Разработка регулируемого электропривода

Содержание

Введение

1. Определение структуры и параметров объекта управления

2. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

4. Разработка принципиальной электрической схемы

Список литературы

Введение

На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой - электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной - система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.

1. Определение структуры и параметров объекта управления

В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.

Технические данные двигателя Д12:

Номинальная мощность 2.5кВт

Напряжение питания якоря 220В

Напряжение питания ОВ 220В

Номинальный ток якоря 14.6А

Номинальная частота вращения 1140 об/мин

Максимальная частота вращения 3600 об/мин

Момент инерции якоря 0.05 кг*м²

Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах.

Номинальная скорость привода:

Максимальная скорость привода:

Номинальный момент:

Машинная постоянная:

Скорость идеального холостого хода:

Сопротивление обмотки якоря:

Индуктивность обмотки якоря:

Жесткость механической характеристики:

Электромагнитная постоянная времени:

Механическая постоянная времени:

Принимаем ток возбуждения равным:

Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:

Сопротивление обмотки возбуждения:

Индуктивность обмотки возбуждения:

Расчитаем параметры упругой двухмассовой системы.

Согласно заданию на курсовой проект

Частота упругих колебаний

Коэффициент соотношения масс , тогда

,

тогда жесткость двухмассовой системы

Постоянная времени двухмассовой системы

По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с

ТП в цепи якоря

Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.

Условие сглаживания тока:

,

Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор

ШИП в цепи возбуждения

Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.

3. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления

Составим структурную схему модели электропривода

Рис. 1 Структурная схема СЭП.

Настройка.

1. Контур тока якоря.

Задание на номинальный ток якоря 10В, тогда ,

коэффициент передачи тиристорного стабилизатора: .

Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения .

2. Контур тока возбуждения

Задание на номинальный ток 10В, тогда .

Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то . Принимаем .

3. Контур скорости

Задание на скорость 10В, тогда .

Для разгона ЭП до нужно подать задание на скорость

.

4. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

Расчетный режим работы

Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом

Максимальная скорость в режиме слежения

Расчетная частота

Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:

, принимаем

Установившаяся ошибка должна быть

Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.

На рис. 4 блок Subsystem - блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 - блок, моделирующий определения угла управления из уравнения . Где U_у - напряжение управления, приведенное к стандартному ряду -10…10В, U_m - максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале -10…10В.

В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.

Моделирование.

1. Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.

Рис. 3 Графики зависимостей .

Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.

Рис. 4 Переходный процесс по току якоря

Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме

Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*I_ном = 0.2*14.6 = 2.92 А

Отработка приводом синусоидального задания с

Рис. 6 Графики зависимостей .

Проведем эксперимент отработки приводом задания

Рис. 7 Графики зависимостей .

Полоса пропускания привода , при

Рис. 8 Графики зависимостей .

5. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов

1. Контур тока якоря.

Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная

Принимаем ,

Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.

В качестве датчика тока выбираем ДТХ - 10.

Технические данные ДТХ - 10:

Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5

Диапазон рабочих температур -20…+80 ⁰С

Основная и приведенная погрешность 1%

Нелинейность выходной характеристики 0.1%

Номинальный ток 10 А

Коэффициент передачи 1:2000

Полоса пропускания 1…50000Гц

Источник питания 15В 10%

Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток , тогда выходной ток

Рис. 10 Схема формирования сигнала - (U_ЗТЯ - U_ОТЯ)

Принимаем ,

Выбираем:

R₉, R₁₂ , R₁₃ , R₁₇ , R₁₉ - C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%

R₆ - C2-29В-0.125-7.3 Ом±0.05%

R₂₁ - C2-29В-0.125-192 Ом±0.05%

С₁₇- К73-17-63В-12.3 мкФ±0.5%

VD2 - КС210Б

DA1.4, DA1.6, DA1.8 - К140УД17А

DA2 - AD1403

2. Контур скорости

Выберем тахогенератор ТГП-60.

Технические данные ТГП-60:

Номинальная частота вращения 1500 об/мин

Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин)

Нелинейность выходного напряжения 0.1 %

Асимметрия выходного напряжения 0.2 %

Коэффициент пульсации 2.5%

Сопротивление нагрузки 6 кОм

Температурный коэффициент

выходного напряжения 0.01%/⁰С

Момент инерции ротора 10^-5 кг/м²

Статический момент трения 10^-2 Нм

Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора .

Рис. 11 Схема формирования сигнала К_РС(- U_ЗС + U_ОС)

Принимаем ,

Всвязи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.

Принимаем постоянную времени фильтра с.

Выходной сигнал ограничивается на уровне 10В стабилитроном с напряжением стабилизации 10В.

Выбираем:

R₁ - C2-29В-0.125-87.4 кОм±0.05%

R₂, R₅, R₇ - C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%

R₃, R₄ - C2-29В-0.125-145 Ом±0.05%

С₁ - К73-17-63В-46 пФ±0.5%

VD1 - КС210Б

DA1.1, DA1.2 - К140УД17А

Блок компенсации по первой производной скорости:

Рис. 12 Схема формирования сигнала (К_К •р)

Принимаем ,

Выбираем:

R₈ - C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%

С₄ - К73-17-63В-1.5 мкФ±0.5%

DA1.3 - К140УД17А

3. Контур тока возбуждения

Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная

Принимаем ,

Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.

Рис. 14 Схема формирования сигнала (- U_ОТВ)

В качестве датчика тока выбираем ДТХ - 10.

Принимаем ,

Выбираем:

R₁₀ - C2-29В-0.125-73 Ом±0.05%

R₁₁ - C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%

R₂₀, R₂₃ , R₂₄ - C2-29В-0.125-1 кОм±0.05%

R₂₂ - C2-29В-0.125-12.5 кОм±0.05%

С₁₈- К73-17-63В-16 мкФ±0.5%

С₂₃- К73-17-63В-4 мкФ±0.5%

VD3 - КС210Б

DA1.5, DA1.9, DA1.10 - К140УД17А

Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы - К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%.

Список используемой литературы

1. Справочник по электрическим машинам: В 2т./Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1988, - 456с.

2. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. - Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение,1982, - 392с.

3. Ключев В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. - 2-е изд. Перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 2001, - 704 с.

4. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. - СПб.: кОРОНА принт, 2001, - 320 с.

5. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др. - М.: Б. И., 1996, - 157 - 300 с.

6. Операционные усилители и компараторы. - М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, - 560 С.

7. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. - М.:энергоатомиздат, 1990, - 288 с.