Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. курсовые работы > автоматизация
Название:
Автоматизированный электропривод главного движения карусельного станка

Тип: Курсовые работы
Категория: Тех. курсовые работы
Подкатегория: автоматизация

Цена:
0 руб



Подробное описание:


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.

 

 




Комментарий:

Курсовая работа - отлично!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы