4.2. Расчет параметров и выбор элементов силовой цепи

Для силовой цепи необходимо вычислить ёмкость С-фильтра (рис.4.1.).

Ток протекающий по силовой цепи описывается уравнением:

Отклонение напряжения в цепи постоянного тока от заданного не должно превышать 5%:

B.

Рис.4.1. силовая цепь.

Ток вычисляется по формуле:

(4.1),

где U1H=220B; I1H=17,27A; cosφ=0,88

Подставляя значения в формулу(4. 1), получим

Ёмкость вычисляем по формуле:

, (4.2)

с.

Подставляя значения в формул (4.2), получим:

мкФ

5. Проектирование системы автоматического управления.

5.1. Разработка математической модели автоматизированного электропривода

В основу математической модели положена структурная схема автоматического регулирования скорости представленная в «Теории электропривода» В. И. Ключева в параграфе 7.5.

Структурная схема автоматического регулирования скорости

Рис.5.1

Тп,э=Тп/Ку.ж.., Тп― машинная постоянная, учитывающая дискретность, запаздывание и наличие фильтров в системе фазового импульсного управления, Тп<0,01 с, Ку.ж..― коэффициент увеличения модуля жесткости в замкнутой системе β_З.С.по сравнению с β_Е, β_З.С.=β_Е(1+к_О.С)=β_Ек_У.Ж., β_Е―жесткость механической характеристики, β_Е=2М_К/ω_0НОМs_K, Тэ― электромагнитная постоянная двигателя, Тэ=1/ω_0ЭЛ,НОМs_K, Тм― механическая постоянная электропривода, Тм=Jω₀/М_К, Кп― коэфициент усиления преобразователя, Кп=Еп/U,.

5.2.Расчет параметров объекта управления

Исходя из выражений и данных двигателя, получаем:

М_ном.= Р_ном./_{0 ном.},

где _{0 ном.} – скорость двигателя, определяемая как:

_{0 ном.} = n / 30,

_{0 ном.} = 3,143000 / 30 =314,16с^-1;

M_ном. = 7500 / 314,16 = 23,87 Нм;

Номинальная скорость двигателя определяется по формуле:

_ном. = n_ном.(1-S_ном.) / 30,

_ном. = 3,143000(1-0,035) / 30 = 303с^-1;

тогда _max =_ном. =303 с^-1 – максимальная скорость двигателя;

_min = _max / D = 303/4 = 75,1 с^-1;

Определим время пуска двигателя:

t_n = J__ном. / М_п-М_с;

где М_п = 2М_ном. =223,87=47,74 Нм – пусковой момент;

J_ = 2J_дв =20,0075=0,015– суммарный момент инерции системы;

t_п = 0,015306/47,74-23,83=0,193с;

Для расчета параметров структурной схемы необходимо произвести расчеты параметров Т-образной схемы замещения АД:

R₁ = 0,685Ом;

R₂ = 0,417Ом;

R_m = 14,9Ом;

L₁ = 0,178Гн; L₂ = 0,182Гн; L₁₂ = 0,175Гн;

х₁= 0,864Ом; х₂= 2,086Ом; х_m= 55,15Ом

Здесь ― эквивалентная постоянная времени статора;

― эквивалентное сопротивление цепи статора;

― эквивалентная индуктивность цепи статора;

L_э= 0,178 – 0,175²/0,182 = 0,0097Гн;

R_э= 0,685 + 0,417(0,175²/0,182²) = 1,07Ом;

Т_э= 0,0097/1,0705 = 0,009с.

Т_м= 3140,015/23,872,2=0,09с.

5.3.Определение параметров и структуры управляющего устройства

Для управления насоса производители преобразователей, в том числе АВВ, предлагают использовать ПИД-регулирование. Параметры ПИД-регулира зависят от состояния водопроводной системы, которая не вычисляется, поэтому ПИД-регулятор программируется приблизительно и настраиваеттся в процессе наладки. Согласно литературе водопроводную сеть можно представить как апериодическое звено с большой постоянной времени. Одновременно система насос-сеть реализует зависимость Н~(ω/ω_НОМ)².

6. Анализ динамических и статических характеристик электропривода

6.1. Разработка имитационной модели электропривода

На основании математической модели разрабатываем имитационную модель в пакетеMATLAB. К схеме моделирования системы ПЧ-АД, с входным сигналом задания скорости, данной в “Теории электропривода” В.И.Ключева, добавим регулятор давления в виде интегрирующего звена, на вход которого поступает разность сигналов задания и обратной связи по давлению, а на выходе задание скорости:

Реализация обратной связи по давлению(напору)

Рис.6.1

К выходу системы добавляем модель насоса реализующую преобразование сигнала скорости в сигнал напора , где Т_СЕТИ―постоянная времени сети, т.е. время за которое сеть изменяет свои параметры, из-за протяженности и наличия воздушных карманов оно достаточно велико, измеряется в десятках секунд, по сравнению с ним время переходных процессов в преобразователе частоты и электродвигателе являются малыми величинами, которые не влияют на качество регулирования.

Так как необходимо учесть изменение статического напора сети, а следовательно и момента в зависимости от скорости, вводим обратную связь по моменту реализующую зависимость , где к― коэффициент аппроксимации,. С достаточной точностью можно принять к=2,05. Полученная таким путем зависимость М(n) является аппроксимацией графика на рис.3.1. Для данного привода ω_CT.MAX=1,2ω_HOM=376,8 рад/с, а условием эксплуатации насоса является ω_CT.MIN=0,9ω_НОМ=282,6 рад/с.