Проектирование самонастраивающейся системы автоматизированного электропривода

 

Режим работы двигателя S3 – повторно кратковременный.

Выбираем двигатель 2ПН100LГУХЛ4, характеристики которого приведены в табл.1

 

 

 

 

 

таблица 1

Наименование параметра	Значение
Мощность  номинальная  , Вт	630
КПД, %	67
Напряжение U, В	220
Частота вращения номинальная, nном, об/мин	1060
Частота вращения мах  , об/мин	2000
Момент  инерции ,	0,012
Число пар полюсов,  2p	2
Сопротивление якоря,  , Ом	4,92
Сопротивление обмотки возбуждения, , Ом	397/114
Сопротивление добавочных полюсов, Rдп, Ом	3,52
Индуктивность якоря, , мГн	169
Ток номинальный, , А	4,27
Момент номинальный, , Нм	5,678
Масса, кг

 

Проверку двигателя проведём по методу эквивалентных величин:

,

– эквивалентный  момент,

– номинальный  момент двигателя.

Величину эквивалентного момента высчитывают по формуле:

 

- пусковой момент,

- момент торможения,

- максимальный приведённый момент,

- минимальный приведённый момент,

- время пуска,

- время торможения,

- коэффициент, учитывающий  условия охлаждения,

- коэффициент, учитывающий условия охлаждения во время паузы.

Для данного типа двигателя  примем

Коэффициент можно вычислить по формуле:

 

Расчёт моментов пуска  и торможения произведём по формулам:

 

 

 

Максимальный приведённый  момент равен:

 

- передаточное отношение редуктора.

 

- скорость перемещения механизма,

 - скорость вращения двигателя.

 

 

 

 

Минимальный приведённый  момент

Время пуска и торможения вычислим по формулам:

 

 

- приведённый суммарный момент инерции.

 

- момент инерции ротора двигателя;

- момент инерции редуктора;

- момент инерции, приведённый к валу двигателя

 

 

 

 

 

Режим работы механизма повторно-кратковременный, нагрузочная диаграмма приведена на рис.2:

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Нагрузочная диаграмма  механизма

 

Максимальный коэффициент продолжительности цикла .

Длительность цикла .

Время рабочего периода

 

Время паузы:

 

Таким образом, полученное значение ,(3,45275,678) следовательно двигатель выбран правильно.

 

 

Моделирование объекта управления

Для моделирования объекта  управления выберем двигатель постоянного  тока 2ПН100LГУХЛ4, технические характеристики которого приведены в таблице 1.

Технические данные тахогенератора ТС-1М

Таблица 2

Наименование параметра	Значение
Напряжение  номинальное, , В	100
Частота  номинальная, , об/мин	3000
Мощность  номинальная, , Вт	5
Сопротивление якоря, , Ом	200

Для питания якоря выберем тиристорный преобразователь ППТР-115, его технические характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 3

Наименование параметра	Значение
Номинальное напряжение, , В	115
Ток номинальный, , А	32
Ток длительный допустимый, , А	40
Ток максимальный допустимый, , А	50
Мощность длительная, , КВт	7

Для питания обмотки возбуждения  выберем тиристорный преобразователь  ТПР9, его технические характеристики представлены в таблице 3.

Таблица 4

Наименование  параметра	Значение
Напряжение питания, В	380
Номинальный выпрямленный ток, А	6,3 -50
Частота, Гц	50

 

 

 

 

Технические данные трансформатора ТТ-6

Таблица 5

Наименование параметра	Значение
Мощность  номинальная, , КВт	6
Напряжение  первичной обмотки, , В	380
Напряжение  вторичной обмотки, , В	104/208/416
Мощность холостого хода, , Вт	60
Мощность короткого замыкания, , Вт	180
Ток номинальный, , А	9,13
Напряжение  короткого замыкания, , %	10

 

Определение передаточной функции  электродвигателя

Передаточная функция  электрической части двигателя

 

 

 

 

Определим постоянную времени  Т_ЯЦ

 

- индуктивность  якорной цепи

 – полное  сопротивление якорной цепи

 

- приведенная  индуктивность трансформатора

 

- индуктивность  якоря двигателя  

Приведенная индуктивность  обмотки трансформатора:

 

- полное приведенное  сопротивление обмоток трансформатора

- приведенное  активное сопротивление трансформатора

 

- напряжение  короткого замыкания

 – номинальное  напряжение вторичной обмотки

 – номинальная  мощность трансформатора

 

- мощность при коротком замыкании

 

 

 – угловая частота питающей сети,

 

 

- динамическое  сопротивление тиристора

- коммутационное  сопротивление тиристора

- сопротивление  якоря двигателя

 

 – сопротивление  якорной обмотки

 – сопротивление  щеточного контакта

 

 

 

где – классификационное падение напряжения на тиристоре (в зависимости от типа тиристоров оно находится в пределах 0,5-1,5 В);

- среднее значение  тока через тиристор, при номинальном  моменте сопротивления на двигателе

 

 

 

 – число фаз преобразователя (для мостовой трехфазной схемы )

 

 

 

 

Найдем  и

 

 

Передаточная функция  электрической части двигателя  равна

 

Передаточная функция  механической части двигателя

 

 

 

 

 

Передаточная функция тиристорного преобразователя

Передаточная функция  тиристорного моста вместе с системой импульсно-фазового управления СИФУ, как  правило, апроксимируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Т_тп, в пределах от 0,006 до 0,01с, что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы управляемого тиристорного выпрямителя (тиристорного преобразователя)

,

где - выходное напряжение тиристорного преобразователя;

- напряжение, подаваемое на вход  СИФУ тиристорного преобразователя;

- коэффициент передачи тиристорного  преобразователя, который не является  постоянной величиной и изменяется  в зависимости от величины  управляющего напряжения.

Возмущающим воздействием для  тиристорного преобразователя является изменение напряжения питающей сети переменного тока.

Преобразователь обеспечивает регулирование напряжения на ДПТ  за счет изменения среднего значения ЭДС преобразователя. Это достигается  в свою очередь, за счет регулирования  угла управления тиристоров α, представляющего  собой угол задержки открытия тиристоров относительно момента их естественного  открытия.

Когда α=0, т.е. тиристоры получают импульсы управления от СИФУ в момент их естественного открытия, преобразователь  осуществляет двухполупериодное выпрямление  и к ДПТ прикладывается полное напряжение. Если теперь с помощью  СИФУ осуществлять подачу импульсов  управления не в момент естественного  открытия тиристоров, а со сдвигом  на угол α≠0 , то ЭДС преобразователя  снизится, и этому случаю будет соответствовать уже меньшее среднее напряжение, подводимое к ДПТ.

Зависимость среднего значения ЭДС преобразователя от угла управления тиристорами имеет вид:

 

- действительное  выходное напряжение на тиристоре

- действительное  значение выпрямленного напряжения  при α=0

 

Структурная схема тиристорного преобразователя имеет вид

Рис. 3. Структурная схема  тиристорного преобразователя

 

 

 

 

Передаточная функция обмотки  возбуждения

Передаточную  функцию обмотки возбуждения  рассчитаем аналогично передаточной функции  якорной цепи.

 

Ток обмотки возбуждения:

 

Номинальный магнитный поток:

, где - магнитная индукция при номинальном токе возбуждения (для ДПТ с НВ ).

 – площадь, пронизанная магнитным потоком

, где – число пар полюсов

Для ДПТ 2ПН100LГУХЛ4

 

 

 

 

 

 

Передаточные функции датчиков обратной связи

Передаточная  функция датчика тока якоря

С учетом того, что номинальный  ток двигателя равен 4,27 А, а в  обратную связь на сумматор необходимо подать напряжение управления 10 В, получим:

 

Передаточная  функция тахогенератора

Тахогенератор представляет собой безинерционное звено с  передаточной функцией

 

Передаточная  функция датчика положения

Примем диапазон регулирования  S=0,8 м. С учетом того, что в обратную связь на сумматор необходимо подать напряжение управления 10В, получим:

 

Передаточная  функция датчика тока возбуждения

С учетом того, что номинальный ток возбуждения равен , а в обратную связь на сумматор необходимо подать напряжение управления 10В, получим:

 

Передаточная  функция датчика ЭДС

С учетом того, что номинальная  ЭДС равна , а в обратную связь на сумматор необходимо подать напряжение управления 10В, получим:

 

 

Функциональная схема САР

Для определения структуры  САР необходимо определить, какие  функциональные блоки должны присутствовать в системе для реализации поставленных задач.

Функциональная схема  позволяет достаточно полно определить, как проходят по схеме силовые  сигналы и сигналы управления. По функциональной схеме определяются блоки, которые необходимо использовать при составлении структурной  схемы САР.

Рис. 4. Функциональная схема  СНС

РТ – регулятор тока;

РС – регулятор скорости;

ТП_Якоря – тиристорный преобразователь якорной цепи;

ТП_ОВ – тиристорный преобразователь цепи возбуждения;

ЭМ – эталонная модель объекта управления;

РАК – регулятор адаптивного  контура;

ОВ – обмотка возбуждения;

ДТ – датчик тока;

ДС – датчик скорости;

ДП – датчик положения;

В процессе управления ЭП необходимо, чтобы выходная координата наилучшим  образом отслеживала изменение  входной. При  синтезе САР тока якоря, скорости и положения воспользуемся методом подчинённого регулирования, когда каждому регулируемому параметру соответствует свой регулятор, а задающий сигнал каждого последующего регулируемого параметра соответствует выходу предыдущего регулятора.   Данная система позволяет настраивать каждый параметр отдельно, начиная с внутреннего и делать это независимо от настройки внешнего параметра. В таких системах просто осуществляется ограничение значений параметров путём ограничения выходного сигнала предыдущего параметра. Например при длительном превышении тока якоря своего номинального значения происходит перегрев двигателя, повреждение изоляции проводов и короткое замыкание.