Курсовой проект (вариант 2, задание 9)

ЭМС схема.cdw

2-9.doc

Выбор электропривода. 4
Функциональная схема САР положения. 6
Определение передаточных функций звеньев САР.
1 Определение передаточной функции электродвигателя. 7
2 Определение передаточной функции тиристорного преобразователя. 10
3 Определение передаточной функции промежуточного усилителя. 11
4 Определение передаточных функций датчиков. 13
Структурная схема САР позиционирования. 14
Расчёт регулятора тока. 15
Расчёт регулятора скорости. 18
Расчёт регулятора положения. 21
Исследование и анализ переходных процессов. 24
Схема электрическая принципиальная. 27
Список использованной литературы. 31
По исходным данным необходимо:
Выбрать тип и рассчитать требуемую мощность электродвигателя с учётом переходных процессов при пуске торможении и изменении режимов работы двигателя;
В соответствии с исходными данными (мощностью диапазоном регулирования скорости и другими параметрами) выбрать тип преобразователя;
Разработать принципиальную схему силовой части электропривода;
По паспортным данным принципиальной схеме и характеристикам приведённым в приложении к данной методике рассчитать передаточные функции всех элементов электропривода (электродвигателя преобразователя и т.д.) и составить его структурную схему;
Исследовать устойчивость и качество переходных процессов.
Максимальный момент сопротивления механизма
Момент инерции механизма
Максимальное число позиционирования механизма
Максимальный коэффициент относительной продолжительности цикла
Максимальная погрешность позиционирования
Максимальная скорость перемещения механизма
Разработать систему автоматического регулирования обеспечивающую заданную точность позиционирования механизма при максимально активном моменте сопротивления.
Для современного промышленного производства характерно широкое внедрение автоматизированного электропривода- основы механизации и комплексной автоматизации технологических процессов. Совершенствование систем автоматизированного электропривода с использованием новейших достижений науки и техники является одним из непременных условий при решении задач всемерного повышения эффективности промышленного производства ускорения роста производительности труда и улучшения качества выпускаемой продукции.
Электропривод представляет собой электромеханическую систему преобразующую электрическую энергию в механическую. Посредством этой системы приводятся в движение рабочие органы технологических (производственных) машин и осуществляется управление преобразованной энергией.
Современные электроприводы металлорежущих станков являются основным звеном автоматизированных систем управления технологическим процессом. Механическая энергия необходимая для создания относительного перемещения инструмента и заготовки в основном поступает от электрического двигателя – силовой части электропривода. Задающие и информационные системы в технологическом процессе проходят через информационную часть системы управления электроприводом
Выбор электропривода.
В качестве привода подачи выберем электропривод типа ПТ3Р-6220-322200 в состав которого входят следующие элементы:
-тиристорный преобразователь рода тока ПТОР-230-10.
Таблица 1-Технические данные двигателя ПБСТ-32
Частота вращения n обмин
Мощность номинальная Рн кВт
Ток номинальный Iн А
Момент номинальный Мн Н м
Максимальная скорость при ослаблении поля обмин
Маховый момент GD2 кг*м2
Допустимая кратность пускового момента
Число пар полюсов 2p
Сопротивление обмотки якоря Ом
Сопротивление обмотки добавочных полюсов Ом
Сопротивление параллельной обмотки Ом
Таблица 2-Технические данные трансформатора ТТ6.
Мощность номинальная Рн кВА
Напряжение первичной обмотки Uв.н В
Напряжение вторичной обмотки Uн.н.В
Мощность холостого хода DPх.х. Вт
Мощность короткого замыкания DPк.з. Вт
Напряжение короткого замыкания Uк %
Ток холостого хода Iх.х. А
Таблица 3-Технические данные тиристорного преобразователя ПТОР 230-10
Напряжение питания Uпит В
Номинальное выпрямленное среднее напряжение Uн В
Номинальный выпрямленный среднее ток Iн А
Ток 10-секундной перегрузки А
Номинальная мощность кВт
Таблица 4-Технические данные тахогенератора ПТ-1
Скорость вращения nн обмин
Номинальная мощность Рн кВт
Функциональная схема САР положения.
Упрощённая функциональная схема САР положения приведена на рисунке 1:
Рис 1. Функциональная схема САР.
РП – регулятор положения
ДП – датчик положения
РС –регулятор скорости
ТГ – датчик скорости (тахогенератор)
М – двигатель (механизм)
ТП – тиристорный преобразователь
ОВ – обмотка возбуждения
Определение передаточных функций звеньев САР.
Определение передаточной функции электродвигателя
Двигатель постоянного тока при управлении изменением напряжения якоря представляют в виде следующей системы:
Рис 2. Структурная схема электродвигателя.
Постоянную времени якорной цепи Тя определяют по следующей формуле:
где Lя.ц – индуктивность якорной цепи;
Rя.ц – сопротивление якорной цепи.
Индуктивность якорной цепи вычисляют по формуле:
где Lтр – приведенная индуктивность трансформатора:
Lя.д.- индуктивность якоря двигателя
Приведенную индуктивность обмотки трансформатора определяют по формуле:
где Xα – приведённое индуктивное сопротивление обмоток трансформатора;
– угловая частота питающей сети.
где Zтр – полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора;
Rтр – приведенное активное сопротивление трансформатора.
Полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора вычисляют по формуле:
где Uк – напряжение короткого замыкания;
Pн – номинальная мощность трансформатора;
Uн – номинальное напряжение вторичной обмотки.
Подставив численные значения получим:
Приведенное активное сопротивление трансформатора определяют по формуле:
где Pк.з.- потери при коротком замыкании.
Подставив значения в данную формулу получим следующее значение:
Подставив полученные значения в формулу (5) получим значение приведенного сопротивления обмоток трансформатора
Подставив полученные значения в формулу (4) получим значение приведенной индуктивности обмотки трансформатора
Индуктивность якоря двигателя определяют по формуле:
Подставив полученные значения в формулу (3) получим значение индуктивности якорной цепи:
Полное сопротивление якорной цепи вычисляют по формуле:
Сопротивление якоря двигателя:
где Rя – сопротивление якорной обмотки;
Rд.п – сопротивление дополнительной обмотки;
Rк.о. – сопротивление компенсационной обмотки;
Rщ – сопротивление щеточного контакта.
Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле:
Подставив значения в формулу (10) получим значение сопротивления якоря двигателя:
Динамическое сопротивление тиристора вычисляют по формуле:
где Uт=13 В – классифицикационное падение напряжения на тиристоре;
Iт.н – среднее значение тока через тиристор при номинальном моменте сопротивления на двигателе.
Среднее значение тока через тиристор определяется по формуле:
Подставив полученное значение в формулу (12) получим:
Коммутационное сопротивление тиристора определяют по формуле
где m- число фаз преобразователя
Подставив полученные значения в формулы (2) (9) получим следующие результаты:
Приведённый к валу двигателя суммарный момент инерции механических элементов привода
Передаточное отношение редуктора определим по формуле:
Подставив полученные значения в формулу (15) получим:
Передаточный коэффициент двигателя постоянного тока при регулировании скорости изменением подводимого напряжения к якорю
Конструктивный коэффициент машины определим по формуле:
Определение передаточной функции тиристорного преобразователя.
Технические данные тиристорного преобразователя ПТОР-230-10 представлены в таблице 3.
Передаточная функция тиристорного моста вместе с системой импульсно-фазового управления СИФУ как правило апроксимируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Тт.п в пределах от 0006 до 001 с. что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы управляемого тиристорного выпрямителя (тиристорного преобразователя).
где Uт.п – выходное напряжение тиристорного преобразователя;
Uу – напряжение подаваемое на вход СИФУ тиристорного преобразователя;
Кт.п – коэффициент передачи тиристорного преобразователя.
Следует отметить что коэффициент тиристорного преобразователя не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от величины управляющего напряжения.
Принимая во внимание что Ттп=0007 с. передаточная функция тиристорного преобразователя будет иметь вид:
Определение передаточной функции промежуточного усилителя.
В современных тиристорных приводах постоянного тока для улучшения статических и динамических характеристик системы в промежуточные усилители вводятся различные корректирующие цепи чем обеспечивается регулирование необходимых динамических свойств системы.
В системах позиционирования статическая ошибка приведенная к валу двигателя при вращательном движении механизма определяется из выражения:
где kрс – коэффициент усиления разомкнутой системы;
Mc – момент сопротивления;
- жёсткость механической характеристики системы;
зад – заданная погрешность позиционирования.
Жёсткость механической характеристики системы определяется из выражения:
Ток короткого замыкания определим по формуле:
Уравнение электромеханической характеристики имеет вид:
Подставляя значения Iкз Iн н находим значение скорости идеального холостого хода 0=478015 радс.
Учитывая что электромеханическая и механическая характеристики представляют собой прямую линию определим жёсткость механической характеристики:
Подставив полученные значения в формулу (23) найдём коэффициент усиления разомкнутой системы:
Коэффициент усиления разомкнутой системы:
Из формулы (27) найдём коэффициент усиления промежуточного усилителя:
Техническая реализация промежуточного усилителя представлена на рисунке 3
Рис3. Промежуточный усилитель.
Произведём расчёт параметров звена
Определение передаточных функций датчиков.
Определение передаточной функции датчика тока.
Передаточная функция датчика тока определяется следующим образом:
где Iн- номинальный ток двигателя.
Определение передаточной функции датчика скорости
Технические данные тахогенератора П-1 представлены в таблице 4
Передаточная функция тахогенератора имеет вид
Так как в обратную связь принято подавать напряжение 10 В то необходим согласующий усилитель коэффициент усиления которого равен:
Согласующее устройство выполним на базе делителя напряжения.
Примем R1=10 Ом R2=200 Ом.
Определение передаточной функции датчика положения
Примем диапазон регулирования 1800 или 314 рад. Тогда учитывая что в обратную связь подаётся 10 В передаточная функция будет иметь вид:
Структурная схема САР позиционирования
Расчёт регулятора тока.
Для расчёта регулятора тока необходимо преобразовать данную структурную схему к виду:
Для расчёта регулятора тока воспользуемся частотным методом с использованием ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы.
Синтез регуляторов с помощью логарифмических частотных характеристик производится в таком порядке. Вначале строятся ЛАЧХ Lнск() и ЛФЧХ φнск() нескорректированной системы. Далее определяют желаемую ЛАЧХ системы т. е. ЛАЧХ при которой выполняются заданные требования к качеству управления. Желаемая ЛАЧХ Lск() (её обычно обозначают Lж()) скорректированной системы состоит из нескольких основных участков:
)низкочастотный. Определяет установившиеся детерминированные режимы.
)среднечастотный. Определяет качество переходного процесса (перерегулирование время переходного процесса).
)высокочастотный. Не оказывает существенного влияния на качество переходного процесса поэтому её принимают совпадающей с ЛАЧХ нескорректированной системы.
Учитывая выше сказанное произведём синтез регулятора тока.
Переходной процесс контура тока представлен на рисунке 4 а ЛЧХ на рисунке 5
Рис4. Переходной процесс контура тока.
Как видно из рисунков система обладает большой колебательностью большим перерегулированием =75% и малым запасом по фазе φ=60. Для улучшения качества переходного процесса в качестве регулятора применим интегро-дифференцирующее звено. Скорректированная система должна обеспечить запас по фазе φ=660.
Рис5. ЛЧХ контура тока.
Постоянные времени определим из графиков ЛЧХ.
T1= 008с; T2=0007с; T3=000144с; T4=0000122с.
Переходной процесс скорректировано системы представлен на рисунке 6. Из рисунка видно что перерегулирование системы =4% а время переходного процесса tп=8*10-4с.
Техническая реализация данного звена представлена на рисунке 7.
Произведём расчёт параметров звена.
Подставляя значения постоянных времени определяем параметры звена:
R5=10 кОм R6=1 кОм C3=6 мкФ C4=10 мкФ.
Рис 6. Переходной процесс скорректированой системы.
Рис 7. Техническая реализация регулятора тока.
Расчёт регулятора скорости.
Для расчёта регулятора скорости необходимо преобразовать данную структурную схему к виду:
Произведём синтез регулятора скорости.
Переходной процесс контура скорости представлен на рисунке 8 а ЛЧХ на рисунке 9
Рис 8. Переходной процесс контура скорости
Как видно из рисунков система обладает малым быстродействием. Для улучшения качества переходного процесса в качестве регулятора применим пропорционально-интегральный регулятор. Скорректированная система должна обеспечить запас по фазе φ=650 и по амплитуде L=13 дб .
Рис 9. ЛЧХ контура скорости.
Переходной процесс скорректировано системы представлен на рисунке 10. Из рисунка видно что перерегулирование системы =27% а время переходного процесса tп=0003с.
Техническая реализация данного звена представлена на рисунке 11.
R3=125 кОм R4=1 Мом C2=20 мкФ.
Рис 10. Переходной процесс скорректированной системы.
Рис 11. Техническая реализация регулятора скорости.
Расчёт регулятора положения.
Для расчёта регулятора положения необходимо преобразовать данную структурную схему к виду:
Произведём синтез регулятора положения.
Переходной процесс контура положения представлен на рисунке 12 а ЛЧХ на рисунке13.
Рис 12. Переходной процесс контура положения.
Как видно из рисунков система обладает малым быстродействием. Для улучшения качества переходного процесса в качестве регулятора применим пропорционально-интегральный регулятор. Скорректированная система должна обеспечить запас по фазе φ=600 и по амплитуде L=12 дб .
Рис 13. ЛЧХ контура положения.
Переходной процесс скорректировано системы представлен на рисунке 14. Из рисунка видно что перерегулирование системы =38% а время переходного процесса tп=00031с.
Техническая реализация данного звена представлена на рисунке 15
R1=10 кОм R2=1 Мом C=10 мкФ.
Рис 14. Переходной процесс скорректированной системы.
Рис 15. Техническая реализация регулятора положения.
Исследование и анализ переходных процессов.
Для анализа переходного процесса определим нагрузочную диаграмму двигателя так как она учитывает изменение момента в переходных режимах.
Учитывая режим работы механизма (повторно кратковременный ) построим нагрузочную диаграмму двигателя.
Определим значения tр1 tр2 tо
Относительная продолжительность включения определяется по формуле:
Найдём значения времени работы при Мс=Мсmax и Мс=Мсmin
Таким образом время отдыха определим из формулы:
Примем Мсmin=01*Мсmax
Приведём момент сопротивления к валу двигателя на основе закона равновесия мощностей на валу двигателя и на валу редуктора
Примем Мсmin=01*Мсmax=0478 Н*м
Переходной процесс системы при отсутствии момента сопротивления изображён на рисунке
Переходной процесс системы при подаче момента сопротивления изображённого на рисунках 16 и 17 будет иметь вид. Из рисунков видно что система даёт погрешность меньше предъявленной в задании.
Рис 16. Переходной процесс системы при подаче момента сопротивления.
Рис 17. Переходной процесс системы при подаче момента сопротивления
При выполнении данного курсового проекта освоена методика проектирования автоматизированного электропривода.
В результате проектирования разработан автоматизированный электропривод системы позиционирования обеспечивающий заданную точность позиционирования механизма при максимальной скорости задающего сигнала и максимальном моменте сопротивления. Исследованы и проанализированы переходные процессы при различных режимах работы системы.
Спроектированная система удовлетворяет всем поставленным требованиям.
Список использованной литературы.
) Автоматизированный электропривод. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Автоматизированный электропривод» составители: Г.Н.Коуров В.Ц. Зориктуев УАИ 1989.
) Башарин А.В. Новиков В.А. Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат 1982.
) Зимин Е. М. Яковлев В. И. Автоматическое управление электроприводом. - М.: Энергия 1979.
) Зориктуев В. Ц. Автоматизированный электропривод металлорежущих станков: Учебное пособие. – Уфа 1981.
) Пакет программ Компас-3D 6 Plus.
) Справочник по автоматизированному электроприводу Под ред. В.А. Елисеева и А.В.Шинянского.-М.:Энергоатомиздат 1983.
) Электротехнический справочник (в 3-х томах ). Под общей редакцией М. Г. Чиликина. - М.: Энергия 1975.

ЭМС схема4.cdw

ЭМС схема2.cdw

ЭМС схема3.cdw

ЭМС схема6.cdw

ЭМС схема31.cdw

ЭМС схема5.cdw

В обратной связи всех усилителей
должны стоять сопротивления