Разработка системы автоматизированного управления регулируемым электроприводом

Министерство  образования и науки Украины

Донбасская  государственная машиностроительная академия

Кафедра автоматизации  производственных процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

к курсовому  проекту по дисциплине

 

«Автоматизированный электропривод»

 

Вариант №  5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Краматорск 2011

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

к курсовому  проекту по дисциплине

«Автоматизированный электропривод»

студентки группы АПП 08-2 Козачек О.В.

Тема  проекта:

« Разработка системы автоматизированного управления регулируемым электроприводом »

Вариант № 5 РЭП

 

Выходные  данные для проектирования:

1. Номинальная мощность электродвигателя: .
2. Номинальный ток: .
3. Номинальное напряжение на якоре электродвигателя: .

4. Номинальная частота вращения ротора электродвигателя: .

5. Номинальный КПД электродвигателя: 76.5%.
6. Сопротивление обмотки якоря электродвигателя: .
7. Сопротивление обмотки дополнительных полюсов: .
8. Момент инерции электродвигателя: .
9. Приведенный момент инерции привода:
10. Диапазон регулирования: .
11. Допустимое угловое ускорение: .

 

 

 

Дата выдачи задания:  __________________

Дата окончания  проекта: __________________

 

Руководитель  проекта: Залятов А.Ф.

Выполнила: Козачек О.В.

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовой  проект содержит 56 страниц, 22 рисунка, 6 таблиц и приложение, которое содержит в себе графическую часть (ПРИЛОЖЕНИЕ А).

Объект  проектирования – система автоматического управления регулируемым электроприводом.

Целью данной курсовой работы является проектирование силово чайсти привода, статические и динамические режимы автоматизированного электропривода с аналоговой и цифровой системой управления.

В данном курсовом проекте:

1. Производится расчет силовой части привода с выбором трансформатора и тиристоров;
2. Рассчитываются необходимые статические характеристики тиристорного преобразователя и выбран стандартный КТП;
3. Определяются естественные и искусственные электромеханические характеристики привода при различных режимах питания;
4. Определяются параметры регуляторов и датчиков обратных связей;
5. Исследуются динамические характеристики РЭП;
6. Выбираются средства сопряжения аналогового РЭП с микроконтроллерной системой управления и датчик скорости.

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ  ЭЛЕКТРОПРИВОД, ЗАДАТЧИК ИНТЕНСИВНОСТИ, УПОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ПЕРИОД ДИСКРЕТНОСТИ, ТЕХНИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ, ИМПУЛЬСНЫЙ ДАТЧИК, СРЕДСТВА СОПРЯЖЕНИЯ

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………...5
1 РАСЧЕТ И ВЫБОР  ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭП НА  БАЗЕ  КОМПЛЕКТНОГО  ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ………………….……6
1.1	Расчет и выбор  силового трансформатора…………………………………....7
1.2	Расчет и выбор тиристоров для  силовых вентильных блоков комплектного преобразователя. Выбор схемы соединения вентильных блоков……………………………………………………………………….....11
1.3	Определение параметров якорной цепи електропривода………………......13
1.4	Построение статических характеристик  тиристорного преобразователя
1.5	Выбор и краткое описание комплектного тиристорного преобразователя…………………………………………………………..…....21
2 СТАТИЧЕСКИЕ  РЕЖИМЫ РАБОТЫ САУ ЭП…………………………………….24
2.1	Построение естественной электромеханической  характеристики (при питании от сети) и характеристики в разомкнутой  системе (от ТП)……………………………………………………………..….....................24
2.2	Составление расчетной  функциональной схемы РЭП……………………...29
2.3	Расчет задатчика  интенсивности……………………………………………...32
2.4	Построение упорной характеристики РЭП в замкнутой системе…………………………………………………………………………..35
2.5	Расчет и выбор регуляторов  скорости и тока и их нелинейных Звеньев………………………………………………………………………….38
3 ДИНАМИКА САУ РЭП………………………………………………………………...41
3.1	Синтез САУ ЭП………………………………………………………………..41
3.2	Расчет переходных процессов в РЭП………………………………………...44
3.2.1		Составление дифференциальных уравнений  в форме Коши и уравнений связи.                                                                                         44
3.2.2		Составление таблицы исходных расчетных  данных для  реализации стандартных  программ построения переходных процессов в РЭП...                                                                                    46
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ…………………………………………………………….51
4.1	Выбор датчика  скорости……………………………………………………….51
4.2	Выбор средств  сопряжения микропроцессора с измерительными преобразователями и исполнительными  органами……

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ  А…………………………………………………………………………58

ВЫВОДЫ…………………………………………………………………………………..55
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК…………………………………………………………….. ……..57

 

 

 

 

Введение

 

Все приводы  в металлорежущих станках классифицируются по видам движения: приводы главного движения, приводы подачи, приводы  вспомогательных движений. Электропривод  главного движения имеет электродвигатель и коробку скоростей или редуктор в качестве устройства, передающего  движения исполнительному органу станка. Основным направлением развития приводов главного движения является электромеханическое регулирование частоты вращения привода при двухступенчатой коробке скоростей с дистанционным переключением и регулируемым электроприводом .

Для приводов главного движения наиболее рациональным является способ регулирования скорости с постоянной мощностью, так как  большим скоростям резания соответствуют  меньшие усилия резания, и наоборот.

Современный перспективный электропривод, с  учетом специфики исполнительного  органа, должен обеспечить точность согласования закона изменения выходных координат  с законом управления, высокое  быстродействие, устойчивость при широком  диапазоне изменения параметров и при наличии существенных внешних  возмущений со стороны нагрузки, достаточно большой ресурс при минимальном  ремонтообеспечении и др. Не все  аналоговые системы могут удовлетворить  все перечисленные требования, поэтому  в настоящее время широко используются цифровые системы управления электроприводами на базе микропроцессоров и микроконтроллеров.

 

1 РАСЧЕТ И  ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ  ЭП НА БАЗЕ КОМПЛЕКТНОГО ТИРИСТОРНОГО  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 

 

Исходя  из технического задания, выбираем электродвигатель постоянного тока типа 2ПБ-180L.Технические характеристики двигателя приведены в таблице 1.1

 

         Таблица  1.1- Технические характеристики двигателя

Тип электро-двигателя	Номинальные			Частота   вращения, об/мин		КПД, %	Максимальная мощность возбуждения, Вт	Сопротивление при 150 С, Ом		Моментов инерции          ротора, кг·м2
	мощность, кВт	напряжение якоря, В	сила тока якоря, А	номинальная	максимальная			якоря	дополнительных полюсов
2ПН-180L	10	220	52,5	1000	3000	83,5	580	0,168	0,11	0,229

 

Для привода  подач, а также в случаях, когда  необходим большой диапазон регулирования  скорости двигателя, применяют трёхфазные импульсные схемы силовой части  преобразователей. Для быстродействующих  систем управления применяют схемы  с двумя вентильными блоками.

Нулевая схема силовой части преобразователя  выбрана соответственно заданию  в методических указаниях, показана на рисунке 1.1.

 

 

Рисунок 1.1 — Схема силовой части преобразователя

1. Расчет  и выбор силового трансформатора

 

 

Расчет  параметров силового трансформатора производим по методике, предложенной в источнике [1]. Для этого необходимо определить напряжение условного холостого хода тиристорного преобразователя (минимальное необходимое значение ). Предварительно определим его без учета колебаний напряжения в сети:

 

,

 

где - среднее значение выпрямленного напряжения на якоре электродвигателя:

 

,

 

- падение напряжения на активном  сопротивлении сглаживающего дросселя:

 

,

 

- падение напряжения на активном  сопротивлении силового трансформатора:

 

 

- коммутационное  падение напряжения:

 

 

где – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

 –  коэффициент, определяемый схемой  преобразователя (для трехфазного выпрямителя с нулевой точкой ).

Теоретическое значение типовой мощности трансформатора идеального выпрямителя с нагрузкой  на противоЭДС:

 

 

где Id=I_н; U_d=U_н; – коэффициент схемы по мощности;

 

 

Расчетная типовая  мощность трансформатора:

где

 

 

На основании  найденных значений типовой мощности, линейного напряжения и тока принимаем  трансформатор ТТ-25 с параметрами указанными в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2– Технические характеристики трансформатора ТТ-25

Параметр		Значение
Мощность, кВт		25
Первичная обмотка	Напряжение, В	380/220
	Число витков	99
Вторичная обмотка	Напряжение, В	400±12
	Число витков	47
%		2,0
%		Не более 5
, Вт		500

 

Для выбранного трансформатора и заданной схемы  соединения вентилей определяем фактическое  значение и :

 

 

Необходимое напряжение на вторичной обмотке  силового трансформатора для мостовой трехфазной схемы:

 

Теоретическое значение тока первичной обмотки  :

 

,

 

где - коэффициент схемы по току первичной обмотки.

 

 

Ток первичной  обмотки  :

 

 

Ток во вторичной  обмотке:

 

- теоретическое значение;

 

         - действительное значение.

 

Коэффициент трансформации  :

 

где .

Фазное напряжение первичной обмотки трансформатора.

 

 

1.2 Расчет и выбор тиристоров для силовых вентильных блоков

            комплектных ТП. Выбор схемы соединения вентильных блоков.

 

Для выбора вентилей определяем среднее значение тока вентиля:

 

 

где  - коэффициент схемы по среднему току вентиля, .

 

 

Номинальный ток ветиля:

 

 

где  – коэффициент запаса, выбираемый исходя из надежности  работы вентиля с учетом пусковых токов,

 

.

 

Величина  тока, проходящего через вентиль  при коротком замыкании на стороне  постоянного тока:

 

Полагая, что кратковременный допустимый ток, протекающий через вентиль, не должен превышать 15-тикратного значения номинального тока, найдем номинальный  ток вентиля:

 

.

 

Так как  , то принимаем номинальный ток вентиля .

Максимальная  величина обратного напряжения, прикладываемого  к вентилю, определяется по соотношению:

 

 ,

 

где – коэффициент схемы по максимальному напряжению вентиля.

 

.

 

На основании  рассчитанных параметров выбираем силовые тиристоры типа Т171-200 с параметрами указанными в таблице 1.3.

 

Таблица 1.3 – Технические характеристики тиристора ТБ251-80-14

Параметр	Значение
, А	80
, В	1400
, А	1600
, В	2,5