Система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения

1. Определение структуры и параметров объекта управления

2. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

4. Разработка принципиальной электрической схемы

На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой — электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной — система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.

1. Определение структуры и параметров объекта управления

В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.

Технические данные двигателя Д12:

Номинальная мощность 2.5кВт Напряжение питания якоря 220 В Напряжение питания ОВ 220 В Номинальный ток якоря 14.6А Номинальная частота вращения 1140 об/мин Максимальная частота вращения 3600 об/мин Момент инерции якоря 0.05 кг*м²

Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах. Номинальная скорость привода:

Максимальная скорость привода:

Номинальный момент:

Машинная постоянная:

Скорость идеального холостого хода:

Сопротивление обмотки якоря:

Индуктивность обмотки якоря:

Жесткость механической характеристики:

Электромагнитная постоянная времени:

Механическая постоянная времени:

Принимаем ток возбуждения равным:

Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:

Сопротивление обмотки возбуждения:

Индуктивность обмотки возбуждения:

Рассчитаем параметры упругой двухмассовой системы.

Согласно заданию на курсовой проект

Частота упругих колебаний

Коэффициент соотношения масс

тогда

тогда жесткость двухмассовой системы Постоянная времени двухмассовой системы По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с

ТП в цепи якоря. Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.

Условие сглаживания тока:

Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор ШИП в цепи возбуждения Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.

2. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления

Составим структурную схему модели электропривода Настройка.

1. Контур тока якоря.

Задание на номинальный ток якоря 10 В, тогда

коэффициент передачи тиристорного стабилизатора:

.

Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения .

Рис. 1 Структурная схема СЭП.

2. Контур тока возбуждения Задание на номинальный ток 10 В, тогда .

Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то .

Принимаем .

3. Контур скорости Задание на скорость 10 В, тогда

.

Для разгона ЭП до нужно подать задание на скорость

.

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

Расчетный режим работы

Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом Максимальная скорость в режиме слежения Расчетная частота

Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:

принимаем

Установившаяся ошибка должна быть Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.

На рис. 4 блок Subsystem — блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 — блок, моделирующий определения угла управления из уравнения. Где U_у- — напряжение управления, приведенное к стандартному ряду −10…−10 В, U_m — максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале −10…−10 В.

В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.

Моделирование.

1. Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.

Рис. 3 Графики зависимостей .

Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.

Рис. 4 Переходный процесс по току якоря Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*I_ном = 0.2*14.6 = 2.92 А Отработка приводом синусоидального задания с

Рис. 6 Графики зависимостей .

Проведем эксперимент отработки приводом задания

Рис. 7 Графики зависимостей .

Полоса пропускания привода, при

Рис. 8 Графики зависимостей .

4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов

1. Контур тока якоря.

Принимаем

Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10 В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10 В.

В качестве датчика тока выбираем ДТХ — 10.

Технические данные ДТХ — 10:

Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5

Диапазон рабочих температур −20…+80 ⁰С Основная и приведенная погрешность 1%

Нелинейность выходной характеристики 0.1%

Номинальный ток 10 А Коэффициент передачи 1:2000

Полоса пропускания 1…50 000Гц Источник питания 15 В 10%

Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток, тогда выходной ток

Рис. 10 Схема формирования сигнала — (U_ЗТЯ — U_ОТЯ)

Принимаем

Выбираем:

R₉, R₁₂ , R₁₃ , R₁₇ , R₁₉ - C2−29В-0.125−10 кОм±0.05%

R₆ - C2−29В-0.125−7.3 Ом±0.05%

R₂₁ - C2−29В-0.125−192 Ом±0.05%

С₁₇— К73−17−63В-12.3 мкФ±0.5%

VD2 — КС210Б

DA1.4, DA1.6, DA1.8 — К140УД17А

DA2 — AD1403

2. Контур скорости Выберем тахогенератор ТГП-60.

Технические данные ТГП-60:

Номинальная частота вращения 1500 об/мин Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин) Нелинейность выходного напряжения 0.1%

Асимметрия выходного напряжения 0.2%

Коэффициент пульсации 2.5%

Сопротивление нагрузки 6 кОм Температурный коэффициент выходного напряжения 0.01%/⁰С Момент инерции ротора 10^-5 кг/м²

Статический момент трения 10^-2 Нм Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора .

Рис. 11 Схема формирования сигнала К_РС(- U_ЗС + U_ОС)

Принимаем

В связи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.

Принимаем постоянную времени фильтра с.

Выходной сигнал ограничивается на уровне 10 В стабилитроном с напряжением стабилизации 10 В.

Выбираем:

R₁ - C2−29В-0.125−87.4 кОм±0.05%

R₂, R₅, R₇ — C2−29В-0.125−10 кОм±0.05%

R₃, R₄ - C2−29В-0.125−145 Ом±0.05%

С₁ — К73−17−63В-46 пФ±0.5%

VD1 — КС210Б

DA1.1, DA1.2 — К140УД17А Блок компенсации по первой производной скорости:

Рис. 12 Схема формирования сигнала (К_К •р) Принимаем

Выбираем:

R₈ - C2−29В-0.125−1 МОм±0.05%

С₄ — К73−17−63В-1.5 мкФ±0.5%

DA1.3 — К140УД17А

3. Контур тока возбуждения Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная Принимаем

Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10 В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10 В.

Рис. 14 Схема формирования сигнала (- U_ОТВ)

В качестве датчика тока выбираем ДТХ — 10.

Принимаем

Выбираем:

R₁₀ - C2−29В-0.125−73 Ом±0.05%

R₁₁ - C2−29В-0.125−1 МОм±0.05%

R₂₀, R₂₃ , R₂₄ — C2−29В-0.125−1 кОм±0.05%

R₂₂ - C2−29В-0.125−12.5 кОм±0.05%

С₁₈— К73−17−63В-16 мкФ±0.5%

С₂₃— К73−17−63В-4 мкФ±0.5%

VD3 — КС210Б

DA1.5, DA1.9, DA1.10 — К140УД17А Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы — К10−17−25В-0.1мкФ±0.5%.

Список используемой литературы

1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под общ. Ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. — М.: Энергоатомиздат, 1988, — 456с.

2. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. — Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1982, — 392с.

3. Ключев В. И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. — 2-е изд. Перераб. И доп. — М.: Энергоатомиздат, 2001, — 704 с.

4. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. — СПб.: корона принт, 2001, — 320 с.

5. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е. А. и др. — М.: Б. И., 1996, — 157 — 300 с.

6. Операционные усилители и компараторы. — М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, — 560 С.

7. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электрические чертежи и схемы. — М.:энергоатомиздат, 1990, — 288 с.