Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский Институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Кафедра электротехники, вычислительной техники и автоматизации
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ
Тема: “Автоматизированный электропривод главного движения карусельного станка”

Задание 2, вариант 3

Выполнил студент: Романов П.С. ________________________

Курс 5 Группа 5445 Шифр №__________________________

Руководитель проекта: д. т. н., проф. Шестаков В.М.

Проект допущен к защите _____________________________________________

Проект защищен с оценкой ___________________________________________

Дата _______________ Подпись руководителя __________________________

Санкт-Петербург
2011 г.
Содержание

Введение.
Глава 1. Расчет и выбор силовых элементов
1.1. Выбор электродвигателя
1.2. Выбор силового преобразователя
1.3. Выбор сглаживающего дросселя
1.4. Определение коэффициента передачи и постоянных времени силовых
элементов.
Глава 2. Компоновка и расчет статики СЭП
2.1. Выбор структуры САУ ЭП
2.2. Построение функциональной схемы САУ
2.3. Расчет статических характеристик СЭП
2.4. Выбор элементов САУ и расчет параметров обратных связей
Глава 3.Синтез и расчет динамики СЭП с учетом упругости механической передачи
3.1. Составление передаточных функций звеньев СЭП
3.2. Построение структурной динамической модели и синтез регуляторов
3.3. Построение логарифмических частотных характеристик и исследование динамики СЭП
4.Выводы
Графики.
Список литературы.

Введение

Проектирование является важным этапом при разработке автоматизированных электроприводов (АЭП). Качество проектирования в значительной степени определяет качество функционирования АЭП.
Данный проект выполнен применительно к конкретным агрегатам с учетом реальных условий промышленной эксплуатации.
САУ по якорной цепи и цепи возбуждения двигателя целесообразно построить на базе унифицированных систем подчиненного регулирования с соответствующими контурами. В качестве регуляторов могут быть применены операционные усилители или микропроцессоры, в качестве датчиков и задающих устройств – стандартные устройства системы УБСР.
Оптимизация динамики системы производится с учетом влияния упругой механической системы станка, которая рассматривается в виде эквивалентной двухмассовой системы с учетом частоты упругих колебаний ω = 110 с-1 и коэффициентом демпфирования ξ = 0,05. При необходимости вводятся дополнительные средства коррекции, предназначенные для оптимального подавления упругих колебаний. Расчет переходных процессов по скорости выполняется для ступенчатых управляющего и возмущающего воздействий.
Управляющее воздействие считается равным 0,4, а изменение момента сопротивления ΔМ =50% от номинального значения.
Далее определяются настроечные параметры регуляторов (для операционных усилителей) или составляются блок-схема алгоритма и программа (для микропроцессорных регуляторов).
На основании выполненных расчетов и принятых технических решений разрабатывается принципиальная электрическая схема системы электропривода карусельного станка с устройствами управления и защиты.

Техническое задание на курсовое проектирование

Исходные данные для проектирования АЭП
Задание 2, вариант 3

Наименование величин Значения
Усилие резания

1,7
Скорость резания V, м/мин 45
Номинальный КПД станка
0,8
Максимальная скорость планшайбы
0,35
Общий диапазон регулирования скорости
90
Величина перерегулирования скорости по управлению
5
Длительность переходного процесса при управляющем воздействии
0,4
Длительность переходного процесса при возмущающем воздействии
не более 1,0
Динамическая ошибка замкнутой системы
не более 5
Момент инерции вращающихся частей, приведенный к валу двигателя
1,5
Частота упругих колебаний механической системы
110
Коэффициент демпфирования упругих колебаний
0,05
Система электропривода Тиристорный преобразователь-двигатель

Глава 1. РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

1.1.Выбор электродвигателя главного движения карусельного станка.

Требуемая мощность приводного электродвигателя шпинделя станка рассчитывается для длительного режима работы по формуле:

,
где, F - усилие резания, Н ;
υ- скорость резания, м/мин;
- КПД станка.
Р кВт
по рассчитанной мощности выбираю двигатель: так как требуемая мощность двигателя 160 кВт, то тип двигателя 2ПФ315MУХЛ4.
Таким образом, технические данные электродвигателя постоянного тока 2ПФ315MУХЛ4:
- мощность электродвигателя Pн = 160 кВт
- частота вращения номинальная n = 1500 об/мин ;
- частота вращения максимальная n =2800 об/мин;
- ток якоря I =400 А;
- КПД  =88,6 % ;
- сопротивление обмотки якорной цепи R = 0,0185 Ом ;
- сопротивление обмотки возбуждения R = 28 Ом ;
- число проводников якоря N =220;
- число витков обмотки возбуждения =770;
- число главных полюсов 2Р =4;
- момент инерции J =7 кг*м ;
- номинальное якорное напряжения U =440 В;
- номинальное напряжения возбуждения U =220 В;
- число параллельных ветвей обмотки якоря 2а=2;
- управление скоростью электропривода - двухзонное.
Передаточное число редуктора находится по формуле:
i =
где, -максимальная скорость двигателя,
- максимальная скорость план-шайбы.
, с

i =

Индуктивность цепи якоря двигателя приближенно может быть рас¬считана по формуле Линвиля-Уманского:

где,:
- номинальный ток якоря, А = 400А;
- номинальное якорное напряжение двигателя = 440 В;
- число пар полюсов = 2 , так как 2 = 4;
- коэффициент компенсации при наличии компенсационной об¬мотки = 0,25...0,3. =0,25;
- номинальная угловая скорость двигателя
- вычисляется по формуле:
где, -номинальная частота вращения

Расчет активного сопротивление якорной цепи двигателя при температуре равной 150 °С , где -активное сопротивление якорной цепи двигателя при температуре равной 20 °С.

1.2. Выбор силового преобразователя

В работе должен быть выбран стандартный тиристорный преобразователь с учетом допус¬тимой перегрузки по току (определяется кратностью пускового тока двигателя и длительностью пуска привода). Исходя из условий: > , > , выбираем тиристорный преобра¬зователь. Номинальное напряжение ТП ( ) работающего на якорь двигателя, должно быть ближай¬шим большим к номинальному якорному напряжению двигателя ( ).

= 440 В, = 400 А.

Исходя из требований, получаем: Преобразователь типа КТЭ 500/440.

Тип преобразователя Напряжение
U , В
Ток
номинальный
I , А
Ток
максимальный
I , А
КПД
,%
КТЭ 500/440 440 500 1000 95
Уравнение характеристики СУТП:
 =
Максимальный ток – ток, при котором допускается работа агрегата в повторно- кратковременном режиме в течение 15 с. со времени цикла 10 мин при условии, что среднеквадратичное значение тока не превышает номинального значения. Управление реверсивным тиристорным агрегатом - раздельное. Силовая часть преобразователя построена по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Число пульсаций ТП для мостовой схемы m=6.
Агрегаты с номинальным напряжением 440 В предназначены для непосредственного подключения к сети с линейным напряжением 380 В.
Для дальнейших расчетов необходимо определить индуктивность L и активное сопротивление R силовой цепи преобразователя.
Индуктивность L определяется как сумма индуктивностей элементов силовой цепи. В зависимости от выбранной схемы в L могут входить индуктивности силового трансформатора L , токоограничивающих реакторов L и уравнительного реактора L .
L =L + L + L
В рассматриваемой схеме нет уравнительного реактора и силового трансформатора, следовательно
L = L ∙ 2

Следуя условию: I ≈ , аналогично тиристорному преобра¬зователю выберем токоограничивающий реактор ТОР, исходя из:

Получаем: Трехфазный токоограничивающий реактор типа РТСТ-410-0,101 У3
Тип реактора Ток
, А
Напряжение сети
U , В
Индуктивность
L , мГн
Активное сопротивление
R , Ом

РТСТ-410-0,101 УЗ 410 410 0,1 0,00405

L = L ∙ 2 = Гн
Сопротивление R , в свою очередь, определяется как сумма сопротивлений элементов силовой цепи. В общем случае в R могут входить сопротивления силового трансформатора R , токоограничивающих реакторов R , уравнительного реактора R , тиристоров R , коммутационное R .
R =R + R + R + R + R
В моем случае:
R = 2R + R
Сопротивление коммутации Rк рассчитываем по формуле:
R = L •f•m
где L - индуктивность анодной цепи тиристора L = L = 0,1 мГн;
f - частота питающей сети (50 Гц);
m - число пульсаций ТП (для мостовой схемы m = 6).
R = • 50 • 6 = 0,03 Ом
R = 2 ∙ 0,00405 + 0,06 = 0,038 Ом

1.3. Выбор сглаживающего дросселя

При работе тиристорного преобразователя на якорь двигателя в ряде случаев необхо¬дим сглаживающий дроссель. Эту необходимость следует проверить, так как параметры силовой цепи тиристорного преобразователя и конструктивные особенности двигателя могут допускать бездроссельный вариант привода. Основными расчетными параметрами дросселя являются его номинальный ток I и индуктивность L .
При выборе дросселя по току справедливо условие: I >
Индуктивность дросселя: L =L - (L + L )
L - полная индуктивность якорной цепи
L - индуктивность тиристорного преобразователя
L - индуктивность двигателя
Требуемое значение L , рассчитывается по условию ограничения пуль¬саций тока до допустимого для машины уровня:
L =
где,
е - относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения (для широко регулируемых ЭП е =0,22….0,24). Выберу е =0,23
Е - максимально выпрямленная ЭДС ТП
E = 1,35•U2л= 513 В
i - относительная величина эффективного значения первой гармо¬ники выпрямленного тока (для двигателей серии 2ПФ и 4ПФ i = 0,07)
 - угловая частота пульсаций
Найду  :  = 2••f•m
Где f-частота питающей сети (50 Гц)
m-число пульсаций ТП (для мостовой схемы m=6)
 = 2•3,14•50•6= с
Таким образом, L = =2,236 Гн
L =L - (L + L ) = 9,859 >0
Дроссель нужен.
Значение L , найденное по условию сглаживания пульсаций, следует проверить по условию ограничения зоны прерывистых токов: I < I
где: I - минимальный рабочий ток двигателя.
Определим: I по формуле:
I = 0,2 • I
I = 0,2 •400= 80 А
Гранично-непрерывный ток I растет с увеличением угла управления тиристорами , поэтому его следует определить по формуле:
I =
где:  =arccos( )
где: E = к• Ф• + I •R
кФ-коэффициент передачи по магнитному потоку
R -полное активное сопротивление якорной цепи ТП-Д, R =R +R +R
Так как, сглаживающий дроссель еще не выбран, то его сопротивление R определяется приближенно по формуле:
R =
U -падение напряжения на дросселе
U = 0,01•U
U =0,01•440=4,4 В
R = Ом
R =0,023125+0,038+11 =0,072 Ом
 =
где,  -минимальная угловая скорость,
- максимальная угловая скорость двигателя 293 c
D- диапазон управления скоростью D = 90
 = =3,258 с

кФ=
кФ= =2,74 В·с
E =2,74•3,25+400•0,072 =37,862 В
 =arccos =86°
I = 67,82 A
Условие I <I выполнено, т.к. 67,82<80 [A]
Дроссель нужен, для обеспечения непрерывного тока ТП.

Исходя из условия: выбираем сглаживающий дроссель:
РСОС-500/0,5
Тип дросселя Ток, I А
Индуктивность L, мГн
РСОС-500/0,5 500 А 1,25
Определяем уточнённое значение L
L = L + L +L
L =8,76•10 +0,2•10 +1,25 =2,5 Гн

1.4. Определение коэффициентов передачи и постоянных времени силовых элементов

В работе следует использовать динамические коэффициенты передачи звеньев СЭП, определяемые как отношение приращения выходной перемен¬ной к приращению входной переменной в точке статической харак¬теристики звена.
Коэффициент передачи двигателя при управлении напряжением якоря:
= ,
= = 0,365
Коэффициент передачи двигателя по возмущению - изменению Мс;
= ,
= = 9,523•
Коэффициент передачи тиристорного преобразователя (ТП)
= =
где Етпв- ЭДС ТП в верхней рабочей точке ( значение ЭДС ТП в нижней точки найдено в п. 1.3).
Е = кФω + I ∙ R
Е =2,74·157+400·0,072=461,49 В
Из общей формулы зависимости ЭДС ТП от управляющего напряжения Uy при стабилизированном пилообразном опорном напряжении:
Е = Е sin ( ),
Е =513 В
U =10 В, таким образом:
Построим зависимост
Е от U : Е =513•sin(9• U )

0 1 2 3 5 6 7,4 8 9 9,5 10
0 80,28 158,58 232,98 362,87 415,17 471,03 488,06 506,86 511,6 513

Рисунок 1. Регулировочная характеристика ТП

Е =кФω + I R
ω =
=
= =195,38 с
ω = =2,17 с
Е =2,74·2,17+400·0,072=37,862 В
U = arcsin( )
U = arcsin( )=7,121 В
U = arcsin( )
U = arcsin( )=0,47 В

К =
К = =63,696
Электромагнитная постоянная времени цепи преобразователь-двигатель Т :
Т =
Т = =0,035 с
Электромеханическая постоянная времени привода Т :
Т =

J -суммарный момент инерции ЭП
J =J +J
J =7 кг·м , так как в техническом задании дано, что J / J =1,5, тогда составив пропорцию получаю J =10,5 кг·м
Таким образом,
J =10,5+7 =17,5 кг·м
Т = c

Глава 2. КОМПОНОВКА И РАСЧЕТ СТАТИКИ СЭП

2.1. Выбор структуры САУ ЭП

В соответствии с техническим заданием в курсовой работе рассматриваем двухконтурную систему регулирования скорости.
При выборе типа элементов САУ следует ориентироваться на отечественную систему УБСР-АИ.

Данные элементов УБСР-АИ
Тип элемента Наименование
Элемента Характеристики элемента
U ,В
R ,кОм
R ,кОм

У2-АИ
У4-АИ Операционные усилители ±10 150 2 Не менее
10000
ДТ-1АИ Датчик тока 0,075…0,2 0,01 2 40…140
ДН-1АИ Датчик напряжения ±10 10 2 1

2.2. Построение функциональной схемы САУ

Функциональная схема САУ позволяет определить основные функциональные связи между звеньями системы Рис.2, где введены следующие обозначения:

Рисунок 2. Функциональная схема СЭП с двухзонным управлением.

ЗС - задающее устройство скорости;
РС, РЭ - регулятор скорости, ЭДС;
БО1, БО2 - блок ограничения выходного сигналя регулятора скорости, регулятора ЭДС;
РТЯ, РТВ - регулятор тока якоря, возбуждения;
ТП, ТВ - тиристорный преобразователь, возбудитель;
ДТЯ, ДТВ - датчик тока якоря, возбуждения;
ДН, ДЭ - датчик напряжения, ЭДС;
Д - электродвигатель ;
ДС - датчик скорости ;
ОВД – обмотка возбуждения двигателя;
БМВ – блок выделения модуля сигналя датчика ЭДС;
- заданное напряжение скорости ;
- напряжение обратной связи по скорости.

В качестве типовых регуляторов тока и скорости могут использоваться пропорциональные, пропорционально-интегральные, пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы.
2.3. Расчет статических характеристик СЭП

В этом пункте рассчитаю и построю механические характеристики двигателя  = f (M) в разомкнутой системе на верхней и нижней скоростях по уравнению. Строятся графики на рабочем отрезке Мс(М = МН).
 = ,
где Мс = - статический момент двигателя

Мс = Н·м

при М = 0 = , при М = Мс = ,

= с с

при М = 0 , при М = М ,

с с

Расчет значения скорости для второй зоны регулирования при ослаблении магнитного потока в 2 раза КФmin = получаем:
при М = 0 , при ,

с с -1

Рисунок 3. Механические характеристики двигателя.

На полученных механических характеристиках двигателя были показаны рабочие точки при граничных скоростях и моментах сопротивления и показана зона ограничения по условию коммутации во второй зоне управления. По характеристикам определяем статизм разомкнутой системы на верхней и нижних скоростях ЭП по формулам:

2.4 . Выбор элементов САУ и расчет параметров обратных связей

При использовании аналоговых регуляторов на базе операционных уси-лителей, например, регуляторов серии УБСР-АИ (рис.4), коэффициент передачи об¬ратной связи по скорости можно определить следующим образом:

В•с
где - максимальное значение управляющего напряжения задающего устройства (для элементов УБСР-АИ = 10 В );
- номинальная угловая скорость двигателя.
В качестве датчиков скорости могут применяться тахогенераторы постоянного тока типов ТМГ, ТГ, ТД, ПТ и другие. Тахогенератор выбирается из условия:
> , так как
= 2800 об/мин
Исходя из условий выбираю тахогенератор ТД-110
Коэффициент передачи 0,48 В·с

Сопротивление обмотки якоря RТГЯ = 66 Ом
Макс. ток нагрузки IТГmax = 0,15 А
Макс. частота вращения nТГн = 3000 об\мин
Напряжение возбуждения UТГв = 27 В
Ток возбуждения, А IТГв = 0,30 А

Рисунок 4. Функциональная схема включения датчика и регулятора скорости.

Рассчитаем коэффициент передачи датчика скорости

где - коэффициент передачи потенциометра;
- коэффициент передачи сглаживающего дросселя RC – фильтра;
- коэффициент передачи тахогенератора.
В•с
Определим коэффициент приведения обратной связи по скорости к задающему входу регулятора скорости:

= В•с
В системах подчиненного регулирования рекомендуется использовать датчик тока УБСР-АИ, подключенный к стандартному шунту. Шунт типа 75ШС имеет падение напряжения при номинальном токе равным: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 500 А,
ток выбираю исходя из условий ≥ I .
Коэффициент передачи шунта

= = 0,00015
Коэффициент передачи датчика тока

где - коэффициент усиления датчика тока ДТ-1АИ;
- коэффициент передачи шунта.
Тип элемента Наименование
Элемента Характеристики элемента
U ,В
R ,кОм R ,кОм

ДТ-IАИ Датчик тока 0,075…0,2 0,01 2 40…140

Коэффициент передачи обратной связи по току в системах подчиненного регулирования определяется выражением:

где = 10 В - напряжение ограничения регулятора скорости, получаемое с помощью соответствующего блока ограничения
– максимальное значение тока якоря двигателя
=
= 2 · 400 = 800 А
=
Рассчитаем коэффициент приведения обратной связи по току к задающему входу регулятора тока:


Глава 3 .СИНТЕЗ И РАСЧЕТ ДИНАМИКИ СЭП С УЧЕТОМ УПРУГОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

3.1. Составление передаточных функций звеньев СЭП

Построенная функциональная схема СЭП (Рис.2), даёт возможность выделить отдельные динамические звенья САУ 1-го и 2-го порядка. Для каждого динамического звена надо составить его передаточную функцию и структурную схему.
Тиристорный преобразователь вместе с системой управления (СУТП) и фильтром для сглаживания пульсаций входных сигналов в первом приближении представляется апериодическим звеном с передаточной функцией

где - постоянная времени ТП,
= - время запаздывания силовой части ТП;
= (0,003…..0,005)с - постоянная времени фильтра.
=
= 0,0016 + 0,004 = 0,0056
=
Датчики скорости и тока при наличии фильтров на выходе считают апериодическими звеньями с передаточными функциями
.
Постоянные времени датчика скорости = 0,005…0,02c, датчика тока
= 0,002…0,003c.
=
=
Передаточная функция ДПТ с учетом упругости механической части ЭП

где - постоянная времени, определяющая упругий резонанс на частоте ;
- постоянная времени, характеризующая "провал" в ЛАХ объекта на частоте ;
- коэффициент соотношения инерционных масс;
и - коэффициенты демпфирования упругих звеньев.

Передаточная функция механической части ЭП приведенной к валу двигателя


Передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора, построенного на базе операционных усилителей, представлена в виде:

β - динамический коэффициент усиления
τ - постоянная времени настройки регулятора

Построенная структурная схема имеет вид:

Рисунок 5 Структурная схема СЭП с упругой передачей


3.2. Построение структурной динамической схемы и синтез регуляторов.

На основании разработанной функциональной схемы и передаточных функций звеньев СЭП построю динамическую структурную схему (ДСС) системы, обозначая на ней соответствующие функциональные звенья и переменные (регулируемые) параметры.

Рисунок 6 Динамическая структурная схема САР.

При преобразовании исходной структурной схемы можно пренебречь внутренней отрицательной обратной связью по ЭДС двигателя т. к. изменение ЭДС тиристорного преобразователя на много больше ЭДС двигателя ( )
В системах подчиненного регулирования оптимизация контуров обычно выполняется в соответствии со стандартными настройками с учетом условий работы СЭП и соотношения параметров объекта управления.
В САР скорости контур тока чаще всего настраивается на наибольшее быстродействие оптимум по модулю (ОМ), а контур скорости на симметричный оптимум (СО). Определим параметры ПИ-регулятора тока по формулам
; с


где - суммарная малая постоянная времени контура тока.

с

Передаточная функция разомкнутого контура тока:


Передаточная функция замкнутого контура тока:

так как q < 0,5 то надо применить вторую ступень оптимизации, то есть применим активный фильтр.
; с
где - частота упругих колебаний механической системы ( = 110 );
- коэффициент демпфирования упругих колебаний ( = 0,05).
;
с

с-1
Для подавления упругих колебаний в механической системе, вводим в САУ дополнительное средство последовательной коррекции на активном режекторном фильтре (АРФ) с передаточной функцией:
где =1; = 0,5…1 – обеспечивает в большинстве случаев удовлетворительную динамику СЭП при управляющем Uзс и возмущающем Мс воздействиях.

После синтеза регуляторов определяем статическую ошибку Δνсз замкнутой СЭП на верхней и нижней скоростях и строим соответствующую механическую характеристику (рисунок 7).
Для нашей двухкратноинтегрирующей системы с ПИ-РС:

где - коэффициент усиления регулятора скорости в статике ( = 10000).
- изменение статического момента на валу двигателя:

Н м
- значение скорости в рабочей точке
• на нижней скорости при

• на верхней скорости

Рисунок 7 Механические характеристики двигателя после синтеза регуляторов, т.е. в замкнутой системе.

При синтезе СЭП с двухзонным регулирование скорости, необходимо также оптимизировать процессы в цепи возбуждения ДПТ, с этой целью определяем основные параметры контура тока возбуждения двигателя:
Постоянная времени возбуждения двигателя

где - постоянная времени контура тока возбуждения;
- коэффициент рассеивания потока двигателя, учитывающий наличие потоков рассеивания ( = 1,15..1,25) выберу =1,2;
- коэффициент намагничивания.

где Вб – номинальный поток возбуждения;
- число витков обмотки возбуждения;
- номинальный ток обмотки возбуждения.
Для того чтобы найти коэффициент намагничивания необходимо построить типовую кривую намагничивания ДПТ.

Рисунок 8 Кривая намагничивания двигателя постоянного тока.

Из графика видно, что = 6044 А∙В;
= 0,02

Номинальный ток обмотки возбуждения

А
Исходя из условий: , выберу тиристорный возбудитель.
В, А

Исходя из требований получаем: Тиристорный возбудитель типа КТЭУ 10/220

Тип преобразователя Напряжение
, В
Ток
номинальный
I , А
Ток
максимальный
I , А
КПД
,%
КТЭУ 10/220 220 10 40 85

Уравнение характеристики СУТП:
 =
Максимальный ток – ток, при котором допускается работа агрегата в повторно- кратковременном режиме в течение 15 с. со времени цикла 10 мин при условии, что среднеквадратичное значение тока не превышает номинального значения. Управление реверсивным тиристорным агрегатом - раздельное. Силовая часть преобразователя построена по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Агрегаты с номинальным напряжением 220 В предназначены для подключения к сети с линейным напряжением 380 В через силовой трансформатор, вторичное напряжение которого равно 220…230 .
Расчет активного сопротивления обмотки возбуждения двигателя при температуре 150 0С.
Ом
с
Эквивалентная постоянная времени возбуждения двигателя
= +
где
с
Коэффициент обратной связи по току возбуждения

где - напряжение ограничения регулятора ЭДС (для УБСР-АИ В).

При оптимизации процессов в цепи возбуждения двигателя контуры тока возбуждения и ЭДС, чаще всего настраиваются на оптимум по модулю (ОМ). При этом параметры ПИ-регулятора тока возбуждения определяются формулами:


где - коэффициент передачи и постоянная времени тиристорного возбудителя;
- коэффициент передачи датчика потока ( = 0,5..1) выберу =0,7

где - максимальная выпрямленная ЭДС ТВ и рассчитывается по следующей формуле:

где = 220 В – фазное напряжение
= 0….10 В


с
- коэффициент передачи датчика потока 0,5…1 (выберу 1)

с
ПИ-регулятор ЭДС настраивается на оптимум по модулю (ОМ)


где постоянная времени датчика ЭДС;

с
- конструктивная постоянная двигателя;


- коэффициент обратной связи по ЭДС двигателя;


где - номинальная ЭДС двигателя


- напряжение ограничения задатчика ЭДС (для серии УБСР-АИ
=10 В)


0,035 с

3.3 Расчет переходных процессов, построение логарифмических частотных характеристик и исследование динамики СЭП

Рисунок 9 – Блок схема моделирования САР в MatLab

Рисунок 10 – Переходной процесс по управляющему воздействию – скорость двигателя

Рисунок 11 – Переходной процесс по управляющему воздействию – скорость механизма

Рисунок 12 – График тока по управляющему воздействию

Рисунок 13 – Переходной процесс по возмущающему воздействию – скорость двигателя

Рисунок 14 – Переходной процесс по возмущающему воздействию – скорость механизма

Рисунок 15 – Ток якоря по возмущающему воздействию

Рисунок 16 – График ЛЧХ разомкнутой СЭП

Выводы

Целью курсового проекта являлось спроектировать автоматизированный электропривод главного движения карусельного станка, выполнить расчет статики и произвести оптимизацию динамики САУ. При выполнении оптимизации коэффициент ПИ регулятора скорости стали
1= 25, 1=0,25 с (расчетные значения 1=41,244, 1=0,057 с)
В результате оптимизации были получены графики переходных процессов по возмущению и по управлению:
1. по управлению:

- Перерегулирование:

где,: - максимальное значения выходной переменной, (находится из Рисунков 10-11)
- установившиеся значения выходной переменной, (находится из Рисунков 10-11)

Что не удовлетворяет техническому заданию, по которому перерегулирование должно составлять 5%.
Для снижения перерегулирования необходимо на вход контура скорости поставить апериодический фильтр с параметрами kф = 1,

- Время переходного процесса.
Границы установившегося значения

Отложив на графике 5 %-ю область получили время переходного процесса

,

что удовлетворяет техническому заданию, в соответствии с которым

2. по возмущению:

- Время переходного процесса:
Отложив на графике 5 %-ю область получили время переходного процесса

,

как видно из графиков (Рисунок 13-14) переходного процесса по возмущению, переходный процесс успевает закончится за 1 секунду, что соответствуют техническому заданию курсового проекта.
Достоинства спроектированной СЭП:
- унификация настроек регуляторов, посредством которой можно достигнуть высокой точности
и требуемого быстродействия;
- возможность разогнать двигатель выше номинальной скорости (ωН);
- высокий КПД (89%);
- надежность работы преобразователя;
- в 1-ой зоне двигатель полностью используется по моменту (М=const), а во 2-ой зоне по мощности (Р=const).
Виды защиты СЭП:
- автоматический выключатель АВ реализует максимальную (защита от КЗ) и тепловую защиту
(защита от небольших, но длительных перегрузок по току).
-реле обрыва поля РОП: при обрыве поля скорость двигателя ωД неограниченно возврастет.
Двигатель пойдет в разнос. При срабатывании реле двигатель отключается.
- Минимальная защита (защита от самозапуска) реализуется линейным контактором через
кнопки «Пуск – Стоп». Если напряжение падает на 20-25%, то катушка линейного контактора
отпадает и он размыкает силовые контакты в цепи двигателя.
- защита от перенапряжения осуществляется с помощью RC – цепей.

Список литературы

1. Д-р. техн. наук, проф. В.М.Шестаков, канд. техн. наук А. Е. Епишкин «Автоматизированный электропривод». Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 2102». ЛМЗ- ВТУЗ Санкт-Петербург, 2004.
2. Конспект лекций по АЭП
3. Конспект по ТАУ, 2009-2010.
4. Егоров В.Н., Шестаков В.М. Динамика систем электропривода. -Л.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Андреев Ф.Ф. Электронные устройства автоматики. М.«Машиностроение
1978г.
6. Электроника: Справочная книга. Ю.А.Быстров, Я.М. Великсон, В.Д.Вогман
и др.;.Под ред. Ю.А. Быстрова.- СПб.:Энергоатомиздат, 1996.
7. Шестаков В. М., Егоров В. Н. Типовые замкнутые системы автоматического управления.-Л.: СЗПИ, 1979.
8. Дьяконов В. П. MATLAB 6. Учебный курс. Спб. Питер, 2002.
9. Шестаков В. М., Голик С.Е., Машин Б.А. Применение микропроцессорной техники для решения инженерных задач.-Л.: ЛИМаш (ВТУЗ-ЛМЗ), 1988.
10. Шестаков В. М., Дмитриев Б. Ф., Репкин В.И. Электронные устройства систем автоматического управления: Учебное пособие.-Л.: ЛИМаш, 1991.
11. Михайлов О. П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов.-М.: Машиностроение, 1990.
12. Розанов Ю.К. Электронные устройства электромеханических систем. –М.: Академия, 2004.