Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Динамика. Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие
.pdf
Рис. 4.4. Схема присоединения мультиметра
(как омметра) для измерения омического сопротивления
4.2.4. Назначение и описание функциональных блоков
Перечень функциональных блоков приводится в соответствии с
рис. 4.5.
Трехфазный источник питания (GA). Предназначен для пи-
тания комплекта трехфазным переменным напряжением. Включается
вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного
включения.
Источник питания двигателя постоянного тока (GB). Пред-
назначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током.
Включается вручную или дистанционно/автоматически (от ПЭВМ). Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно. Напряжение
возбуждения нерегулируемое.
Возбудитель машины переменного тока (GG). Предназначен
для питания обмотки возбуждения синхронной машины. Включается
вручную или дистанционно/автоматически (от ПЭВМ). Напряжение
возбуждения регулируется вручную или дистанционно/автоматически.
Выходные цепи изолированы от входных.
Терминал (TM). Предназначен для обеспечения удобного до-
ступа к входам/выходам управления функциональных блоков.
Активная нагрузка (RA). Предназначена для моделирования
однофазных и трехфазных потребителей активной энергии. Регулируется вручную.
Блок ввода/вывода цифровых сигналов (BC). Предназначен
для ввода сигналов типа «сухой контакт» и вывода сигналов через контакты промежуточного реле.
91
Блок датчиков тока и напряжения (BA). Предназначен для
я
R
R
получения нормированных электрических сигналов, пропорциональных
напряжениям и токам в контролируемых силовых цепях постоянного и
переменного тока и гальванически с последними не связанных.
Блок мультиметров (BM). Предназначен для измерения токов,
напряжений, омических сопротивлений. Цифровой с жидкокристаллическим дисплеем.
Указатель частоты вращения (IB). Предназначен для отобра-
жения частоты вращения электрических машин в электромашинном агрегате в аналоговой форме.
Преобразователь угловых перемещений (DD). Предназначен
для преобразования скорости вращения электрических машин в сигнал
цифрового вида.
Коннектор (KK). Предназначен для обеспечения удобного до-
ступа к входам/выходам платы сбора данных PCI 6024E персонального
компьютера.
Персональный компьютер (IBM). Предназначен для дистан-
ционного/автоматического управления лабораторным комплексом и
отображения информации.
Исследуемая машина постоянного тока (двигатель постоянного тока с независимым возбуждением) D1:
P 90 Вт;
н
220 В;
U
н
I 0,56 А;
н
1500 об/мин;
n
н
I 0,2 А;
вн
57,2 %;
н
cos
н
= 86 Ом;
= 1,15 кОм.
о.в
0,73;
Нагрузочная машина переменного тока (асинхронный двигатель с
короткозамкнутым ротором) D2:
P 30 Вт;
н
U 127 В;
н
I 0,35 А;
н
1250 об/мин;
n
н
36 %;
н
cos
x
1
R = 0,18 о. е.;
1
'
x
2
'
R
2
0,73;
н
= 0,087 о. е.;
= 0,15 о. е.;
= 0,150 о. е.
92
Рис. 4.5. Принципиальная электрическая схема замкнутого электропривода
93
Исследуемая и нагрузочная машины жестко соединены между со-
бой и представлены в виде электромашинного агрегата, дополненного
маховиком и преобразователем угловых перемещений.
4.2.5. Обозначение и параметры исследуемой схемы
Обозначение и параметры изучаемой аппаратуры приведены
в табл. 4.3.
Таблица 4.3
Обозначе-
Наименование Тип Параметры
ние
Трехфазный источник пита-
GA
201,2 ~ 400 В; 16 А
ния
0…250 В, 3 A (якорь);
Источник питания двигателя
GB
постоянного тока
206,1
200 В, 1 А
(возбуждение)
Возбудитель машины
GG
переменного тока
209,2
0…40 В; 3,5 А
3 мультиметра:
0…1000 В;
BM Блок мультиметров 508,2
0…10 А;
0…20 МОм
IB
Указатель частоты
вращения
506,3
–2000…0…2000 мин
IBM-совместимый;
Персональный
IBM
550
плата сбора данных
компьютер
PCI 6024E
Преобразователь угловых
DD
104 6 выходных сигналов
перемещений
3 измерительных
преобразователя
«ток – напряжение»:
BA
Блок датчиков тока
и напряжения
402,1
3 измерительных преобра-
(5 А/1 А)/5 В;
зователя «напряжение –
напряжение»:
(1000 В/100 В) / 5 В
6 розеток
TM Терминал 304
с 8 контактами;
8 гнезд
6
1
94
Окончание табл. 4.3
Обозначе-
Наименование Тип Параметры
ние
8 аналог. диф. входов;
KK Коннектор 330
2 аналог. выхода;
8 цифр. входов/выходов
8 входов типа «сухой
Блок ввода/вывода
BC
331
контакт»; 8 релейных
цифровых сигналов
входов
90 Вт; –220 В,
0,76 А (якорь);
D1 Машина постоянного тока 101,2
–220 В
(возбуждение)
50 Вт; ~ 230 В;
D2 Машина переменного тока 102,1
1500 мин
3
RA Активная нагрузка 306,1
0…50 Вт;
1
220/380 В
4.2.6. Описание работы программы «Источник ЭДС – двигатель
постоянного тока – Опыт 3.1.1»
Программы-регистраторы предназначены для регистрации и отображения
специфических параметров электрических машин в удобной для пользователя форме. Они не имеют практически никаких настроек и обладают простым, удобным и интуитивно понятным интерфейсом.
Необходимым условием работы программ является правильное
подключение к коннектору (код 330) аналоговых сигналов. Для удобства пользования кроме схем данного
руководства краткая информация
по подключению сигналов имеется в самих программах.
Машине постоянного тока следует правильно задавать соответствующий режим ее возбуждения.
Регистратор «Источник ЭДС – двигатель постоянного тока – Опыт
3.1.1» в реальном времени отображает зависимости от времени напряжения и тока якорной обмотки, частоты вращения и электромагнитного
момента машины, а также ее
механическую характеристику (зависи-
мость скорости от электромагнитного момента).
95
4.3. Общие сведения
Замкнутые (с обратной связью) электроприводы, как правило,
строятся по принципу отклонения. Структурная схема такой системы на
основе двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ с
НВ) приведена на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Структурная схема замкнутого электропривода ДПТ с НВ:
ЗИ – задатчик интенсивности; РС и РТ – регуляторы скорости и тока;
ИП – преобразователь; D1 – ДПТ с НВ; DD – датчик скорости; KТ – коэффициент
передачи обратной связи по току
Применительно к рассматриваемой схеме лабораторной установки
регулирования скорости одним из признаков этой структуры является
цепь обратной связи, по которой информация о текущем значении ско-
рости (сигнал U
он вычитается из управляющего воздействия
обратной связи) подается на вход электропривода, где
ос
задания скорости
U
з
U
з
Регулирование двигателем D1 осуществляется сигналом отклонения
= зU – Uос (его также называют сигналом рассогласования или
U
Δ
ошибки). Эта величина при отличии скорости от заданного уровня автоматически изменяется необходимым образом и устраняет с помощью
системы управления эти отклонения. Происходит стабилизация скорости вращения при воздействии различных возмущений.
Для управления движением рабочего (исполнительного) органа
иногда требуется регулировать несколько координат электропривода,
например
тока (момента) и частоты вращения. В этом случае замкнутые
электроприводы выполняются по схеме с подчиненным регулированием
координат (рис. 4.6). В ней отслеживание каждой координаты осуществляется своими регуляторами тока РТ, скорости РС, которые вместе с соответствующими обратными связями образуют замкнутые контуры. Выходным, задающим сигналом для контура тока является выходное
воздействие внешнего по отношению к нему контура частоты
вращения, т. е. внутренний контур тока подчинен внешнему контуру
скорости – основной в лабораторной работе выходной координате электропривода.
.
96
Несложные преобразования позволяют получить выражения для
K
K
я
I
электромеханических и механических характеристик ДПТ с НВ в замкнутой системе:
KU
ωωΔω
ωωΔω,
пр зс
(1 ) (1 )
с k с k
KU
пр зс
(1 ) (1 )
с k с k
IR
М R
яц
яц
0 з
0 з
;
где с – коэффициент связи двигателя;
– коэффициент усиления прямой ветви;
пр
k – общий коэффициент передачи разомкнутой системы (k =
R
– сопротивление якорной цепи двигателя;
яц
ω
– скорость холостого хода;
0
Δω
– перепад скорости.
з
пр
· Kос);
Сравнительный анализ жесткости характеристик в разомкнутой
Δω
и замкнутой Δωз системах при одном и том же токе (моменте), при-
р
веденном ниже, показывает, что жесткость в замкнутой системе выше:
R
т. к. k > 0, то всегда
Δω
Δω
Δω
з
<
З
р
IR
яц
с kk
(1 ) (1 )
.
Р
ц
;
с
Δ
W
р
,
При подчиненном регулировании появляется возможность управления переменными, раздельной настройки контуров (начиная
с внутреннего) и коррекции переменных процессов в каждом контуре,
что существенно упрощает как расчетную, так и практическую настройку системы.
Настройку контура (расчет и выбор элементов последовательных
корректирующих цепей, т. е. выбор типа регулятора и расчет его параметров) проводят таким образом, чтобы получить технически оптимальный переходный процесс, при котором время t изменения регулируемой величины от 0 до установившегося значения было бы минимально возможным при перерегулировании Δх
, не превышающем до-
вых
пустимого значения, примерно 4…10 % (рис. 4.7).
Такой динамический режим при скачке задания является компромиссным между процессом более быстрым, но с большим перерегулированием и процессом с меньшим перерегулированием, но более медленным.
97
Известно, что характер переходного процесса замкнутой системы
K
определяется соотношением ее постоянных времени и оптимальному
переходному процессу соответствует оптимальное соотношение постоянных времени. Математически это выражается определенным (оптимальным) соотношением коэффициентов характеристического уравнения системы.
Рис. 4.7. Технически оптимальный переходный процесс
Как известно, при техническом оптимуме с помощью регулятора
обеспечивается следующая желаемая передаточная функция разомкнутого оптимизированного контура:
1
яц
,
где Т
W
по(техн)
– некоторая постоянная времени контура;
μ
– коэффициент обратной связи.
ос
2p(1 p)
KT T
ос μ μ
Расчет и проектирование схемы управления электроприводом по
принципу последовательной коррекции начинается с построения внутреннего (типового) контура, используя составляющие структурной схе-
мы системы П-ДПТ: преобразователь (П), двигатель (ДПТ); K
коэффициент усиления и постоянная времени преобразователя; Т
и Тп –
п
и Тм –
я
постоянные времени соответственно якорной цепи исследуемого двигателя и механической части привода.
В цепь управления вводится РТ с неизвестной передаточной функцией W
ной (U
, на вход которого подаются сигналы задающей (U
рт
от
= K
I) связи по току.
т
Искомая передаточная функция W
регулятора тока находится пу-
рт
) и обрат-
зт
тем приравнивания желаемой передаточной функции разомкнутого оп-
98
тимизированного контура к передаточной W
я
K
K
р
р
я
R
р
, образованной РТ,
раз. т
П и цепью якоря ДПТ (П и цепь якоря двигателя формируют объект регулирования для контура тока с передаточной функцией W
1/
1
W
2 р (1 р)(1р)(1 р)
K ТТ Т Т
тμ μ п я
рт
K
п
R
откуда
(1 р)(1 р)
R ТТ
яц я п
KK ТТ
тп μ μ
где
W
рт
– коэффициент передачи обратной связи по току;
т
– коэффициент передачи преобразователя;
п
Т
– постоянная времени преобразователя;
п
– постоянная времени контура тока;
Т
μ
– электромагнитная постоянная времени цепи якоря;
Т
я
– суммарное сопротивление цепи якоря.
R
яц
Обычно принимают постоянную времени Т
(около 0,01 с) постоянной времени преобразователя Т
2 р (1 р)
1
Т
W Т
я
ти
Т
и
,
,
равной небольшой
μ
, тогда
п
):
ц
,
Т
п
где
итп
Т KK
2
– постоянная времени регулятора,
ц
т. е. регулятор тока является пропорционально-интегральным (ПИ).
Передаточная функция замкнутого контура тока определяется как
W
W
зт
12
рт
WK ТТ
рт т п п
1/
K
т
(1 р)1
, (4.1)
т. е. замкнутый контур представляет собой систему второго порядка
с малой постоянной Т
редаточной функцией W
ную времени Т
и обеспечить оптимальный характер переходных процес-
я
. Другими словами, введение регулятора тока с пе-
п
позволяет скомпенсировать большую постоян-
рт
сов с отмеченными ранее показателями (рис. 4.7).
Передаточную функцию регулятора скорости определяют, как и
для регулятора тока, по передаточной функции W
объекта регулиро-
ос
вания скорости, состоящего из контура тока, механической части привода и желаемой передаточной функции W
гулирования частоты вращения.
разомкнутой системы ре-
рс
99
Если пренебречь в выражении (4.1) для Wзт членом второго поряд-
р
K
р
ка
22
2T
, то передаточная функция W
п
W
зт
K сТ Т
тμ п
примет вид
ос
R
яц
р (1 2 р)
. (4.2)
Желаемая передаточная функция W
ляется нижеприведенным выражением при подстановке в него K
= 2Тп:
и Т
μ
R
W
зт
4 р (1 2 р)
K ТТ
сμ п
разомкнутой системы опреде-
рс
яц
. (4.3)
= Kос
с
Разделив выражение (4.3) на (4.2), получаем искомую передаточную функцию регулятора скорости
WKТс
W
рс рс
рс т μ
WKТ R
ос с п яц
4
.
Из этого следует, что регулятор скорости является пропорциональным (П), при включении которого оказывается скомпенсирована другая
значительная постоянная времени Т
электропривода.
μ
Передаточная функция замкнутой системы имеет вид
W
W
зс
14
рс
WK ТТ
рс с п п
1/
K
с
,
(1 2 р)1
т. е. вся система электропривода представляет собой колебательное звено второго порядка, и в ней за счет настройки регуляторов тока и скорости в соответствии с их передаточными функциями обеспечивается оптимальное регулирование тока и скорости.
Ограничение тока двигателя при пусках и торможениях в системах
подчиненного регулирования достигается не ограничением
выходного
сигнала регулятора скорости (ограничение сохраняется как средство
защиты), а применением задатчика интенсивности ЗИ, посредством которого сигнал задания скорости изменяется не скачком, а линейно во
времени до требуемого уровня.
4.4. Описание схемы стенда и его программного обеспечения
4.4.1. Принципиальная электрическая схема стенда
Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 4.5.
Источник GA – источник синусоидального напряжения промыш-
ленной частоты.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]