Симаков. «Автоматизированный электропривод». НГТУ, 2010 г.

2. В.В. Панкратов. «Автоматическое управление электроприводами» Ч-1. НГТУ, 2013г.

3. В.Н. Аносов и др. «Структура и правила оформления студенческих работ». НГТУ, 2005 г.

Размещено на Allbest.ru