Система автоматического управления электроприводом

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра «Электропривод  и автоматизация  промышленных установок»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА 

К КУРСОВОМУ  ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

«Системы управления электроприводом»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал студент гр. ЭПУ-22  ____________________________________/АнисимовМ.А./

(подпись)

Руководитель                 ___________________________________________/ИшутиновД.В./

(подпись)

Проект защищен с оценкой     «_____________»  «__»_______ 2005 г

 

 

 

 

 

                                                                 

 

 

 

                                                                     Киров 2005

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Управление электроприводами заключаются  в осуществлении пуска, регулирования  скорости, торможения, реверсирования, а также поддержания режима работы ЭП в соответствии с требованиями технологического процесса.

В простейших случаях эти функции осуществляются с помощью аппаратов ручного управления, что снижает производительность механизма и исключает возможность дистанционного управления, что неприемлемо в ряде современных автоматизированных установок

Стремление устранить недостатки ручного управления привело к созданию аппаратов автоматического управления.

Выбор типа устройств для построения СУ и типа самих систем определяется требованиями к электроприводу и тем функциям, которые он должен выполнять.

Автоматизация упрощает обслуживание механизмов, даёт возможность осуществить дистанционное управление электроприводами, увеличивает производительность труда.

Регулирование скорости двигателя  за счет изменения потока возбуждения  применяются в основном в системах  двухзонного регулирования, в которых часть полного диапазона регулирования до номинальной скорости обеспечивается за счет изменения напряжения на якоре от нуля до номинального значения при номинальном потоке возбуждения, а регулирование в верхней части диапазона при значениях скорости выше основной – за счет воздействия на поток при постоянном напряжении на якоре или ЭДС двигателя.

Применение двухзонного регулирования  целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже основной. В этом случае установленная мощность двигателя получится меньше, чем при обеспечении всего диапазона за счет изменения напряжения.

 

1 Техническое задание

Данные электропривода и требования к системе управления

 

Диапазон регулирования D_w=40

Статическая ошибка регулирования d=1%

Наличие реверса-нет

Наличие управления потоком возбуждения-есть

Данные электродвигателя типа П-92

мощность электропривода Pн, кВт	32
номинальная скорость вращения nн, об/мин	750
суммарное сопротивление якоря RяΣ, Ом	0,04
число включений в час N	324
номинальный ток Iн, А	169
максимальная скорость вращения nмакс, об/мин	1500
момент инерции JS, кг×м2	7
Номинальное напряжение Uном, В	220
число витков обмотки возбуждения  на полюс Wв	830
поток Fн, мВб	26,8
ток обмотки возбуждения Iвн, А	4,94

 

 

2 Выбор силовых элементов

2.1  Выбор комплектного преобразователя

Учитывая значения номинального тока двигателя, а также значение номинального напряжения, выберем унифицированный  трёхфазный нереверсивный электропривод серии ЭПУ1.

 

Выбираем электропривод ЭПУ1М-1-4327Д  УХЛ4

Параметры привода:

действующее значение тока блока управления I_ном=100А

номинальное выпрямленное напряжение блока управления U_ном=230В

напряжение трёхфазной питающей сети U_пит=220В

Электропривод включает блок управления, двигатель М1 со встроенным тахогенератором BR1, блок предохранителей U1, коммутационный реактор L2, блок ввода U3, задатчик скорости. Узлы B1, УЗТ, РЕ и ЗЕ отсутствуют.

С целью обеспечения  высокого быстродействия и универсальности для реверсивного двухзонного электропривода ЭПУ1М-2…Д принята схема с реверсом тока якоря и нереверсивным однофазным возбудителем.

Канал регулирования потока и ЭДС двигателя содержит задатчик тока возбуждения (ЗТВ), ПИ-регулятор  ЭДС (РЕ) с задатчиком ЭДС (ЗЕ). На входе РЕ сравниваются сигнал задания ЭДС Е_з и обратной связи по напряжению двигателя. Последний образуется выпрямлением выходного сигнала ДН. Электропривод выполнен по зависимому от напряжения на якоре принципу регулирования скорости. Предусмотрена возможность введения связи с ДЕ (вместо ДН) на вход РЕ (по желанию потребителя).

Данный электропривод  обеспечивает работу двигателя в  первой зоне при постоянном магнитном потоке и во второй зоне регулирования при постоянной мощности двигателя. Точка перехода во вторую зону соответствует напряжению на якоре (0,9 – 0,95)U_ном двигателя.

Узел зависимого токоограничения  действует в функции напряжения тахогенератора, поступающего на вход узла через делитель напряжения, и уменьшает уставку токоограничения для улучшения коммутации двигателя в режиме ослабления поля.

Узел соответствия (УС) предназначен для выявления соответствия скорости двигателя заданному значению. При достижении скорости заданного значения замыкается контакт реле KL1, управляющий приводом подач.

В пусковых режимах УС выдаёт “несоответствие”, контакт реле KL1 разомкнут. Здесь же имеется узел, определяющий скорость меньше номинальной n<n_min. Узел необходим либо для наложения тормоза, либо для наложения переключений редуктора.

2.2  Выбор трансформатора

Типовая мощность трансформатора определяется по формуле

Типовая мощность трансформатора определяется по формуле

 

            (2.1)

 

где - коэффициент схемы, характеризующий соотношение мощностей при идеальном выпрямителе и зависящей от схемы выпрямления (Ks = 1.05 для мостовой схемы);

       - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в питающей сети на 15%;

       - коэффициент, учитывающий падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора, а также наличие узлов  коммутации;

       средние значения напряжения и тока тиристорного преобразователя на выходе; 

 

 

 

 

выбираем трансформатор TС3-50;

 

мощность трансформатора Sн, кВА	50
Напряжение Uтр.н, В	380
Напряжение вторичной цепи U2л, В	230
потери холостого хода DPх.х., Вт	400
потери при кз DPкз., Вт	1200
падение напряжения при кз Uк, %	3,7
Масса m, кг	414

2.3 Выбор тахогенератора

выбираем тахогенератор ЭТ 4/110

 

напряжение Uтг.н, В	110
nмакс, об/мин	1900

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет привода

3.1 Расчет параметров якорной  цепи и выбор сглаживающего дросселя.

Для нахождения параметров якорной  цепи необходимо найти приведенное активное и индуктивность сопротивления трансформатора. Для их нахождения рассчитываются следующие величины:

 

фазный ток вторичной обмотки  трансформатора:

(3.1)

 

 

U_2л – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

активное сопротивление силового трансформатора,  приведенное ко вторичной обмотке:

                                                   .                                 (3.2)

 

 – потери при коротком  замыкании.

общее сопротивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке:

            (3.3)

 

 

индуктивное сопротивление силового трансформатора, приведенное к вторичной  обмотке:

                (3.4)

 

Эквивалентное сопротивление тиристорного преобразователя:

    (3.5)

 

 

Эквивалентное сопротивление якорной цепи:

         _(3.6)

R_дв – сопротивление двигателя.

 

Рассчитаем дроссель для ограничения  зоны прерывистых токов

      (3.7)

- напряжение холостого хода  выпрямителя при полностью открытых вентилях;

f - круговая частота питающего напряжения ;

- граничное значение непрерывного  тока;

p – кратность пульсаций (p=6),

- максимальный угол регулирования,  определяемый по заданному диапазону  регулирования скорости двигателя.

    

     

    

     

 

  

            (3.8)

где - индуктивность двигателя;

- число пар полюсов.

            (3.9)

- индуктивность трансформатора.

                (3.10)

 – индуктивность сглаживающего дросселя.

 – индуктивность сглаживающего дросселя.

 

Рассчитаем дроссель для сглаживания  пульсаций выпрямленного тока:

;         (3.11)

где К=1 – номер гармоники тока;

р=6 - для мостовых схем;

p%=(2-15)%  выберем  р=5% (допустимое  действующее значение основной гармоники тока);

U_dnm – амплитуда основной составляющей выпрямленного напряжения определяющегося по справочнику.

U_dnm = 0,34·U_{d0       (3.12)}

    

    _Гн

     

Рассчитаем дроссель на ограничение тока при опрокидывании инвертора:

 

       (3.13)

где - полное сопротивление якорной цепи ТП-Д;

- ЭДС двигателя в момент  опрокидывания;

- ток двигателя перед опрокидыванием;

- максимально допустимый в  течении одного полу периода  ток двигателя.

   

Наибольшая величина индуктивности  получилась при определении дросселя ограничения пульсаций тока. По этому в систему ставим дроссель с индуктивностью не менее 0,016Гн. СРОС–63/0,5 У4, I_н=100/200А, L=0,016/0,004Гн.

 

 

Постоянная времени якорной  цепи:

       (3.13)

Номинальный момент двигателя:

       (3.14)

P_н, w_н – номинальные значения мощности и скорости двигателя.

Конструктивный коэффициент двигателя:

         (3.15)

                      (3.16)

Коэффициент пропорциональности между  током и моментом двигателя:

         (3.17)

Электромеханическая постоянная времени:

           (3.18)

- суммарный момент инерции  ( = 8,4 кг*м²).

Постоянная времени ТП:

          (3.19)

 

3.2 Расчет коэффициентов усиления

Коэффициент усиления управляемого выпрямителя:

      (3.20)

где K_m – коэффициент периодичности;

E_m - амплитудное значение функции напряжения.

   

   

    

Коэффициент датчика скорости:

         (3.22)

  

         

U_BR, w_BR – номинальное напряжение и скорость тахогенератора.

3.3 Расчет параметров первой зоны

Определим тип регулятора скорости. Для этого найдем погрешность  скорости относительно установленной при номинальной нагрузке

        (3.23)

где Т_п = 0,0167с - постоянная времени преобразователя;

    Т_я = 0,055с – постоянная времени якорной цепи;

      Т_м = 0,089с – электромеханическая постоянная времени.

;        (3.24)

а) оптимальную:

          (3.25)

б) для замкнутой системы:

                       (3.26)

с) желаемую:

           (3.27)

Т.к. то желаемая статическая характеристика – почти абсолютно жёсткая. Такую характеристику может обеспечить регулятор скорости ПИ-типа.