4.2 Расчет параметров и выбор электрических аппаратов силовой цепи: входного и выходного фильтров, тормозного резистора
Согласно [10], половина выпускаемых преобразователей частоты Tecoсерии А510 имеют встроенные фильтры электромагнитной совместимости. В преобразователе частотыTecoA510-4040-H3Fимеется встроенный фильтр моделиFN-341x-60-34. Следовательно расчет фильтров производить нет необходимости.
В ПЧ Tecoсерии 510, на внешней панели имеются выходные клеммы, для подсоединения к ним, при необходимости, тормозного резистора. Однако, учитывая тот факт что в насосных установках торможение электродвигателей осуществляется за счет свободного выбега, чтобы не создавать в трубопроводе избыточное давление и гидравлические удары, в нашей установке устанавливать тормозной резистор нет необходимости, более того использование тормозного резистора в нашей системе будет негативно сказываться на состояние трубопровода.
Фирма Tecoтакже, при желании заказчика, может дополнительно с преобразователями частоты поставлять входные дроссели, использование которых ими рекомендуется. Поэтому для лучшей работы ПЧ, из [10] выберем входной дроссель, которым комплектуются преобразователи частоты мощностью 30кВт, с серийным номером 3M200D1610234, обладающий индуктивностью 0,26мГн и рассчитанный на ток 80А.
5 Проектирование системы автоматического управления
5.1 Выбор датчиков для измерения управляемых координат электропривода
Регулируемой координатой в нашей системе является давление, поэтому необходимо выбрать датчик давления. Выбор датчика осуществляется по давлению. Выбираем датчик абсолютного давления ИД – А – 0,25 – 1 – 5 – М - Ex[15], предназначенный для преобразования значения абсолютного давления в электрический выходной сигнал, имеющий следующие параметры:
- Верхний предел измерения, МПа - 0,25;
- Предел допускаемой основной приведенной погрешности, % - 0,25;
- Присоединение к процессу - трубная 1/4";
- Вариант исполнения корпуса - с защитной мембраной;
- Взрывобезопасное исполнение;
- Выходной ток, мА - 4-20.
Также, хотя в нашей системе и не требуется, из [16] выберем датчик температуры подшипниковWDB10V3A1, который позже применим в автоматизации системы управления.
5.2 Составление математических моделей (уравнений, структурных схем) объекта управления, датчиков и исполнительного устройства
Динамические свойства электропривода турбомеханизма в рабочем диапазоне частот можно исследовать с помощью структурной схемы, приведенной на рисунке 5.1 [3].
Это нелинейная система, которую можно использовать при имитационном моделировании. Линеаризуем эту систему для синтеза регулятора Wp, приняв передаточную функцию АД в виде
(5.1)
а статический момент Мслинейно зависящий от скорости
(5.2)
где
Рисунок 5.1 - Структурная схема электропривода при стабилизации напора в рабочем диапазоне частот: Wp- передаточная функция регулятора,WD- передаточная функция АД
(5.3)
(5.4)
(5.5)
(5.6)
(5.7)
β - модуль жесткости механической характеристики АД при данном статическом моменте,
βс- модуль жесткости механической характеристики турбомеханизма,
Sк.е- критическое скольжение на естественной механической характеристике АД,
Tэ- электромагнитная постоянная времени АД.
В результате получаем линеаризованную структурную схему, приведенную на рисунке 5.2, где
(5.8)
H1- напор турбомеханизма приQ=0 и данной скоростиω.
Рисунок 5.2 - Линеаризованная структурная схема электропривода при стабилизации напора в рабочем диапазоне
Структурную схему рисунке 5.2 можно преобразовать к более удобному виду (рисунок 5.3).
Рисунок 5.3 - Преобразованная линеаризованная структурная схема электропривода
Для структурной схемы рисунок 5.4, полученной из рисунка 5.3, рассмотрим передаточную функцию от возмущающего воздействия Q'L:
Рисунок 5.4 - Окончательный вид линеаризованной структурной схемы
приHз(р)=0, (5.9)
где
(5.10)
(5.11)
(5.12)
Обычно в электроприводе турбомеханизма предусматривается ПИ-регулятор давления с передаточной функцией
(5.13)
Подставляем (5.13) в (5.10) и с учетом (5.11) находим
(5.14)
где
(5.15)
Принимая
(5.16)
получаем
(5.17)
где
(5.18)
Постоянную интегрирования Тирегулятора давления принимаем равной
(5.19)
тогда
(5.20)
и
(5.21)
Коэффициент усиления регулятора давления находим из условия
(5.22)
откуда
(5.23)