Учебная работа. Проектирование двигателя
1. Исходные данные для проектирования
1. движок неизменного тока независящего возбуждения на выбор;
2. Соотношение моментов инерции механизма и мотора: J2/J1 = 3;
3. Соотношение жесткости механической передачи от мотора к механизму к номинальному моменту мотора: С1-2 /МН = 5;
4. Зазор в передаче, приведенный к валу мотора: ?? =1рад;
5. Тип регулятора скорости: П-регулятор;
6. Тип регулятора положения: Параболический регулятор.
2. Данные мотора
Принимается к расчету движок неизменного тока независящего возбуждения: ДП-22. Технические свойства мотора представлены в таблице 1.
Таблица 1. Технические данные мотора ДП-22 [1].
Наименование
Обозначение
Единицы
измерения
Кол-во
Номинальная мощность
Номинальное напряжение
Номинальный ток якоря
Номинальная скорость
Наибольшая скорость
Номинальный поток
момент инерции
Номинальное напряжение ОВ
Номинальный ток возбуждения
Число витков на один полюс
–
Сопротивление якоря и доп. полюсов
Число пар полюсов
–
Сопротивление обмотки возбуждения
Номинальная угловая скорость мотора
Наибольшая скорость во 2-ой зоне принимается равной
Сопротивление якорной обмотки при t=75 C
Сопротивление обмотки возбуждения при t=75 C
Индуктивность якорной обмотки по формуле Уманского – Линвилля
Коэффициент передачи мотора
Номинальный момент мотора
Для последующих расчетов кратности пусковых тока и момента к номинальным значениям принимаются равными двум.
Пусковой ток мотора
Пусковой момент мотора
3. Выбор тиристорного преобразователя
Условие выбора тиристорного преобразователя (ТП) [2]где – номинальное Таблица 2. Технические данные тиристорного преобразователя
Наименование
Обозна-чение
Единицы
измерения
Кол-во
Номинальное
Номинальный ток преобразователя
Предельный ток преобразователя
Преобразователь допускает перегрузку в течение времени:
% перегрузки
время, с
75
60
100
15
125
10
Считая, что движок работает с перегрузкой лишь в режиме запуска, определим из уравнения движения время запуска, приняв, что запуск осуществляется с неизменным убыстрением до номинальной скорости при Мmax= 2•Мн и Мс = Мн.
т.е. избранный преобразователь перегрузку выдерживает с припасом.
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) избранного ТП обеспечивает раздельное управление с опорным косинусоидальным напряжением. ТП выполнен по мостовой схеме и подключается к сети через трансформатор. В качестве согласующего элемента при подключении преобразователя к сети принимается двухобмоточный трансформатор ТСЗП-12,5/0,7-У4 с группами соединения /Y-11 [4] и паспортными данными, приведенными в таблице 3.
Таблица 3. Паспортные данные трансформатора ТСЗП-12,5/0,7-У4
Номинальное фазное напряжение вторичной обмотки
Номинальный фазный ток вторичной обмотки
Полное сопротивление фазы трансформатора
Активное сопротивление фазы трансформатора
Индуктивное сопротивление фазы трансформатора
Число пульсаций на период для тиристорного преобразователя с мостовой схемой выпрямления
Относительная величина первой гармоники выпрямленного напряжения в относительных единицах
Принятое к расчету допустимое действующее
Частота пульсаций выпрямленного тока
ЭДС преобразователя с трехфазной мостовой схемой для ? = 0
Нужная индуктивность выравнивания пульсаций выпрямленного тока
Индуктивность якорной цепи
т.к. индуктивность цепи якоря больше требуемой, то сглаживающий реактор не требуется. Сопротивление, определяющее коммутационное падение напряжения в преобразователе
Полное активное сопротивление якорной цепи
Электромагнитная неизменная времени якорной цепи
Электромеханическая неизменная времени
Неизменная времени тиристорного преобразователя
Наибольшее значение опорного напряжения
Коэффициент передачи преобразователя
К предстоящему расчету принимается тахогенератор типа ПТ-22/1 [5] с главными техническими данными, приведенными в таблице 4.
Таблица 4. Технические свойства тахогенератора ПТ-22/1.
PН,
кВт
U,
В
I,
А
nН,
о/мин
iВ,
А
UВ,
В
?,
%
rЯ,
Ом
rД,
Ом
rЦЯ,
Ом
rШ,
Ом
Z
K
0,115
230
0,5
2400
0,35
55
54,5
4,7
2,48
7,18
127
21
63
4. Определение характеристик регуляторов тока и скорости
Расчетная структурная схема контура тока приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема контура тока.
Коэффициент оборотной связи по току при
Коэффициент передачи П-части регулятора тока
Неизменная времени интегрирования регулятора тока
Передаточная функция регулятора тока
.
Передаточная функция замкнутого контура тока
Переходный процесс в контуре тока представлен на рисунке 2. Расчетная электронная схема регулятора тока приведена на рисунке 3.
Рис. 2. Переходный процесс в контуре тока
Рис. 3. Расчётная электронная схема регулятора тока
Емкость конденсатора в цепи оборотной связи регулятора тока
Сопротивления на входе регулятора тока приняты схожими, т.к. схожи коэффициенты передачи по прямому каналу и по каналу оборотной связи
Сопротивление резистора в цепи оборотной связи регулятора тока
Расчетная структурная схема контура скорости приведена на рисунке 4.
Рис. 4. Структурная схема контура скорости
Коэффициент оборотной связи по скорости для наибольшей скорости
Коэффициент передачи П-регулятора скорости
Передаточная функция регулятора скорости
Передаточная функция замкнутого контура скорости настроенного на модульный оптимум
Расчетная электронная схема регулятора скорости приведена на рис. 5.
Рис. 5. Расчётная схема регулятора скорости
Переходные процессы по току и по скорости при работе с перегрузкой и без перегрузки представлены на рисунке 6, динамические скоростные свойства с перегрузкой и без перегрузки – на рисунке 7.
Рис. 6. Переходные процессы в двухконтурной системе
Сопротивления на входе регулятора скорости
Сопротивление резистора в цепи оборотной связи регулятора скорости
Рис. 7. Динамические свойства двухконтурной системы
Анализ переходных действий дает последующие результаты:
Перерегулирование при пуске вхолостую составляет 4,3%. Как видно из графиков динамических высокоскоростных черт, контур скорости, настроенный на модульный оптимум, отрабатывает сигнал задания на скорость без погрешности при работе вхолостую, но при работе под перегрузкой возникает погрешность равная
Точность регулирования в этом случае составляет
(30)
Приобретенные результаты в целом соответствуют обычным настройкам на модульный оптимум и вполне подтверждают теоретические сведения.
5. Двухконтурная система с учетом ООС по ЭДС мотора
Расчетная структурная схема приведена на рисунке 8.
Рис. 8. Структурная схема СПР с учетом ООС по ЭДС мотора.
При внесении оборотной связи по ЭДС из наружного контура во внутренний возникает погрешность в отработке контуром тока сигнала задания. Эта погрешность тем больше, чем меньше перегрузка мотора.
Таковым образом, при учете ЭДС мотора возникает токовая погрешность, зависящая от перегрузки и быстродействия системы(степени форсировки мотора ), при всем этом время разгона возрастает из-за уменьшения динамического тока. При малых отягощениях воздействие ЭДС мотора велико и им не нужно третировать.
Переходные процессы замкнутой системы без учета и учетом ООС по ЭДС мотора представлены на рисунках 9, 10, динамические свойства – на рисунке 11.
Электромеханические свойства мотора, разомкнутой системы и замкнутой системы приведены на рисунке 12.
Рис. 9. Переходные процессы с учетом и без учета ООС по ЭДС мотора при Мс=0.
Рис. 10. Переходные процессы с учетом и без учета ООС по ЭДС мотора при Мс = Мн
Рис. 11. Динамические свойства при анализе ООС по ЭДС мотора
Рис. 12. Электромеханические свойства
6. анализ воздействия упругости и зазора на твердость черт
Структурная схема для анализа приведена на рисунке 13.
Рис. 13. Структурная схема двухмассовой СПР с учетом упругости и зазора.
Твердость механической передачи от мотора к механизму
момент инерции механизма
Все другие характеристики расчётной структурной схемы определены ранее.
В двухмассовой электромеханической системе в исходный момент времени 2-ая масса движется вниз, а движок начинает разгоняться в противоположенную сторону. При закрытии зазора 2-ая масса начинает разгоняться ввысь, движок же тормозиться и краткосрочно перебегает в 4-ый квадрант. Дальше привод разгоняется с колебаниями по амплитуде вокруг данного момента. наличие зазора и упругости существенно наращивает динамические перегрузки в механической части привода. Понизить перегрузки можно методом уменьшения убыстрения в зазоре, т.е. на время выбора зазоров уменьшить задание, а потом разгоняться до номинальной скорости. Не считая того, конфигурацией коэффициента оборотной связи по току можно достигнуть таковой жесткости механической свойства, при которой демпфирующая способность будет максимальна
Переходные процессы в двухмассовой ЭМС с зазором и упругостью для каждой из масс, также динамические механические свойства при работе без перегрузки и с номинальной перегрузкой изображены на рисунках 14-16.
По результатам моделирования делаем вывод:
Данная система при данной величине зазора, упругости и соотношений моментов инерции масс, становится неработоспособной (возникает колебательный процесс с весьма огромным перерегулированием).
Рис. 14. Переходные процессы в двухмассовой системе при Мс=0
Рис. 15. Переходные процессы в двухмассовой системе при Мс=Мн
Рис. 16. Динамические свойства двухмассовой системы.
7. Расчет позиционной системы
При проектировании позиционной системы следует направить внимание на отработку данных перемещений без перерегулирования и с наименьшим дотягиванием.
Для исследования спроектированной системы задают средние перемещения. Величину средних перемещений определяют по графикам переходных действий двухконтурной системы.
На участке разгона графика переходного процесса выбирается скорость 1.
время разгона до скорости 1 (убыстрения разгона и торможения принимаются с схожими значениями)
Структурная схема для анализа приведена на рисунке 17.
Рис. 17. Структурная схема позиционной системы
Среднее перемещение (угловой путь) определяется из уравнения движения
Коэффициент ООС по перемещению
Рис. 18. Переходные процессы в трехконтурной СПР при = 0
Рис. 19. Переходные процессы в трехконтурной СПР при =
Передаточная функция параболического регулятора
Передаточная функция регулятора положения для моделирования
На рисунках 18, 19 представлены переходные процессы в позиционной системе. На рисунке 18 изучена система при =0, время перемещения составило 1,5 сек, перерегулирование отсутствует. На рисунке 19 изучена та же система при . В процессе моделирования появилась неустойчивость в СПР. Устранение неустойчивости может быть повышением коэффициента передачи регулятора перемещения и передаточная функция в этом виде воспримет вид
В этом случае продолжительность перемещения составила 1,75 сек и перерегулирование отсутствует.
Выводы:
1) на базе двухконтурной СПР, настроенной на модульный оптимум, можно воплотить позиционную трехконтурную систему;
2) верно настроенный регулятор позиционной системы дозволяет создавать точную отработку задания с отсутствием перерегулирования и дотягивания.
движок неизменный преобразователь индуктивность
8. Расчет регуляторов для работы во 2-ой зоне
Коэффициент рассеяния обмотки основных полюсов при [1]
Принятое изменение магнитного потока при ослаблении поля в точке 0,5·Фн (рис.21)
Изменение тока возбуждения при ослаблении поля в точке 0,5·Фн (рис.21)
Структурная схема для расчета приведена на рисунке 20, кривая намагничивания мотора – на рисунке 21.
Рис. 20. Структурная схема регулирования магнитного потока
Индуктивность обмотки возбуждения без учёта вихревых токов
Электромагнитная неизменная времени обмотки возбуждения при ослабленном поле
Электромагнитная неизменная времени контура вихревых токов в полюсах при ослабленном поле
Суммарная неизменная времени обмотки возбуждения при ослабленном поле
Суммарная неизменная времени обмотки возбуждения при номинальном режиме работы
Темп разгона привода во 2-ой зоне (принимается равным темпу разгона в первой зоне)
Требуемый коэффициент форсировки возбуждения мотора
ЭДС тиристорного преобразователя питания обмотки возбуждения
Условие обоснования выбора статического тиристорного возбудителя для обеспечения форсировки возбуждения
При питании трехфазной мостовой схемы выпрямителя от сети 380 В через реактор можно получить напряжение
Коэффициент передачи тиристорного возбудителя
Неизменная времени тиристорного возбудителя
Коэффициент усиления по магнитному сгустку для первой зоны
Во 2-ой зоне зависит от насыщения магнитной цепи машинки, потому при моделировании нужно учитывать зависимость кривую намагничивания машинки.
Коэффициент оборотной связи по току возбуждения
Передаточная функция регулятора магнитного потока
Коэффициент усиления пропорциональной части регулятора
Передаточная функция регулятора магнитного потока
Передаточная функция замкнутого контура магнитного потока
Номинальная ЭДС мотора
Коэффициент усиления в контуре по ЭДС
Коэффициент оборотной связи по ЭДС
Электромагнитная неизменная времени якоря мотора
Передаточная функция регулятора ЭДС настроенного на модульный оптимум
Корректируемый при моделировании коэффициент пропорциональной части передаточной функции регулятора скорости при работе во 2-ой зоне
Переходные процессы в двухзонной системе при работе без перегрузки и с номинальной перегрузкой изображены на рисунках 24, 25. Динамические электромеханические свойства совмещены на общем графике и приведены на рисунке 26. Выводы:
· на базе систем подчиненного регулирования может быть создание полностью работоспособных многоконтурных систем с перекрестными связями, для правильной работы схожих систем нужно вводить корректировку, нужную для управления регуляторами корректируемых контуров;
· примером построения схожей системы служит система подчиненного регулирования для работы мотора во 2-ой зоне.
· неравномерность переходных действий при разъясняется возрастанием динамического момента во 2-ой зоне и соответственно замедлением темпа разгона мотора.
Заключение
Подводя итоги проведенным исследованиям системы подчиненного регулирования можно отметить положительные моменты:
– система подчиненного регулирования, настроенная на модульный оптимум, является весьма устойчивой системой регулирования;
– система подчиненного регулирования владеет открытой архитектурой, позволяющей конструировать на ее базе наиболее сложные системы регулирования, с применением наружных оборотных связей;
– применение вспомогательных устройств регулирования расширяет потенциальные способности систем подчиненного регулирования.
]]>