рефераты
Главная

Рефераты по международному публичному праву

Рефераты по международному частному праву

Рефераты по международным отношениям

Рефераты по культуре и искусству

Рефераты по менеджменту

Рефераты по металлургии

Рефераты по муниципальному праву

Рефераты по налогообложению

Рефераты по оккультизму и уфологии

Рефераты по педагогике

Рефераты по политологии

Рефераты по праву

Биографии

Рефераты по предпринимательству

Рефераты по психологии

Рефераты по радиоэлектронике

Рефераты по риторике

Рефераты по социологии

Рефераты по статистике

Рефераты по страхованию

Рефераты по строительству

Рефераты по таможенной системе

Сочинения по литературе и русскому языку

Рефераты по теории государства и права

Рефераты по теории организации

Рефераты по теплотехнике

Рефераты по технологии

Рефераты по товароведению

Рефераты по транспорту

Рефераты по трудовому праву

Рефераты по туризму

Рефераты по уголовному праву и процессу

Рефераты по управлению

Курсовая работа: Система управления электроприводом БТУ 3601

Курсовая работа: Система управления электроприводом БТУ 3601

Введение

Основная цель данного курсового проекта это разработка тиристорного электропривода на базе комплектного электропривода БТУ 3601, в процессе выполнения будет необходимо: рассчитать и выбрать элементы силовой части электропривода, построить статические характеристики разомкнутого электропривода, синтезировать и рассчитать параметры регуляторов и смоделировать переходных процессов скорости и тока электропривода с помощью программного пакета MATLAB 6.5. Это позволит приобрести навыки самостоятельного принятия инженерных решений на базе современной полупроводниковой техники при расчете и проектирование систем автоматического управления.


1.  Система электропривода и его функциональная схема

По заданию на курсовой проект был выбрана система электропривода по схеме «тиристорный преобразователь – двигатель» которая, реализована комплектным тиристорным электроприводом БТУ-3601


2.  Расчет и выбор элементов силовой части электропривода

2.1  Выбор силового трансформатора тиристорного преобразователя

Приведем сопротивление обмоток двигателя к нагретому состоянию учтя, что максимальная рабочая температура для изоляции класс B = 90 C:

Сопротивление обмотки возбуждения:

Сопротивление якорной цепи:

Рассчитаем номинальную скорость двигателя:

Трансформатор в управляемом вентильном электроприводе необходим для согласования напряжения сети с напряжением двигателя [1].

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется выражением:

где  – коэффициент запаса по напряжению сети,  – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале,  – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентиле, в обмотках трансформатора,  – коэффициент пропорциональности между средневыпрямленным напряжением и действующим значением фазного напряжения вторичной обмотки для трехфазной мостовой схемы выпрямления,  – номинальное напряжение двигателя

Коэффициент трансформации трансформатора:

Так, как коэффициент трансформации равен единице воспользуемся бестрансформаторным варианте схемы, где силовые цепи преобразователя тиристорного электропривода подключаются к сети через анодный реактор. Анодный реактор выбирают по действующему значению номинального тока фазы преобразователя , где коэффициент b схемы выпрямления (b=0,817 для мостовой схемы), и номинальному напряжению сети.

Номинальный ток двигателя равен:

электропривод силовой регулятор matlab

где  – номинальная мощность двигателя,  – номинальное напряжение обмотки возбуждения,  – номинальный КПД двигателя,  – сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии.

Ток фазы первичной обмотки трансформатора:


Ток фазы вторичной обмотки трансформатора:

Выбираем анодный реактор типа РС 40/1,4 [2]. Его параметры, взятые из справочных данных:

.

2.2  Проверка и выбор тиристоров

Выбор и проверка тиристоров, принятых к установке в преобразователе, производятся, по трем параметрам: по среднему току, максимальному амплитудному значении напряжения на тиристоре и ударному току внутреннего короткого замыкания [2].

Среднее значение тока, протекающего через тиристор:

где:  – допустимый ток двигателя, для общепромышленной серии машин –  = , для серии двигателей 2ПФ;  – для трехфазной мостовой схемы.

Значение тока, приведенное к классификационным параметрам тиристоров:


где  – коэффициент запаса по току,  – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, угла проводимости и от формы тока,  – коэффициент, учитывающий условия охлаждения.

Найденный ток  должен быть меньше действующего значения прямого тока:

Максимальное амплитудное напряжение на тиристоре:

где  – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможность перенапряжений на тиристорах;  – линейное действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора, . должно быть меньше повторяющегося напряжения тиристора.

Для нахождения ударного тока внутреннего короткого замыкания (КЗ на стороне постоянного тока, якорная цепь двигателя и реактора вне цепи) определяется амплитуда базового тока:


где - амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Ударный ток внутреннего короткого замыкания находится по формуле:

где , определяется по кривым [3, рис. 1.128, с. 106] в зависимости от в зависимости от  при .

Тиристор будет удовлетворять требованиям, если ток внутреннего короткого замыкания в преобразователе будет меньше  ударного тока тиристора, то есть:

По выше найденным соотношениям выбираем тип тиристора [2], типа Т171–200 с техническими данными представленными в табл. 1.

Таблица 1

Тип

Uпор, В

Umax, В

Imax cp, A

Iyд, kA

I2tтир, A2c

(du/dt), мкс
Т171–200 1,15 500…1200 200 5,2 135000 160

2.3  Выбор катодного дросселя

Так, как пульсации выпрямленного тока существенно ухудшают режим коммутации в двигателе и увеличивают его нагрев, для их сглаживания в схему добавляют катодный дроссель. Для этого необходимо найти амплитудные значения выпрямленного напряжения основной гармоники:

где – средневыпрямленное напряжение при угле регулирования, равном нулю; р = 6 – для трехфазной мостовой; k = 1 – кратность гармоники, т.е. отношение порядкового номера гармоники к числу пульсации. В симметричной мостовой и нулевых схемах наибольшую амплитуду имеет основная гармоника k = 1. Гармоники более высокой кратности имеют малую амплитуду, и действие дросселя на них эффективнее, поэтому расчет индуктивности дросселя ведется только по первой гармонике.

По известной амплитуде переменной составляющей  и допустимому действующему значению основной гармоники тока н1 (1)% необходимая величина индуктивности цепи выпрямленного тока рассчитывается по формуле:

где  – для машин без компенсационной обмотки;  – номинальный ток двигателя.

Индуктивность сглаживающего ректора:


где  – индуктивность анодного реактора,

Так, как по расчету получилась отрицательная величина , то это свидетельствует о том, что при принятом уровне пульсации тока катодный дроссель не нужен. Тогда действительный уровень пульсации тока первой гармоники с учетом приведенной индуктивности трансформатора или анодного реактора можно определить по формуле:

Значение гранично-непрерывного тока якоря двигателя в этом случае можно найти, используя соотношение:

где  – граничное значение коэффициента:


Рассчитаем максимальный угол регулирования :

где  – конструктивная постоянная на номинальный поток:

Рассчитаем скорость двигателя при максимальном угле управления:

При угле регулирования  значение гранично-непрерывного тока  больше, чем , значит влиянием прерывистого режима тока электроприводе нельзя пренебречь.


3.  Расчет параметров силовой цепи электропривода

Эквивалентное сопротивление якорной цепи двигатель – преобразователь:

Эквивалентная индуктивность якорной цепи двигатель – преобразователь:

d – Коэффициент из табл. 1 [2].

Напряжение преобразователя при работе электропривода в номинальном режиме

Угол регулирования, соответствующий номинальному режиму работы:

Минимальный угол регулирования должен превышать для надежного включения вентиля, значит запас напряжения доступный преобразователю равен отношению:

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигатель – преобразователь:


Электромеханическая постоянная времени электропривода:

где:–приведенное значение момента инерция привода;


4.  Построение статических характеристик разомкнутого электропривода

4.1  Естественные характеристики двигателя

Найдем номинальное значение момента двигателя:

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока описывается выражением [3]:

Естественную характеристику построим по двум точкам:

1. Точка идеального холостого хода  при :

2. Точка работы при номинальной частоте вращения .

4.2  Основные характеристики электропривода

Основная механическая характеристика электропривода описывается уравнением:


Основную характеристику построим по двум точкам:

1. Точка идеального холостого хода  при :

2. Точка работы при номинальной частоте вращения .

4.3  Характеристики, обеспечивающие минимальную скорость работы электропривода

Минимальную скорость работы электропривода будет обеспечивать

напряжение преобразователя равное:

1. Точка идеального холостого хода  при :

2. Точка работы при минимальной частоте вращения .


4.4  Характеристики аварийного динамического торможения

Механическая характеристика динамического торможения описывается выражением:

где  – добавочное сопротивление якоря двигателя при динамическом торможении.

Все полученные характеристики построены на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2


Рис. 3


5.  Синтез и расчет параметров регуляторов в линеализованных системах управления частотой вращения электропривода

5.1  Структурная схема автоматизированного электропривода

При проектировании электропривода двухконтурной схемой с контурами регулирования скорости и тока, линеаризованная структурная схема двухконтурного автоматизированного электропривода регулирования частоты вращения представлена на рис. 4.

Рис. 4

Где передаточные функции звеньев двигателя: W1(р), W2(р), W3(р); преобразователя WП(p) и передаточные функции фильтров WОС(p), WОТ(p), положительная обратная связь с передаточной функцией W4(р) служит для компенсация внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, передаточные функции регуляторов WРС(p), WРТ(p) и их параметры будут определен в процессе синтеза методом подчиненного регулирования.

Тиристорный преобразователь является звеном, передаточная функция которого:


где –  коэффициент усиления управляемого вентильного преобразователя, который определяется выбранной точкой линеаризации; Тn = 0,009 с – постоянная времени системы управления преобразователем.

Коэффициент обратной связи по току:

где  – напряжение насыщения выхода регулятора скорости.

Расчетное значение коэффициента обратной связи по скорости определяется выражением:

где  – максимальное значение напряжения задания.

Синтез начинаем с внутреннего контура – контура тока.

5.2  Синтез контура регулирования тока (КРТ) якоря двигателя

Структурная схема контура тока представлена на рис. 5, на которой: kТ – коэффициент обратной связи по току; WРТ(р) – передаточная функция регулятора тока, которая подлежит определению.


Рис. 5

При синтезе прими следующие допущения:

·  Пренебрежем влиянием ЭДС вращения в контуре тока якоря.

·  Не учитывается влияние внутренней обратной связи по ЭДС двигателя

Настройку регулятора тока будем осуществлять на технический оптимум, следовательно, разомкнутый контур тока должен имеет передаточную функцию:

Следовательно, передаточная функция регулятора тока по схеме рис 4 определится из условия:

и при  получим передаточную функцию регулятора тока:


где - коэффициент передачи пропорциональной части регулятора тока,  – постоянная времени интегральной части регулятора тока.

5.3  Синтез контура регулирования скорости (КРС) электропривода

Контур скорости будем настраивать на симметричный оптимум для обеспечения астатизма САУ.

Контур скорости является внешним по отношению к контуру тока. Структурная схема контура скорости электропривода при тех же допущениях показана на риc. 6.

Рис. 6

Примем некомпенсируемую постоянную времени в контуре скорости:

При настройке на симметричный оптимум, разомкнутый контур скорости должен имеет передаточную функцию:


Следовательно, передаточная функция регулятора скорости определится из условия:

Следовательно, передаточная функция регулятора скорости при настройке контура скорости на симметричный оптимум:

где  – коэффициент передачи пропорциональной части регулятора скорости при настройке контура скорости на симметричный оптимум,  – постоянная времени интегральной части регулятора скорости при настройке контура скорости на симметричный оптимум

При настройке на симметричный оптимум для уменьшения перерегулирования на вход системы необходимо установить фильтр с передаточной функцией:


Частота пропускания системы подчиненного регулирования скорости электропривода при настройке его на симметричный оптимум и наличии фильтра на входе равна


6.  Моделирование переходных процессов скорости и тока электропривода на ЭВМ с помощью пакета MATLAB

Для проверки расчетов регуляторов делаем моделирование системы электропривода в прикладном пакете программ MATLAB6.5.

Структурная схема электропривода представлена на рис. 7.

Рис. 7

Переходные процессы по скорости и току при пуске вхолостую, разгоне до минимальной скорости, с последующим разгоном до номинальной скорости, далее торможением до минимальной скорости и остановкой на рис. 8.

Рис. 8


Переходные процессы по скорости и току при пуске вхолостую с последующим реверсом и остановкой на рис. 9.

Рис. 9

Переходные процессы по скорости и току при разгоне до номинальной скорости с последующими набросом и сбросом нагрузки на рис. 10.

Рис. 10


7.  Расчет параметров регуляторов тока, скорости, и выбор их элементов

Расчёт параметров регуляторов тока, скорости в системе подчиненного регулирования выполняется по расчетной схеме рис. 11 и передаточным функциям регуляторов. В расчётной схеме рис. 6.1 приняты следующие обозначения: ВА – датчик тока, (UВА=kВАI); BR – датчик скорости вращения (UBR=kBRщ); УП – управляемый преобразователь совместно с системой управления им; kВА, kBR – коэффициенты передачи датчиков тока и скорости; R’зс – сопротивление в обратной связи усилителя при реализации на нем П-регулятора скорости.

Рис. 11

Принимая величину сопротивления , и kba =1 [2], находим остальные величины:

Сопротивление  по не инвертирующему входу усилителя выбирается из условия равенства нулю напряжения смещения на выходе от входных токов усилителя [2]:

По расчетным значениям выбираем типовые резисторы и конденсаторы [4]. Выбираем резистор С5–42В соответственно ряду Е96 на 4.99 кОм, 787 Ом, 69,8 кОм и 681 Ом. Выбираем конденсатор типа К73–1б емкостью 0.15 мкФ [5].

Полностью аналогично для регулятора скорости:

Принимая величину сопротивления , и kbr =1 [2], находим остальные величины:


Сопротивление  по неинвертирующему входу усилителя выбирается из условия равенства нулю напряжения смещения на выходе от входных токов усилителя [2]:

По расчетным значениям выбираем типовые резисторы и конденсаторы [4]. Выбираем резистор С5–42В соответственно ряду Е96 на 4.99 кОм, 16,9 кОм, 78,7 кОм и 370 Ом. Выбираем конденсатор типа К73–1б емкостью 3,9 мкФ [5].


8.  Описание датчика проводимости вентилей БТУ-3601

Поскольку в мостовой схеме выпрямления для протекания тока в проводящем состоянии должны находиться минимум два тиристора из разных групп (один из анодный и другой из катодный), достаточно контролировать проводящее состояние тиристоров какой либо группы. В преобразователе осуществляется контроль состояния тиристоров катодной группы комплекта «Н» (соответственно – анодной группы комплекта «В»). Принципиальная схема ДПВ приведена на рис. 12.

Рис. 12

В непроводящем состоянии на переходах анод – катод тиристоров существует переменное напряжение, равное фазному напряжению вторичной обмотки силового трансформатора. Параллельно тиристорам подключены RC-цепочки, выполняющие функцию защиты тиристоров от перенапряжений. Величина сопротивления RC-цепочки при указанных на схеме номиналах R и С составляет около 13 кОм на частоте сети, т.е. оказывается вполне достаточной, чтобы обеспечить входной ток оптрону. Напряжение каждой RC-цепочки через согласующие резисторы подается на диодные мосты V4, V5, V6, нагруженные на светодиоды оптронов V7, V8, V9. непроводящее состояние тиристоров соответствует засвеченному состоянию фотодиодов в оптронах, имеющих в этом случае малую величину сопротивления, достаточную для того, чтобы транзисторы V10, V11 находились в закрытом состоянии, т.е. ДПВ вырабатывает логический сигнал единичного уровня Uб.а.=1.

Если какой-либо из тиристоров находится в проводящем состоянии, падение напряжения на соответствующей RC-цепочке равно нулю, поэтому через светодиод одного из оптронов не будет проходить ток. Фотодиод этого оптрона будет иметь большую величину сопротивления, приводящую к открытию транзисторов V10 и V11. Таким образом, во время проводящего состояния какого-либо из тиристоров ДПВ формирует логический сигнал нулевого уровня Uб.в.=0.

В зависимости от номинального выпрямленного напряжения преобразователя (напряжения вторичной обмотки силового трансформатора) на сопротивлениях, согласующих силовое напряжение на тиристорах с входным токов оптронов, устанавливаются следующие перемычки: для номинального выпрямленного напряжения 115 В 3–9, 4–10, 5–11; для номинального выпрямленного напряжения 230 В 3–6, 4–7, 5–8.

Практически ДПВ имеет зону нечувствительности, проявляющуюся в виде провалов в сигнале Uб.в. в моменты перехода через нуль напряжений на RC-цепочках. Поэтому в случае, если ни один тиристор моста не проводит, в сигнале Uб.в все равно имеются короткие импульсы нулевого уровня [1].


Заключение

В процесс выполнения курсового проекта был разработан тиристорный электропривод на базе комплектного электропривода подачи БТУ-3601. Были рассчитаны и выбраны по справочной литературе силовые элементы привода. Осуществлен синтез регуляторов на основе метода подчиненного регулирования и выполнено проверочное моделирование. Проверка показала, что система отвечает заданным требованиям по диапазону регулирования и относительной погрешности регулирования на малой скорости. В заключении был описан процесс работы датчика проводимости вентилей.


Литература

1) Чернов Е.А., Кузьмин В, П., Синичкин С Г. Электроприводы подач станков с ЧПУ: Справочное пособие. – Горький: Волго-Вятское книжн. изд-во, 1986. – 234 с.

2) Симаков Г.М., Гринкевич Д.Я. Системы управления электроприводами: метод пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. – 78 с

3) Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1982 – 416 с.

4) Резисторы: Справочник / Ю.Н. Андреев. А.И, Антонян, Д.М. Иванов и др.; Под ред. И.И. Четверткова. – М.: Энергоиздат, 1981. –352 с.

5) Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяков, В.И. Каратанов, В.И. Присняков и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.Ф, Смирнова. – М.: Радио и связь, 1983. – 576 с.


© 2012 Рефераты, доклады и дипломные работы, курсовые работы бесплатно.