Разрботка электропривода раската продольно-резательного станка

М=10990 ,Нм                                                            

 

По данным параметрам выбираем электрическую машину, у которой перегрузочный момент больше или равен максимально создаваемому моменту сопротивления механизма.

В настоящее время двигатели фирмы ABB пользуются популярностью в бумагоделательной промышленности и их все чаще используют при модернизации устаревших станков и при создании новых.

Всем заявленным нами параметрам удовлетворяет двигатель ABB DMI 400R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Наименование параметра	Значение параметра
Номинальное напряжение	400, В
Номинальная угловая скорость	550, об/мин
Максимальная механическая скорость	773, об/мин
Мощность	633, кВт
Номинальный ток якоря	1672, А
Номинальный момент	10990, Нм
Коэффициент перегрузки по моменту	1.95
Коэффициент перегрузки по току	2
КПД	89.6 %
Активное сопротивление якорной цепи	19.1, мОМ
Индуктивность якорной цепи	0.51, мГн
Kм	6.6
Активное сопротивление обмотки возбуждения	22 Ом
Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения	0.22 Гн
Ток возбуждения	18.25 А
Мощность возбуждения Pf	7300 Вт
Момент инерции J	43 кгм2

 

 

В официальном каталоге фирмы ABB на двигатели серии DMI значение для активного сопротивления якоря учитывает кроме сопротивления якорной цепи так же сопротивление компенсационной обмотки и добавочных полюсов. Значение активного сопротивления даны при рабочей температуре (75ºС), то есть в дополнительном пересчете не нуждается.

Приведенные в таблице 1 данные по перегрузочным способностям, двигатель может выдерживать без вреда 30 секунд.

 

5 Выбор основных  элементов силовой цепи.

 

5.1 Выбор тиристорного преобразователя.

 

Выбираем тиристорный преобразователь фирмы ABB модель DCS800-S02-1000-04/05.

DCS800-S02-1000-04/05- это трехфазный, четырехквадрантный реверсивный управляемый тиристорный преобразователь с функцией рекуперации, которая обеспечивает передачу энергии обратно в сеть при работе электропривода постоянного тока в генераторном режиме.

   Базовое программное обеспечения  данного преобразователя позволяет  осуществлять следующие функции:

Регулирование скорости, крутящего момента, регулирование тока якоря и тока возбуждения, Аварийная остановка, управление токами возбуждения для двух возбудителей одновременно, управление механическим тормозом,

программируемые цифровые и аналоговые входы, 16 функциональных блоков адаптвного программирования, защита преобразователя по температуре, напряжению и т.п.

Преобразователи DCS800-S02-1000-04/05 имеют встроенный регулируемый выпрямитель цепи возбуждения. Этот преобразователь имеет четыре характеристики разгона/торможение: линейная и 3 различные S-образные характеристики.

Таблица 2

Наименование параметра	Значение параметра
Напряжение питания (Uпит)	400 В (±10%)
Частота питающей сети (fпит)	50/60 Гц
Номинальный выходной ток (Iвых)	1000 А
Температурный диапазон окружающей среды	0÷40 °С
Аналоговые входы	5
Цифровые входы	5
Диапазон изменения величины напряжения аналогового входа/выхода	0÷10 В
Диапазон изменения величины тока аналогового входа/выхода	0÷20 mA
Uвых

 

Этот тиристорный преобразователь нуждается в сетевом дросселе типа ND13 или ND412.

6 Расчет параметров структурной схемы контура тока.

 

6.1 Идентификация датчика тока.

Идентификация датчика тока.

Так как датчик тока расположен непосредственно в тиристорном преобразователе, и, обычно, представляет собой компенсационный датчик на основе эффекта Холла, то для синтеза передаточной функции этого встроенного датчика используем данные аналогичного программируемого датчика. Датчик тока LT-1000- T1/SP 99 выполнен как компенсационные датчики на основе эффекта Холла для электронного преобразования токов: постоянного, переменного, импульсного в пропорциональный выходной ток с гальванической развязкой. В таблице приведены данные датчика LT-1000- T1/SP 99

 

Таблица 3

Наименование параметра	Значение параметра
Диапазон преобразования (Iр)	0…+-1500 А
Номинальный аналоговый входной ток(Iан)	200 А
Номинальный выходной ток (Iвых)	1000 А
Напряжение питания (Vc)	+-15…24 B
Электрическая прочность изоляции(Vu), 50Гц, 1мин	6 кВ
Время задержки при 90% от Ipmax	Меньше 1 мкс
Частотный диапазон(-1 dB)	0….100 к Гц

Из анализа данных датчика можно сделать вывод, что при первом приближении его передаточная функция будет иметь вид апериодического звена первого порядка.

 

 

Где

       , где f-максимальная частота входного тока

Анализируемый датчик имеет токовый выходной сигнал, который используется для организации передачи аналоговой информации по токовой петле. Для получения потенциального сигнала необходимо использовать вторичный преобразователь «ток-напряжение». Параметры вторичного преобразователя подбираются так, чтобы общая передаточная функция датчика тока имела вид:

 

 

6.2 Расчет параметров структурной схемы контура тока.

 

В контур тока рассматриваемой системы входят регулятор тока, тиристорный преобразователь, якорная цепь двигателя и датчик тока.

 

Максимальное задание, подаваемое на регулятор, примем равным .

 

Рис.11 Структурная схема контура тока.

 

 

На рисунке  изображена структурная схема контура тока.

Wрт(p) – передаточная функция регулятора тока;

Wтп(р) – передаточная функция тиристорного преобразователя;

Wяц(р) – передаточная функция якорной цепи двигателя;

Wдт(р) – передаточная функция датчика тока;

Uзад     – напряжение задания на контур тока;

Iя      – ток якоря двигателя.

 

 

 

 

6.2.1 Расчет параметров передаточной функции тиристорного преобразователя.

Так как тиристор представляет собой не полностью управляемый полупроводниковый прибор, то тиристорный преобразователь математически описывается как нелинейное звено с запаздыванием. Однако, при моделировании многих электроприводов, в том числе и электроприводов бумагоделательных машин, передаточную функцию тиристорного преобразователя можно представить апериодическим звеном первого порядка

 

 

                                                                                                                                              

 

где Кtp – передаточный коэффициент тиристорного преобразователя

U– среднее значение ЭДС преобразователя при угле управления равном нулю.

Ттп – постоянная времени тиристорного преобразователя.

 

Постоянная времени равна:

,                                                                                                               

где τсц – постоянная времени, учитывающая запаздывание в силовой цепи тиристорного преобразователя.

 

Значение τсц принимается равным длительности импульса выпрямленного напряжения. Для трехфазной мостовой схемы τсц = 0.0033 с (малая не скомпенсированная постоянная).

Передаточная функция преобразователя примет вид

 

 

6.2.2Расчет параметров передаточной функции датчика тока.

 

,

где Kдт и Тдт – передаточный коэффициент и постоянная времени датчика тока.

 

постоянная времени датчика тока ,с

так как постоянная времени датчика тока очень мала, то датчик можно считать безинерционным

 

 

6.2.3Расчет параметров передаточной функции якорной цепи.

 

Передаточная функция якорной цепи двигателя

 

где Rяц и Тяц – сопротивление и постоянная времени якорной цепи

Из таблицы 1 берем данные  Rяц = 19.1 мОм Lяц = 0.51 мГн.

 

 

                                                          

                            

 6.2.4Расчет параметров передаточной функции регулятора контура тока.

 

Внутренний токовый контур, как правило, настраивается на оптимум по модулю. Из проведенных расчетов видно, что в контуре тока имеется  звено с большой постоянной времени (Тяц) и звенья с малыми постоянными времени (Тдт и Ттп), сумма которых на много меньше большой постоянной времени. Необходимо при синтезировании регулятора контура тока компенсировать данную большую постоянную времени.

 

 

Используем пропорционально-интегральный регулятор (ПИ), передаточная функция которого

,

где βрт и τрт – динамический коэффициент усиления и постоянная времени регулятора тока

Значение τрт при настройке на оптимум по модулю принимается равным большой постоянной времени контура τрт = Тяц = 0.027 с.

Значение коэффициента усиления регулятора определяется по формуле

,                                                                                                      

где Kp – коэффициент усиления разомкнутого контура тока

Тm – сумма малых постоянных времени контура тока(не подлежащих компенсации)

 

      

 

Передаточная функция регулятора тока примет вид

 

 

 

Рис.12 Структурная схема реального контура тока с рассчитанными параметрами.

 

 

 

Получаем переходной процесс, соответствующий настройке на оптимум по модулю (4.3 % перерегулирования).

 

Рис.13 Переходная характеристика контура тока.

 

 

Рис.14-ЛАФЧХ контура тока

а) Амплитудно-частотная характеристика.

б) Фазо-частотная характеристика.

 

Из рисунков видно, что перерегулирование переходного процесса контура тока составляет 4.3%, время первого согласования 0.0156с ,запас устойчивости контура тока составляет 63 градуса. Следовательно, контур тока настроен на оптимум по модулю.

 

7 Моделирование  системы натяжения полотна бумаги ПРС.

7.1 Обоснования возможности  поддержания натяжения полотна  косвенным способом.

Уравнение движения электропривода раската ПРС:

                                                             (1)

или

                                                               (2)

Условно разобьём момент, создаваемый электрической машиной, на четыре составляющие:

                                                                          (3)

                                                                          (4)

                                                                     (5)

                                                                         (6)

 

Следовательно, зная из предварительных или полученных в процессе работы ПРС механических расчётов законы изменения , и  , и обеспечив равенство (3),(4) , (6) соответствующим изменением составляющих общего момента электрической машины раската получим из (2),( 3),( 4),( 5) и (6):

                                      (7)

Представив (7) в виде:

                                                                                      (8)