Расчёт переходных процессов в электроприводе за цикл работы

6.   Расчёт переходных процессов в электроприводе за цикл работы

Механическая часть электропривода представлена трехмассовая расчётной схемой. Приведем обоснование перехода к одномассовой расчётной схеме.

Исходная схема:

Рисунок 6 – Расчетная схема, где

:

(кг*м²) (6.1)

 (кг*м²) (6.2)

  (кг*м²) (6.3)

Из справочника выбераем муфты с жесткостью:

Из справочника выбераем муфты с жесткостью:

 (Н*м)

(Н*м) (6.4)

(Н*м) (6.5)

 (Н*м) (6.6)

Так как  и , то схема может быть представлена двухмассовой:

Рисунок 7 – Расчетная схема

(кг*м²) (6.7)

 (кг*м²) (6.8)

 (6.9)

 (Н*м)

Перейдем к одномассовой расчетной схеме, т.к.

 и (*)

Собственная частота:

(с^-1) (6.10)

Желаемая частота среза:

(с^-1) (6.11)

где: а_Т, а_С, b_Т – коэффициенты демпфирования.

Так как выполняется условие (*) осуществляем переход к одномассовой расчетной схеме:

 кг*м² (6.12)

Рисунок 8 – Расчетная схема привода

Расчетная схема механической части привода приведена в графической части. Имеем систему подчиненного регулирования, состоящую из двух контуров: контура тока и контура скорости. Для получения астатической системы и точного поддержания скорости прокатки настраиваем контур тока на МО, а контур скорости на СО.

Составляем структурную схему привода:

При исследовании и расчете систем исходят из математического описания физических процессов, происходящих в них.

Структурные схемы показывают взаимосвязь составных частей и характеризуют их динамические свойства, т.е. являются графическим изображением математического описания элементов системы в динамике.

1)          Структурная схема тиристорного преобразователя.

В целом тиристорный преобразователь, работающий в режиме непрерывного тока, с достаточной точностью можно представить одним динамическим безынерционным звеном с чистым запаздыванием, передаточная функция которого имеет вид:

 (6.13)

где: - общее время запаздывания;

 -время запаздывания силового преобразователя;

(с) (6.14)

- время запаздывания устройства управления;

С достаточной точностью тиристорный преобразователь, работающий в режиме непрерывного тока, можно представить звеном:

 (6.15)

где: (с).

Структурная схема двигателя постоянного тока при управлении напряжением якоря.

При математическом описании двигателя постоянного тока с независимым возбуждением принимаются допущения:

1)         размагничивающее действие реакции якоря считается скомпенсированным;

2)         индуктивность и сопротивление якорной цепи являются постоянными величинами;

3)         магнитный поток линейно зависит от намагничивающей силы.

Для построения структурной схемы двигателя пишем систему дифференциальных уравнений в операторном виде:

где E_тп(p)- изображение ЭДС тиристорного преобразователя;

Е_дв(p) - изображение противо-ЭДС двигателя;

I_я(p) - изображение тока якоря;

r_я.ц. - суммарное сопротивление якорной цепи;

Т_я.ц. - суммарная постоянная времени якорной цепи;

С - конструктивный коэффициент двигателя;

W(p) - изображение скорости вращения электродвигателя;

М_дв(p) - изображение момента развиваемого двигателем;

М_с(p) - изображение момента сил статических сопротивлений;

J_S - суммарный момент инерции привода, приведенный к валу двигателя.

Структурные схемы регуляторов представим в виде Wрт и Wдс , которые при настройке контуров будут определены.

Датчики тока и скорости представлены в виде Кдт и Кдс .

Структурная схема привода приведена в приложении____

В данной структурной схеме учтем нелинейности регуляторов и тиристорного преобразователя. Ограничение на нелинейности тиристорного преобразователя ±Еdo.

Статическая механические характеристики замкнутой системы абсолютно жесткие.

В статике Uзт и Uост равны, следовательно:

 (6.16)

Настройка контура тока на модульный оптимум:

Постоянная времени якорной цепи:

 (6.17)

Т.к.  , то в качестве некомпенсируемой постоянной времени принимаем = = 0,0017(с).

Кроме того исследованиями установлено, что О.С. по ЭДС не существенно усложняет структуру регуляторов. Поэтому при выводе регуляторов учитываться не будет.

В данном случае объект компенсации представляет собой апериодическое звено с

,

поэтому должен быть использован пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор.

 (6.18)

 (6.19)

Преобразуем полученное выражение:

 (6.20)

Настройка контура скорости на симметричный оптимум:

Для настройки контура скорости свернем внутренний контур тока в одно звено:

 (6.21)

При настройке контура скорости можно пренебречь старшими степенями:

 (6.22)

Необходимо условно отбросить внешние воздействия, а также разорвать обратную связь. Запишем передаточную функцию для разомкнутого контура скорости:

 (6.23)

Запишем передаточную функцию контура тока, настроенного на симметричный оптимум, причем

 (6.24)

Приравняем выражения (6.24) и (6.25):

 (6.25)

Из выражения (6.25) находим  с учетом того, что .

 (6.26)

Для получения меньшего перерегулирования на вход системы ставим фильтр:

 (6.27)

Математическая модель привода в среде Matlab приведены в приложении___

Определяем параметры системы:

(с)

(Ом)

(В/рад/с)

 (Н*м/А)

Скорость прокатки задаются автоматически:

(В); (В); (В); (В)

Для обеспечения такого задания скорости на вход системы ставят программатор.

Тахограмма задания скорости – в приложении. Наброс момента осуществляется через 1с после подачи соответствующего сигнала задания скорости.

7. Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

По результатам расчета переходных процессов за цикл работы можно рассчитать эквивалентный ток и следовательно проверить правильность выбора электродвигателя. Эквивалентный ток рассчитывается по следующей формуле:

 (7.1)

Тогда:

(А)

Проверим правильность выбора двигателя по коэффициенту загрузки:

(7.2)

Откуда:

Двигатель загружен на 87,4%, что свидетельствует о правильности его выбора.

8. Разработка схемы электрической принципиальной

Разработка схемы силовых цепей

Управление выпрямителя (UZ1) подключается к промышленной сети переменного тока, через автоматический выключатель (QF1) с помощью магнитного пускателя КМ1. Выпрямленные напряжения и ток с выхода преобразователя подаются на двигатель постоянного тока М1. С целью уменьшения пульсации тока и расширение зоны коммутации двигателя в цепь нагрузки включены два сглаживающих дросселей (Lдр). Обмотка возбуждения двигателя управляется с помощью тиристорного преобразователя (UZ2).Необходимый ток возбуждения устанавливается реостатом RP1.

Управляемый выпрямитель UZ1 осуществляет управление привода. В его состав входит: трансформатор, сглаживающий реактор, шунт, предохранители, система управления (СИФУ), систему защиты, регуляторы тока и скорости. К нему подводится сигнал от датчика скорости и сигналы управления тиристорами мостами (вперед, назад).

Датчик скорости выполнен в виде тахогенератора BR1.

С помощью SB1 и SB2 производится пуск и останов привода.

Для защиты силовых цепей и цепей управления от токов короткого замыкания и перегрева применяются автоматические выключатели.

Выбор элементов схемы

1)     Выбор двигателя постоянного тока М1 – МП1100-620У3(см. пункт 4.1).

2)     Выбор тахогенератора BR

Выбор производим по скорости вращения

ПТ-3111 ТУ 16-512.421-77

- Ном.скорость вращения : n_н=660 об/мин;

- Ном.напряжение питания : Uя=220 В;

- Ном.ток якоря : Iя=0,5 А ;

- Ном.сопротивления якорной цепи : Rя=31,1 Ом ;

3)         Выбор преобразователей UZ1, UZ2 тиристорный преобразователь ТПП1 (см. пункт 4.2).

4)     Выбор сглаживающего дросселя:

Выбираем сглаживающий дроссель СРОС3-800МУХЛ4 (см. пункт 5).

5) Выбираем автоматический выключатель А3730Ф (ТУ 16-522.064-82) со следующими характеристиками:

1.

2.  

3.

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта последовательно были пройдены все этапы проектирования электропривода: произведен выбор двигателя, определен наиболее приемлемый вариант решения поставленной технической задачи; составлена техническая документация.

Итогом выполнения данного проекта стала работоспособная система электропривода, удовлетворяющая своими характеристиками техническому заданию.

Список литературы

1. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию Часть I. Могилев.: ММИ, 1991,–65с.

2. Справочник по автоматизированному электроприводу/ Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского.–М.: Энергоатомиздат, 1983.– 616 с.

3. Ключев В. И. Теория электропривода: Учебник для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1985.– 550 с.

4. Комплектные тиристорные преобразователи/ Под ред. В.М. Перельмутера. М.: Энергоатомиздат. 1988.– 318 с.

5. Конспект лекций и практических занятий по курсу ТЭП/ Под ред. Слуки М.П. и Скарыно Б.Б.–Могилев: Самиздат. 2000. сколько страниц не считал (почти три общих тетрадки).