Расчет параметров и настройка системы управления электропривода

    РЕФЕРАТ

    К курсовому проэкту

    По  предмету: Системы управления электроприводом

    33 с., 8 рис., 16 источников.

    Объект  разработки – система управления электроприводом постоянного тока двухзонного регулирования скорости.

    Цель  разработки – расчет параметров и  настройка системы управления электропривода.

    Метод исследования – аналитическое исследование СУЭП.

    Результаты  исследования – расчет силовой части и системы управления электропривода, графики изменения тока якоря, скорости, ЭДС двигателя, магнитного потока, тока возбуждения, выбор полупроводниковых приборов и защитной аппаратуры.

    Ключевые  слова: ЭЛЕКТРОПРИВОД, ТРАНСФОРМАТОР, ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, ДВУХЗОННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ.  

    ВВЕДЕНИЕ

    В курсовом проекте осуществляется расчёт и настройка электропривода постоянного тока двухзонного регулирования скорости.

    Рассматриваемый электропривод относится к регулируемым вентильным электроприводам типа тиристорный преобразователь -двигатель (ТП-Д).

    При двухзонном регулировании скорость вращения вала двигателя регулируется изменением напряжения на якоре в диапазоне от нуля до номинальной скорости. В диапазоне регулирования скорости от номинальной до максимальной увеличение скорости осуществляется посредством ослабления поля (уменьшения потока возбуждения).

    Система двухзонного регулирования скорости четырёхконтурная.

    К первой зоне регулирования скорости относятся контура регулирования тока якоря и скорости двигателя, первый из них является внутренним, второй - внешним.

    Система управления полем (возбуждением двигателя) - двухконтурная с главной обратной связью по ЭДС двигателя. Задачей  системы является поддержание постоянства ЭДС при ослаблении поля.

    Для управления электроприводом использую  аппаратуру универсальной блочной системы регулирования в аналогово-интегральном исполнении (УБСР-АИ), задающим устройством является сельсинный командоаппарат СКАР.

    В качестве датчика скорости использую  тахогенератор (используется для электроприводов с диапазоном регулирования от 10:1 до 100:1). Датчиками тока якоря и возбуждения являются шунты, а датчиком напряжения двигателя - операционный усилитель.

    Настройка контуров выполняется согласно заданным параметрам. Регуляторы токов якоря и возбуждения, а также регулятор ЭДС должны обеспечить перерегулирование регулируемых параметров в заданных пределах.

    Для получения статизма по нагрузке в  заданных пределах необходимо включить в цепь обратной связи регулятора скорости параллельно ёмкости С_осс сопротивление Р_ш. Требуемая величина статизма по нагрузке в этом случае обеспечивается выбором соответствующего значения Р_ш.

    Тиристорный преобразователь якоря реверсивный  с раздельным методом управления. При раздельном управлении работает только один комплект преобразователей, второй закрыт и блокировка осуществляется с помощью логического переключающего устройства ЛПУ. В замкнутой системе автоматического регулирования существенно снижается зона нечувствительности, в которой не происходит переключения групп (уменьшение зоны обратно пропорционально коэффициенту усиления).

 

    

1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ.

    Сопротивление якорной цепи: 

    Где – температурный коэффициент, равный 1,24 для машин серии П.

    Выбираю трансформатор мощностью 1600 кВА  типа ТМ-1600.

    Параметры выбранного трансформатора:

    U_1н= 6кВ, U_2н=400 В, ∆Р_м=16 кВт, ∆Р_ст= 2,05кВт, U_кз= 0,055, і_хх= 0,013

    Выпрямленный ток: 

    Где Kdi – коэффициент выпрямления трехфазной мостовой схемы и равен .

    Активное  сопротивление трансформатора: 

    Максимальная  ЭДС преобразователя якоря: 

    Где: U2ф=400 В – фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, m=6 – фазность трехфахной мостовой схемы.

    Мощность  цепи возбуждения: 

    Выбираю трансформатор мощностью 10 кВА типа ТС-10/0,7.

    Параметры выбранного трансформатора: 
U1н=380 В, U2н=230 В,  ∆Р_м=270 кВт, ∆Р_ст= 70 кВт, U_кз= 0,038, і_хх= 0,29.

    Максимальная ЭДС преобразователя возбуждения: 

    Где m – фазность трехфазной нулевой схемы.

    Эквивалентное сопротивление трансформатора, вызванное  реакцией рассеивания: 

    Активное  сопротивление шин: 

    Активное  сопротивление главной цепи: 

    Активное  сопротивление цепи возбуждения:

     

    Индуктивность якорной цепи: 

    С=0,15 – для копменсированных двигателей; р=3 число пар полюсов двигателя.

    Индуктивное сопротивление фазы трансформатора, приведенное к вторичной обмотке: 

    Индуктивность  рассеивания трансформатора: 

    Где - угловая частота питающей сети.

    Индуктивность главной цепи: 

    Коэффициент наклона кривой намагничивания при  отсутствующих данных:

    Принимаю  коэффициент учета рассеивания  σ=1,2.

    Поток рассеивания: 

    Индуктивность рассеивания: 

    Индуктивность цепи возбуждения: 

    Электромагнитная  постоянная времени якорной цепи: 

    Электромагнитная  постоянная времени главной цепи: 

    Электромагнитная  постоянная времени цепи возбуждения: 

    Номинальная ЭДС двигателя: 

    падение напряжения на вентилях.

    Номинальный момент двигателя: 

    Суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя:

     

    Коэффициенты  двигателя: 
 
 

    Электромеханическая постоянная времени: 

    Постоянная  времени контура вихревых токов: 

    Передаточный  коэффициент цепи возбуждения двигателя:

     

    Датчиком  скорости выбираю тахогенератор  типа ПТ-31/1, с номинальным напряжением 230 В и номинальной скоростью 1000 об/мин.

    Передаточный  коэффициент тахогенератора: 

    Для якорной цепи выбираю шунт с напряжением U_шя=75 мВ и номинальным током I_шя=2500 А.

    Передаточный  коэффициент шунта якоря: 

    Для цепи возбуждения выбираю шунт с  напряжением U_шв=75 мВ и номинальным током I_шв=40 А.

    Передаточный  коэффициент шунта возбуждения: 

    Максимальный  ток якоря: 

    Коэффициенты  усиления датчиков тока якоря и тока возбуждения: 
 
 

    Где Uдтямах=10 В; Uдтвмах=10 В – максимальные значения напряжения датчиков тока якоря и тока возбуждения для УБСР-АИ.

    Принимаю  амплитудное значение СИФУ равным Uм=8 В.

    Форма опорных напряжений СИФУ якоря и  возбуждения синусоидальная.

    Коэффициент вентильного преобразователя якоря: 

    Коэффициент вентильного преобразователя возбуждения: 

    Коэффициент делителя напряжения якоря двигателя:

     

    Скорость  холостого хода: 

    Падения скорости при номинальной нагрузке (минимальная скорость вращения двигателя): 

    

    Рисунок 1. Механическая характеристика привода.

    Диапазон  регулирования скорости вращения: 

    D= 45:1

    Некомпенсированная  постоянная времени контуров тока якоря  и возбуждения:

    Т_μ=0,005 с.

 

    

2. РАСЧЕТ  ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА ТОКА ЯКОРЯ.

    Задаюсь С_остя=1мкФ. 

    Принимаю  стандартное значение R_остя=15 кОм.

    Выбираю значение а_тя в зависимости от заданной величины перерегулирования δ_і=4,3%, а_тя=2.

    Постоянная  времени интегрирования контура  тока: 
 

    Принимаю  стандартное значение R_тя=130 кОм.

    Задаюсь напряжением регулятора тока U_зтямах=8 В, соответствующим максимальному току двигателя.

     

    Принимаю  стандартное значение R_зтя=110 кОм. 

 

    

3. РАСЧЕТ  ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ.

    Коэффициент интегрирования а_с определяем, исходя из максимальной производной тока при относительном значении динамического тока, определяемого задатчиком интенсивности j_д=1 (І_д=І_н) и номинальном потоке возбуждения. 

    Определяем  и по кривой (рис. 2) находим а_с. 

    

    Рис. 2 Зависимость относительного значения производной тока двигателя от параметра а_с.

    Из  графика определяю а_с=2,5.

    Принимаю  напряжение задания, соответствующие  максимальной скорости вращения U_зсmax=10 B.

    Задаюсь сопротивлением Rзс=50 кОм. 

    Принимаю  стандартное значение R_с=1,2 МОм. 

    Принимаю  стандартное значение R_occ=330 кОм.

    Заданный  статизм по нагрузке ∆v_з=0,5% .

    Определяю реальный статизм по нагрузке (система  однократноинтегрирующая): 

    Статическая ошибка: 

    Что бы статизм по нагрузке равнялся заданному, необходимо шунтировать конденсатор С_осс резистором R_ш.

    Определяю величину R_ш: 

    Принимаю  стандартное значение R_ш=10 МОм.

    Принимаю  b_c=2. 

    Принимаю  стандартное значение С_осс=6,8 мкФ.

    В системах регулирования ослаблением  поля при снижении допустимой рабочей  перегрузки при ослаблении поля необходимо изменить уставку ограничения тока якоря двигателя. Для этого в цепь обратной связи регулятора скорости включается регулируемый источник опорного напряжения (регулятор мощности).

    Задаюсь Uсм=10 В и значением одного из сопротивлений Rосм=10 кОм.

    γ=0,68 – коэффициент допустимого снижения рабочей перегрузки двигателя при ослаблении поля. 

    Принимаю  стандартное значение R_вх=470 кОм. 

    Принимаю  стандартное значение =10 кОм.

    Рассчитываю параметры регулятора скорости в  линеаризованной  системе.

    Для выбранного типа множительно-делитильного устройства: