Разработка систем управления для электроприводов постоянного и переменного тока

Синтез регуляторов системы управления для электропривода постоянного тока. Модели двигателя и преобразователя. Расчет и настройка системы классического токового векторного управления с использованием регуляторов скорости и тока для асинхронного двигателя.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева

Кафедра Электропривода и Автоматизации

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине: Системы управления электроприводов

Выполнил: ст. гр. ЭА-091

Суродин А.О.

Проверил: инженер

Липин А.В.

Кемерово 2013

Содержание

Введение

1. Настройка системы регулирования скорости двигателя постоянного тока

1.1 Техническое задание

1.2 Исследование объекта управления

1.2.1 Модель двигателя

1.2.2 Модель преобразователя

1.2.3 Исследование неуправляемого объекта управления

1.3 Расчет системы управления

1.3.1 Настройка системы управления на технический оптимум

1.3.2 Настройка системы управления на симметричный оптимум с применением коррекции

1.4 Принципиальная электрическая схема

2. Настройка системы регулирования скорости асинхронного двигателя с векторным управлением

2.1 Техническое задание

2.2 Исходные данные

2.3 Исследование неуправляемого электропривода

2.4 Расчет системы управления

Заключение

Список литературы

Приложение А

Введение

Целью курсовой работы является закрепление материала изученных теоретических разделов дисциплины “системы управления электроприводов”, а так же навыков моделирования сложных динамических систем.

Задачей курсовой работы является разработка систем управления для электроприводов постоянного и переменного тока и исследование качества их переходных процессов. При выполнении курсовой работы предстоит решить несколько задач, таких как: настройка системы регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения и асинхронного двигателя с векторным управлением.

1. Настройка системы регулирования скорости двигателя постоянного тока

1.1 Техническое задание

Произвести синтез регуляторов системы управления (СУ) для электропривода постоянного тока, схема которого показана на рис. 1.1 c электродвигателем марки Д-806.

Рис. 1.1. Схема регулируемого электропривода по системе тиристотный преобразователь - двигатель (ТП-Д)

Выбор структуры и настройку регуляторов СУ необходимо производить таким образом, чтобы электропривод обеспечивал диапазон регулирования 100:1. Статическая ошибка на всем диапазоне регулирования не должна превышать 5%.

Перерегулирование угловой скорости при пуске вхолостую и при увеличении от 0 до ее номинального значения не должно превышать 10%. Величина тока якоря не должна превышать его двукратного номинального значения. Колебательность угловой скорости должна не превышать трех. Время пуска, как вхолостую, так и с нагрузкой, должно иметь значение от 0,5 до 1 с.

Параметры двигателя Д-806

1.Номинальная мощность: Pн = 32 КВт.

2.Номинальная скорость: n_н = 1000 об/мин.

3.Номинальное напряжение: U_н = 220 В.

4.Номинальный ток: I_н = 165 А.

5. Номинальный магнитный поток: _н = 25 мВб.

6.Сопротивление якоря с учётом добавочных полюсов: R_я = 0.047 Ом.

7.Число параллельных ветвей якоря: 2а=2.

8.Число полюсов: 2p_n=4.

9.Число активных проводников в якоре: N = 246.

10.Момент инерции двигателя: J = 1 кг•м²

При решении этой задачи предполагается, что двигатель преодолевает реактивную нагрузку идеального сухого трения.

Коэффициент пропорциональности входного напряжения:

Коэффициенты передачи тахогенератора и датчика тока:

;

Максимальный входной сигнал БУТ:

1.2 Исследование объекта управления

1.2.1 Модель двигателя

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения имеет две обмотки, и как следствие - два канала управления. Введя оператор дифференцирования , приведем модель ДПТ к виду:

где - напряжение обмотки возбуждения; - напряжение обмотки якоря двигателя; скорость двигателя; конструктивный коэффициент; - постоянная времени обмотки возбуждения; - постоянная времени обмотки якоря; - коэффициент соответствующий линейной части кривой намагничивания двигателя.

Для двигателей средней и большой мощности постоянные времени обмоток находятся в диапазонах и что свидетельствует о том, что канал управления по возбуждению имеет на порядок большую инерционность, чем канал управления по якорю.

Учитывая большую инерционность обмотки возбуждения и низкую энергетическую эффективность регулирования координат ДПТ НВ изменением магнитного потока, на практике чаще всего фиксируют ток возбуждения на номинальном уровне, а регулирование осуществляют путем воздействия на обмотку якоря. В этом случае считая магнитный поток постоянной величиной, математическая модель ДПТ НВ будет линейной, с математическим описанием вида:

где - жесткость механической характеристики двигателя; - скорость идеального холостого хода.

Распишем уравнение (1):



В уравнении (2) обозначим: - коэффициент передачи по току якоря. Перепишем уравнение (2) в соответствии с новыми обозначениями:

Структурная схема объекта управления, составленная по математическому описанию, приведенному выше, представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структурная схема объекта управления

Произведем расчет параметров структурной схемы объекта управления.

Скорость холостого хода двигателя:

где конструктивный коэффициент

Номинальная скорость двигателя:

Номинальный электромагнитный момент:

Индуктивность якорной цепи:

где г =0.6 - коэффициент для двигателя без наличия компенсационной обмотки.

Постоянная времени якоря:

Коэффициент передачи:

1.2.2 Модель преобразователя

При составлении структурной схемы тиристорного преобразователя (ТП), воспользуемся его линеаризованной моделью:

На рис. 1.3 представлена структурная схема тиристорного преобразователя, составленная по приведенному выше математическому описанию.



Рис. 1.3. Структурная схема тиристорного преобразователя

Постоянная времени тиристорного преобразователя:

где - частота сети.

Максимальное напряжение с выхода выпрямителя при угле отпирания тиристоров б=0

где =220 В - фазное напряжение трансформатора.

Найдем углы отпирания тиристоров для верхней и нижней границы регулирования.

Верхняя граница:

где - угол отпирания тиристоров на верхней границе инвертирования;

- напряжение на верхней границе инвертирования:

Угол отпирания тиристоров для верхней границы инвертирования:

Напряжение управления на верхней границе инвертирования:

Нижняя граница:

где - угол отпирания тиристоров на нижней границе инвертирования;

- напряжение на нижней границе инвертирования:

Угол отпирания тиристоров на нижней границе инвертирования:

Напряжение управления на нижней границе инвертирования:

Так как внешняя характеристика преобразователя линейная, то для нахождения коэффициента передачи воспользуемся формулой:



1.2.3 Исследование неуправляемого объекта управления

Рис. 1.4. Модель нерегулируемого электропривода, реализованная на Matlab Simulink.

- задатчик интенсивности (ЗИ), образующий - напряжение управление; U- напряжение, сформированное тиристорным преобразователем(ТП), подающееся на якорь двигателя(ЯД); - ток двигателя; Мс-момент сопротивления; Мэм-электромагнитный момент двигателя.

Рис. 1.5. Блок задатчика интенсивности.

Рис. 1.6. Блок якоря двигателя

Рис. 1.7. Блок сухого трения

Для определ...