Добавил:

student_tipo Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Балаковский институт техники, технологии и управления

Предмет:

Теория автоматического управления

Файл:

курсовая работа / analiz_i_sintez_dvuhkonturnoy_sistemy_avtomaticheskogo_uprav

.doc

Скачиваний:

Добавлен:

22.02.2014

Размер:

1.05 Mб

Скачать

☆

Анализ и синтез двухконтурной системы автоматического управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением.

Выбор электродвигателя.

Выбираем электродвигатель типа 2ПН250МУХЛ 4. [1

Таблица 1.

Р; кВт	U; В	n; об/мин	n; об/мин	ף ; %	R; Ом	R; Ом	R; Ом
53	440	1700	2800	87	0,059	0,026	20,2

Принимаем 3-х фазную мостовую схему выпрямления, которая обладает малыми потерями мощности.

Кu = 0.427 Ks = 0.817 Ki = 1.05

2.По номинальной мощности двигателя выбираем тиристорное оборудование серии ТЕ. [2]

Таблица 2.

Напряжение сети; В	Выходные параметры
Напряжение сети; В	Номинальный выпрямленный ток; Iном, А	Максимальный выпрямленный ток; Iмах, А	Номинальное выпрямленное напряжение; Uном, В	Номинальная мощность; P, кВт
440	160	360	460	73,6

Проверяем параметры выбранного тиристорного преобразователя:

Номинальный ток двигателя:

I_ном= ==138,45

P_{ном т.п.}> P_н.д.

Р_{ном о}>Р_ном.д

Выбранный тиристорный преобразователь удовлетворяет условиям проверки.

3.Выбор силового трансформатора: [2]

Таблица 3.

S; кВА	U₁; В	U₂; В	U_н; В	I_н; А	I₂; А	P_x;Вт: I_x;%	P_k;Вт: I_k;%
63	380	205	230	200	164	330 ; 6	1900; 5,5

Проверяем выбранный трансформатор по току:

I_2ф.н.>I_2ф.р

где, I_2ф.р – расчётное значение фазного тока во вторичной обмотке трансформатора.

I_2ф.н – номинальный ток фазы вторичной обмотки трансформатора.

I₂_ф_._р_. = (1,05 – 1,09) К_iI_н

I₂_ф_._р_. =1,06· 1,05∙ 138,45 = 154,09 А

где, I_н – номинальный ток двигателя

К_i – коэффициент по току схемы выпрямления

I_2ф.н. =164А> I_2ф.р. =154,09А

4.Выбираем тахогенератор постоянного тока. [2]

Таблица 4.

Тип	Чувствительность; В/ (об/мин)	Максимальная скорость: об/мин
СЛ – 161	0,021	3500

Выбираем стандартную схему управления с последовательной коррекцией:

Контур тока: регулятор тока (РТ), тиристорный преобразователь (ТП), якорь двигателя (Я), датчик тока (ДТ).

Контур скорости: механическая часть двигателя (М), датчик скорости (ДС), регулятор скорости (РС).

5.Синтез математической модели двигателя.

Уравнения электрического равновесия якорной цепи:

Uв = i_в∙ R_В + Lв (diв/dt) (1)

М = СФi_я (2)

e_я = CФώ (3)

Uя = e_я + i_я ∙R_я + L_я(di_я/dt) (4)

Принимаем Ф = const и Uв = const, при этом уравнением (1) можно пренебречь.

Тэ = Lя/ Rя

Тм = (J∙Rя_∑ / (КФ)²)

где, Тэ – электромагнитная постоянная времени цепи якоря;

Тм- электромеханическая постоянная времени.

Тогда,

Uя = Rя(1+Тэ∙p)∙i_я+CФώ

М = СФi_я

Кд = 1/ КФ

Составляем структурную схему:

6.Рассчитаем постоянные структурной схемы:

Пульсации выпрямленного напряжения оказывают неблагоприятное влияние на работу двигателя.

Ограничение пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется якорной цепью и включением в цепь якоря сглаживающего реактора.

При этом необходимая индуктивность якорной цепи равна: [2]

Lян≥

где, U- действующее значение первой гармоники пульсаций на выходе выпрямителя;

m- число пульсаций выпрямленного напряжения за период;

m = 6 – для 3-х фазной мостовой схемы выпрямления;

f = 50 Гц – частота сети;

Imin – минимальный ток двигателя.

U =

где, Кп₍₁₎ – коэффициент пульсации первой гармоники;

U₍₀₎ – выпрямленное напряжение;

U =

Imin = (0.03÷0.05)Iном = 0,04·138,45 = 5,538 А

Получаем:

Lян = Гн = 2,5мГн

Рассчитаем индуктивность якорной цепи и цепи выпрямления:

Lя_∑ = Lя + Lтр + Lр

где, Lя – индуктивность якоря;

Lтр – индуктивность трансформатора;

Lр – индуктивность сглаживающего реактора.

Lя = К

рад/сек

где, ώ_н – номинальная угловая скорость;

р- число пар полюсов;

К = 0,5

Lя =Гн

Индуктивность фазы трансформатора:

Lтр =

где, Хтр – индуктивное сопротивление обмотки трансформатора.

Хтр =

где, Uk- напряжение короткого замыкания трансформатора;

U_1фн – номинальное фазное напряжение первичной обмотки трансформатора;

I_1ном – номинальный ток первичной обмотки трансформатора:

U_1ф.ном= В

I_1ном =А

где: E_2фном= 1,33  К_u  U_ном = 1,33  0,427  460 = 261,24 В

Х_тр = Ом

Lтр = Гн

Lтр следует увеличить в 2 раза, так как I₀ одновременно проходит по вторичным обмоткам:

Lтр = 2·0,00066 = 0,00132 Гн

Lя_∑= 0,0045 + 0,00132 = 0,00582 Гн

Lя_∑> Lян ( 0,00582 > 0,0025), сглаживающий реактор не выбирается.

Рассчитаем активное сопротивление цепи выпрямленного тока ТП – Д:

Rя_∑ = 1,24(Rя + Rдп) + Rкаб + Rщ + Rтр +

где, Rя и Rдп – сопротивление якоря и дополнительных полюсов;

Rкаб – сопротивление кабеля;

Rкаб = 0.05· (Rя + Rдп) = 0.05·(0.059+ 0.026) = 0.00425 Ом

Rтр = Ом

где, Rтр – сопротивление трансформатора;

Pk – мощность короткого замыкания трансформатора;

I₂ – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора;

Для 3-х фазной мостовой схемы выпрямления Rтр необходимо увеличить в 2 раза.

Rтр = 2·0,024 = 0,048 Ом

- падение напряжения на щеточном контакте

Rя_∑= 1,24·(0,059 +0,026) + 0,00425 + 0,014 + 0,048 + Ом

Электромагнитная постоянная:

Тэ = сек

Электромеханическая постоянная:

Тм = Jн·Rя_∑ ·Кд²

где, Jн – результирующий момент инерции электропривода на валу электродвигателя;

Кд – передаточный коэффициент двигателя, показывает на сколько изменится скорость вращения якоря при изменении напряжения на единицу.

Кд =

∆Uщ = 2В – падение напряжения на щёточном контакте.

Кд =

Тм = 1,05·0,27·0,42² = 0,05 сек

Передаточные функции контуров:

W(p) =

Синтез математической модели тиристорного преобразователя.

Входным сигналом ТП является напряжение управления (Uу).

Выходным сигналом является ЭДС преобразователя.

Передаточную функцию принимаем равной:

Wтп(р) =

где, Кп – коэффициент передачи тиристорного преобразователя, зависит от формы напряжения управления.

При синусоидальном управляющем сигнале:

Кп =

Е_2фн= 261.24 В – номинальная фазная ЭДС на входе двигателя;

Uу – управляющее напряжение СНФУ, принимаем стандартное значение Uу = 8 В.

Кп =

Постоянную времени принимаем равной: Тп = 0,01 сек.

Следовательно:

Wтп(p) =

В токовом контуре необходимым элементом является датчик тока. Он служит для преобразования тока якоря в пропорциональное ему напряжение, соответствующее уровню стандартного напряжения Uст.

Кдт =

Iном – номинальный ток шунта, должен быть равен Iном двигателя. Iном.д. = 138,45 А

Ближайшее номинальное значение 150 А.

Uст соответствует Uу = 8 В.

Кдт =

В контуре управления скоростью вращения двигателя находится датчик скорости. В качестве этих элементов используются датчики ЭДС, тахомосты и тахогенераторы постоянного и переменного тока со сглаживающим фильтром:

Кдс =

где, Кдс – коэффициент датчика скорости (коэффициент обратной связи по скорости);

ώ_max– максимальная скорость вращения.

ώ_max = рад/ сек

Кдс =

По динамическим свойствам датчики тока и скорости эквивалентны апериодическому звену первого порядка. Инерционностью этих элементов можно пренебречь и считать,что :

Wдт(р) = Кдт

Wдс(р) = Кдс

КФ =

7.Частотные характеристики системы ТП-Д.

W(p) =

8.Выбор структуры и настроечных параметров регулятора токового контура.

Для настройки токового контура предпочтителен критерий модульного оптимума, так как он обеспечивает минимальное время регулирования t_p = 4.7·Tм, перерегулирование составляет 4,3%.

Для выполнения требований критерия применяют ПИ – регулятор ( пропорционально – интегрирующий регулятор ), обеспечивающий высокое быстродействие и нулевую статическую ошибку.

Такая настройка оптимальна для множества электроприводов и используется в качестве основной стандартной настройки, поэтому Тр принимаем равной большей постоянной времени в контуре тока.

Тп = 0,01сек

Тэ = 0,02сек

Принимаем Тр = 0,02 сек.

Передаточная функция ПИ – регулятора:

W(p) =