Создание системы регулирования параметров электропривода постоянного тока

 

3.3. Определение параметров (коэффициентов передачи и постоянных времени) электродвигателя и тиристорного преобразователя.

 

3.3.1. Суммарное  сопротивление якорной цепи R

 

R=R_я+R_д.п.+R_к.о.+R_щ+R_RS+R_тп+R_др=

=2,28+1,44+0,174+0,0037+1,1061+0,016=5,0198  Ом

 

где     R_я, R_др, R_д.п., R_щ - см. п.п. 2.1.1, 2.1.2;

R_RS - cм. п. 2.4;

R_тп - см. п. 2.2.2;

R_др - см. п. 2.3.6.

 

3.3.2. Электромагнитная  постоянная времени Т_я

 

 с

 

где     L - суммарная  индуктивность якорной цепи, Гн

L=L_я+L_тп+L_др=0,042+0,00404+0,25=0,29604 Гн  

где     L_я - см. п. 2.1.2; L_тп - см. п. 2.2.2; L_др - см. п. 2.3.6.

 

3.3.3. Конструктивный коэффициент  машины с_д.

 

 

 

где     U_н, I_н, w_н - номинальные (паспортные) данные выбранного электродвигателя при Ф= Ф_н=сonst,

 

R_дв=R_я+R_дп+R_ко+R_щ=2,28+1,44+0,174=3,894 Ом

 

3.3.4. Электромеханическая  постоянная времени Т_м.

 

 

 

где      J - суммарный  момент инерции двигателя и механизма:

J=J_дв+J_мех=0,038+0,0646=0,1026

где     J_дв - паспортные данные, J_мех - момент инерции механизма

 

 кг м²

 

(J^* - приводится в задании).

 

3.3.5. Коэффициент  передачи преобразователя К_тп - см. п. 2.7.

3.3.6. Постоянная  времени преобразователя: Т_тп= Т_m=0,01 с.

 

3.4 Расчёт параметров контура тока (Настройка на  модульный оптимум).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

Рис.5 Расчёт параметров контура тока

 

Передаточная функция  регулятора тока определяется

где -  передаточная функция объекта компенсируемого контура тока

 

,

 

где      с

 

Т.о. получили ПИ-регулятор, который может быть синтезирован на операционном усилителе.

R_ЗТC_Т=T₁ =0,0828 с

R_ТC_Т=T_Я  =0,0589 с

С_Т=2,2мкФ,

 

 

По стандартному раду резисторов и конденсаторов подбираем нужные параметры.

 

Определение параметров цепи обратной связи по току.

Цепь обратной связи  по току содержит шунт RS и датчик тока UA, который необходим для согласования по амплитуде сигналов U_ЗТ и U_ОТ. Общий коэффициент передачи

 

К_Т=

U_OTmax  - максимальное значение сигнала U_OT , соответствующее максимальному значению тока I_Яmax .

 

Принимаются U_OТmax=U_ЗТ=10 В из условия работы операционного усилителя на линейном участке своей характеристики.

I_Яmax=I^*I_ном=1,9∙11,5=21,85 А - стопорное значение тока якоря, при котором w=0.

Учитывая, что звенья UA и RS соединены последовательно, получим: . Следовательно:   

Т. о., датчик тока может  быть реализован на операционном усилителе   

.

 

 

 

Рис.6 Структурная схема контура с выбранным регулятором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим передаточную функцию замкнутой системы

 

 

 

,

где в знаменателе  пренебрегают слагаемым 2Т_m²р², так как Т_m=0,01 с малая величина, то Т_m²=0,0001 с.

 

Т. о., внутренний объект для контура  регулирования имеет вид:

 

3.5. Расчёт параметров  контура скорости (Настройка на модульный оптимум).

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7 Расчёт параметров контура скорости

 

Используя правила преобразования структурных схем, перенесём воздействие I_c на вход системы с учётом знаков:

 

Передаточная функция  регулятора скорости определяется из выражения

 

,

   

где    - передаточная функция объекта компенсируемого объекта контура скорости.

 

Функция контура скорости имеет  вид

 

 

Получили П-регулятор, который может  быть реализован на операционном усилителе.

 

R_зс=R_ос

 

Стабилитрон VD двухсторонней  проводимости обеспечивает U_CТ=U_{ЗТ max}=10 В.

 

Определение параметров цепи обратной связи по скорости.

 

 

 

 

 

Цепь обратной связи  содержит последовательно соединённые тахогенератор BR и датчик UR. Общий коэффициент передачи определяется из выражения:

,  

где   U_ОСmax – максимальное значение сигнала U_OC , соответствующее максимальному значению скорости w_max

 

 

Принимается U_осmax=U_зсmax=10 В из условия работы операционных усилителей на линейном участке своей характеристики (до 10 В).

Так как звенья UR и BR соединены  последовательно, то К_c=К_URК_BR . Отсюда:

 

где    K_BR =0,315 - см. п.2.5.

 

Датчик скорости ДС (UR) имеет коэффициент  передачи K_UR, при чём K_UR>1, т. к. К_c<К_BR. В связи с этим датчик может быть реализован на резисторном делителе напряжения и повторителе напряжения (на операционном усилителе), который служит для электрической развязки цепи делителя от регулятора скорости.

При этом .

Структурная схема контура  скорости с выбранным регулятором  скорости имеет вид:

Определим передаточную функцию замкнутой системы

 

 

Окончательно структурная  схема имеет вид

 

 

Из этой структурной  схемы может быть получена зависимость w=f(U_зс, I_с) в операторной форме:

,

 

Для получения зависимости I_c=f(U_з.с, I_с) в операторной форме необходимо преобразовать систему таким образом, чтобы сигнал I_Я был выходным

 

Определим передаточную функцию замкнутой  системы

В этом случае структурная  схема окончательно будет иметь  вид

 

Из этой структурной  схемы можно получить зависимость I_c=f(U_з.с, I_с) в операторной форме

 

 

4.Анализ характеристик  спроектированного электропривода.

 

4.1. Расчёт и  построение электромеханических  характеристик w=f(I_я)

 

Уравнение естественной характеристики имеет вид:

где -сопротивление якорной цепи двигателя. Уравнение электромеханической характеристики разомкнутой системы ТП-Д может быть записано в виде:

Уравнение электромеханической  характеристики замкнутой системы ТП-Д может быть получено путём подстановки р=0 и I_я=I_с, получим

Для построения характеристик  необходимо определить величину U_зс.

Для получения w_н при I_я=I_н необходимо U_зсн:

 В

Для получения при I_я=I_н находим U_зснmin:

где D - заданный диапазон регулирования скорости.

 

Характеристики замкнутой  системы для граничных значений скорости w=w_н и w=w_min при I=I_н для заданного значения диапазона регулирования D можно получить путём подстановки U_зсн и U_зснmin.

Построим в одних  координатных осях характеристики в  соответствии с вышеизложенными  уравнениями при изменении тока I_я от нуля до I_я=I_стоп. При I_я>I_стоп w=0 из-за соответствующего выбора сигнала U_зсmax.

1.

   

   

   

   

2.

  

  

  

  

 

3.

   

   

   

   

 

4.

   

   

   

   

 

 

Рис.10 Электромеханические характеристики

 

Определение статизма электромеханических характеристик  замкнутой системы.

 

Статизм определяется при I_я=I_н для каждой характеристики путём деления второго слагаемого в правой части выражений на первое слагаемое. В результате деления:

 

Номинальное значение статизма удовлетворяет заданному значению

 

4.2. Расчёт и построение динамических характеристик системы ТП-Д с подчинёнными регулированием при подаче сигнала U_зс на вход скачком

 

Интересующие нас зависимости w(t) и I_я(t) при подаче на вход системы скачком сигналов U_зсн и U_зснmin  могут быть получены по формулам перехода от изображения w(р)  к оригиналам w(t) и I_я(t) в соответствии с преобразованием Карсона-Хевисайда.

 

В результате получаем (при I_с=I_н):

при U_зс=U_зсн  =9,589 В 

 

 

 

 

 

при U_зс=U_зсmin=0,768 В

 

 

 

 

 

Рис.11 Динамические характеристики

 

По кривой определим величину перерегулирования .

 

 

 Из построенных характеристик видно, что характеристики разомкнутой системы обладают более значительной жесткостью, чем характеристики замкнутой системы.

 

 

4.3. Расчёт и построение  динамических характеристик ТП-Д  с подчинённым регулированием при подаче на вход линейно нарастающего задающего воздействия U_зс

 

В этом случае сигнал заданной скорости поступает от СКА через задающее устройство на базе задатчика интенсивности, который обеспечивает требуемый темп изменения сигнала U_зс в соответствии с заданным временем пуска.

 

Функциональная схема  и диаграмма работы задатчика интенсивностиимеют вид:

 

                                                     

 

 

 

 

 

 

 

Принципиальная схема  ЗИ может иметь структуру следующего типа:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-нелинейный элемент  НЭ;

2-интегратор И;

3-инвертор для согласования  знака ОС, которая должна быть  отрицательна.

 

Сигнал заданной скорости U_зсm поступает на вход ЗИ от сельсинного командоаппарата типа СКА3, который имеет на выходе

напряжение U_max=0…49 В.

Для получения сигнала U_зсm=0…10 В между СКА и ЗИ устанавливают ячейки сельсинного задания скорости типа СЛЗ-ЗДИ или СЛЗ-4АИ, входящие в состав аппаратуры УБСР-АИ.

Значения сигналов U₁=U_m=U_ст=10В соответствуют напряжению стабилитрона VD, который выбирается как для регулятора скорости.

Темп нарастания сигнала U_зс определяется углом a, при этом:

 

U_зсн - соответствует номинальной скорости , B;

t_п - время пуска, с;

T_и- требуемая постоянная времени интегратора, с

 

Зависимость w(t) и I(t) при подаче на вход задатчика интенсивности сигнала U_зcн скачком могут быть получены по формулам преобразования. При этом учитывалось, что на отрезке сигнал U_зс нарастает линейно от нуля до U_зсн, а при t>t_п сигнал U_зс остаётся постоянным и равным U_зсн.

 

для отрезка времени :

 

t = 0 1 c

 

Для отрезка времени  :

 

 

 

 

        По приведенным графикам видно, что при задании сигнала скачком переходный процесс протекает быстрее чем при задании по линейному закону. При использовании задатчика интенсивности видно, что двигатель разгоняется плавно и пусковой ток имеет минимальное значение. С помощью задатчика интенсивности можно изменять время нарастания сигнала U_зс до номинального, тем самым можно регулировать скорость и время пуска привода.