microbik.ru
1 2 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ


РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Сибирский федеральный университет

Институт горного дела, геологии и геотехнологий

Теория автоматического


управления

Анализ и синтез двухконтурной системы автоматического

управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением

(система тиристорный преобразователь – двигатель)

Методические указания к курсовой работе для студентов

специальности 140604.65“Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов”


(направление 654500 – ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

и ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ)


Красноярск 2007

Теория автоматического управления. Анализ и синтез двухконтурной системы автоматического управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением (система тиристорный преобразователь – двигатель). Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 140604.65 “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов” (направление 654500 – ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА и ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ)



Представлена методика выбора силовых элементов, структуры и параметров регуляторов двухконтурной системы автоматического управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением (система тиристорный преобразователь – двигатель). Приведены варианты задания к курсовой работе.

Составитель В.В. Кибардин – к.т.н., доц. каф. ЭГМП
Методические указания утверждены на заседании кафедры ЭГМП.
Протокол № от сентября 2007г.

Цель курсовой работы - закрепить и расширить теоретические и практические знания, полученные студентами при изучении ТАУ и привить навыки самостоятельности в принятии технических решений с помощью пакетов прикладных программ MATLAB, MathCAD, IPC – CAD и СС.

Курсовая работа должна содержать расчетно-пояснительную записку и графическую часть объемом до 50 страниц формата А4.

Номер варианта определяется двумя последними цифрами зачётной книжки или преподавателем.

Студентам рекомендуется при выполнении курсовой работы предварительно проработать примеры, приведённые в [1, 5, 6] и конспекте лекций по теории автоматического управления.


Структура пояснительной записки:
1. Введение.

2. Выбор электродвигателя, тиристорного преобразователя, силового трансформатора, датчиков тока и скорости.

3. Выбор функциональной схемы системы управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением.

4. Синтез математической модели двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при Ф = const.

5. Построение временных и частотных характеристик системы тиристорный преобразователь – двигатель.

6. Выбор структуры регуляторов и их гарантирующих настроечных параметров.

7. Синтез регулятора в пространстве состояний.

8. Выводы и заключение.

1. Введение

В курсовой работе каждому студенту предлагается синтезировать автоматическую систему управления скоростью электропривода постоянного тока.

Система управления скоростью двигателя за счет регулирования напряжения на якоре является типовой. Задающим сигналом на входе является выходной сигнал регулятора скорости (РС), который должен обеспечить плавный пуск, регулирование частоты вращения якоря и останов двигателя постоянного тока.

В соответствии с номером варианта выбираются функционально необходимые элементы системы: двигатель, тиристорный преобразователь и датчики. Тип исполнения и технические характеристики необходимых элементов приведены (табл. 1 - 5). На основании этих данных рассчитывают основные параметры автоматизированного электропривода, под которыми понимают постоянные величины, определяющие его статические и динамические свойства. Это активные и реактивные сопротивления цепей, момент инерции на валу электродвигателя, передаточные коэффициенты и коэффициенты усиления, электромеханическая и электромагнитная постоянные времени.
2. Выбор электродвигателя, тиристорного преобразователя,

силового трансформатора, датчиков тока и скорости.

Мощность электродвигателя выбирают в соответствии с номером варианта (табл. 1), а тип электродвигателя и его номинальные данные – по справочнику – “Электрические машины”, т.1.

Таблица 1

Технические данные двигателей серии 2П





Мощность РНОМ, кВт.

Напряже-

ние UНОМ, В

Частота вращения, об/мин.

Сопротивление обмоток при 15 oС, Ом




Номиналь-

ная nНОМ

Максималь-

ная nmax

Якоря

Добавочных полюсов




1

2

3

4

5

6




1

2

5,6

220

440

750

750

2500

1850

0,338

1,5

0,221

0,825




3

4

8

220

440

1060

1000

3000

2500

0,181

0,902

0,122

0,54




5

6

15

220

440

1500

1500

4000

3500

0,084

0,338

0,056

0,221




7

8

26

220

440

2240

2240

3500

3500

0,038

0,15

0,025

0,092




9

37

440

3150

3500

0,084

0,056




10

11

7,1

220

440

750

750

2500

1800

0,26

1,06

0,183

0,67




12

13

10

220

440

1000

1000

3000

2500

0,168

0,585

0,11

0,482




14

15

18,5

220

440

1500

1600

3500

3500

0,065

0,26

0,044

0,183




16

30

440

2200

3500

0,136

0,084




17

42

440

3000

3500

0,065

0,044




18

19

11

220

440

800

750

2500

1850

0,125

0,565

0,08

0,393




20

21

16

220

440

1000

1000

3000

2500

0,083

0,343

0,053

0,224




22

23

30

220

440

1500

1600

3500

3500

0,031

0,185

0,02

0,08




24

53

440

2360

3500

0,055

0,037




25

75

440

3150

3500

0,031

0,02




26

27

17

220

440

1500

1500

3500

3500

0,055

0,22

0,037

0,15




28

29

24

220

440

2360

2120

3500

3500

0,031

0,125

0,037

0,15




30

31

22

220

440

1600

1600

3500

3500

0,047

0,188

0,029

0,116




32

40

440

3000

3500

0,071

0,041




33

34

20

220

440

1000

1000

3300

2500

0,083

0,286

0,053

0,168




35

42

440

2360

3500

0,055

0,037




36

55

440

3150

3500

0,031

0,02




37

28

440

750

1900

0,26

0,11




38

39

45

220

440

1000

1000

2500

1500

0,03

0,122

0,016

0,064




40

71

440

1500

2800

0,0653

0,031




41

75

220

1500

2800

0,013

0,0077




42

43

30

220

440

750

850

2000

210

0,074

0,235

0,039

0,063




44

45

37

220

440

1060

1060

2500

2500

0,035

0,152

0,019

0,078

46

50

440

1500

1800

0,11

0,054

47

48

55

220

440

1500

1700

2800

2800

0,018

0,059

0,01

0,026

49

85

440

1000

2250

0,05

0,025

50

90

220

1060

2000

0,012

0,005

51

52

132

220

440

1500

1500

2600

1900

0,006

0,025

0,034

0,012


Далее рассчитывают номинальный ток двигателя

А

где η – к.п.д двигателя, и пусковой ток двигателя IП, который принимается равным (2 – 2,5) IНОМ .

Тиристорный преобразователь как элемент автоматизированного электропривода является регулируемым источником энергии с пределами регулирования выпрямленного напряжения от 0 до U0 В и предназначен для питания якорных цепей электродвигателей постоянного тока. Технические данные тиристорных преобразователей серии ТE приведены в табл. 2.
Таблица 2

Тиристорное оборудование

Напряжение сети, В

Выходные параметры

Номинальный выпрямленный ток I0 , А

Максимальный выпрямленный ток IM А

Номинальное выпрямленное напряжение U0, В

Номинальная мощность PПР,
кВт

190-220

380

63

63

142

142

230

460

14,5

29

190-220

380

100

100

225

225

230

460

23

46

190-220

380

160

160

360

360

230

460

36,8

73,6

190-220

380

200

200

450

450

230

460

46

92

190-220

380

320

320

720

720

230

460

73,6

147,2

190-220

380

500

500

1125

1125

230

460

115

230


Мощность тиристорного преобразователя РПР и его номинальные параметры должны быть больше или равны аналогичным параметрам двигателя:



В общем случае тиристорный преобразователь (TП) включает в себя управляемый выпрямитель, систему импульсно-фазового управления (СИФУ), уравнительный и сглаживающий реакторы и подключается к силовому трансформатору.

Входным сигналом ТП является напряжение управления Uу, а выходным - ЭДС преобразователя. В целом СИФУ совместно с ТП как объект управления может быть представлена в виде инерционного звена первого порядка с постоянной времени Тп и передаточной функцией

WТП(р) =Кп/(Тпр +1).

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя Кп зависит от формы напряжения управления, и при синусоидальном управляющем сигнале

Kп = (0,4 - 0,6) U0 /Uу,

где UУ = (8 – 10) В. Постоянная времени тиристорного преобразователя принимается равной 0, 01 с.

Расчетная типовая мощность силового трансформатора определяется по выражению

S ≥ (1,2 - 1,4) РПР, кВА.

После выбора стандартного трансформатора (табл. 3) следует рассчитать коэффициент трансформации:

КТР ≈ U1/U2 .

Таблица 3

Трансформаторное оборудование

Мощн. S, кВА

U1, В

U2, В

I2, А

U0, В

I0, А

Рх, Вт / Iх, %

Рк,Вт /Uк,%

16

380

205

410

41

20

230

460

50

25

140/10

550/5,2

25

380

205

410

82

41

230

460

100

50

210/8

1100/5,5

63

380

205

400

164

82

230

460

200

100

330/6

1900/5.5

100

380

205

410

262

131

230

460

320

160

440/5

2300/5,8

125

380

205

410

326

164

230

460

400

200

520/4,5

2700/5,8

160

380

208

416

408

204

230

460

500

250

795/5,2

2400/4,7

250

380

208

416

653

326

230

460

800

400

915/3,4

3800/4,7


В токовом контуре необходимым элементом является датчик тока, включенный на шунт с Uш = 75 или 150 мВ. Назначение датчика тока является преобразование тока якоря в пропорциональное ему напряжение, соответствующее уровню стандартного напряжения Uу элементов системы управления, а также гальваническая развязка якорной цепи двигателя и цепей управления.

Таким образом, коэффициент передачи датчика тока равен

Кдт = Uу / Iном ш,

где Iном ш = 50, 75, 100, 150, 200, 300 А - номинальный ток шунта. При этом Iном шIНОМ.

В контуре управления скоростью вращения двигателя находится датчик скорости. В качестве этих элементов используются датчики ЭДС, тахомосты и тахогенераторы постоянного и переменного тока (табл. 4) с сглаживающим фильтром. Тахогенератор выбирается по максимальной скорости двигателя ωmax ≤ ωmax дс.

Таблица 4

Тахогенераторы постоянного тока

Тип

Чувствительность, В/(об/мин)

Максимальная скорость, об/мин

СЛ - 161

0,021

3500

ТД - 101

0,021

1500

ТД - 102

0,050

1500

ТД - 103

0,100

1500

ЭТ - 4/110

0,058

1900

ПТ - 32

0,192

0,230

1200

1000

ПТ - 22

0,288

0,096

800

2400

В последнем случае коэффициент датчика скорости ( коэффициент обратной связи по скорости ) Кдс рассчитывается по выражению

Кдс = UУ max дс

где max дс - максимальная скорость вращения датчика скорости.

Двигатели серии 2П могут имеют встроенные тахогенераторы.

По динамическим свойствам датчики тока и скорости эквивалентны апериодическому звену первого порядка. В курсовой работе инерционностью этих элементов можно пренебречь и считать, что

Wдт(р) = КДТ; Wдс(р) = КДС.

следующая страница >>