Расчёт параметров схемы регулятора тока

Воркутинский филиал УГТУ

 

 

КУРСОВАЯ работа

 

По _ ____ «Системы управления электроприводом»___ ____________

(дисциплина)

 

студента ____6___курса, группы ЭР-09_В

 

Кемлер П. А.______________________________

(Ф.И.О. студента)

 

Шифр_______________

Домашний адрес:

____________________

Проверил:___________/

(подпись)

_____________________/

(Ф.И.О. преподавателя)

Дата проверки________

 

Воркута 2014г.

Содержание:

1. Исходные данные...............................................................................................................3

2. Расчёт системы управления электроприводом...............................................................5

3. Контур тока........................................................................................................................5

4. Контур скорости................................................................................................................5

5. Моделирование СУЭП......................................................................................................7

6. Расчёт параметров схемы регулятора тока.....................................................................9

 

Исходные данные

номинальные мощность, напряжение, ток, скорость двигателя, момент, маховый момент :

Рном=32 квт;

U_ном = 220 В,

I_ном = 170 А,

n_ном=3500об/мин;

ω_ном = π* n_ном/30 =366 рад/с;

М_ном =Рн/ ω_ном =87 Нм;

М_max =2.3 М_ном

Максимально допустимые ток и момент двигателя:

I_max = 2* I_ном= 340 А,

М_max = 200 Н∙м;

передаточный коэффициент и момент инерции двигателя

c = 0,7 В∙с/рад, J = 0,5кг∙м²;

Сопротивление обмотки якоря при 20 град С

R_я = 0,07 Ом,

максимальная ЭДС E_пmax = 300 В, коэффициент усиления k_п= 25, и постоянная времени тиристорного преобразователя, Т_п= 0,01 с;

передаточный коэффициент тахогенератора k_ТГ = k_о.с = 0,032 В∙с/рад.

Индуктивность цепи якоря , А

Электромагнитная постоянная якоря

Рис. 1 Принципиальная схема регулятора тока на ОУ с цепью обратной связи по току

Где: RS- шунт;

ПР-преобразователь с гальванической развязкой силовой цепи и цепи управления; УДТЯ- усилитель датчика тока якоря,

РТ- регулятор тока.

Расчёт элементов цепи управления

Измерение тока в цепи якоря выполним с помощью шунта RS.

Шунт в цепи якоря выбираем в справочной литературе из условия, чтобы его номинальный ток был не меньше номинального тока двигателя. Номинальный ток двигателя I_н = 170 А.

Выбираем шунт на несколько больший номинальный ток, а именно

I шн = 200 А.

Соответствующее току Iшн (200А) номинальное напряжение шунта Uшн =75 мВ.

Тогда при 170 А потенциометрический сигнал ОС по току 70 мВ.

 

В качестве задатчика скорости выбираем потенциометр типа ППБ – 15 –1000 Ом c выходным напряжением U_П = ±15 В. Поскольку напряжение задатчика тока

U_З(max) = 10 В, то последовательно необходимо включить добавочный резистор, R_ДОБ = 500 Ом, на котором будет погашено излишнее напряжение.

 

Расчёт системы управления электроприводом

Контур тока

Принимаем пропорционально-интегральный тип регулятора тока с передаточной функцией и параметрами T_кl =Тэ= Т_а = 0,05 с

Для заданного токоограничения на уровне I_max = 340 А и максимального стабилизированного напряжения на входе контура тока u_{з.т. max} = u_нас = 10 В

определяем коэффициент обратной связи по току

Ом

и постоянную интегрирования регулятора тока

- минимальная постоянная времени в контуре.

Контур скорости

Приступаем к расчёту внешнего контура – контура скорости.

В него входит звено преобразования момента двигателя в скорость вращения вала с учётом момента сопротивления на валу. Динамику этого преобразования оцениваем электромеханической постоянной времени:

= =0,0972с

Действие противоЭДС двигателя на контур тока при пуске с насыщенным регулятором скорости снижает максимальный ток до значения

А

При выборе типа регулятора скорости (П- или ПИ_ типа) следует учитывать допустимый по условию задачи статизм регулирования скорости, характеризующий жёсткость механической характеристики, который определяем по формуле:

Реальная величина статизма, соответствующего естественной механической характеристике электропривода, составляет

Следовательно, требуемое повышение жесткости механической характеристики

В данном случае пропорциональный регулятор скорости обеспечивает повышение жесткости

Поскольку 3,05>2,04 , то пропорциональный регулятор обеспечит требуемую жёсткость характеристики скорости. Его параметром является коэффициент пропорциональности

 

Моделирование СУЭП

Произведем поэтапно моделирование СУ электропривода в приложении Simulink.

Объектом управления СУЭП является модель ДПТ НВ.

Рис. 2 Модель контура тока

Произведем моделирование настроенного контура тока и переходный процесс в нем при единичном ступенчатом воздействии на нагрузке:

Рис. 3 Токовый контур с нагрузкой

Достроим к контуру тока главный контур скорости и покажем работу системы при изменении момента сопротивления:

 

Рис. 4 Модель двухконтурной СУЭП скорости

 

 

Для снижения перерегулирования в схеме с П- регулятором скорости применяют на входе фильтр в виде

Wф(s)= 1/(0.01s+1)

Рис. 5 Двухконтурная САУ стабилизации скорости с фильтром

Расчёт параметров схемы регулятора тока

Регуляторы в СУЭП реализуются на базе операционных усилителей с обратными связями. Принципиальная схема регулятора тока на ОУ показана на рис. 8

Рис. 6 Принципиальная схема регулятора тока на ОУ

Расчёт параметров схемы регулятора.

1. Максимальное значение коэффициента усиления ТП в цепи якоря с СИФУ, выполненной по вертикальному принципу управления с пилообразным напряжением сравнения

Квпя=Ктп=25

1. Электромагнитная постоянная времени цепи ТП – электродвигатель

1. Электромеханическая постоянная времени

= =0,0972с

1. Передаточный коэффициент шунта в цепи якоря

1. Коэффициент передачи датчика тока выбираем из условия
2. 

где – максимально допустимое значение напряжения на выходе.

1. Шунт в цепи возбуждения выбираем по номинальному току возбуждения электродвигателя. Выбираем шунт на ток I_НШ = 5 А.
2. Передаточный коэффициент шунта в цепи возбуждения
3. 
4. Коэффициент регулятора тока

Kpт=0,02

11. Задаемся величиной ёмкости конденсатора в цепи обратной связи операционного усилителя регулятора тока

1. Сопротивление резистора в цепи обратной связи операционного усилителя регулятора тока

 

1. Сопротивление в цепи датчика тока

1. Сопротивление в цепи задания тока находим из условий установившегося режима, в котором , откуда , считая
2. Коэффициент усилителя датчика тока якоря

, тогда

1. , принимаем , тогда

 

 

Кемлер П. А.

 

«» _____________ 2014 года