Реферат: Система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения

Содержание

Введение

Определение структуры и параметров объекта управления

Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления

Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

Разработка принципиальной электрической схемы

Список литературы

Введение

На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой – электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной – система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.

1. Определение структуры и параметров объекта управления

В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.

Технические данные двигателя Д12:

Номинальная мощность 2.5кВт

Напряжение питания якоря 220В

Напряжение питания ОВ 220В

Номинальный ток якоря 14.6А

Номинальная частота вращения 1140 об/мин

Максимальная частота вращения 3600 об/мин

Момент инерции якоря 0.05 кг*м2

Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах. Номинальная скорость привода:

/>

Максимальная скорость привода:

/>

Номинальный момент:

/>

Машинная постоянная:

/>

Скорость идеального холостого хода:

/>

Сопротивление обмотки якоря:

/>

Индуктивность обмотки якоря:

/>

Жесткость механической характеристики:

/>

Электромагнитная постоянная времени:

/>

Механическая постоянная времени:

/>

Принимаем ток возбуждения равным: />

Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:/>

Сопротивление обмотки возбуждения:

/>

Индуктивность обмотки возбуждения:

/>

Рассчитаем параметры упругой двухмассовой системы.

Согласно заданию на курсовой проект />

Частота упругих колебаний />

Коэффициент соотношения масс

/>,

тогда />

/>,

тогда жесткость двухмассовой системы

/>

Постоянная времени двухмассовой системы

/>

По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с

/>

ТП в цепи якоря. Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.

Условие сглаживания тока:

/>,

/>

Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор

/>

ШИП в цепи возбуждения

Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.

2. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления

Составим структурную схему модели электропривода

Настройка.

1. Контур тока якоря.

Задание на номинальный ток якоря 10В, тогда

/>,

коэффициент передачи тиристорного стабилизатора:

/>.

Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения />.

/>

Рис. 1 Структурная схема СЭП.

2. Контур тока возбуждения

Задание на номинальный ток 10В, тогда />.

Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то />.

Принимаем />.

/>

3. Контур скорости

Задание на скорость 10В, тогда

/>.

/>

Для разгона ЭП до /> нужно подать задание на скорость

/>.

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

Расчетный режим работы

/>

Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом

/>

--PAGE_BREAK--

Максимальная скорость в режиме слежения

/>

Расчетная частота

/>

Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:

/>,

принимаем />

Установившаяся ошибка должна быть/>

/>

Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.

На рис. 4 блок Subsystem – блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 – блок, моделирующий определения угла управления из уравнения />. Где Uу­ – напряжение управления, приведенное к стандартному ряду -10…10В, Um – максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале -10…10В.

В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.

Моделирование.

Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.

/>

Рис. 3 Графики зависимостей />.

Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.

/>

Рис. 4 Переходный процесс по току якоря

/>

Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме

Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*Iном= 0.2*14.6 = 2.92 А

Отработка приводом синусоидального задания с />

/>

Рис. 6 Графики зависимостей />.

Проведем эксперимент отработки приводом задания />

/>

Рис. 7 Графики зависимостей />.

Полоса пропускания привода />, при />

/>

Рис. 8 Графики зависимостей />.

4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов

Контур тока якоря.

Принимаем

/>,

/>

Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.

В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.

Технические данные ДТХ – 10:

Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5

Диапазон рабочих температур -20…+80 0С

Основная и приведенная погрешность 1%

Нелинейность выходной характеристики 0.1%

Номинальный ток 10 А

Коэффициент передачи 1:2000

Полоса пропускания 1…50000Гц

Источник питания 15В 10%

/>

Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная

Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток />, тогда выходной ток />

/>

Рис. 10 Схема формирования сигнала — (UЗТЯ — UОТЯ)

Принимаем

/>,

/>

Выбираем:

R9, R12, R13, R17, R19– C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%

R6– C2-29В-0.125-7.3 Ом±0.05%

R21– C2-29В-0.125-192 Ом±0.05%

С17– К73-17-63В-12.3 мкФ±0.5%

VD2 – КС210Б

DA1.4, DA1.6, DA1.8 – К140УД17А

DA2 – AD1403

Контур скорости

Выберем тахогенератор ТГП-60.

Технические данные ТГП-60:

Номинальная частота вращения 1500 об/мин

Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин)

Нелинейность выходного напряжения 0.1 %

Асимметрия выходного напряжения 0.2 %

Коэффициент пульсации 2.5%

Сопротивление нагрузки 6 кОм

Температурный коэффициент

выходного напряжения 0.01%/0С

Момент инерции ротора 10-5 кг/м2

Статический момент трения 10-2 Нм

Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора />.

/>

Рис. 11 Схема формирования сигнала КРС(- UЗС + UОС)

Принимаем

/>,

/>

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

/>

В связи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.

Принимаем постоянную времени фильтра />с.

/>

Выходной сигнал ограничивается на уровне 10В стабилитроном с напряжением стабилизации 10В.

Выбираем:

R1– C2-29В-0.125-87.4 кОм±0.05%

R2, R5, R7 – C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%

R3, R4– C2-29В-0.125-145 Ом±0.05%

С1 – К73-17-63В-46 пФ±0.5%

VD1 – КС210Б

DA1.1, DA1.2 – К140УД17А

Блок компенсации по первой производной скорости:

/>

Рис. 12 Схема формирования сигнала (КК ∙р)

Принимаем

/>,

/>

Выбираем:

R8– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%

С4 – К73-17-63В-1.5 мкФ±0.5%

DA1.3 – К140УД17А

Контур тока возбуждения

/>

Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная

Принимаем

/>,

/>

Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.

/>

Рис. 14 Схема формирования сигнала (- UОТВ)

В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.

Принимаем

/>,

/>

Выбираем:

R10– C2-29В-0.125-73 Ом±0.05%

R11– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%

R20, R23, R24 – C2-29В-0.125-1 кОм±0.05%

R22– C2-29В-0.125-12.5 кОм±0.05%

С18– К73-17-63В-16 мкФ±0.5%

С23– К73-17-63В-4 мкФ±0.5%

VD3 – КС210Б

DA1.5, DA1.9, DA1.10 – К140УД17А

Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы – К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%.

Список используемой литературы

Справочник по электрическим машинам: В 2т./Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988, — 456с.

Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение,1982, — 392с.

Ключев В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001, — 704 с.

Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. – СПб.: корона принт, 2001, — 320 с.

Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др. – М.: Б. И., 1996, — 157 – 300 с.

Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, — 560 С.

Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. – М.: энергоатомиздат, 1990, — 288 с.