Разработка системы управления скоростью электропривода постоянного тока

• Название: Разработка системы управления скоростью электропривода постоянного тока
• Дата: 08.01.2023
• Размер: 119.47 Kb.
• Имя файла: AEp-17-1_Khaletskiy_N_V_Kursovaya.docx
• Тип: Курсовой проект; #876985

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

Кафедра автоматизированного электропривода и мехатроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

По дисциплине: Системы управления электроприводов

На тему: Разработка системы управления скоростью электропривода постоянного тока

Исполнитель:, Халецкий Н.В. студент 4 курса, группа Аэп-17-1

Руководитель: Омельченко Евгений Яковлевич
Работа допущена к защите: г.

(подпись)

Работа защищена: г.

(оценка) (подпись)

Магнитогорск 2020

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач при внедрении электропривода в конкретное производство является разработка оптимальных по быстродействию систем управления.

Быстродействие электропривода характеризуется временем затухания переходных процессов, возникающих в нем при изменении управляющего воздействия. Быстродействие затухания указанных процессов определяется параметрами элементов, входящих в состав привода, и зависит от закона управления, заложенного в систему управления приводом.

Силовая часть электропривода при проектировании выбирается из условий, непосредственно не связанных с достижением того или иного быстродействия, а по этому её удобно считать заданной. При такой постановке вопроса параметры заданной силовой части и дополнительные условия (ограничения), присущие ей или связанному с ней механизму, однозначно определяют её предельное быстродействие и закон управления, обеспечивающий это быстродействие.

Таким образом, сокращение времени переходных процессов сводится к отыскиванию законов управления силовой частью, обеспечивающих её придельное быстродействие, и построению системы управления, осуществляющей найденный закон управления.

1. Объект регулирования

1.1 Технические данные электродвигателя Д812

Технические данные электродвигателя Д812 указаны в таблице 1

Таблица 1

№п/п	Наименование	Обозначение	Ед. изм.	Величина
1	Номинальная мощность	Рн	кВт	75
2	Номинальное напряжение	Uн	В	220
3	Номинальный ток якоря	Iн	А	380
4	Номинальная скорость вращения	nн	Об/мин	500
5	Номинальный момент	Мн	Нм	1371
6	Сопротивление обмоток при 20оС - якоря - добавочных полюсов	rя rдп	Ом Ом	0,0065 0,003
7	Номинальное напряжение возбуждения	Uвн	В	440
8	Номинальный ток возбуждения	Iвн	А	5,3
9	Число главных полюсов	2р	-	4
10	Перегрузочная способность		-	2,5

2. Параметры силового оборудования

Исходя из параметров данного двигателя с учетом перегрузочной способности выбирается тиристорный преобразователь КТЭ-500/220 (440) со следующими параметрами:

Idн=200А;Udн=220B

Idм=1000 А;

Тиристорный преобразователь питается от сети 380 В черезтокоограничивающий реактор РТСТ-20,5-2,02со следующими параметрами:

Uл=410В;

Iфн=20,5 А;

Lт=2,02 мГн;

Rт= 233 мОм

1.3. Основные параметры объекта регулирования

Структурная схема объекта регулирования представлена на рис. 4



Активное сопротивление якорной цепи:



Активное сопротивление реактора:



Эквивалентное сопротивление силовой цепи:



Конструктивная постоянная двигателя:

C=kФн=(Uн-Iн*Ra)/wн=7.7947

Номинальная скорость двигателя:

ωн=53.38

Индуктивность обмотки якоря:



Индуктивность реактора:



Эквивалентная индуктивность:



Электромагнитная постоянная времени якорной цепи:



Электромагнитная постоянная времени силовой цепи:



Суммарный момент инерции:



Электромеханическая постоянная времени электропривода:



Коэффициент обратной связи по току:



Коэффициент обратной связи по ЭДС:



Коэффициент обратной связи по скорости:



Коэффициентрегуляторатока:

Tm/(4*Tп)*(Kot*c)/(Koc*Rэ)=21.02

Коэффициент регулятора скорости:



Коэффициент обратной связи по току возбуждения:



Электромагнитная постоянная времени по току возбуждения:

Тов=Lв/Rв=1.2

Тф=0.005

Тк=0.12

Тп=0.0033

Kпв=75,36

2. Построение системы регулирования скорости

2.1. Построение контура регулирования тока

2.1.1. ПИ-регулятора тока

При построении контура регулирования тока имеют место следующие допущения: 1) параметры объекта стабильны и не зависят от температуры; 2) влияние внутренней обратной связи по ЭДС не учитывается; 3) не учитывается прерывистый режим работы преобразователя.

Структурная схема контура регулирования тока имеет вид, показанный на рис. 2


Рисунок 2 - Структурная схема контура регулирования тока
Общая формула оптимального регулятора i-го контура имеет вид



где i – номер контура регулирования;

W_Oi(s) – передаточная функция объекта регулирования i-го контура регулирования;

K_оi, K_oi–1 – коэффициенты обратных связей i-го и i–1-го контура регулирования соответственно.

В соответствии с этой формулой и со структурной схемой на рис. передаточная функция регулятора тока имеет вид
,
где с – постоянная времени интегрирования регулятора тока.

–коэффициент регулятора тока
2.1.2. Построение двойного регулятора тока
В системах ТП–Д при снижении тока ниже граничного и при реверсе тока имеет место режим прерывистых токов, когда существенно изменяются параметры силовой части и качественное управление приводом в этом режиме без дополнительных мер невозможно.

Существуют различные варианты повышения качества регулирования в прерывистых режимах, используемые в комплектных устройствах.

В ЭКТ используется двойной регулятор тока. Задача первого контура (непрерывный режим) – иметь передаточную функцию инерционного звена с предельно возможным быстродействием. Второй регулятор тока делает замкнутый контур тока оптимальным с предельным быстродействием.

При построении двойного регулятора тока из-за малости Т_μ тиристорный преобразователь считается безынерционным.

Структурная схема двойного регулятора тока представлена на рис. 3.



Рисунок 3 - Структурная схема двойного регулятора тока ( )

Коэффициент усиления первого регулятора тока РТ1



.
Внутренний контур регулирования тока (РТ1) обеспечивает передаточную функцию фильтра с максимальным быстродействием (с минимальной постоянной времени ). Внешний регулятор тока (РТ2) обеспечивает настройку на модульный оптимум (получение оптимального переходного процесса в контуре тока).

Передаточная функция второго оптимального регулятора тока РТ2

.
При вхождении в зону прерывистого режима обратная связь по току на РТ1 практически отключается, так как РТ1 – пропорциональный. Переходные процессы по току заканчиваются на интервале проводимости и первый контур практически разомкнут.

2. 
   Построение контура регулирования скорости (ЭДС)
   

2.2.1.Задатчик интенсивности скорости

Во всех электроприводах, рассматриваемых в курсовом проекте, задание на скорость формируется задатчиком интенсивности скорости, который формирует заданное ускорение и замедление электропривода. При заданном ускорении электропривода и выбранном уровне релейного элемента U0, постоянная времени ЗИ определяется соотношением



2.2.2. Пропорциональный регулятор ЭДС

В СУЭП скорости с отрицательной обратной связи по ЭДС двигателя при определении передаточной функции регулятора ЭДС (РЭ) необходимо учитывать фильтр датчика ЭДС в цепи обратной связи, а на входа РЭ со стороны задания необходимо включить такой же фильтр, как и в цепи датчика ЭДС.



Таким образом, РЭ получился пропорциональным. На величину коэффициента передачи РЭ существенное влияние оказывает влияние постоянной времени фильтра Тф датчика ЭДС.



Рисунок 4 -СУЭП ЭДС (а – исходная схема, б – эквивалентно преобразованная)