Система автоматического регулирования высоты подъема груза

Выбираем  реверсивный тиристорный преобразователь собранный по однофазной мостовой  схеме типа :

ПТР-6/110-42/1000.

Тиристорный преобразователь может рассматриваться  как нелинейное звено с запаздыванием . Если тиристор уже в работе, то воздействовать на него практически невозможно до прекращения тока в нем. Управляющее воздействие может быть оказано только на следующий прибор, который должен вступить в действие по прошествии времени, равного длительности функционирования одного прибора. Неизбежно запаздывание, которое может изменяться в пределах углов 0 - 2p¤m .

Передаточную функцию тиристорного преобразователя можно представить как:

где t»0.02 сек – время запаздывания.

k – переменный передаточный коэффициент, зависящий от угла регулирования и нагрузки преобразователя;

Т – постоянная времени.

Питание якоря двигателя от двух преобразователей включенных по перекрестной схеме

       При одном направлении  работает один преобразователь,  при другом – другой. Реверс  достигается за счет управления  тиристорами и обеспечивается  переводом одного из преобразователей  в инверторный режим. Схема  не требует громоздких реверсивных  контакторов в цепи якоря, обеспечивает  плавное и надежное торможение  с рекуперацией энергии и обычно  используется для часто реверсируемых  приводов.

       В тиристорном  приводе постоянного тока, также  как и в системе генератор – двигатель, преимущественно используется режим рекуперативного торможения. В этом режиме двигатель постоянного тока должен работать как генератор. Тиристорный преобразователь, обладающий односторонней проводимостью не дает возможности непосредственного перехода двигателя в генераторный режим. Для осуществления рекуперации преобразователь должен быть приведен в инверторный режим.

     В режиме выпрямления, характеризующемся  передачей энергии двигателю,  напряжение вторичной обмотки  трансформатора ток в ней имеют  одинаковое направление: от нулевой  точки трансформатора к его  внешнему зажиму. При этом выпрямленное  напряжение всегда больше встречной  ЭДС двигателя. 

Схема включения преобразователя  в выпрямительном режиме приведена  на рисунке:

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    В режиме рекуперативного торможения  схем включения преобразователя  и двигателя должна быть изменена. Ввиду того, что тиристор имеет одностороннюю проводимость и соответственно ток по обмотке трансформатора может протекать в одном неизменном направлении, источник постоянного тока, т.е. двигатель, должен быть подключен так, чтобы ток от него протекал через вторичную обмотку трансформатора встречно напряжению трансформатора, т.е. должны быть использованы отрицательные полуволны напряжения (напряжение вторичной обмотки трансформатора в проводящий полупериод должно быть направлено от внешнего зажима к нулевой точке). В соответствии с этим условием к нулевой точке трансформатора присоединяется положительный зажим машины, а к тиристору отрицательный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      В отличии от режима выпрямления в инверторном режиме напряжение источника постоянного тока (напряжения двигателя, работающего в генераторном режиме). Должно быть больше напряжения вторичной обмотки трансформатора и потенциал нулевой точки трансформатора должен быть выше потенциала тиристора. При инверторном режиме напряжение трансформатора играет роль встречной ЭДС.   

      В тиристорном приводе напряжение  на якоре двигателя в установившемся  режиме определяется выпрямленным  напряжения преобразователя и  падением напряжения в цепи, образованной  вторичной обмоткой силового  трансформатора, тиристорами и обмоткой  якоря.

 

          Расчет тиристорного преобразователя.

 

Значение  расчетных коэффициентов, связывающих  ток и напряжение в цепи с параметрами  трансформатора и вентилей без учета  коэффициентов запаса .

 

;                           k_T1=k_{T.P. =0.815;}

k_T2= =0.815;                             k_M= =1.065;

k_н.в.= =1.065;                                    k_T.B= = 0.333; 

     Коэффициенты запаса:

k_u – коэффициенты запаса по напряжению учитывающие возможное снижение напряжения в сети.

 

k_a - учитывает неполное открытие вентиля при максимальном управляющем сигнале.

k_a»1.1 – достаточно при любой реализации возможных параметров трансформатора.

 

k_p – коэффициент запаса по напряжению.

k_p»1.05

 

k_т2 – коэффициент схемы запаса по току вторичной обмотки.

 

k_i – коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольного.

k_i =1,05…1,1

 

k_м – коэффициент схемы по мощности

 

        Расчет параметров силового трансформатора.

Коэффициент: k_н=0.755;

Теоретическое значение ЭДС вторичной обмотки:

- напряжение вторичной обмотки;

 

Теоретическое значение тока вторичной обмотки

 

ток вторичной обмотки:         I₂=k_T2*I_d=15.3;

 

Коэффициент трансформации 

Теоретическое значение тока первичной обмотки:

Ток первичной обмотки:

 

Рассчитаем  типовую мощность трансформатора:

     Выбираем трансформатор: ТT-6 –  однофазный трансформатор.

 

б) Выбор вентилей.

 

Коэффициент схемы по среднему току вентиля.

 

Среднее значение тока вентиля.

 

Коэффициент схемы по максимальному напряжению вентиля.

 

Максимальная  величина обратного напряжения, прикладываемая к вентилю.

 

Выбираем  вентиль :

ТБ 161-20-3 (быстродействующий тиристр) с параметрами:

Наибольшее мгновенное значение тока в открытом состоянии, включая все                            повторяющиеся переходные токи

Наибольшее мгновенное напряжение в закрытом состоянии, прикладываемого  к тиристору, включая все повторяющиеся  переходные напряжения:

 

в) Двигатель постоянного тока с  независимым возбуждением.

Его обмотка возбуждения подключена к независимому источнику и для  ее цепи, расположенной на статоре, справедливо уравнение :

где r – активное сопротивление обмотки возбуждения,

L – индуктивное сопротивление обмотки возбуждения.

Под действием тока обмотки возбуждения  дается внешнее магнитное поле напряженностью Н, а, следовательно, и поток возбуждения

Выражение показывает, что при неизменных значениях  источника обмотки возбуждения  поток возбуждения постоянен:

В процессе работы для ДПТ напряжение на обмотке не меняется и будем  считать, что это условие справедливо  для всех режимов работы двигателя.

В результате для управления выходной величиной (скорость, момент), воздействие  возможно только на обмотку якоря. Ее будем рассматривать как обмотку  управления двигателем.

Уравнение обмотки якоря:

где - полное активное сопротивление цепи якоря. Оно учитывает непосредственно саму обмотку, компенсационную обмотку, дополнительную обмотку, расположенную на статоре, добавочное сопротивление, если оно введено в схему управления.

- аналогично активному.

В процессе вращения якоря его обмотка  пересекает магнитно-силовые линии  потока возбуждения и, следовательно, в ней наводится ЭДС индукции.

- конструктивный коэффициент.

p – число полюсов,

N – число активных проводников обмотки якоря,

a - число параллельных ветвей обмотки,

w - угловая скорость вращения (выходная величина)

 

Под действием тока обмотки якоря  на каждом из витков этой обмотки действует  выталкивающая сила в соответствии с законом ЭМИ. Суммарная сила всех проводников создает момент вращения, который будет второй выходной величиной двигателя:

Под действием данного момента  и будет происходить изменение  скорости вращения.

Общее уравнение для подвижный  масс двигателя примет следующий  вид:

это величина полного момента инерции  всех подвижных масс.

J_пр.н – приведенный момент нагрузки.

В процессе расчета значения k и Ф в выражении отдельно не выступают, вместо них можно использовать скоростной коэффициент С.

В процессе расчета двигателя помимо активного сопротивления нас  интересует величина полного индуктивного сопротивления. Если она отсутствует  в паспорте двигателя, то ее можно  рассчитать по техническим характеристикам  двигателя

  где g - коэффициент, зависящий от схемы включения.

(g = 0.25 для схем с компенсационной обмоткой,

g = 0.6 для схем без компенсационной обмотки)

Для определения динамических свойств двигателей постоянного тока необходимо по уравнениям определить связь между выходной величиной (w и М) и входной величиной.

где - угловая скорость идеального холостого хода. Она определяет начальную точку механической характеристики (зависимость скорости от момента на валу двигателя).

Правая  часть вышеуказанного уравнения  несет информацию о механической характеристике двигателя для статического режима.

  Это доля входного сигнала,  которая будет затрачена непосредственно  на изменение скорости вращения.

- электрическая составляющая времени цепи якоря. Она обусловлена наличием запаздывания в нарастании тока по отношению к напряжению из-за индуктивности этой цепи.

- механическая составляющая  времени. Физически она обусловлена  влиянием момента инерции подвижных  масс на процесс изменения  скорости вращения якоря.

 

Непосредственное использование  уравнений для оценки динамических свойств громоздко и ненаглядно, поэтому из этих уравнений определим величину передаточной функции двигателя, принимая во внимание, что M_c=const.

 Переходя к операторной форме  записи уравнений:

Выражение (*) показывает динамические свойства двигателя при передаче входного сигнала (u) на выходную величину (w).

Выражение (**) позволяет оценить влияние на эту же скорость изменения момента нагрузки на выходном валу двигателя.

Обычно увеличение момента соответствует  снижению скорости вращения, что обусловлено  знаком минус.

Общий вид уравнений передаточных функций показывает, что динамические свойства двигателя в общем случае моделируются апериодическим звеном второго  порядка.

Общая математическая модель двигателя  как звена системы управления может быть представлена так:

 

Можно выделить три основных звена:

I – моделирует процессы, которые протекают в обмотке управления, т.е. в обмотке якоря. Запаздывание определяется величиной Т_Я, которая, обычно, невелика. Выходной величиной является момент вращения, который прикладывается к валу якоря. Под действием момента формируется механическая энергия, передаваемая в нагрузку. С выхода суммирования В , часть этого момента пойдет на увеличение скорости вращения двигателя

II – моделирует динамику подвижных масс. За счет ЭДС индукции в двигателе имеется обратная связь по скорости, которая ограничивает механическую величину скорости на выходном валу. Узел сравнения А физически представляет собой обмотку якоря, где ЭДС вращения сравнивается с входным сигналом.

 Если рассматривать работу  первых двух звеньев, то они  описываются передаточной функцией (*). С точки зрения динамики, определяющей является величина второй составляющей времени Т_м \ это механическая составляющая (Т_м= 0.8 –0.9 сек).

Электрической постоянной времени иногда пренебрегают и вводят электромеханическую постоянную времени и тогда передаточная функция времени преобразуется:

Эта упрощенная передаточная функция  двигателя.

Помимо передачи механической энергии  в нагрузку, двигатель широко используется и для передачи управляющего воздействия  в виде углового или линейного  перемещения.

 В таком случае выходная  величина двигателя будет не  , а величина самого угла поворота j между которыми существует соглашение.