мостовой кран. Регулируемый электропривод

• Название: Регулируемый электропривод
• Анкор: мостовой кран
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 2.77 Mb.
• Имя файла: TPU212767 (1).docx
• Тип: Документы; #1082746
• страница: 8 из 15

Исследование частотно-регулируемого асинхронного электропривода мостового крана с векторным управлением

1. Программа исследований электропривода

Работа электропривода крана исследуется в режиме:

Плавный пуск – разгон до частоты 10Гц – выход(разгон) на максимальную скорость – снижение часто ты до 10Гц - торможение и останов.

Модели частотно-регулируемого асинхронного электропривода крана с векторным управлением

Рассматривается модель частотно-регулируемого асинхронного электропривода крана при векторном управлении:

• 
  с импульсным датчиком скорости.
  

Библиотека моделей частотно-регулируемого асинхронного электропривода крана с векторным управлением

Model2.mdl – модели асинхронного электропривода крана с частотным векторным управлением на базе модели электрической части силового канала системы преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель из пакета Simulink системы MATLAB, с датчиками токов i_1a, i_1b, без датчиков потока и с импульсным датчиком скорости вращения двигателя.

Схемы набора имитационных моделей частотно-регулируемого асинхронного электропривода крана при векторном управлении приведены в приложении 2.

3. Исходные параметры настройки САР РЭП

Эквивалентные индуктивности обмоток:

• 
  статора
  

L L  L 6,9510^4  0,01821  0,018905 Гн;

1 1 m

• 
  ротора
  

2 2σ
L^  L^'

• 
  L_m
  

 9,354 10^4  0,01821  0,0191454 Гн.

Коэффициент рассеяния магнитного потока:

  1

2


L
m

L₁  L₂^

2


_ 0,010821
1  0,083824

0,018905  0,0191454

Эквивалентное сопротивление цепи статора:

 ^{ L}2

0,01821²

^R1э

R₁  R₂ ^m 0,054  0,031  0,082045 Ом.

2
L^2 0,0191454²
Электромагнитные постоянные времени статора и ротора:

_{T } σ  L_{1 } 0,083824  0,018905 _{ 0,019315 с.}


R

1э
^1э 0,082045

20. 
    
    2
     ^L2
    

R₂^

 ^0,0191454  0,6176 с.

0,031

Период ШИМ:

^Тшим ^

1

^fшим

_ 1

5 10³
 2 10^4 с.

Напряжение звена постоянного тока преобразователя:

U_d0 

^{ U1фн}  ^23220  567, 25 В,

γ_макс 0,95

где:

_макс  0,95 – максимальное значение коэффициента относительной

продолжительности включения ключей инвертора. Линейное напряжение источника питания преобразователя:

20. 
    _ ^Ud0
    

 ^{567, 25}  420,185 В.

^с 1,35 1,35

Максимальное значение коэффициента усиления преобразователя:

и
_k ^Ud0

 ^{567, 25}  327,502

.

Значение номинального потокосцепления двигателя

_2н   I₀  L_m

2  37,042  0,01821  0,954 Вб.

Значение номинального тока I_1d:

I_1dн   I₀ 

2  37,042  52,385 А,

Эквивалентный момент нагрузки, приведенный к валу двигателя:

M_{эп.макс} 1,7M_дв.н  M_{с дв} 1,7  709,721 0,697 1218 Н× м.

Значение максимального тока I_1q:

_{I } ^Mэп.макс _



1419
 260,61 А,

1q.макс

³  ^Lm z 



3 _ 0,01821

 2  0,954

2 L₂^

р 2н

2 0,0191454

Модуль вектора тока статора:

mod I  I²  I² 

 265,823 А.

1макс 1qмакс 1dн
Максимальный ток электропривода:

I 
^{mod I}1макс

эп.макс

 ^265,823  187,965 А.

Условие

I_{эп.макс}  I_и.макс выполняется:

187,965  250,5 A

Принимаем в дальнейших расчетах
^Iэп.макс ^{ 200 A .}

Параметры настройки контура тока с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком

Принимаем разрядность АЦП датчика тока преобразователя:

ⁿацп. дт
= 12.

Принимаем максимальное значение измеряемого тока (амплитудное значение переменного тока):

^Iизм.макс ^{ σ}т ^

2  I_{эп.макс} 1,4 

2  200  400 А,

где σ_т 1.2

• 
  коэффициент, учитывающий возможное увеличение тока за
  

счет перерегулирования.

Коэффициент передачи датчика тока:

k_дт 

_{0,5  2}ⁿацп.дт

^Iизм.макс

_ 0,5  2¹²

400
 4,827 1 / А.

Принимаем

^Nот.макс ^{ 1.}

Коэффициент обратной связи по току:

k_т 

1

^Iизм.макс

_ 1

400
 0,002357 1 / А.

Коэффициент согласования сигналов обратной связи и задания на входе контура тока:

^kос.т

_ 1

_{0,5  2}ⁿацп.дт

_ 1

0,5  2¹²

_ 1

2048

 4,88310^4

.

Максимальное значение задания на входе контура тока, соответствующее

максимальному действующему значению тока электропривода

^Iэп.макс^:

_{N } ^{2  I}эп.макс _{ k}

2  I

 ^{2  200}  0,667

зт.макс

^Iизм.макс

т эп.макс

400 _.

Принимаем:
4


Т  Т  Т  Т  2 10

с,
ос.т пк.т зу.и шим

где: Т_ос.т

• 
  интервал квантования сигналов в цепи обратной связи контура
  

тока; Т_пк.т

• 
  интервал квантования управления в прямом канале контура тока;
  

^Тзу.и

• 
  интервал времени задержки подачи управления от регулятора тока к
  

ключам инвертора.

Принимаем постоянную времени аналогового фильтра в цепи измерения

тока Т_ф.от

= 0.

Принимаем коэффициент аппроксимации звена чистого запаздывания апериодическим звеном:

n_т  2 _.

Эквивалентная малая постоянная времени оптимизированного контура тока

Т 
^Тос.т


n
тэ

т

_ 4


_ 2 10

4
Т_зу.и  Т_ф.от  ₂  2 10
 0  310^4 с.

Принимаем коэффициент типовой настройки контура тока на модульный

оптимум (МО):

а_т  2 .

Постоянная времени регулятора тока:

T_рт  Т_1э  0,019315 с.

Коэффициент усиления регулятора тока:

_{k } ^Т1э ^{ R}1э _



0,019315  0,082045
 3, 421

^рт k k aТ

327,502  0,02357  2  310^4

и т т

тэ _.

т т μ тэ
Т aТ  2  310^4  6 10^4 с.

Допустимое значение выходного сигнала регулятора тока

^Nртdдоп ^{ 1}

Допустимое значение выходного сигнала регулятора тока

^I1d<sup>:

I</sup>1q ^:

^Nртqдоп ^

  0

Параметры контура потокосцепления с ПИ-регулятором без датчика

Разрядность АЦП датчика потока

ⁿацп. д
= 12.

Максимальное значение измеряемого потока

_{2изм.макс}  σ_  _2н  1,048 0,954 1 Вб _,

где σ_ 1,048 – коэффициент, учитывающий возможное увеличение потокосцепления за счет перерегулирования.

Коэффициент передачи датчика потока:

k_д 

_{0,5  2}ⁿацп.д

^2изм.макс

_ 0,5  2¹²

1
 2048 1 / Вб.

Принимаем:

^Nо.макс ^{ 1.}

Коэффициент обратной связи по потоку:

k_ 

1

^2изм.макс

 ¹  11 / Вб.

1

Коэффициент согласования сигналов обратной связи и задания на входе контура потокосцепления:

^kос.

_ 1

_{0,5  2}ⁿацп.д

_ 1

0,5  2¹²

 4,88310^4

Коэффициент согласования сигналов обратной связи и задания на входе контура потокосцепления:

_{N } ^2н

 k    ^0,954  0,954

з макс



^2изм.макс

 2н ₁

Интервалы квантования сигналов в цепи обратной связи контура потока:

^Тос.

^{ Т}пк. ^

10 T_шим

10  2 10^4  2 10^3 с.

Принимаем постоянную времени аналогового фильтра в цепи измерения

потока Т_ф.о

= 0.

Принимаем коэффициент аппроксимации звена чистого запаздывания апериодическим звеном:

n_  1_.

Эквивалентная малая постоянная времени оптимизированного контура потокосцепления:

Т Т _4 2 10^3

_Тэ _{ T}т _ос.

n_

• 
  _Тф.о _{ T}т _ос.
  

n_

 Т_ф.о  6 10

  0,0026 с.

1

Принимаем коэффициент типовой настройки контура потокосцепления на

модульный оптимум (МО):

а_  2 .

Постоянная времени регулятора:

Т_р  T₂  0,6176 с.

Коэффициент усиления регулятора:

_{k } Т₂  k<sub>т

</sub> 0,6176  0,02357

 15,373

^р L k  aТ



0,018211 2  0,0026

m   э
Допустимое значение выходного сигнала регулятора потока:

^Nр доп ^{ N}зт. макс ^{ 0,667}

Параметры контура скорости с ПИ-регулятором с импульсным датчиком скорости
Максимальное значение измеряемой скорости:

ω_{изм.макс}  σ_с ω_{эп.макс} 1,29  77,456 100 рад / c,

где σ_с

• 
  коэффициент, учитывающий возможное увеличение скорости за
  

счет перерегулирования.

Принимаем

^Nос.макс ^{ 1.}

Коэффициент обратной связи по скорости:

k k  ¹  ¹  0,01 с / рад.

с ос.с

^ωизм.макс ¹⁰⁰

Значение максимального задания на входе контура скорости:

_{N } ^ωэп.макс

 ^{77, 456}  0,775

зс.макс

^ωизм.макс ¹⁰⁰

Интервалы квантования сигналов в цепи обратной связи контура скорости:

Т  Т  10 T 10  2 10^4  2 10^3 с.

ос.с пк.с шим

Принимаем постоянную времени аналогового фильтра в цепи измерения

скорости

^Тф.ос ^{ 0 .}

Коэффициент аппроксимации звена чистого запаздывания апериодическим звеном:

n_с  _2.

Эквивалентная малая постоянная времени оптимизированного контура скорости:

n

сэ т ф.ос
T  T ^Tос.с  T  6 10^4

с

2 10^3


  
0 0,0016 с.

2

Принимаем коэффициенты типовой настройки контура скорости на

симметричный оптимум (СО) :

b_c  a_c  2 .

Постоянная времени регулятора:

Т_рс  b_c a_cТ_сэ  2  2  0,0016  0,0064 с.

Коэффициент усиления регулятора:

_{k } J_э  k_{т }



3,521 0,02357
 47,639

рс   ³  ^Lm  z



 k a Т

0,954  ³ 

0,01821

 4  0,01 2  0,0016

2н ₂

L₂^

р с c μсэ

2 0,0191454

Рисунок 36 – Переходные процессы в электроприводе с векторным управлением при спуске краном груза массой 15 т.

Рисунок 37– Переходные процессы в электроприводе с векторным управлением при подъеме краном груза массой 15 т.



Рисунок 38– Переходные процессы в электроприводе с векторным управлением при подъеме краном пустого крюка



Рисунок 39– Переходные процессы в электроприводе с векторным управлением при спуске краном пустого крюка

Вывoд к разделу:

Преимущества векторного метода управления асинхронным двигателем:

• 
  Высокий уровень точности при регулировании скорости вращения вала, несмотря даже на возможное отсутствие датчика скорости;
  
• 
  Осуществление вращения двигателя на малых частотах происходит без рывков, плавно;
  
• 
  Установлен датчик скорости, с помощью его достигли номинального значения момента на валу даже при нулевом значении скорости;
  
• 
  Быстрое реагирование на возможное изменение нагрузки – резкие скачки нагрузки практически не отражаются на скорости электропривода;
  
• 
  Высокий уровень КПД двигателя, за счет сниженных потерь из-за намагничивания и нагрева.
  

Несмотря на очевидные преимущества, метод векторного управления имеет и определенные недостатки – большая сложность вычислений, для работы необходимо знание параметров двигателя. Помимо всего прочего колебания значения скорости при постоянной нагрузке значительно больше, нежели при скалярном методе управления. Кстати, существуют такие сферы, где используются электроприводы исключительно со скалярным методом управления. К примеру, групповой электропривод, в котором один преобразователь подпитывает несколько двигателей.

На рисунках 36-39 можно заметить значительные изменения, пульсации тока, момента заметно уменьшились, а переходный процесс скорости происходит без колебаний и скачков как с максимальным грузом, так и без него.По этому в связи с такими выводами, можно сказать, что векторное управление для электропривода мостового крана удовлетворяет всеми условиями технического задания.