Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Введение
Основная цель данного курсового проекта это разработка тиристорного электропривода на базе комплектного электропривода БТУ 3601, в процессе выполнения будет необходимо: рассчитать и выбрать элементы силовой части электропривода, построить статические характеристики разомкнутого электропривода, синтезировать и рассчитать параметры регуляторов и смоделировать переходных процессов скорости и тока электропривода с помощью программного пакета MATLAB 6.5. Это позволит приобрести навыки самостоятельного принятия инженерных решений на базе современной полупроводниковой техники при расчете и проектирование систем автоматического управления. 1.
Система электропривода и его функциональная схема
По заданию на курсовой проект был выбрана система электропривода по схеме «тиристорный преобразователь – двигатель» которая, реализована комплектным тиристорным электроприводом БТУ-3601 2.
Расчет и выбор элементов силовой части электропривода
2.1
Выбор силового трансформатора тиристорного преобразователя
Приведем сопротивление обмоток двигателя к нагретому состоянию учтя, что максимальная рабочая температура для изоляции класс B = 90 C: Сопротивление обмотки возбуждения: Сопротивление якорной цепи: Рассчитаем номинальную скорость двигателя: Трансформатор в управляемом вентильном электроприводе необходим для согласования напряжения сети с напряжением двигателя [1]. Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется выражением: где Коэффициент трансформации трансформатора: Так, как коэффициент трансформации равен единице воспользуемся бестрансформаторным варианте схемы, где силовые цепи преобразователя тиристорного электропривода подключаются к сети через анодный реактор. Анодный реактор выбирают по действующему значению номинального тока фазы преобразователя Номинальный ток двигателя равен: электропривод силовой регулятор matlab где Ток фазы первичной обмотки трансформатора: Ток фазы вторичной обмотки трансформатора: Выбираем анодный реактор типа РС 40/1,4 [2]. Его параметры, взятые из справочных данных: 2.2
Проверка и выбор тиристоров
Выбор и проверка тиристоров, принятых к установке в преобразователе, производятся, по трем параметрам: по среднему току, максимальному амплитудному значении напряжения на тиристоре и ударному току внутреннего короткого замыкания [2]. Среднее значение тока, протекающего через тиристор: где: Значение тока, приведенное к классификационным параметрам тиристоров: где Найденный ток Максимальное амплитудное напряжение на тиристоре: где Для нахождения ударного тока внутреннего короткого замыкания (КЗ на стороне постоянного тока, якорная цепь двигателя и реактора вне цепи) определяется амплитуда базового тока: где Ударный ток внутреннего короткого замыкания находится по формуле: где Тиристор будет удовлетворять требованиям, если ток внутреннего короткого замыкания в преобразователе будет меньше По выше найденным соотношениям выбираем тип тиристора [2], типа Т171–200 с техническими данными представленными в табл. 1. Таблица 1 Тип Uпор
, В Umax
, В Imax
cp
, A Iy
д
, kA I2
tтир
, A2
c (du/dt), мкс Т171–200 1,15 500…1200 200 5,2 135000 160 2.3
Выбор катодного дросселя
Так, как пульсации выпрямленного тока существенно ухудшают режим коммутации в двигателе и увеличивают его нагрев, для их сглаживания в схему добавляют катодный дроссель. Для этого необходимо найти амплитудные значения выпрямленного напряжения основной гармоники: где По известной амплитуде переменной составляющей где Индуктивность сглаживающего ректора: где Так, как по расчету получилась отрицательная величина Значение гранично-непрерывного тока якоря двигателя в этом случае можно найти, используя соотношение: где Рассчитаем максимальный угол регулирования где Рассчитаем скорость двигателя при максимальном угле управления: При угле регулирования 3.
Расчет параметров силовой цепи электропривода
d – Коэффициент из табл. 1 [2]. Напряжение преобразователя при работе электропривода в номинальном режиме Угол регулирования, соответствующий номинальному режиму работы: Минимальный угол регулирования должен превышать Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигатель – преобразователь: Электромеханическая постоянная времени электропривода: где: 4.
Построение статических характеристик разомкнутого электропривода
4.1
Естественные характеристики двигателя
Найдем номинальное значение момента двигателя: Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока описывается выражением [3]: Естественную характеристику построим по двум точкам: 1. Точка идеального холостого хода 2. Точка работы при номинальной частоте вращения 4.2
Основные характеристики электропривода
Основная механическая характеристика электропривода описывается уравнением: Основную характеристику построим по двум точкам: 1. Точка идеального холостого хода 2. Точка работы при номинальной частоте вращения 4.3
Характеристики, обеспечивающие минимальную скорость работы электропривода
Минимальную скорость работы электропривода будет обеспечивать напряжение преобразователя равное: 1. Точка идеального холостого хода 2. Точка работы при минимальной частоте вращения 4.4
Характеристики аварийного динамического торможения
Механическая характеристика динамического торможения описывается выражением: где Все полученные характеристики построены на рис. 2 и рис. 3. Рис. 2 Рис. 3 5.
Синтез и расчет параметров регуляторов в линеализованных системах управления частотой вращения электропривода
5.1
Структурная схема автоматизированного электропривода
При проектировании электропривода двухконтурной схемой с контурами регулирования скорости и тока, линеаризованная структурная схема двухконтурного автоматизированного электропривода регулирования частоты вращения представлена на рис. 4. Рис. 4 Где передаточные функции звеньев двигателя:
W
1
(р),
W
2
(р),
W
3
(р)
; преобразователя
W
П
(
p
)
и передаточные функции фильтров W
ОС
(
p
),
W
ОТ
(
p
)
, положительная обратная связь с передаточной функцией W
4
(р)
служит для компенсация внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, передаточные функции регуляторов W
РС
(
p
),
W
РТ
(
p
)
и их параметры будут определен в процессе синтеза методом подчиненного регулирования. Тиристорный преобразователь является звеном, передаточная функция которого: где – Коэффициент обратной связи по току: где Расчетное значение коэффициента обратной связи по скорости определяется выражением: где Синтез начинаем с внутреннего контура – контура тока. 5.2
Синтез контура регулирования тока (КРТ) якоря двигателя
Структурная схема контура тока представлена на рис. 5, на которой: k
Т
– коэффициент обратной связи по току; W
РТ
(р)
– передаточная функция регулятора тока, которая подлежит определению. Рис. 5 При синтезе прими следующие допущения: · Пренебрежем влиянием ЭДС вращения в контуре тока якоря. · Не учитывается влияние внутренней обратной связи по ЭДС двигателя Настройку регулятора тока будем осуществлять на технический оптимум, следовательно, разомкнутый контур тока должен имеет передаточную функцию: Следовательно, передаточная функция регулятора тока по схеме рис 4 определится из условия: и при где 5.3
Синтез контура регулирования скорости (КРС) электропривода
Контур скорости будем настраивать на симметричный оптимум для обеспечения астатизма САУ. Контур скорости является внешним по отношению к контуру тока. Структурная схема контура скорости электропривода при тех же допущениях показана на риc. 6. Рис. 6 Примем некомпенсируемую постоянную времени в контуре скорости: При настройке на симметричный оптимум, разомкнутый контур скорости должен имеет передаточную функцию: Следовательно, передаточная функция регулятора скорости определится из условия: Следовательно, передаточная функция регулятора скорости при настройке контура скорости на симметричный оптимум: где При настройке на симметричный оптимум для уменьшения перерегулирования на вход системы необходимо установить фильтр с передаточной функцией: Частота пропускания системы подчиненного регулирования скорости электропривода при настройке его на симметричный оптимум и наличии фильтра на входе равна 6.
Моделирование переходных процессов скорости и тока электропривода на ЭВМ с помощью пакета MATLAB
Для проверки расчетов регуляторов делаем моделирование системы электропривода в прикладном пакете программ MATLAB6.5. Структурная схема электропривода представлена на рис. 7. Рис. 7 Переходные процессы по скорости и току при пуске вхолостую, разгоне до минимальной скорости, с последующим разгоном до номинальной скорости, далее торможением до минимальной скорости и остановкой на рис. 8. Рис. 8 Переходные процессы по скорости и току при пуске вхолостую с последующим реверсом и остановкой на рис. 9. Рис. 9 Переходные процессы по скорости и току при разгоне до номинальной скорости с последующими набросом и сбросом нагрузки на рис. 10. Рис. 10 7.
Расчет параметров регуляторов тока, скорости, и выбор их элементов
Расчёт параметров регуляторов тока, скорости в системе подчиненного регулирования выполняется по расчетной схеме рис. 11 и передаточным функциям регуляторов. В расчётной схеме рис. 6.1 приняты следующие обозначения: ВА – датчик тока, (UВА
=kВА
I); BR – датчик скорости вращения (UBR
=kBR
щ); УП – управляемый преобразователь совместно с системой управления им; kВА
, kBR
– коэффициенты передачи датчиков тока и скорости; R’зс
– сопротивление в обратной связи усилителя при реализации на нем П-регулятора скорости. Рис. 11 Принимая величину сопротивления Сопротивление По расчетным значениям выбираем типовые резисторы и конденсаторы [4]. Выбираем резистор С5–42В соответственно ряду Е96 на 4.99 кОм, 787 Ом, 69,8 кОм и 681 Ом. Выбираем конденсатор типа К73–1б емкостью 0.15 мкФ [5]. Полностью аналогично для регулятора скорости: Принимая величину сопротивления Сопротивление По расчетным значениям выбираем типовые резисторы и конденсаторы [4]. Выбираем резистор С5–42В соответственно ряду Е96 на 4.99 кОм, 16,9 кОм, 78,7 кОм и 370 Ом. Выбираем конденсатор типа К73–1б емкостью 3,9 мкФ [5]. 8.
Описание датчика проводимости вентилей БТУ-3601
Поскольку в мостовой схеме выпрямления для протекания тока в проводящем состоянии должны находиться минимум два тиристора из разных групп (один из анодный и другой из катодный), достаточно контролировать проводящее состояние тиристоров какой либо группы. В преобразователе осуществляется контроль состояния тиристоров катодной группы комплекта «Н» (соответственно – анодной группы комплекта «В»). Принципиальная схема ДПВ приведена на рис. 12. Рис. 12 В непроводящем состоянии на переходах анод – катод тиристоров существует переменное напряжение, равное фазному напряжению вторичной обмотки силового трансформатора. Параллельно тиристорам подключены RC-цепочки, выполняющие функцию защиты тиристоров от перенапряжений. Величина сопротивления RC-цепочки при указанных на схеме номиналах R и С составляет около 13 кОм на частоте сети, т.е. оказывается вполне достаточной, чтобы обеспечить входной ток оптрону. Напряжение каждой RC-цепочки через согласующие резисторы подается на диодные мосты V4, V5, V6, нагруженные на светодиоды оптронов V7, V8, V9. непроводящее состояние тиристоров соответствует засвеченному состоянию фотодиодов в оптронах, имеющих в этом случае малую величину сопротивления, достаточную для того, чтобы транзисторы V10, V11 находились в закрытом состоянии, т.е. ДПВ вырабатывает логический сигнал единичного уровня Uб.а.
=1. Если какой-либо из тиристоров находится в проводящем состоянии, падение напряжения на соответствующей RC-цепочке равно нулю, поэтому через светодиод одного из оптронов не будет проходить ток. Фотодиод этого оптрона будет иметь большую величину сопротивления, приводящую к открытию транзисторов V10 и V11. Таким образом, во время проводящего состояния какого-либо из тиристоров ДПВ формирует логический сигнал нулевого уровня Uб.в.
=0. В зависимости от номинального выпрямленного напряжения преобразователя (напряжения вторичной обмотки силового трансформатора) на сопротивлениях, согласующих силовое напряжение на тиристорах с входным токов оптронов, устанавливаются следующие перемычки: для номинального выпрямленного напряжения 115 В 3–9, 4–10, 5–11; для номинального выпрямленного напряжения 230 В 3–6, 4–7, 5–8. Практически ДПВ имеет зону нечувствительности, проявляющуюся в виде провалов в сигнале Uб.в.
в моменты перехода через нуль напряжений на RC-цепочках. Поэтому в случае, если ни один тиристор моста не проводит, в сигнале Uб.в
все равно имеются короткие импульсы нулевого уровня [1]. Заключение
В процесс выполнения курсового проекта был разработан тиристорный электропривод на базе комплектного электропривода подачи БТУ-3601. Были рассчитаны и выбраны по справочной литературе силовые элементы привода. Осуществлен синтез регуляторов на основе метода подчиненного регулирования и выполнено проверочное моделирование. Проверка показала, что система отвечает заданным требованиям по диапазону регулирования и относительной погрешности регулирования на малой скорости. В заключении был описан процесс работы датчика проводимости вентилей. Литература
1) Чернов Е.А., Кузьмин В, П., Синичкин С Г. Электроприводы подач станков с ЧПУ: Справочное пособие. – Горький: Волго-Вятское книжн. изд-во, 1986. – 234 с. 2) Симаков Г.М., Гринкевич Д.Я. Системы управления электроприводами: метод пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. – 78 с 3) Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1982 – 416 с. 4)
Резисторы: Справочник / Ю.Н. Андреев. А.И, Антонян, Д.М. Иванов и др.; Под ред. И.И. Четверткова. – М.: Энергоиздат, 1981. –352 с. 5) Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяков, В.И. Каратанов, В.И. Присняков и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.Ф, Смирнова. – М.: Радио и связь, 1983. – 576 с.
|