Оглавление

Введение 3

1. Обоснование технического задания на проектирование системы управления 4

2. Анализ характеристик силовой части электропривода как объекта управления 5

2.1 Силовая часть электропривода как объекта управления 5

2.2 Разработка мат.модели силовой части 6

4. Синтез регуляторов векторной САР с ориентацией поля. 12

4.1. Синтез регуляторов токов статора. 13

4.2. Синтез блока компенсации 15

4.3. Синтез регулятора скольжения, потокосцепления и момента. 16

4.4 Синтез регулятора скорости 19

4.5 Задатчик интенсивности. 20

5. Моделирование 25

6. Описание преобразователя 29

7. Заключение 30

Введение

Современные системы векторного управления прошли долгий путь развития и в настоящее время являются наиболее распространенными среди систем электропривода переменного тока. Они позволяют просто и эффективно управлять такими сложными объектами как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД), что в свою очередь, позволяет существенно расширить область его применения, почти полностью вытесняя из автоматизированных управляемых приводов двигатели постоянного тока. Это связано в первую очередь с развитием силовой электроники, позволяющей создавать надежные и относительно дешевые преобразователи, а также с развитием быстродействующей микроэлектроники, способной реализовать алгоритмы управления практически любой сложности. Поэтому высококачественный асинхронный векторный электропривод (АВП) в настоящее время является по существу техническим стандартом.

Первым этапом процесса развития АВП была разработка универсальной векторно-матричной математической модели, получившей название обобщенной электрической машины, которая началась в конце 20-х годов и завершилась в конце 40-х годов ХХ века. Эта модель позволяет описывать электромагнитные процессы в идеализированной электрической машине с помощью аппарата линейной алгебры. Практическое использование модели было отложено на несколько десятилетий, т.к. при ручных расчетах она не давала каких-либо преимуществ, но требовала существенных вычислительных затрат, теоретически же ее успешно использовали для анализа переходных процессов в электрических машинах.

В 1971 году F. Blaschke предложил принцип построения системы управления асинхронным двигателем, в котором использовалась векторная модель АД с ориентацией системы координат по потокосцеплению ротора. Сущность предложенного метода, получившего впоследствии название векторного, заключалась в использовании в системе управления передаточных функций обратных по отношению к передаточным функциям векторной модели АД, что позволяло получить в качестве независимых входных переменных системы величины, входящие в уравнение электромагнитного момента. Поэтому этот принцип называется также прямым управлением моментом. Кроме того, для упрощения задачи в векторной модели АД использовалась система координат, ориентированная по одному из векторов, входящих в уравнение электромагнитного момента, что существенно упрощало передаточные функции системы и позволяло определить момент двумя независимыми переменными аналогично тому, как это делается в двигателях постоянного тока.

За три прошедшие десятилетия были разработаны десятки вариантов исходных моделей АВП, реализованы сотни устройств на разной элементной базе, опубликованы тысячи статей и монографий, но принцип и первая модель, предложенная F. Blaschke, по-прежнему доминируют в технических реализациях. Её то мы и рассмотрим.

1. Обоснование технического задания на проектирование системы управления

Разработать систему управления электроприводом механизма трубоволочильного с учетом его конструктивных особенностей и требований технологического процесса.

Требуемый электропривод задает следующие требования к работе:

• Поддержание скорости двигателя в течение процесса волочения (статическое падение скорости не более 6 %).

• Большая перегрузочная способность, как в переходных, так и в установившихся режимах при возможных скачках усилия волочения.

• Протяжка происходит, при постоянстве момента.

• Широкий диапазон, регулирования для обеспечения необходимых скоростей захвата и волочения.

• Плавное регулирование скорости в данном диапазоне.

Система автоматического управления электроприводом должна обеспечивать поддержание постоянного момента при техническом процессе волочения трубы. Требования постоянного момента, плавному регулированию скорости и ослаблению поля осуществим путем использования частотного преобразователя.

Таким образом, зададимся целью спроектировать векторную однозонную систему управления асинхронным электроприводом с ориентацией по полю ротора, с широтно-импульсной модуляцией. Двигатель 4А355S4У3 и механическую часть привода оставить неизменными.

Преимущества векторного регулирования:

Точная отработка скорости с компенсацией скольжения (даже без обратной связи по скорости); глубокий диапазон регулирования; в области малых частот двигатель работает плавно и сохраняет момент вплоть до нулевой скорости; быстрая реакция на скачки нагрузки; при резких скачках нагрузки практически не происходит скачков скорости, вследствие высокой динамики регулирования; оптимизация КПД двигателя на низких частотах; за счет регулирования тока намагничивания, осуществляется оптимизация режима работы двигателя и снижение потерь.

При расчетах систем электропривода предполагается, что электрооборудование эксплуатируется на высоте не более 800 м над уровнем моря в условиях умеренного климата в сухом отапливаемом помещении (климатические условия и категория размещения У4 или УХЛ4 по ГОСТ 15150–69), при отсутствии в атмосфере токопроводящей пыли и коррозионно-активных веществ, а также при практическом отсутствии вибрационных нагрузок (группа эксплуатации М1 по ГОСТ 17516–70), степень защищенности электрооборудования и электродвигателей от внешних воздействий должна быть не менее чем IР23 по ГОСТ 14294–72, 14494–72.