Параметр
|
Значение
|
Номинальная мощность
|
Pн=42 кВт
|
Номинальное напряжение
|
Uн=440 В
|
Частота вращения
номинальная
|
nн=2360 об/мин
|
Частота вращения максимальная
|
nмакс=3500 об/мин
|
КПД
|
η=90,5
%
|
Сопротивление якоря при
температуре 15 °С
|
Rя=0,055 Ом
|
Сопротивление добавочных
полюсов при температуре 15 °С
|
Rдп=0,037 Ом
|
Число пар полюсов
|
p=2
|
Момент инерции якоря
двигателя
|
Jя=0,03 кг*м2
|
Ток двигателя расчитаем по формуле, А:
. (1.1)
1.2 Выбор комплектного тиристорного электропривода и тиристоров
По справочнику [2, стр. 6-7, табл. 1.1, стр. 10] выбираем комплектный
тиристорный электропривод КТЭ 200/440-132. Данный комплектный тиристорный электропривод
однодвигательный реверсивный с возможностью изменения полярности напряжения на
якоре.
Параметры КТЭ 200/440-132:
Мощность до 1000 кВт;
Номинальный ток I=200
А;
Номинальное напряжение преобразователя U=440 В.
По справочнику [8, стр. 387-392] выбираем тиристоры типа Т 161 - 125.
Параметры тиристоров:
падение напряжения UVS=1,15
В.
.3 Выбор силового трансформатора
По справочнику [2, стр. 262, табл. 8.3; стр. 263-265, стр. 271, табл.
8.5] выбираем трансформатор типа ТСЗП 125/0,7 УХЛ4 данный трансформатор -
сухой.
Параметры трансформатора:
номинальная мощность Sн=117
кВА;
напряжеие первичной обмотки U1н=380 В;
напряжеие вторичной обмотки U2н=410 В;
номинальный ток фазы со стороны вторичного напряжения I2=165А;
напряжеие короткого замыкания Uкз = 5,8 %;
ток холостого хода Iхх =
4%.
.4 Выбор тахогенератора
Тахогенератор выбираем из [2, стр. 180]. Тип - ТП 130 постоянного тока.
Параметры:
номинальное выходное напряжение Uтг=200 В;
номинальная скорость nтг=4000
об/мин.
1.5 Выбор измерительного шунта
Выбираем шунт измерительный ШС-75 [4].
Параметры шунта:
падение напряжения Uш=75
мВ;
номинальный ток шунта Iш=200
А;
Номинальное сопротивление шунта Rш=375 мкОм.
2. Расчёт статических параметров
Определим угловую скорость вращения якоря двигателя, рад/с:
,(2.1)
Определим сопротивление якорной цепи двигателя, приведённое к рабочей
температуре 750С, Ом, при коэффициенте, учитывающем изменение сопротивления
обмоток при нагреве на 600С β = 1,24:
. (2.2) [3,
стр. 32]
Определим
коэффициент ЭДС двигателя, В*с:
. (2.3) [3,
стр. 32]
Передаточный
коэффициент двигателя:
. (2.4) [3,
стр. 32]
Определим
индуктивность якоря двигателя, Гн:
,(2.5) [3
стр. 32]
где
С=1…1,75
- коэффициент, характеризующий эл. машину;
p = 2 - число
пар полюсов.
.
Максимальная
ЭДС преобразователя, В:
, (2.6)
где
kсх=1,35 - коэффициент схемы соединения тиристоров
(трёхфазная мостовая);
Uл2= 405 В -
линейное напряжение на выходе трансформатора.
Определим
сопротивление двух фаз трансформатора, Ом:
, (2.7) [3,
стр. 32]
где
m = 6 - пульсность схемы;
Idн = 200 -
номинальный ток преобразователя.
Индуктивность
двух фаз трансформатора, Гн:
, (2.8) [3,
стр. 9]
где
fс = 50 -частота питающей сети, Гц.
Определим
динамическое сопротивление тиристора в открытом состорянии, Ом:
, (2.9)
[3, стр. 32]
где
IVS = 125 - номинальный средний ток, протекающий через
тиристор, А.
Определим
индуктивное сопротивление двух фаз трансформатора, Ом:
. (2.10) [3,
стр. 33]
Коммутационное
сопротивление преобразователя, Ом:
. (2.11) [3,
стр. 33]
Найдём
эквивалентное сопротивлекние цепи якоря, Ом:
(2.12) [3,
стр. 33]
Определим
диапазон регулирования скорости двигателя вниз от номинальной. Для этого
определим напряжение, соответствующее эл. механической характеристике,
проходящей через точку с координатами 2IН и w = 0
и параллельной характеристике, соответствующей номинальным параметрам.
. (2.13)
Определим
скорость, соответствующую номинальному току и данной характеристике, рад/с:
. (2.14)
Данная
скорость в об/мин:
. (2.15)
Предельный
угол регулирования, град:
. (2.16)
Определим
величину граничного тока, разделяющего зоны прерывистого и непрерывного тока,
А:
. (2.17)
[3, стр. 33]
Определим
величину индуктивности якорной цепи, необходимую для обеспечения режима
непрерывного тока, Гн:
. (2,18)
[3, стр. 33]
Определим
индуктивность сглаживающего дросселя, Гн:
.(2,19)
[3,стр. 34]
Выбираем
реактор типа ФРОС-250/0,5УЗ из справочника [2, стр. 300]. Параметры:
номинальная
индуктивность Lн=6,5 мГн.
Определим
постоянную времени якорной цепи, с:
. (2.20) [3,
стр. 34]
Определим
механическую постоянную времени, с:
. (2.21) [3,
стр. 34]
Расчитаем
коэффициенты обратных связей по току и скорости.
Обратная
связь по току содержит шунт с коэффициентом передачи шунта Kш=0,000375
Ом [3, стр. 34] и стандартную ячейку датчика тока с коэффициентом:
. (2.22) [3,стр.
34]
Общий
передаточный коэффициент канала обратной связи по току составит, В/А:
. (2.23)
[3, стр. 34]
В канале обратной связи по скорости использован тахогенератор,
передаточный коэффициент которого, В*с:
. (2.24)
[3,стр. 34]
Обратная связь по скорости должна обеспечивать напряжение обратной связи
по скорости 10 В при максимально возможной скорости двигателя, исходя из этих
условий определим передаточный коэффициент датчика скорости, В*с:
. (2.25)
[3, стр. 34]
После
тахогенератора устанавливаем делитель напряжения с передаточным коэффициентом:
. (2.26) [3,
стр. 35]
Определим
коэффициент передачи преобразователя:
. (2.27)
[3, стр. 34]
Тиристорный
преобразователь опишем передаточной функцией:
. (2.28)
[3, стр. 8]
Постоянная
времени преобразователя Tп=0,01 с [3, стр. 8].
3. Оптимизация контура тока
Так
как и
пренебрегать
внутренней обратной связью по ЭДС двигателя нельзя, тогда по [5, стр. 128-130]
структурную схему (рис. 1) приведём к виду (рис. 2).
Рис. 1 - Структурная схема электропривода с внутренней обратной связью по
ЭДС
Рис. 2 - Преобразованная структурная схема электропривода с внутренней
обратной связью по ЭДС
Исходя из этой схемы и по [5, стр. 128-130], регулятор тока будет
выглядеть следующим образом:
, (3.1)
где
. (3.1)
[5, стр. 128-130]
Данный
регулятор тока можно реализовать в виде следующей схемы на рис. 3.
Рис. 3 - Реализация регулятора тока с помощью операционных усилителей и R-C- элементах
Передаточную функцию регулятора можно разложить на П, И, ПИД составляющие
[6, стр. 141-142].
Расчитаем параметры П составляющей. Коэффициент усиления здесь равен:
. (3.2)
При
R1=Rс=100 Ом:
. (3.3)
Расчитаем
параметры И составляющей, если постояная времени интегрирования Ти=Тп=0,01 с.
При
R2=1000 Ом
. (3.4)
ПИД-регулятор
можно представить в виде параллельного соединения П, И, Д звеньев.
. (3.5)
Расчитаем
параметры П звена.
Так
как коэффициент усиления равен 1, то R3= Rос2=1 Ом.
Расчитаем
параметры И звена. Постояная времени интегрирования Ти=Тм=0,021621169 с. При R4=10000
Ом
.(3.5)
Расчитаем
параметры Д звена. Постояная времени дифференцирования Тд=Тя=0,03847с. При Rос3=10000
Ом
.(3.5)
Передаточная
функция замкнутого оптимизированного контура тока:
. (3.6)
[3, стр. 35]
4. Оптимизация контура скорости
Расчитаем статическую ошибку по скорости для зщамкнутой системы с
П-регулятором скорости, рад/с:
.(4.1)
[3, стр. 36]
В
относительных единицах, %:
. (4.2)
[3, стр. 36]
Так
как по заданию δ=10%
и , то используем
П-регулятор скорости оптимизированный по модульному оптимуму.
Передаточная
функция П-регулятора:
. (4.3)
[5, стр. 131]
П-регулятор
реализуем на операционном усилителе и R-C-элементах.
Рис.
4 - Реализация регулятора скорости с помощью операционного усилителя и R-C-
элементов
Расчитаем
параметры П-регулятора. При Rзс=Rc2=10000 Ом
. (4.4)
[3, стр. 36]
Тогда
передаточная функция замкнутого оптимизированного контура скорости:
(4.5)
[3, стр. 36]
5. Статические характеристики системы
Статизм на естественной характеристике эл.двигателя, рад/с:
. (5.1)
[3, стр. 36]
Статизм
на характеристике разомкнутой системы, рад/с:
Статизм
на характеристикезамкнутой системы, рад/с:
.(5.3)
[3, стр. 37]
Скорость идеального холостого хода, рад/с:
. (5.3)
На
рисунке 5 представлены эл.механические характеристики.
Рис. 5 - Статические эл. механические характеристики
6. Динамические характеристики замкнутой системы
В соответствии с заданием на выход регулятора скорости включаем блок
ограничения выходного напряжения регулятора скорости при пуске.
Расчитаем для заданного значения пускового тока Iп величину напряжения ограничения Uогр, В.
Пусковой ток, А:
. (6.1)
[3, стр. 38]
Напряжение
ограничения, В:
. (6.2)
[3, стр. 38]
Структурная
схема электропривода.
Рис. 6 - Структурная схема эл. привода
Рис.
7 - Структурная схема эл. привода, собранная в MATLAB
Исследовались
режимы пуска в холостую, реверса и торможения.
Рис.
8 - График скорости
Рис. 9 - График тока
Вывод
В данном курсовом проекте была спроектирована система управления
электроприводом на основе регуляторов тока и скорости. Полученные статические
эл. механические и динамические характеристики удовлетворяют заданию. Для
ограничения пускового тока после регулятора скорости включён блок ограничения
выходного напряжения регулятора скорости. Данная система устойчива, имеет малое
значение перерегулирования.
Список литературы
1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под ред.
И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
2. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/
И.Х. Евзоров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; Под ред. Перельмутера. - М.:
Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.: ил.
. Расчет системы подчиненного регулирования
электроприводом постоянного тока: Учеб. пособие. / А.К. Мурышкин, С.А.
Дружилов, Т.В. Богдановская - СибГИУ, Новокузнецк, 2007. - 55 с.
. Шунты измерительные стационарные взаимозаменяемые 75
ШСМ.М, 2010 г.
. Терехов В.М. / Системы управления
электроприводов./В.М. Терехов, О.И. Осипов. - М.: "Академия", 2006 г.
- 304 с.
. Зимин Е.Н./Автоматическое управление
электроприводами. - М.: Высш. школа, 1979 г. - 318с.
7. Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые
приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов.
-М.: Радио и связь, 1988.