Разработка системы стабилизации скорости ЭП постоянного тока

Курсовой проект Разработка системы стабилизации скорости ЭП постоянного тока

Задачей курсовой работы является разработка замкнутой САР угловой скорости электропривода постоянного тока. Замкнутые системы регулирования привода помимо исполнительного устройства включают в себя регулирующие устройства и обратные связи. В предлагаемой курсовой работе в качестве исполнительного устройства используется ДТП, а в качестве регулирующего устройства тиристорные регулируемые преобразователи.

Предлагаемая в задании САР содержит жесткие обратные связи по току и скорости и строится по принципу подчиненного регулирования. Ограничение или формирования по определенному закону выходного напряжения предыдущего регулятора вызывает ограничение или изменение по определенному законы координаты, регулируемой последующим регулятором.

Таким образом необходимое ограничение нескольких координат движения достигается с помощью многоконтурной системы регулирования. Число последовательно включенных регуляторов при подчиненном регулирование равно числу регулируемых координат движения.

В курсовом проекте выбрана САР с регулятором скорости электропривода. Эта САР получила наиболее широкое распространение в промышленности и применяется для электроприводов, допускающих по технологическим требованиям астатическую характеристику по выходному воздействию и статическую по возмущающему.

Задание на курсовое проектирование

Исходные данные:

Двигатель — ДПТ;

Тип преобразователя — 1 фаз. 2х — п/п;

Способ управления преобразователем — раздельный;

Тип привода — реверс;

Способ управления электроприводом — U;

Вид ООС — i, щ;

Диапазон регулирования — 10:1;

Мощность двигателя — 2,6 кВт;

Напряжение — 220В;

Скорость — 1450 об/мин;

КПД — 0,78;

Т_ЦИКЛА — 35с;

t₀ — 7c;

t_P — 8*Т_М c;

t_T — 4*Т_М c;

М_С /М_Н — 0,75;

1. Проверка электродвигателя по условиям перегрузочной способности и нагреву

Для определения параметров перегрузочных способностей предварительно выбираем двигатель П41 используя исходные данные:

мощность двигателя — 2,6 кВт; напряжение — 220В; скорость — 1450 об/мин; КПД — 0,78.

Выбираем двигатель: П — 41 Uн=220В

Для построения тахограммы необходимо определить интервалы времени работы двигателя в каждом режиме нагрузочной диаграммы:

Т_М = J_? • - электромеханическая постоянная времени привода;

J_? = 1,25 •J_ДВ; J_? = 0,1875 кг•м² — суммарный момент инерции;

щ₀ = 2? р?f_C; щ₀ = 2•3,14•50 = 314 рад/с_;

М_КЗ = - момент короткого замыкания;

кФ = - коэффициент ЭДС двигателя;

щ_Н = = = 157 рад/с;

кФ = = 1,28 В•с/рад;

М_КЗ = = 273,5 Нм;

Т_М = 0,1875 • = 0,215с;

Найдём время разгона:

t_р = 8•0,215 = 1,72c;

Найдём время торможения:

t_т = 4• 0,215 = 0,86c;

Время работы двигателя с рабочей скоростью:

t_уст. = - (2t_т +2 t_р + t₀) = - (2•0,86 +2• 1,72 + 7) = 5,34с;

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость М_Д (t), I_Д(t) или Р_Д (t). Учитывая, что при построении нагрузочных диаграмм пренебрегаем электромагнитными постоянными времени системы и принимаем Ф_Д = const, то очевидно, что графики М_Д (t), I_Д(t) будут идентичными между собой на всех участках, Р_Д (t) — только в установившимся режимах, так как в переходных режимах график Р_Д (t) определяет мощность на валу двигателя и не учитывает мощность потерь.

Из уравнения движения привода найдем моменты разгона и торможения:

Нм;

щ_раб = = = 151,77 рад/с;

М_Н = 20,4Нм;

По полученным данным строим эпюр моментов.

Зная моменты на различных участках работы двигателя можно найти потребляемую мощность:

При реверсе мощность имеет такие же значения на аналогичных участках. Построим эпюр мощностей.

Проверка двигателя по перегрузочной способности Построенная нагрузочная диаграмма М (t) позволяет проверить правильность выбранного двигателя с точки зрения обеспечения перегрузочной способности:

где: =2,5 — коэффициент перегрузочной способности Данный двигатель проходит по нагрузке.

Проверка двигателя по эквивалентному моменту Для двигателей постоянного тока, имеющих неизменными магнитный поток, постоянные потери и сопротивление якорной цепи, применим метод эквивалентного тока или момента. В нашем случае имеется нагрузочная диаграмма М_Д(t), поэтому следует воспользоваться методом эквивалентного момента. Т.к. характер изменения нагрузки за первый полупериод равен второму, то следовательно можно сделать проверку двигателя только на половине полупериода:

= 0,5 — коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном якоре, значение которого записано для двигателей закрытого исполнения самовентилируемых.

Коэффициент ухудшения теплоотдачи в ЭП за полупериод:

= 0,98

ПВр = = 60%

М_ЭПВ = М_Э• = 17,14• = 13,3Нм;

М_ЭПВ = 13,3Нм? Мн = 20,4Нм Вывод: двигатель прошел проверку по нагреву и по перегрузочной способности, то он был выбран правильно и принимаем его в дальнейших расчётах.

2. Функциональная схема электропривода и ее описание

Тиристорный электропривод типа ЭТ-6 представляет собой комплектное электромеханическое устройство, служащее для регулирования и стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока в диапазоне 1:10 000. Электропривод выполнен по двухконтурной структуре подчиненного регулирования с регуляторами тока РТ и скорости РС. РТ и РС представляют собой Пи-регуляторы. Работа электропривода происходит следующим образом.

При наличии рассогласования по скорости U1 между сигналами задания U3 и обратной связи по частоте вращения Uтг на выходе РС появляется управляющее напряжение U_рс, которое сравнивается с напряжением Uдт пропорциональным текущему значению тока якоря электродвигателя. Напряжение рассогласования по току U2 поступает на вход РТ, что вызывает появление на его выходе соответствующего управляющего напряжения Uр. т, которое управляет схемой импульсно-фазового управления (СИФУ). СИФУ обеспечивает формирование и распределение импульсов управления силовыми тиристорами управляемого выпрямителя УВ. СИФУ и УВ входят в состав тиристорного преобразователя ТП. По мере уменьшения рассогласования (за счет действия отрицательной обратной связи по скорости) происходит стабилизация частоты вращения электродвигателя n на уровне, пропорциональном значению напряжения задания U3. Коэффициент усиления системы регулирования и точность поддержания частоты вращения электродвигателя при различных возмущающих воздействиях.

Для обеспечения надежной и безопасной работы электропривода предусмотрено наличие: схема защиты.

Полная принципиальная схема электропривода ЭТ-6 приведена на рисунке 7.1. Ее рассмотрение удобно производить, по узлам в соответствии с функциональной схемой рисунок 2.1.

3. Расчёт силовой части преобразователя

Расчёт силового трансформатора Для определения действующего значения фазового напряжения вторичной обмотки трансформатора можно использовать зависимость.

где k₃ и k_б-коэффициенты запаса и равны 1,05

л-кратность тока нагрузки в режиме стабилизации скорости и равна 2

Е-ЭДС двигателя при номинальной скорости, В

f, q, s-коэффициенты, зависящие от схемы трансформатора

I_H, U_H-номинальный ток и напряжение двигателя

R_дв — сопротивление якорной цепи двигателя

?Р_м%=1−3 — потери в меди трансформатора = 2%;

m%=10−15 — возможное снижение напряжения питающей сети = 10%;

U_к%=4−9 В-напряжение короткого замыкания трансформатора = 5В;

?U_в=0,9−1,2 В-прямое падение напряжения в вентилях = 1В;

a=0,9

b=0.53

c=0.41

d=1/р=0.32

q=1.41

s=1.63

f=1

E=U-IR=220−18•1,032=201,4 B

Определив Е_2Н, находим U_d0, коэффициент трансформации, токи фаз:

U_d0= a*E_2H= 0,9*412=371 В

k=220/412=0,53

I_2H= b•I_H=0,53•18=9,54 A

I_1H=(c•I_H)/k=(0.41•18)/0,53=14 A

Типовая мощность трансформатора

S_m=q•E_2H•I_H= 1,41•412•18=10,457 кВА Примем трансформатор с расчётными параметрами т.к. нельзя подобрать типовой трансформатор.

Активное сопротивление трансформатора определяем:

Ом Индуктивное сопротивление:

Ом Эквивалентное сопротивление

R_э=R_дв+R_кд+R_T+d*X_T=1,032+0,422+1,266+0,32•2,79=3,6128 Ом, где R_кд=R_T/3=1,266/3=0,422 — сопротивление каждого дросселя Выбор тиристоров Выбор тиристоров производится по трем параметрам: по среднему току, протекающему через тиристор, по обратному напряжению на тиристоре, по току глухого короткого замыкания в нагрузке.

Среднее значение тока, протекающего через тиристор можно найти по формуле:

где: — пусковой ток двигателя;

— для однофазной схемы;

Значение среднего тока приведенного к классифицированной схеме:

где: =1,3 — 1,5 — коэффициент запаса по току =1,5;

=1,1 — 1,77 — коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, угла проводимости и формы тока = 1,5;

=1 — 2,5 — коэффициент, учитывающий условия охлаждения = 2;

Найденный ток должен быть меньше паспортного тока тиристора: .

Указываемое в паспорте повторяющееся напряжение тиристора должно быть больше расчетного:

где: =1,3 — 1,5 — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможность возникновения перенапряжения на тиристорах = 1,5;

Для нахождения ударного тока глухого короткого замыкания используем методику /5, 6/.

Амплитуда базового тока короткого замыкания:

где — амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе:

— приведенные к вторичной стороне реактивное и активное сопротивления одной фазы трансформатора (до 500 кВт сопротивлениями питающей сети можно пренебречь).

;

U_2ф — фазное напряжения вторичной обмотки трансформатора, В;

Р_k — активная мощность потерь короткого замыкания в обмотках, кВт;

I_2ф — фазный ток вторичной обмотки трансформатора.

Далее определяется:

Находим ударный ток глухого внешнего короткого замыкания где берется из pиc. 1.127/5/ в зависимости от сtgц_к.

Тиристор должен удовлетворять условию I_уд.доп > I_уд,

где I_уд.доп — допустимое паспорт ное значение ударного тока тиристора.

Выбрав тиристоры, следует привести их полные технические данные, указав их способ охлаждения.

Т — 112−10

U_пор = 1,25В;

I_уд = 150 А;

U_мах = 100−1200В;

I_мах.ср. = 10, А;

dU/dt = 20 мкс;

Расчет радиаторов Посчитаем суммарную поверхность ребер охладителя:

где — установившееся тепловое сопротивление охладителя,

h — коэффициент теплообмена (для аллюминевых пластин толщиной 2 мм h = 4 Вт/м²с.

Принимаем самый малый охладитель R_ОХЛ = 1,82 (при рассеиваемой мощности 50 Вт).

— сопротивление радиатор среда.

Тип охладителя: ОА — 001 d: М10 — 7Н, h15

S_ОХЛ = 3868 мм²

Расчет дросселей.

В симметричной мостовой и в нулевых схемах амплитудные значения связаны с и :

где: k=2 — кратность гармоники;

p=1 — для однофазной мостовой схемы;

Зная значение при номинальной скорости и напряжении двигателя и задаваясь допустимым значением основной гармоники тока Р1%, можно определить необходимую индуктивность цепи выпрямленного тока:

где: Р1%=7 — 10 — для не компенсированных двигателей =10%;

Индуктивность снижающего катодного дросселя равна:

Где индуктивность якоря ЭД:

=0,5 — 0,6 — для не компенсированных двигателей = 0,5;

рn=4 — число пар полюсов двигателя;

— номинальное напряжение, частота вращения и ток двигателя;

=0,26−0,0097=0,25Гн По найденной индуктивности и номинальному току нагрузки подбираем подходящий типовой дроссель.

где U_2m = U_2лm = - амплитуда фазного напряжения для трехфазной мостовой схемы;

k_д — коэффициент действующего значения.

Гн;

Обычно реакторы принимают насыщающимися, и, поэтому, индуктивность уравнительного реактора не учитывается при выборе сглаживающего реактора.

Выбор защиты

3а основу в курсовом проекте должна быть принята защит предусмотренная в комплектном преобразователе и указанная информационных материалах заводов-изготовителей.

В рекомендуемых для использования при проектировании преобразователях предусмотрены защиты от коротких замыканий, от перегрузок пусковыми токами и коммутационная защита тиристоров от перенапряжения, а также ряд блокировок: от пропадания фазы отключения вентиляции и т. п. /2,3,4/.

Требования, предъявляете к защитам, сформулированы в /5,8, 9/: максимальное быстродействие, селективность чувствительность, надежность, помехоустойчивость и простота обслуживания.

В курсовом проекте необходимо выбрать автоматический выключатель по условиям расчетного тока, протекающего через автомат и по условиям перегрузок пусковыми токами по табл. 4.68/9/.

Что касается устройств коммутационной защиты, то R — С цепи можно принять с параметрами, указанными в заводской документации.

1) Автоматический выключатель;

В

2) Для защиты тиристоров от перенапряжений выбрана RC — цепь с параметрами:

R= Е_2н/I_{обр.тир} =412 / 0.0025=164 800 Ом;

С= I_{обр. тир.}/ Е_2н2f =0,0025/412•2•3,14•50=0,003 мкФ.

Защита от перенапряжений.

— ток намагничивания трансформатора, %

I₂ — номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А

U₂ — номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В

— допустимая кратность возрастания напряжения на вентилях (1,25 ч 1,5).

Защита от коммутационных перегрузок.

Защита тиристоров от внутренних и внешних КЗ

(Применяются плавкие быстродействующие предохранители).

Верхнее значение интервала отключения:

Принимаем предохранитель типа ПНБ5 — 220/100, I_Н.ПЛ. = 15 А.

4. Анализ и синтез линеаризованных структур

4.1 Структурная схема регулирования

Структурная схема регулирования составляется на основании функциональной схемы электропривода и должна отражать динамические характеристики всех звеньев системы.

При составлении структурной схемы системы управления тиристорным электроприводом следует учитывать все обратные связи, необходимые для выполнения требований задания на проектирование. В большинстве электроприводов используются жесткая отрицательная обратная связь по скорости (углу поворота вала) и токовая отсечка для ограничения тока якоря электродвигателя и, тем самым, защиты его от перегрузок по току.

Поэтому, в общем виде, замкнутая система управления тиристорным электроприводом представляет собой систему подчиненного регулирования с внутренним контуром регулирования тока якоря, и внешним контуром — контуром регулирования скорости вращения вала двигателя.

Первый способ составления структурной схемы заключается в использовании готовых выражений передаточных функций отдельных звеньев системы.

Второй способ заключается в записи системы дифференциальных уравнений, описывающих систему электропривода, на основе которых и составляется структурная схема. Преимуществом такого способа является то, что при составлении дифференциальных уравнений четко определяются сделанные допущения и принятые обозначения, что остается часто неявным при первом способе.

На основании структурной схемы может быть подучено операторное уравнение всей системы, передаточные функции по управляющему и возмущающему воздействию. В пояснению к структурной схеме следует дать обоснование применяемых методов теории автоматического управления.

На динамику тиристорного электропривода существенное влияние оказывает ряд специфических свойств управляемого выпрямителя: дискретный характер управления вентилем, неполная управляемость, пульсации в кривой выпрямленного напряжения, нелинейность регулировочных характеристик, различие характеристик в режимах непрерывного и прерывистого тока.

При составлении структурной схемы использовались следующие допущения: магнитный поток двигателя постоянен, при работе двигателя сопротивление его обмоток не изменяется, нелинейные элементы структурной схемы линеаризованы, тиристорный преобразователь работает в режиме непрерывного тока, пульсациями выпрямленного напряжения пренебрегаем.

Распишем передаточные функции звеньев, входящих в структурную схему электропривода.

где R_я — сопротивление якоря, Ом;

— электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя, с;

Гн к_е = кФ_Н =- коэффициент передачи двигателя по управляющему воздействию Вс;

— электромеханическая постоянная времени электродвигателя, с;

= 0,072 с — постоянная времени системы управления преобразователем с;

коэффициент передачи тиристорного преобразователя;

U_ртmax — максимальное напряжение на выходе регулятора тока, принимаем в расчетах равным 10 В.

В предварительных расчетах нам не известны передаточные функции регуляторов скорости и тока, поэтому мы их принимаем пропорциональными безынерционными звеньями, причем общий коэффициент усиления этих звеньев определим из коэффициента усиления всей системы.

Известно, что в режиме непрерывного тока требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы автоматического регулирования определится по формуле:

= 77,4

где D — диапазон регулирования (определяется заданием);

— относительная погрешность регулирования (определяется заданием).

Так как общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления всех звеньев основного контура регулирования, то

где — коэффициент усиления обратной связи по скорости, Вс;

U_зmax — максимальное напряжение регулятора скорости, в расчетах можно принять равным 10 В.

= 0,064

4.2 Синтез системы и расчет параметров регуляторов

Наиболее удобным для инженерных расчетов является коррекция с использованием технического и симметричного оптимумов.

В системах подчиненного регулирования контур регулирования каждой координаты содержит, как правило, одну «большую» постоянную времени, влияние которой может быть скомпенсировано действием регулятора данного контура.

Синтез регуляторов и расчет их параметров сводится к приведению передаточной функции каждого контура регулирования в соответствии с предъявляемыми требованиями и производится последовательно, начиная с внутреннего контура.

Контур регулирования тока.

Внутренним контуром в системе подчиненного регулирования скорости тиристорного электропривода является контур тока. Оптимизация параметров контура производится при тех же допущениях, что были рассмотрены выше, дополнительно только не учитывается влияние внутренней обратной связи по ЭДС двигателя.

В контуре тока электромагнитная постоянная времени Т_Я, является компенсируемой, а постоянная времени Т_mn тиристорного преобразователя является некомпенсируемой постоянной времени.

Произведем настройку контура тока на технический оптимум. Желаемая передаточная функция разомкнутого контура тока будет иметь вид:

где а_т, — коэффициент, который определяет демпфирование переходных процессов в контуре тока, при настройке на технический оптимум принимаем а_т, = 2.

Передаточная функция регулятора тока согласно структурной схеме рис. 3.3. определится из условия:

Преобразовав данное выражение, получим передаточную функцию регулятора тока:

где с — постоянная времени интегрирования интегральной части регулятора тока, с;

— коэффициент усиления пропорциональной части регулятора тока.

Так как регулятор тока является ПИ — регулятором (см. 3.19), то коэффициент обратной связи по току можно определить из соотношения:

= ,

где U_р.с.max — максимальное значение выходного напряжения регулятора скорости (в расчетах можно принять U_р.с.max = 10 В);

I_доп — значение тока якоря двигателя, допустимое по условиям коммутации, А;

= 2,518 = 45 А.

Контур регулирования скорости.

Контур регулирования скорости является внешним контуром по отношению к контуру тока. Рассмотрим структурную схему контура скорости электропривода при тех же допущениях, что и были приняты при синтезе контура тока.

На рис. 6 приняты те же обозначения, что и на рис., за исключением передаточной функции регулятора тока W_PT(р), которая в данном случае, имеет вид:

При синтезе регулятора скорости передаточная функция замкнутого контура тока с достаточной степенью точности можно аппроксимировать выражением:

Тогда некомпенсируемой малой постоянной времени в контуре скорости является величина:

Т_С =а_ТТ_ТП = 2?0,086 = 0,172с, а компенсируемой постоянной времени в данном случае является электромеханическая постоянная времени электродвигателя T_М. Для простоты построения переходных процессов в данном курсовом проекте в место «ПИ» регулятора, в качестве регулятора скорости поставим пропорциональное звено, при этом передаточная функция регулятора скорости будет иметь вид:

где , — коэффициент, определяющий демпфирование переходных процессов в контуре скорости, при выборе а_с = 2;

Т_С, — постоянная времени разомкнутого контура скорости, с.

Расчетное значение коэффициента обратной связи по скорости можно определить из выражения:

Вс,

где U_з.max — максимальное значение напряжения задания, в расчетах можно принять равным 10 В.

Расчет параметров регуляторов тока и скорости в системах подчиненного регулирования выполним по рассмотренной выше структурной схеме рис. 6 и полученным передаточным функциям регуляторов. В системах подчиненного регулирования наибольшее распространение в качестве регуляторов получили интегральные микросхемы, с помощью которых можно сформировать любую передаточную функцию. Для дальнейших расчетов необходимо выбрать операционный усилитель для применения в системе управления тиристорным преобразователем.

Контур регулирования тока выполняет функцию задержанной отрицательной обратной связи по току и предназначен для ограничения максимального значения тока якорной цепи электродвигателя в переходных режимах и превышении статического момента на валу электродвигателя сверх недопустимых значений.

В обратной связи контура тока применяется нелинейное звено, состоящее из датчика тока (чаще всего для этой цели применяется шунт), усилителя датчика тока и двух встречно направленных стабилитронов. Для дальнейшего расчета необходимо выбрать шунт, исходя из максимального значения тока, протекающего по якорной цепи, и стабилитроны, исходя из напряжения стабилизации. При выборе стабилитрона необходимо учитывать, что при протекании максимально допустимого тока по якорной цепи напряжение на выходе стабилитрона должно быть равно 10 В.

Ток отсечки определится из выражения:

где — паспортное значение напряжения стабилизации стабилитрона, В;

— коэффициент усиления датчика тока, определяется как отношение выходного сигнала обратной связи по току (можно принять величину сигнала 10В) к напряжению шунта при допустимом токе якоря (номинальному напряжению шунта).

Найдем параметры датчика тока:

где — максимальный допустимый входной ток операционного усилителя датчика тока, А;

I_НШ — номинальный ток шунта, А;

R_Ш = R_Д.П. — номинальное сопротивление шунта, Ом.

Определим параметры регулятора тока:

где — максимальное входное напряжение регулятора скорости (в расчетах можно принять равным 10 В).

Примерная схема регулятора тока с датчиком тока приведена на рис. 7.

В качестве датчика тока чаще всего применяется тахогенератор с самовозбуждением. В ходе выполнения курсового проекта необходимо выбрать тахогенератор по максимальной частоте вращения и удельной ЭДС тахогенератора.

Коэффициент передачи датчика скорости можно определить:

где г — удельная ЭДС тахогенератора, В.

Т.к. в расчетном ЭП принят двигатель со встроенным тахогенератором параметры которого не даны принимаем

Определим параметры регулятора скорости:

где — максимальное напряжение на выходе задатчика интенсивности (в расчетах можно принять равным 10 В);

— максимальный входной ток операционного усилителя регулятора скорости, А.

При расчете регулятора тока можно принять в качестве операционного усилителя регулятора скорости такой же операционный усилитель, как и в регуляторе тока.

Для ограничения выходного сигнала регулятора скорости в схемах регулирования применяется блок ограничения, входящий в цепь обратных связей и состоящий из двух встречно включенных стабилитронов.

Примерная схема регулятора скорости приведена на рис. 8

Для уменьшения величины перерегулирования на вход систем подчиненного регулирования устанавливается задатчик интенсивности, состоящий из операционного усилителя с ограничением выходного сигнала, охваченный активно-емкостной обратной связью. В ходе работы над курсовым проектом вопрос расчета параметров задатчика интенсивности не входит.

5. Расчет и построение статических характеристик

Для разомкнутой системы, в режиме непрерывного тока, электромеханическая характеристика может быть построена по формуле:

где, Вс;

R_э — эквивалентное сопротивление, Ом;

R_я.дв — сопротивление якорной цепи двигателя (паспортное значение), Ом;

— выпрямленное напряжение преобразователя для обеспечения номинальной угловой скорости вращения двигателя, В.

при I=0:

_хх= (266,76 — 1)/1,28 =207,6 (с^-1);

Однако, так как преобразователь в режиме непрерывного тока не может обеспечить выпрямленное напряжение больше U_d0, то при токе I > I_A,

где ,

А обратная связь по скорости размыкается и система будет вести себя как разомкнутая. Поэтому в семействе электромеханических характеристик горизонтальная линия _н = const идет только до I=I_A, а при I > I_A происходит излом характеристик, и она идет параллельно характеристике разомкнутой системы как показано на рисунке 5.1.

6. Выбор аппаратуры и описание работы устройств управления

Тиристорный электропривод типа ЭТ6 представляет собой комплексное электромеханическое устройство, служащее для регулирования и стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока в диапазоне 50/1.

Тиристорный преобразователь состоит:

1. Источник питания;

2. Схема защиты;

3. Силовая схема;

4. СИФУ;

5. Схема регулятора скорости;

6. Схема регулятора и датчика тока.

Источник питания, рисунок 6.1

Источник питания обеспечивает питание всех цепей управления стабилизированным напряжением и собран по схеме двухканального стабилизатора с последовательно включенными регулирующими тиристорами. В качестве усилителя постоянного тока используются операционные усилители A901, A902. Стабилитроны обеспечивают на выходе напряжение 12,6 В и 12 В относительно общего провода. Нестабилизированное напряжение после выпрямления поступает на выходной СИФУ и схему защиты.

Схема защиты, рисунок 6.2

Предназначена для осуществления защиты электропривода от неправильного чередования фаз питающей сети, обрыва любой из фаз, исчезновения стабилизированного напряжения источника питания.

В исходном состоянии транзистор Т907 заперт и цепь подготовлена для включения реле Р1, Р2. При нажатии кнопки «Пуск» включается реле, загорается индикатор состояния привода, размыкается общая цепь обратной связи регуляторов и подаются управляющие импульсы на тиристоры силовой схемы, и происходит запуск электропривода. В случае неисправности стабилизаторе напряжения или неисправном подключении к питающей сети не подаётся управляющий сигнал транзистору Т908 и не включается реле Р1, Р2.

Силовая схема привода рисунок 6.3

Силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель по трех импульсной реверсивной встречно-параллельной схеме и состоит из силового согласующего трансформатора, собственно выпрямителя. Трехфазный трансформатор осуществляет согласование напряжения электродвигателя с напряжением питающей сети. Содержит первичную, вторичную и отдельную обмотку для питания цепей управления. Первичная обмотка соединена в треугольник, вторичная и обмотка управления в звезду.

Выпрямитель выполнен на тиристорах Д01-Д012. Для защиты тиристоров от перенапряжений включены защитные RC-цепочки. Управление группами тиристоров совместное согласованное.

Система импульсно фазового управления рисунок 6.4

На схеме показаны процессы изменения напряжения во времени в различных точках СИФУ и вторичных обмотках трансформатора Т13 и Т14, а также процессы формирования управляющих импульсов. Напряжение с выходной обмотки Т14 подаётся на фазосдвигающую цепочку, выполненную на элементах R101, R102, C101. Регулирование сопротивления резистора R101 обеспечивает сдвиг напряжения на конденсаторе C101. Переменное напряжение поступающее на вход A101, на входе которого происходит переключение напряжения с одной полярности на другую, в момент прохождения нуля переменного напряжения в точке 17А.

С помощью дифференцированной цепочки R105, C105, C106, R108 из перепадов U_вых. нуль-органа формирует разнополярные импульсы. Поступление питания напряжения (источника питания) На выходе каскада СИФУ производится через контактное реле КК2.1 после его срабатывания.

Регулятор скорости рисунок 6.5

Регулятор скорости входит в состав контура скорости и преобразует сигнал рассогласования между напряжением задания и напряжением датчика скорости. В качестве датчика скорости используется тахогенератор.

В целом РС, так же как и РТ, является Пи-регулятором, но отличается более сложной схемой, так же РС входит в состав внешнего контура скорости и в основном определяет качественные характеристики электропривода. С помощью РС компенсируется электромеханическая постоянная времени электродвигателя. РС выполнен на двух ОУ и является двухкаскадным.

Регулятор тока рисунок 6.6

Основным назначением РТ является компенсация электромагнитной постоянной времени якорной цепи электродвигателя и обеспечение управления током этой цепи в соответствии с сигналом рассогласования между заданным значением тока с выхода регулятора скорости и фактическим значением, которое определяется с помощью специального датчика тока.

РТ выполнен на операционном усилителе ДА601 и представляет собой пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор.

Заключение

При выполнении курсовой работы было произведено проектирование системы автоматического управления электроприводом с использованием тиристорного электропривода постоянного тока на базе серийно выпускаемых преобразователей ЭТ6.

В процессе выполнения работы была рассчитана комплектность: электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, трансформатор, реакторы, тиристоры, регуляторы и обеспечена стыковка принятых решений в пределах выбранной функциональной схемы, а также в работе в соответствии с требованием методических указаний и ГОСТов ЕСКД представлены все необходимые графики и характеристики.

Список используемой литературы

электродвигатель преобразователь силовой линеаризованный

1. Методические указания по курсовому проектированию. Романов М. Н. Новосибирск 2000.

2. Методические указания по курсовому проектированию «Управление электроприводом» Бурянин Н. С., Зенков Д. Ф. 1982 г.

3. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. Под редакцией Большама Л. М., Круповича В. И., Самоверова П. Л. 1974 г.

4. Электротехнический справочник том 1,2. Герасимова В. Г. 1981 г.

5. Электропривод постоянного тока ЭТ-6: Паспорт ИЖВЕ 654 632.003ПС.