close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Курсач FINAL

код для вставкиСкачать
Содержание
1Введение2
2Задание3
3Техническое задание на СНС АЭП4
4Предпроектный анализ5
4.1Электродвигатель как объект управления5
4.2Преобразователь электроэнергии как объект управления7
4.3Выбор комплектного тиристорного ЭП7
5Функциональная схема СНС АЭП.9
6Выбор устройства для регулирования напряжения возбуждения двигателя10
7Схема электрическая принципиальная СНС АЭП11
8Структурная схема СНС АЭП15
8.1Расчет передаточных функций15
8.2Разработка корректирующих устройств19
9Построение графиков переходных процессов24
10Заключение30
11Список использованной литературы31
1 Введение
Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управления этим движением. Другими словами, ЭП, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели.
Научно-технологический прогресс, автоматизация и комплексная механизация технологических и производственных процессов определяют постоянное совершенствование и развитие современного ЭП. В первую очередь это относится ко все более широкому внедрению автоматизированных ЭП с использованием разнообразных полупроводниковых силовых преобразователей и микропроцессорных средств управления. Постоянно появляются и новые типы электрических машин и аппаратов, датчиков координат переменных и других компонентов, применяемых в ЭП.
В современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте, в строительстве и коммунальном хозяйстве, в быту применяются самые разнообразные технологические процессы, для реализации которых человеком созданы тысячи различных машин и механизмов. С помощью этих рабочих машин и механизмов осуществляется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости, газ и реализуются многие другие процессы, необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется с помощью экскаваторов, буровых установок и угольных комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках, люди и изделия перемещаются транспортными средствами, лифтами и эскалаторами, жидкости и газы транспортируются с помощью насосов и вентиляторов.
Рабочая машина или производственный механизм состоят из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданный технологический процесс или операцию и поэтому называется исполнительным органом (ИО). В лифтах - это кабина, в экскаваторах - ковш, у вентиляторов и насосов - рабочее колесо (крыльчатка). Отметим при этом одно очень важное обстоятельство - все названные технологические процессы осуществляются за счет механического движения ИО рабочих машин и механизмов.
Характерным для многих рабочих машин является наличие не одного, а двух или даже нескольких взаимодействующих ИО. Например, при обработке на токарном станке деталь вращается вокруг своей оси, при этом резец, перемещаясь вдоль детали, снимает с нее слой металла - стружку. В этом случае вращение детали осуществляется шпинделем станка (первый ИО), а поступательно перемещает резец механизм подачи станка (второй ИО).
Во многих технологических процессах требуется управлять движением ИО - регулировать скорость движения и ее направление, точно осуществлять остановку в заданной позиции, ограничивать ускорение движения. Такое регулирование необходимо в лифтах, прокатных станах, транспортерах, многих станках и др.
ИО в процессе выполнения заданной операции должен преодолевать сопротивление своему движению, обусловленное наличием трения или притяжения Земли, упругой и пластической деформациями веществ или другими факторами. Для этого к нему необходимо подвести механическую энергию от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило название привода.
Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. В зависимости от вида используемой первичной энергии различают гидравлический, пневматический, тепловой и электрический приводы. В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод (ЭП), на долю которого приходится более 60% потребляемой в стране электроэнергии.
Такое широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.
Возможности использования современных ЭП продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники электромашиностроении и электроаппаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике.
Электропривод с адаптивным управлением обеспечивает оптимальный ход технологического процесса по заданному показателю качества при изменяющихся возмущениях и условиях работы.
В данной курсовой работе необходимо разработать адаптивную самонастраивающуюся систему автоматизированного электропривода с двухзонным регулированием скорости машины постоянного тока с заданными показателями качества переходного процесса.
2 Задание
Разработать самонастраивающую систему автоматизированного электропривода с неизменными динамическими характеристиками во всём диапазоне измерения управляющих и возмущающих воздействий.
Исходные данные представлены в виде таблицы 2.1 - Данные
Таблица 2.1 - Данные Тип двигателя2ПН-160ММощность двигателя Р, кВт 18.0Напряжение якоря Uя , В 220Ток якоря (я , А 92.0Угловая скорость ω, об|минноминальная 3150максимальная 4000Коэффициент полезного действия η, % 87.0Момент инерции J, кг·м2 0.084Сопротивление якоря Rя , Ом 0.037Сопротивление дополнительных полюсов Rд.п , Ом 0.024Максимальная мощность возбуждения, Вт 6903 Техническое задание на СНС АЭП
1. Проектируемый объект - САУ скорости вращения вала двигателя.
2. Объект управления - двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) 2ПН-160М.
3. Основание для разработки - задание на выполнение курсовой работы по дисциплине "Электропривод в АСУ ТП".
4. Цель проектирования - разработать адаптивную самонастраивающую систему автоматизированного электропривода с неизменными динамическими характеристиками во всём диапазоне изменения управляющих и возмущающих воздействий.
5. Требование к системе:
а) поддержание заданного значения угловой скорости ω при отключении момента нагрузки (Мн ÷ 2·Мн), момента инерции движущихся частей (Jн ÷ 2·Jн), сопротивлений якоря Rя и возбуждения Rв от их номинальных значений;
б) точность регулирования (0,1 ÷ 0,2)%;
в) диапазон регулирования составляет (1:1000);
г) система должна компенсировать параметрические возмущения, действующие на ОУ.
6. Составить функциональную схему СНС АЭП.
7. Выбрать устройство для регулирования.
8. Разработать схему электрическую принципиальную СНС АЭП.
9. Составить структурную схему СНС АЭП.
10. Произвести анализ и синтез САР СНС АЭП. 11. Построить переходные процессы выходной координаты на скоростях двигателя 0,1; 0,9; 1,1; 1,9 номинального значения.
4 Предпроектный анализ
Целью предпроектного анализа является определение совокупности факторов, формирующих требования к характеристикам электропривода, его аппаратным средствам и системе автоматического управления и определение возможности реализации электропривода с заданными показателями качества.
Начинается предпроектный анализ, как правило, с анализа техпроцесса или оборудования как объекта управления. В данной курсовой работе объектами управления являются элементы электропривода.
4.1 Электродвигатель как объект управления
Для представления ЭД как ОУ необходимо определить выходные координаты, управляющие воздействием, возмущением и входные параметры. Для этого необходимо рассмотреть математическое описание ЭД:
- уравнение механической характеристики;
- уравнение движения ЭД;
- уравнение электрического равновесия для якорной цепи;
- ЭДС самоиндукции;
- вращающий момент двигателя;
- напряжение ОВ;
- уравнение магнитного потока.
Модель электродвигателя:
Управляющей величиной ДПТ НВ с двухзонным регулированием является Uя и Uв.; управляемая координата - ω ; внешним воздействием - силы действующие на вал двигателя, вызванного трением и механическим сопротивлением приводимого в движение механизма.
Таким образом, для модели электродвигателя выходной координатой является ω, входными Uя и Uв, в качестве возмущений принять:
1. ΔM = Mн ÷ Mхх 2. ΔJ = 2·J н ÷ J н 3. ΔRя = 25%Rя
4. Δµ
5. ΔRв.
Рисунок № 4.1 - Модель ОУ
То есть электродвигатель как ОУ является одномерным, т.к. Uя и Uв действуют не одновременно, а поочерёдно.
Рисунок № 4.2 - Структурная схема объекта управления
Наличие параметрических возмущений вызывает изменение коэффициента усиления системы (влияние на точность). При стабилизации динамических свойств изменение Kрс уже является возмущением. Один из способов компенсации возмущений, - применение самонастраивающейся системы.
4.2 Преобразователь электроэнергии как объект управления
В качестве преобразователя электрической энергии как ОУ выбираем тиристорный преобразователь. Выходная величина - Uя.
Рисунок № 4.3 - Модель тиристорного преобразователя
При непрерывном токе работа тиристорного преобразователя описывается уравнением:
,
где Ud0 - напряжение тиристорного преобразователя при  = 0;
Ud0 = 1,35U2ф ;
U2ф - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;
U2ф = Uс  Ктр ;
Ктр - коэффициент трансформации.
С учетом возмущения колебания напряжения сети, получим:
,
Ud - напряжение тиристорного преобразователя, т.е. Ud = Uя.
Рисунок № 4.4 - Структурная схема тиристорного преобразователя
4.3 Выбор комплектного тиристорного ЭП
Основными техническими данным тиристорного ЭП является привода и :
,
,
В
Выбираем комплектный тиристорный АЭП - ТСП - 25/0,7.
Характеристики TT-25-380/220:
- Рн = 25 кВт;
- = 230 В;
-  Рх.х = 180 Вт - потери холостого хода;
-  Рк.з = 650 Вт - потери короткого замыкания
- % Uк.з. = 4,2 % - напряжение короткого замыкания.
Состав преобразовательной части.
Состоит из силовых тиристоров, системы их охлаждения, R-S цепей, системы гальванического разделения и преобразования уровня упругих импульсов. Силовая часть ЭП.
Основная схема в КТП является 3-хфазная мостовая. Увеличение номинального тока КТП можно достигнув параллельным включением тиристоров. Для выравнивания тока принимаем индуктивный делитель тока. Для снятия перенапряжений при коммутации тиристора используется R-S цепи включенные параллельно в тиристор.
5 Функциональная схема СНС АЭП.
- необходимость использования системы подчинённого регулирования контуров I и ω для регулирования промежуточных координат;
- необходимость применения адаптивной системы управления для компенсации действий параметрических возмущений.
Функциональная схема приведена на рисунке 5.1.
Рисунок № 5.1 - Функциональная схема.
РАК - регулятор адаптивного контура;
МЭД - эталонная модель электродвигателя;
РС - регулятор скорости;
РТЯ (В) - регулятор тока якоря (возбуждения);
УУЯ (В) - устройство управления якорем (возбуждением);
ЭЧ - электрическая часть;
МЧ - механическая часть;
ДТЯ (В) - датчик тока якоря (возбуждения);
ДС - датчик скорости;
РТВ - регулятор тока возбуждения;
ОВД - обмотка возбуждения двигателя;
ДЭ - датчик ЭДС;
Се - конструктивный параметр по электрической части;
См - конструктивный параметр по магнитной части;
х - арифметическое умножение (сумматор)
6 Выбор устройства для регулирования напряжения возбуждения двигателя
Регулирование напряжения обмотки возбуждения машины постоянного тока возможно только вниз от номинального значения. Для регулирования напряжения применим тиристорный преобразователь. Преобразователь выбирается по параметрам обмотки возбуждения. Мощность преобразователя должна быть равна или быть ближайшей большей в ряду мощностей типоразмеров.
Характеристики трансформатора TT-2,5-380/220:
- Рн = 2.5 кВт;
- = 230 В;
-  Рх.х = 14 Вт - потери холостого хода;
-  Рк.з = 125 Вт - потери короткого замыкания
- % Uк.з. = 5 % - напряжение короткого замыкания.
Характеристики тиристорного преобразователя соответствуют техническим характеристикам электродвигателя.
7 Схема электрическая принципиальная СНС АЭП
Разработка принципиальной электрической схемы датчиков СУ происходит в 2 этапа. Составляется схема без корректирующих устройств и блоков самонастройки, т.е. составляющая схема неизменяемой части ЭП, которая включает в себя двигатель, силовые преобразователи, датчики с системами гальванической развязки.
Функциональная схема датчиков тока якоря (ДТЯ) и обмотки возбуждения (ОВ) имеет вид:
Рисунок № 7.1 - Функциональная схема ДТЯ и ОВ
БГР - предотвращает возможность прохождения силового тока по цепи управления, а также попадания высокого напряжения в цепи управления.
БГР - осуществляется с помощью оптопары.
Рисунок № 7.2 - Схема электрическая принципиальная ДТЯ
Шунт ШС 75 - 100 - 0,5
В качестве оптопары используем ОЭП-16, состоящий из арсенидгаллиевого светодиода и фоторезистора. Основные параметры оптопары:
1. Входное напряжение (при токе 10 мА) : 2 - 3 В.
2. Коэффициент передачи тока (при токе 10 мА) : 0,5 - 5% Принимаем Рисунок № 7.3 - Схема электрическая принципиальная датчика тока ОВ
А
Шунт ШС 75 - 5 - 0,5
Гальваническая развязка ОЭП-16
Принимаем Датчик напряжения цепи якоря представим в виде делителя напряжения.
Рисунок № 7.4 - Датчик напряжения цепи якоря Ток датчика напряжения.
Принимаем тогда В качестве датчика скорости выберем тахогенератор ТМГ-30 Uн = 220 В
nн = 50-4000 об/мин
Rн = 1760 Ом
UTГ= 110 В.
KТГ=0,5096
Рисунок № 7.5 - Датчик скорости
Принимаем R15 = 200 Ом, тогда
Датчик ЭДС. Данное устройство реализуется уравнением: Е = Uя - Iя Rя.
Принимаем 8 Структурная схема СНС АЭП
8.1 Расчет передаточных функций
Элементами схемы являются элементарные динамические звенья и сумматоры. Составляется на основе функциональной схемы и схемы электрической принципиальной. Согласно функциональной схеме определяются блоки, через которые проходит сигнал управления, и по принципиальным схемам этих блоков определяются их передаточные функции.
Передаточные функции двигателя:
- электрическая часть - механическая часть Расчет статических характеристик
,
,
- сопротивление щетки, Ом;.
RТП - сопротивление трансформатора, Ом;
RД - динамическое сопротивление тиристора, Ом;
UТ = 1В - падение напряжения на тиристоре;
- электрическая постоянная времени
- электромеханическая постоянная времени
Следовательно, передаточные функции двигателя будут иметь вид
Передаточная функция тиристорного преобразователя
W(р)=
Передаточная функция датчика тока якоря
W(р)=
Передаточная функция датчика тока ОВ
=
Передаточная функция датчика напряжения
К=
Т=
W(р)=
Передаточная функция датчика скорости
WД.С.(р)=
Передаточная функция согласующего устройства
WСУ(р)=0,8
Передаточная функция датчика ЭДС
W(р)=
Т=ТЯ=0,0046(с)
К=
W(р)=
Передаточная функция эталонной модели двигателя
WЭМ(р)=
Передаточная функция ОВ
КОВ = ТОВ = 0,1 (с) WОВ=
Коэффициент передачи между магнитным потоком обмотки возбуждения Ф и током возбуждения IВ
Ф = КОВ·IOB ;
l ≈ 0,8 · l30 - длина полюса;
l30 = 645 · 10-3 (м);
l ≈ 0,8 · 645 · 10-3 = 0,516 (м);
S = 0,261 · 0,516 = 0,135 (м2);
Фн = 1,6 · 0,135 = 0,216 (Вб);
КОВ = Фн / IОВ = 0,216/3.136 =0.069 ;
тогда
Се и См - электромеханическая и электромагнитная постоянная;
.
8.2 Разработка корректирующих устройств
Задаемся показателями САР для разработки корректирующих устройств.
1 использовать настройку "оптимум по модулю", т.е. оптимальность по быстродействию;
2 получить апериодические характеристики с минимальным перерегулированием;
3 установившееся значение ε = ± 5%.
- расчет регулятора тока якоря
Так как величина Тя является значительной, для ее компенсации необходимо применить ПИ-регулятор с передаточной функцией:
W(р) = К·
Т = Т = 0,0046 (с),
Т - малая постоянная времени контура тока,
Т = Т = 0,0016.
К =,
W(р)=0,248·
- расчет регулятора скорости
Для компенсации второй большой постоянной времени Т применяем настройку оптимум по модулю и П-регулятор с передаточной функцией:
W(р)=К.
К = Т·
Малая постоянная времени контура скорости
= 2 Т = 2·0,0016 = 0,0032,
К = 0,03·
Передаточная функция имеет следующий вид:
W (р) = 1,59
- расчет регулятора тока возбуждения
Для компенсации "большой" составляющей времени ТВ используется ПИ-регулятор, т.к. объект регулирования является апериодическим звеном первого порядка:
КРТВ = WРТВ(р)= - расчет регулятора ЭДС
Так как в контуре ЭДС нет больших значений постоянных времени для настройки оптимум по модулю применим И - регулятор.
WРЭ(р) = КРЭ = ,
ТМЭ = 2ТМТВ + ТД,
ТМТВ - малая постоянная времени контура тока обмотки возбуждения
ТМЭ = 2 0,0016 + 0,0016 = 0,0048 (с),
КРЭ = WРЭ(р) = Структурная схема СНС АЭП с двухзонным регулированием: Расчет схемы электрической принципиальной регуляторов СНС - регулятор тока якоря (ПИ - регулятор)
Принимаем , тогда
- регулятор тока возбуждения (ПИ - регулятор)
Принимаем , тогда
- регулятор скорости (П - регулятор)
Принимаем , тогда
- регулятор ЭДС (И - регулятор)
Принимаем , тогда
9 Построение графиков переходных процессов
Рисунок № 10.1 - Переходный процесс тока в цепи якоря без действия возмущения и регуляторов, и при отсутствии контура самонастройки
Рисунок № 10.2 - Переходный процесс скорости при отключенном контуре самонастройки без действия возмущения
Рисунок № 10.3 - Переходный процесс тока якоря при отсутствии возмущений и действия регуляторов
Рисунок № 10.4 - Переходный процесс тока якоря при действии возмущения регуляторов
Рисунок № 10.5 - Переходный процесс контура скорости при отсутствии возмущений и включённом контуре самонастройки
Рисунок № 10.6 - Переходный процесс угловой скорости при воздействии возмущений ΔUсети , ΔI, Mc и отключенном контуре самонастройки
Рисунок № 10.7 - Переходный процесс контура скорости при действии возмущений и включённом контуре самонастройки
Рисунок № 10.8 - Переходный процесс угловой скорости вращения при включённом контуре самонастройки, и при изменении задающего воздействия (0,1·ωн)
Рисунок № 10.9 - Переходный процесс угловой скорости вращения при включённом контуре самонастройки, и при изменении задающего воздействия (0,9·ωн)
Рисунок № 10.10 - Переходный процесс угловой скорости вращения при включённом контуре самонастройки, и при изменении задающего воздействия (1,1·ωн)
Рисунок № 10.11 - Переходный процесс угловой скорости вращения при включённом контуре самонастройки, и при изменении задающего воздействия (1,9·ωн)
10 Заключение
В результате данной курсовой работы была разработана СНС АЭП в условии двух зон регулирования скорости при действии на систему различного рода возмущений. В ходе выполнения работы были разработаны структурная и электрическая принципиальные схемы. Структурная схема была реализована с помощью пакета Matlab 6.5. Результатами моделирования явились графики переходных процессов, проведен анализ САР, который показал, что система удовлетворяет заданным системам качества:
1) Достигается устойчивость, переходные процессы носят апериодический характер;
2) Характеристики системы стабилизируются при воздействии возмущений;
3) Трубка точности составляет не более 5% текущего значения, при воздействии типовых управляющих воздействий - 0,1; 0,9; 1,1; 1,9 н двигателя.
11 Список использованной литературы
1 Электрические машины: Учебник для вузов. - Под ред. Копылова И. П. - М.: Энергоавтоиздат, 1986. - 360 с., ил.
2 Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Промышленный электропривод"/Уфимск. авиац. техн. ун-т; Сост. Коуров Г.Н., Зориктуев В.Н. - Уфа, 2002. - 15с.
3 Справочник по автоматизированному электроприводу / Под. ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616с. ил.
4 Электрооборудование кузнечно-прессовых машин: Справочник/ В, Е. Стоколов, Г. С. Усышкин, В. М. Степанов и др. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981. - 304 с., ил.
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
81
Размер файла
938 Кб
Теги
final, курсач
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа