МУ КП ЭП ЗДЭО-41 24_01_2015

По результатам расчетов строится естественную механическую характеристику (рис.5).

Рис.5 Естественная механическая характеристика АД

10 ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Частотное регулирование позволяет устранить один из существенных недостатков электродвигателей с короткозамкнутым ротором – постоянную частоту вращения ротора электродвигателя, не зависящую от нагрузки. Частотное регулирование создает возможность управления скоростью электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь позволяет избегать сложных переходных процессов в электрических сетях, обеспечивая работу оборудования в наиболее экономичном режиме.

Для электропривода переменного тока (ЭПТ) по параметрам асинхронного электродвигателя - ЭД (таблица 1) подобрать преобразователь частоты (ПЧ). Привести технические данные ПЧ. Пояснить принцип работы.

Привести электрическую схему ЭПТ (АД+ПЧ+подключение интерфейса управления ПЧ). Схему привести на отдельном листе формата А4 с рамкой и основной надписью в соответствии с ГОСТ.

Схемы управления двигателем

Схемы управления двигателем можно разделить на три основных типа:

−управление по закону U/f (регулировка отношения напряжения к частоте или вольт-частотное регулирование);

−векторное управление полем электродвигателя;

−прямое управление моментом на валу двигателя.

Схемы управления перечислены по возрастанию функциональности и цены. Во многих случаях в инверторах используются схемы управления нескольких типов. В большинстве случаев достаточно первых двух типов управления, но при больших перегрузках и широком диапазоне изменения нагрузки на валу двигателя необходимо прямое управление моментом.

Лист

11 ПОСТРОЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Уравнение механическая характеристики:

где m1 – число фаз (m1 = 3);

U1 – фазное напряжение статора (U1 = 220 В);

R1 – активное сопротивление обмотки статора;

X1 – индуктивное сопротивление обмотки статора;

R/2 – активное приведенное сопротивление обмотки статора;

X/2 – индуктивное приведенное сопротивление обмотки статора; pп – число пар полюсов.

Для перевода величин сопротивления обмоток двигателя в абсолютные единицы воспользуемся формулами приведения:

Угловую частоту вращения ротора будем рассчитывать по формуле:

2 n0 (1 s) .

60

Задаваясь различными значениями скольжения s в диапазоне s = (0…1), определяем соответствующие значения момента и частоты вращения. Искусственные механические характеристики АД при управлении по закону U/f=const для f = 30; 40; 50 Гц и соответствующей требуемой скорости приведены на рис. 9.

Рис.9 - Искусственные механические характеристики АД

Лист

12 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Обоснование принципа построения системы автоматического управления.

Из определения электропривод представляется как физическая система, осуществляющая управляемое электромеханическое преобразование энергии. Алгоритм его функционирования определяется требуемым характером обслуживаемого технологического процесса, то есть строгой последовательностью действий, приводящих к достижению заданной цели, например подъёму пассажиров на заданный этаж без стрессовых реакций.

Величины, желаемый закон изменения которых во времени определяется технологическим процессом, носят название управляемых или регулируемых переменных. Как правило, это – скорость, положение или ускорение рабочего органа. Часто в качестве регулируемой координаты выступает одна величина, например скорость, а все остальные должны изменятся так, чтобы обеспечить требуемый закон. Под управлением понимается такая организация преобразования электрической энергии в механическую, при которой обеспечивается необходимый закон изменения во времени регулируемых координат и, следовательно, реализуется требуемый алгоритм функционирования электропривода и обслуживаемой им технологической установки.

Объектом управления электропривода называется совокупность элементов, входящих в его силовой канал: электрический, электромеханический, механические преобразователи и рабочий орган. Все входные воздействия на объект управления можно разделить на две группы: управляющие и возмущающие воздействия, закон изменения которых определяется внешними факторами (момент нагрузки на валу, напряжение питающей сети). Процессом управления называется процесс формирования управляющих воздействий на объект управления для реализации требуемого закона изменения выходных регулируемых координат, а устройством управления – совокупность технических средств, обеспечивающих процесс управления.

В общем случае устройство управления обеспечивает приём команд (запуск, останов) и установок регулируемых координат (задающих воздействий) от системы управления более высокого уровня или от человека-оператора и осуществляет в соответствии с этими «указаниями» процесс управления. Если

Лист

все функции управления осуществляются без участия человека-оператора, управление называется автоматическим, а электропривод с таким управляющим устройством – автоматизированным.

Совокупность всех элементов информационного канала, участвующих в процессе управления, называется системой управления электропривода. В зависимости от количества каналов передачи информации между устройством управления и объектом управления все системы делятся: на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых системах алгоритм управления реализуется управляющим устройством, без наличия информации о текущем состоянии объекта управления и существует только один канал передачи информации – управляющих воздействий от устройства управления к объекту управления. Таким образом, в разомкнутых системах отсутствует контроль за фактическим изменением регулируемых координат. Главный недостаток разомкнутых систем

– управление «вслепую». Устройство управления может продолжать выполнение функций даже тогда. когда произошёл отказ в исполнительном механизме.

Повысить качество работы и надёжность системы управления можно, снабдив её информационно-измерительной системой, добавив канал передачи информации от этой системы к устройству управления, то есть, введя обратную связь. Такие системы управления называются замкнутыми.

Наибольшее применение получили два типа построения замкнутых систем регулирования: с общим суммирующим усилителем и с n последовательными суммирующими усилителями – системы подчинённого регулирования с последовательной коррекцией.

Отличительной особенностью систем первого типа является наличие одного суммирующего усилителя, на вход которого подаётся алгебраическая сумма задающего сигнала и всех обратных связей. Выходной сигнал усилителя, таким образом, зависит сразу от нескольких переменных, что делает практически невозможным регулирование какой-то одной переменной независимо от других.

Для разделения действий обратных связей применяют отсечки (блоки нелинейности). Но и в этом случае единственный задающий сигнал не определяет заданного значения выбранной для регулирования переменной. Придание системе требуемых динамических свойств, при таком построении обычно достигается применением сложных корректирующих устройств,

Лист

включаемых в цепь сигналов управления при малой мощности управления (последовательная коррекция) или параллельно некоторым блокам системы (параллельная коррекция). При этом нельзя осуществить независимую настройку качества регулирования всех переменных. В целом получить требуемое или оптимальное качество регулирования в таких системах крайне затруднительно, а в ряде случаев и невозможно.

Система подчинённого регулирования состоит из ряда контуров, число которых равно числу регулируемых переменных или постоянных времени системы, причём каждый внутренний контур регулирования подчинён следующему по порядку внешнему (по отношению к внутреннему контору). Эта подчинённость выражается в том, что заданное значение регулируемой переменной любого внутреннего контура определяется выходным сигналом регулятора следующего по порядку контура. В итоге, все внутренние контуры работают, как подчинённые задаче регулирования выходной координаты системе. Каждый контур строится по отклонению (по ошибке) и имеет свою обычно жёсткую отрицательную обратную связь по регулируемой переменной и свой регулятор (суммирующий усилитель). Для каждого внешнего контура внутренний контур входит в состав объекта регулирования.

В системе подчинённого регулирования появляется возможность раздельного регулирования переменных и раздельной настройки контуров, а также коррекция переходных процессов в каждом контуре, что существенно упрощает как техническую реализацию коррекции, так и практическую настройку системы.

Для разрабатываемого электропривода, как имеющая безусловные преимущества будет синтезироваться замкнутая система автоматического управления по принципу подчинённого регулирования.

Синтез системы автоматического управления.

В разрабатываемом электроприводе лифта есть реальная необходимость регулирования только одной координаты – скорости. Это связано с тем, что к скорости, а также её изменению во времени (ускорению), предъявляются жёсткие регламентирующие требования со стороны технологического процесса. Так скорость кабины лифта, а соответственно и двигателя, при пуске должна

Лист

плавно нарастать до установившегося значения, причём темп её нарастания, определяемый ускорением не должен превышать допустимого значения.

Под синтезом системы автоматического управления подразумевается введение обратной связи и расчёт регулятора для управляемой координаты. В нашем случае, будет вводиться отрицательная обратная связь по скорости и регулятор скорости. Для их расчёта необходимо математически описать силовую часть электропривода, включающую преобразователь, двигатель и механическую часть.

Преобразователь частоты описывается уравнением

0 kп U у ,

где 0 синхронная угловая скорость двигателя;

kп коэффициент передачи преобразователя частоты;

Uу напряжение управления.

Из этого уравнения передаточная функция преобразователя частоты определится как

WПЧ р 0 kп .

U у

Коэффициент передачи преобразователя частоты найдём из формулы

kп 2 k уч , pп

где kуч коэффициент передачи по частоте

Uу,max максимальное напряжение управления, Uу,max = 10 В

Математическое описание асинхронного двигателя соответствует уравнению

Отсюда передаточная функция асинхронного двигателя имеет вид

Лист

где М момент на валу двигателя;

е модуль жёсткости естественной характеристики асинхронного двигателя;

Тэ электромагнитная постоянная времени;

угловая частота вращения вала двигателя.

Модуль жёсткости естественной характеристики асинхронного двигателя

е 2 М к ,0н sк

Электромагнитная постоянная времени асинхронного двигателя

Механическая часть привода описывается уравнением

J 1p M M ст

Тогда передаточная функция механической части привода

По передаточным функциям построим структурную схему разомкнутой системы, приведённую на рисунке 10.

Рис. 10 – Структурная схема разомкнутой системы

Лист

Добавив отрицательную обратную связь по скорости и регулятор скорости к структурной схеме разомкнутой системы управления, получим структурную схему замкнутой системы управления для расчёта контура регулирования скорости, изображённую на рисунке 11.

Рис.11 – Структурная схема замкнутой системы управления для расчёта контура регулирования скорости

Механическая постоянная двигателя

Tm J o ,

Kм Mн

При Тм > 4Тэ применяем ПИ-регулятор скорости и настраиваем систему на технический оптимум. Статические ошибки по задающему и возмущающему воздействиям при этом будут отсутствовать. Передаточная функция системы будет иметь вид

где Т некомпенсируемая постоянная времени, Т = Тэ

Коэффициент обратной связи по скорости

kос U зи ,

Н

Лист

где Uзи управляющее напряжение задатчика интенсивности, соответствующее номинальной скорости

В соответствии с [9] определяем передаточную функцию ПИ-регулятора.

Wpc p K0 Tи р 1 Tи р

Структурная схема замкнутой системы управления приведена на рисунке

12

Рис.12 – Структурная схема замкнутой системы управления

Используя полученную математическую модель электропривода в программе Simulink - Matlab или МВТУ, получим графики переходных процессов

(динамические характеристики).

Лист

Рис.13 – График переходного процесса по скорости разомкнутой системы

Рис.14 – График переходного процесса по моменту разомкнутой системы

Лист