Расчет тиристорного преобразователя

1.Задание к курсовой работе

2. Математическое описание системы регулирования

3. Динамические свойства тиристорного преобразователя

4. Определение граничных значений звеньев

5. Влияние типа и параметров регулятора тока на качество переходных процессов

6. Обеспечение разгона двигателя с заданным ускорением

7. Статические характеристики

Заключение

1. Задание к курсовой работе

1. Для П и И регуляторов определить граничные значения коэффициента усиления (К) и постоянной времени (Т).

2. Для ПИ-регулятора определить из условия устойчивости область допустимых значений к и Т.

3. Определить значения параметров К и Т (П, И, ПИ-регуляторы) и Т1, Т2, Т3, Т4 (ПИД-регулятор), обеспечивающие заданный показатель качества относительно задающего воздействия Uрс и наибольшего ослабления возмущающего воздействия? Uc.

Выполнить сравнительный анализ влияния типа и параметров регуляторов тока на качество переходных процессов при отработке задающего и возмущающего воздействий. Для решения поставленных задач приближенные и точные методы анализа и синтеза. Дать сравнительную оценку их эффективности. Используя блок ограничения (БО), осуществить разгон двигателя с заданным ускорением е. Для это режима используется интегральный регулятор тока и отсутствует обратная связь по ПЭДС двигателя. Величина электромеханической постоянной выбирается таким образом, чтобы корни ХУ передаточной функции ДПТНВ были вещественными. Построить статические характеристики контура регулирования тока с пропорциональным и изодромным регуляторами тока с учетом и без учета ПЭДС двигателя.

Примечание 1: Точные расчёты переходных характеристик контура регулирования тока при отработке задающего и возмущающего воздействий выполнить с учётом и без учёта обратной связи по ПЭДС двигателя.

Таблица 1. Исходные данные

2. Математическое описание системы регулирования Математическое описание двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) приведено в семестровом задании.

Рисунок 1. Структурная схема контура регулирования тока якоря Тиристорный преобразователь с раздельным управлением имеет нелинейную статическую характеристику. С целью эффективного использования методов анализа и синтеза линейных САУ необходимо линеаризовать статическую характеристику в заданной точке методом линейной аппроксимации. При этом свойства преобразователя представляются пропорциональным звеном с коэффициентом линеаризации:

;

Для более точных расчетов необходимо, чтобы Кп было максимальным

;

Рисунок 2. Статическая характеристика

3. Динамические свойства тиристорного преобразователя Динамические свойства ТП описываются звеном чистого запаздывания

W (p)=e-pф, где ф= - постоянная времени чистого запаздывания.

Заменим звено чистого запаздывания апериодическим звеном e-pф ?

где n=1.

ф==0,003 с.

Тогда e-pф = .

Рисунок 3. Преобразованная структурная схема

4. Определение граничных значений звеньев Составим передаточную функцию для преобразованной структурной схемы

W==

Характеристическое уравнение системы

F2(p)=;

F2(p)=p3•(ф•Tф•Тя)+p2•(ф•Tф+ ф•Tя+Tф•Тя)+p•(ф + Tя+Tф)++1

Для пропорционального звена передаточная функция (W (p)=K)

Тогда характеристическое уравнение Для пропорционального звена применяем алгебраический критерий устойчивости Гурвица: ?=

0,15•10−3•0,022−0,282•10−6•(1+Кп•10,2)>0

0,33•10−5-0,282•10−6-0,282•10−6•Кп•10,2=0

3,018•10−6=2,8764•10−6•Кп Кп=1,04

Для интегрирующего звена (W (p)=)

Тогда характеристическое уравнение Тогда по критерию Гурвица для системы четвёртого порядка:

?==

==

=0,15•10−3•Т2•(0,022•Т2•Т2−1,53•10−3•Т2)-0,282•10−6•= [T2=Tгр]

=3,3•10−6•- 0,23•10−6•-0,282•10−6•=3,02•10−6•- 0,23•10−6•>0

•(3,02•10−6•- 0,23•10−6)=0

Т2=0 Т2==0,076.

Изодромное звено (Wpт (p)=K3+).

Рассмотрим регулятор тока изодромного типа (передаточная функция Wpт (p)=K3+). Найдем граничные К и Т, используя критерий Гурвица. Передаточная функция:

=

F2=;

Тогда характеристическое уравнение Составим определитель Гурвица из коэффициентов характеристического уравнения и найдём Т3гр:

?==>0

0,15•10−3•Т3•(0,022•Т3•Т3(1+К3•10,2)-0,15•10−3•Т3•10,2)-0,282•10−6••(1+К3•10,2)2=0

18,9•10−6•(1+К3•28,9) — - 1,5•10−6•(1+К3•28,9)2=0

T3=

Зависимость Т3гр=f (K3гр) представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Зависимость Т3гр=f (K3гр) Область допустимых значений Определим область допустимых значений для каждого типа регуляторов.

Для пропорционального звена K<1,04

Для интегрального звена Т>0,076

Для изодромного звена область устойчивости выше графика, представленного на рисунке 4.

5. Влияние типа и параметров регуляторов тока на переходные процессы С целью поддержания и изменения по заданному закону с заданной точностью тока якоря применяется замкнутая система с отрицательной обратной связью по току. В то же время введение обратной предполагает передачу информации с выхода системы регулирования на ее вход, что может служить причиной неустойчивости системы.

Одним из способов обеспечения устойчивости и заданных показателей качества является введение последовательных корректирующих устройств.

В преобразованной структурной схеме (рисунок 3):

статическая характеристика преобразователя линеаризована методом линейной аппроксимации. При соответствующем выборе базовых величин для заданной рабочей точки можно получить Кп=1;

звено чистого запаздывания заменено на апериодическое, предполагая, что частота среза контура с<< 1/;

фильтр на входе системы импульсно-фазового управления преобразователя представлен апериодическим звеном с постоянной времени ТФ и единичным коэффициентом усиления;

выбор корректирующего устройства предварительно осуществляется для заторможенного двигателя, т. е. отсутствует внутренняя обратная связь по ЭДС.

С целью уменьшения предварительных расчетов, схема (рисунок 3) преобразуется к виду, в котором элемент с неизвестными параметрами выделен в прямой канал (рисунок 5), т.к. условие устойчивости не зависит от места положения элементов в замкнутом контуре.

Uвх

;

Рисунок 5. Преобразованная структурная схема Для обеспечения заданного показателя качества, минимального времени отработки задающего воздействия, необходимо иметь максимальную частоту среза, причем запас устойчивости по фазе должен быть 40…55 гр.

Условие устойчивости проверим приближенно по сумме контрольных ординат на декаду влево и вправо от частоты среза с1. Сумма контрольных ординат должна быть меньше 4 лог и с учетом желаемого запаса устойчивости, должна составлять 2,8…3,2 лога для пропорционального интегрального, изодромного, пропорционально-интегрально-дифференциального звеньев. ЛАЧХ построены на рисунке 6.

Из рисунка 6 определяем, что для регулятора пропорционального типа К=0,15.

Из рисунка 6 определяем, что для регулятора интегрирующего типа: Т=0.4.

Из рисунка 6 определяем параметры изодромного звена: К=0,15 и Т=0,5.

Из рисунка 6 определяем параметры пропорционально-интегрально-дифференциального звена: T1=T2=0,0398; Т3=0,003; Т4=0006.

Для сравнительного анализа построим переходные характеристики при отработке задающего и возмущающего воздействия, с учетом и без учета обратной связи по ЭДС, воспользуемся программой Modans (Рисунки 7−20). Результаты сведены в таблицы 2 и 3.

Таблица 2. Данные по переходным характеристикам при ЭДС

Таблица 3. Данные по переходным характеристикам без ЭДС

Рисунок 7. Пропорциональное ЗВ без ЭДС Рисунок 8. Пропорциональное ВВ без ЭДС

Рисунок 9. Пропорциональное ЗВ с ЭДС Рисунок 10. Пропорциональное ВВ с ЭДС Рисунок 11. Интегрирующее ЗВ без ЭДС Рисунок 12. Интегрирующее ВВ без ЭДС Рисунок 13. Интегрирующее ЗВ с ЭДС Рисунок 14. Интегрирующее ВВ с ЭДС Рисунок 15. Изодромное ЗВ без ЭДС Рисунок 16. Изодромное ВВ без ЭДС Рисунок 17. Изодромное ЗВ с ЭДС Рисунок 18. Изодромное ВВ с ЭДС Рисунок 19. Пропорционально-Интегрально-Дифференцирующее ЗВ без ЭДС Рисунок 20. Пропорционально-Интегрально-Дифференцирующее ВВ без ЭДС Сравнительный анализ По таблицам 2 и 3 проведем анализ качества процессов.

При задающем и возмущающем воздействии наименьшие время переходного процесса имеет пропорционально-интегрально-дифференцирующее звено при обратной связи по ЭДС (tпп=0,1 при З.В. и tпп=0,125 при В.В.). При отсутствие ЭДС наименьшие время переходного процесса имеет пропорциональное звено (tпп=0,069 при З.В. и tпп=0,076 при В.В.).

Наибольшее ослабление возмущающего воздействия при ЭДС оказывают все звенья. При отсутствии ЭДС полное ослабление возмущающего воздействия оказывают интегральное и изодромное звено.

Наличие обратной связи по ЭДС ослабляет выходной сигнал.

Рассмотренные типы регуляторов показывают различные характеристики в динамике и статике и могут применяться в системах с различным быстродействием и точностью работы.

6. Обеспечение разгона двигателя с заданным ускорением Разгон производится при условиях, что. Из примечания 2 требуется найти, так, чтобы корни характеристического уравнения ДПТНВ были вещественными.

Рисунок 21. Структурная схема двигателя постоянного тока Для структурной схемы на рисунке найдем передаточную функцию и из неё характеристическое уравнение

;

;

— условие, при котором корни характеристического уравнения вещественные;

возьмем

;

.

Если, то; ;

.

Для обеспечения ускорения нужно, чтобы ток на выходе был равен .

Для этого в структурную схему преобразователя вставим блок ограничения после регулятора тока, регулятор тока выбирается интегрального типа. Рассчитаем ограничительное значение напряжения на выходе блока ограничения:

.

Um

Iя Рисунок 22. Структурная схема преобразователя с включением блока ограничения На рисунке 23 изображена переходная характеристика при работе с блоком ограничения.

Рисунок 23. Переходная характеристика САУ с базовым ограничителем Из рисунка 23 видно, что в установившемся режиме выходная величина — ток якоря равен требуемому. Включив блок ограничения, мы обеспечили разгон привода с требуемым ускорением.

7. Статические характеристики Для построения статической характеристики запишем передаточную функцию для структурной схемы рисунок 3.

Для пропорционального звена :

Без учета ПЭДС двигателя.

Статическая характеристика представлена на рисунке 24.

Рисунок 24. Статическая характеристика пропорционального регулятора без учета ПЭДС

C учетом ПЭДС двигателя.

Статическая характеристика представлена на рисунке 25.

Рисунок 25. Статическая характеристика пропорционального регулятора с учетом ПЭДС Для изодромного звена:

без учета ПЭДС Статическая характеристика представлена на рисунке 26.

Рисунок 26. Статическая характеристика изодромного регулятора без учета ПЭДС с учетом ЭДС Статическая характеристика представлена на рисунке 27.

Рисунок 27. Статическая характеристика изодромного регулятора с учетом ПЭДС Заключение В курсовой работе был произведен расчет тиристорного преобразователя, из которого были найдены параметры различных типов регуляторов, рассмотрена работа структуры с каждым регулятором в отдельности, получены переходные характеристики.

Сравнение данных типов регуляторов показало, какие из них могут быть применимы при различном быстродействии, различной нагрузочной способности тиристорного преобразователя.

Расчёт блока ограничения, включаемого в структуры, позволил найти параметры этого блока ограничения, обеспечивающие требуемый разгон электропривода, подключаемого к тиристорному преобразователю.

преобразователь тиристорный регулятор ток Список использованной литературы

1. Теория автоматического управления: Учебное пособие к семестровому заданию и курсовому проектированию / В. П. Мацин — 2-е изд. — Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2010. — 25с.

2. Теория автоматического управления: Учебник для вузов по специальности «Автоматика и телемеханика». В 2-х частях. Часть I. Теория линейных систем автоматического управления / Н. А. Бабаков, А. А. Воронов, А. А. Воронова и др.; Под ред. А. А. Воронова.- 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1986. — 367 с., ил.