Проектирование регулируемого электропривода на базе БТУ-3601

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Техническое задание

Введение

Функциональная схема регулируемого электропривода (РЭП)

Выбор требуемого электрооборудования

Расчет параметров структурной схемы

Синтез токового контура и построение соответствующих ЛАЧХ и ФЧХ

Синтез контура скорости. Построение ЛАЧХ и ФЧХ

Заключение

Список литературы

Техническое задание

1. Привести функциональную схему электропривода.

2. По параметрам заданного двигателя выбрать требуемые элементы электрооборудования согласно функциональной схеме (преобразователь, согласующий трансформатор или токоограничивающий реактор, сглаживающий дроссель, тахогенератор, датчик положения).

3. Составить структурную расчетную схему и рассчитать ее параметры: К_ТП, R_ЯЦ, К_Ф, Т_ЯЦ, J, Т_М, К_ОТ, К_ОС, К_ОП, L_НЕОБХ., L_СУ.

4. Провести синтез для каждого контура замкнутой системы подчиненного регулирования, определив передаточные функции регуляторов (тока, скорости, положения).

5. Построить логарифмические амплитудно-частотные (ЛАЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики для объектов регулирования, желаемых передаточных функций и регуляторов по каждому контуру управления.

Введение

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Современное машинное устройство или, как его называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных деталей, отдельных машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса.

Различают регулируемый ЭП, параметры движения которого могут изменяться по внешним командам, и нерегулируемый. Наиболее совершенным видом регулируемого ЭП является электропривод постоянного тока, в котором регулирование осуществляется изменением среднего значения напряжения, приложенного к якорю электродвигателя постоянного тока. В последнее время в качестве источника регулируемого напряжения постоянного тока используют, как правило, тиристорные преобразователи (ТП). Такие электроприводы называются тиристорными.

Электроприводы постоянного тока серии БТУ-3601 предназначены для создания на основе высокомоментных двигателей постоянного тока мощностью от 0,5 до 18,5кВт, а также других типов двигателей, имеющих номинальный ток не более 200А и номинальное напряжение не более 440В, быстродействующих широкорегулируемых электроприводов различных производственных механизмов, в том числе механизмов подач металлорежущих станков с числовым программным управлением.

Область применения: в станкостроении - в механизмах подачи и главного движения, в том числе в станках с ЧПУ, роботах и других механизмах различных отраслей промышленности.

Функциональная схема регулируемого электропривода (РЭП)

На рисунке 1 показана функциональная схема регулируемого электропривода на базе тиристорной станции управления типа БТУ-3601, разработанная всесоюзным НИИ релестроения (г. Чебоксары) и выпускаемых Чебоксарским электроаппаратным заводом.

В схеме функцию защиты тиристоров от выгорания при возможном коротком замыкании выполняют токоограничивающие реакторы L_{р1 -} L_р3. Функцию по согласованию напряжения нет надобности проводить, поскольку предполагается, что исполнительный двигатель выполнен на напряжение U_н=440В

Рассматриваемый привод работает по структуре подчиненного регулирования. Регуляторы РС, РТ выполняют роль корректирующих звеньев, обеспечивая оптимальный переходный процесс.



Рисунок 1 - Функциональная схема СЭП на базе БТУ 3601

Данные двигателя:

Н•м - номинальный вращательный момент;

об/мин - номинальная частота вращения;

кВт - номинальная мощность;

А - номинальный ток;

В - номинальное напряжение;

мВб - номинальный магнитный поток;

кг•м² - момент инерции;

рад/с² - максимальное ускорение;

мс - электрическая постоянная времени;

Ом - сопротивление якоря при 15^оС;

Ом - сопротивление добавочных полюсов при 15^оС;

мГн - индуктивность якорной цепи;

- число витков на полюс обмотки возбуждения;

Ом - сопротивление обмотки возбуждения при 15^оС;

мВб - максимальный магнитный поток;

А - максимальная намагничивающая сила.

Выбор требуемого электрооборудования

Выбор тиристорного преобразователя осуществляется по следующему условию:

Выбираем по [5] преобразователь типа КТЭ-50/440

Параметры преобразователя:

I_Н =50А - номинальный выпрямленный ток

m =6 - импульсность схемы выпрямления

В комплект ЭТУ 3601 также входят:

а) трансформатор типа ТСП-25/0,7-74 с данными: кВ•А, В, %, Вт, Вт.

Проверяем условие:

;

,

где линейное напряжение тиристорного преобразователя определяется отношением среднего выпрямленного напряжения и коэффициента схемы (для трехфазной мостовой схемы ), т.е.

В,

а фазный ток тиристорного преобразователя

А.

Отсюда видно, что условия выполняются, т.е.

(205В ? 151,82В);

(100А ? 81,7А);

б). сглаживающий дроссель типа ДС-100/0,2 с данными: А, мГн.

Расчет параметров структурной схемы

Коэффициент управляемого выпрямителя

значение выпрямленной ЭДС при б=0

Коэффициент нелинейного звена

.

Расчёт параметров трансформатора

а) полное сопротивление:

, где

В - линейное напряжение к.з.;

А - номинальный ток вентильной обмотки, тогда

Ом;

б) активное сопротивление:

- потери к.з.,

следовательно,

Ом;

в) индуктивное сопротивление:

Ом;

г) индуктивность трансформатора:

, отсюда

мГн.

Коэффициент использования двигателя

Примем

Коэффициент пульсации

По условию компенсации пульсации определяют необходимую индуктивность якорной цепи

 мГн, где:

- отношение выпрямленной ЭДС первой гармоники к максимальной ЭДС (при б=0) , т.е =f(б)

где при

Индуктивность якорной цепи

Активное сопротивление якорной цепи

где сопротивление преобразователя

Ом

Сопротивление двигателя

Ом

Ом

Электромагнитная постоянная времен якорной цепи

с

Номинальная угловая скорость

Коэффициент двигателя

где с - постоянная двигателя, определяется:

Механическая постоянная времени

с

Момент стопорения

Так как то

Расчетный ток стопорения выбирается исходя из условия

то расчётный ток стопорения определяется как

где - максимальное значение ЭДС преобразования.

В

Расчётному току стопорения будет соответствовать расчётный момент стопорения

Для измерения угловой скорости в качестве датчика скорости будем применять тахогенератор, выбор которого осуществляется согласно условию

Примем тахогенератор по [5]с номинальной угловой скоростью равной

Таблица 1 - Параметры тахогенератора

Тип	Iя.ном, А	Uном, В	Iв, А	Uв, В	m, кг
ПТ-22	0,5	230	0,35	55	75

Коэффициент тахогенератора

Коэффициент датчика тока в РЭП БТУ:

Коэффициент обратной связи по току

Коэффициент обратной связи по скорости

Синтез токового контура и построение соответствующих ЛАЧХ и ФЧХ

электропривод двигатель токовый контур

Задачей синтеза является определение передаточных функций корректирующих звеньев, т.е. при синтезе токового канала - определение передаточной функции регулятора тока согласно структурной схеме РЭП.

Задачей синтеза является определение передаточных функций корректирующих звеньев, т.е. при синтезе токового канала - определение передаточной функции регулятора тока согласно структурной схеме СЭП.

1) Объект регулирования:

.

Желаемая передаточная функция определяется для разомкнутого контура, т.е.

- интегральное звено.

>с.

Принимаем с - малая некомпенсированная постоянная времени, при которой тиристорный преобразователь способен нормально работать, - число пульсаций ТП.

2) Передаточная функция регулятора тока:

, где

- коэфф-т пропорциональности

- постоянная интегрирования.

Таким образом, передаточная функция ПИ-регулятора тока будет описываться как:

.

3) Передаточная функция разомкнутого контура тока:



4) Передаточная функция замкнутого контура тока:

- контур тока представляет собой апериодическое звено с некомпенсированной постоянной времени с и коэффициентом пропорциональности .

5) Построение ЛАЧХ (логарифмических амплитудно-частотных характеристик) для контура тока.

Построение ЛАЧХ (логарифмических амплитудо-частотных характеристик) для контура тока:

а) , [Дб], где

- амплитудная характеристика.

Желаемая передаточная функция:

- интегральное звено.

Частота среза:

с^-1 - точка пересечения.

Дб

ЛАЧХ вида «1»:

.

Объект регулирования:

- апериодическое звено.

Частота сопряжения:

с^-1 - точка излома.

Коэффициент объекта регулирования: , тогда

Дб;

б) регулятор тока:

Т.к. , то

.

Т.е. для определения ЛАЧХ РТ графическим методом необходимо найти разность и .

Характерные точки и интервалы:

- интегральная составляющая («1»).

Точка, в которой Дб - точка пересечения, т.е.

с^-1.

Точка с^-1 - точка излома.

- пропорциональная составляющая.

, тогда как

Дб.

Строим ЛАЧХ

5) Построение ФЧХ (фазо-частотных характеристик) для контура тока:

ФЧХ:

, где

- мнимая составляющая;

- действительная составляющая передаточной функции

Желаемая передаточная функция контура тока

.

Таким образом,

; .

.

Критерий устойчивости:

;

.

Тогда значение перерегулирования:

,

т.е. перерегулирование по току отсутствует. Строим ФЧХ (рис. 2).

Синтез контура скорости. Построение ЛАЧХ и ФЧХ

Задачей синтеза контура скорости является определение передаточной функции регулятора скорости.

Для получения абсолютно жестких статических характеристик синтез скоростного канала будем производить по симметричному оптимуму, когда постоянная времени , , находится в таком соотношении друг с другом, когда

, т.е.

с, с, с.

1) Желаемая передаточная функция разомкнутого контура определится как:

.

Объект регулирования:

,

, т.е.

.

Передаточная функция регулятора скорости:

, где

,

с.

Таким образом, передаточная функция регулятора скорости описывает ПИ-звено, т.е. РС - ПИ-регулятор:

.

Определим передаточную функцию замкнутого контура скорости:

.

В числителе передаточной функции получили форсирующее звено , для его устранения на вход замкнутой системы вводят фильтр:

.

Постоянную времени фильтра выбирают таким образом, чтобы с, тогда передаточная функция системы определится как:

.

.

2) Построение ЛАЧХ для контура скорости:

Желаемая передаточная функция:

.

Геометрическая средняя частота:

с^-1, .

Частота сопряжения:

с^-1, - точка излома;

с^-1, - точка излома.

Частоты среза:

- при : с^-1; наклон: -40 Дб;

- при : с^-1; наклон: -20 Дб;

- при : наклон: -40 Дб.

Получили ЛАЧХ вида «2-1-2».

 Дб

Объект регулирования:

, где

с.

Частота сопряжения:

с^-1 - точка излома.

Частоты среза:

- при : с^-1; наклон: -20 Дб;

- при : наклон: -40 Дб.

Дб

Регулятор скорости:

,

, с.

Частота сопряжения:

с^-1 - точка излома.

Частота среза:

- при : с^-1 - точка среза; наклон: -20 Дб;

- при : наклон отсутствует. ЛАЧХ определяется как

Дб

Строим ЛАЧХ.

3) Построение ФЧХ для контура скорости:

ФЧХ:

, где

- мнимая составляющая;

- действительная составляющая передаточной функции

Желаемая передаточная функция контура скорости

. при .

Критерий устойчивости: .

Строим ФЧХ.

Заключение

В ходе выполнения данной работы был спроектирован и рассчитан РЭП на базе БТУ-3601 с обратными связями по скорости и току.

В частности был, произведён выбор основного электрооборудования, составлены структурная схема электропривода.

Был проведен синтез отдельных контуров, согласно задания, были рассчитаны передаточные функции и определены структуры регуляторов. Так в качестве регулятора тока и регулятора скорости были выбраны ПИ-регуляторы. Передаточная функция регулятора скорости содержит форсирующее звено.

В ходе работы были определены логарифмические и амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики, и по ним была дана оценка качества переходных процессов.

Список литературы

1. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. - Л.: Энергоиздат, 1982.

2. Справочник по автоматизированному электроприводу. Елисеев В.А., Шинянский А.В.- М. Энергоиздат, 1983.

3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации устройств управления БТУ 3601.

4. Суптель А.А. Системы управления электроприводами. Чув. ун-т, г. Чебоксары, 2001

5. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 4. Использование электрической энергией / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). - 8-е изд., испр. И доп. - М.: Издательство МЭИ, 2002

6. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.2 Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. И.Н. Орлов) - 9-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2003

Размещено на Allbest.ru