Автоматизированный электропривод цепного транспортёра
Цепной транспортер предназначен для перемещения готового сортонвого проката (рельсы, балки и т.н.) с рольганга на стеллаж охлаждения, отнкуда изделия переносятся краном на склад готовой продукции. Кинематинческая схема транспортера показана на рис.4. Транспортер состоит из панраллельных цепей между ведущими и ведомыми валами со звездочками колес сцепления. На цепях закреплены опрокидывающиеся заторы для занхвата транспортируемого металла. Между ведущим валом и двигателем находится понижающий редуктор.
Исходное положение транспортера соответствует становке поров между линией рольганга и ведомого вала. При наличии металла на останновленном рольганге транспортер приводится в движение и, захватив понрами изделие, перемещает его по направляющим а(на рис.1 не показаны) на стеллаж, затем реверсируется и возвращается в исходное положение. Если при этом на рольганге появилось новое изделие, то поры при соприкоснонвении с ним опрокидываются и проходят под изделием, затем пружиым приводом возвращаются в исходное положение. Электропривод цепнного транспортера работает в повторно-кратковременном режиме с перенменной нагрузкой.
Рабочий цикл цепного транспортера включает в себя:
■ разгон до пониженной скорости на холостом ходу;
■ подход упоров к изделию с пониженной скоростью и зацепление порами изделия;
■ разгон до рабочей скорости;
■ транспортировка изделия ана рабочей скорости;
■ замедление до остановки (изделие помещается на стеллаж);
■ разгон в обратном направлении до повышенной скорости;
■ возврат упоров на холостом ходу с повышенной скоростью;
■ замедление до остановки поров в исходном положен;
■ пауза (двигатель отключается);
■ замедление до остановки поров в исходном положен;
■ пауза (двигатель отключается);
рис.1 Кинематическая схема цепного транспортера
Таблица 1
Исходные данные по цепному транспортёру
Параметр
Обозначение
Значение
Масса подвижной частиа транспортера, т
2,7
Масса транспортируемого металла, т
0,6
Рабочий путь транспортера, м
5,8
Рабочая скорость, м/с
1,4
Радиус цапф, м
0,08
Радиус зацепления звездочек, м
0,2
Момент инерции транспорнтера, относительно оси вендущего вала, кг м2
1,32
Продолжительность вклюнчения, %
ПВ
48
Путь подхода поров к изнделию, м
0,4
Отношение обратной сконрости к рабочей скорости
2
Отношение пониженной скорости к рабочей скорости
0,5
Коэффициент трения в| подшипниках
0,05
Коэффициент трения металла о направляющие
0,4
КПД механических передача при рабочей нагрузке
0,95
КПД механических передач при работе на холостом ходу
0,5
Цепной транспортер
Построим нагрузочную диаграмму цепного транспортера (график статических силий перемещения рабочего органа механизма). Расчет времени частков цикла на этапе предварительного выбора двигателя вынполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгона и занмедления (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизнвестен).
Пониженная скорость транспортера:
Скорость обратного хода транспортера:
Усилие трения в подшипниках ведущего и ведомого валов, приведенное к радиусу звездочки (усилие холостого хода):
где QUOTE - скорение свободного падения ( QUOTE =9,81 м/с").
Усилие трения изделия о направляющие:
Суммарное силие транспортировки изделия:
Время транспортировки (приблизительно):
Время подхода поров к изделию (приблизительно):
Время возврата поров (приблизительно)
Время работы в цикле (приблизительно)
Время паузы в цикле (приблизительно)
Эквивалентное статическое силие за время работы в цикле:
При расчете требуемой номинальной мощности двигателя предполангаем, что будет выбран двигатель, номинальные данные которого опреденлены для повторно-кратковременного режима работы и стандартного знанчения продолжительности включения Вы=40%. Номинальной скорости двигателя должна соответствовать скорость обратного хода транспортера, которая является максимальной скоростью в заданном рабочем цикле. Танкое соответствие объясняется тем, что принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости двигателя.
Расчетная номинальная мощность двигателя
Предварительный выбор двигателя и расчет его параметров
Выбираем двигатель серии Д.номинальные данные двигателей этой серии приведены в прил.1. Для цепного транспортера выбираем двигатель с естественным охлаждением, номинальные данные которого определены для повторно-кратковременного режима работы с продолжительностью включения 40%.
Выбираем один двигатель, номинальная мощность которого не меньше расчетной номиннальной мощности и наиболее близка к ней.
.
Данные двигателя сводим в таблицу (табл2).
Таблица 2
Данные выбранного двигателя
Параметр
Обозначение
Значение
Мощность номинальная кВт
9.5
Номинальное напряжения якоря В
220
Номинальный ток якоря
51
Номинальная частот вращения об/мин.
800
Максимально допустимый момент, Нм
319
Сопротивление обмотки якоря (Т-20
0.2
Сопротивление обмотки добавочных полюнсов (Т-20
0.08
Момент инерции якоря двигателя
0.425
Число пар полюсов
2
Максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря
0.15
Для последующих расчетов потребуется ряд дополнительных даых двигателя.
Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочей темпенратуре:
где кт - коэффициент величения сопротивления при нагреве до рабочей температуры QUOTE = 1,38 для изоляции класса Н при пересчете от 20
Номинальная ЭДС якоря:
Номинальная гловая скорость:
Конструктивная постоянная двигателя, множенная на номинальнный магнитный поток:
Номинальный момент двигателя:
Момент холостого хода двигателя:
Индуктивность цепи якоря двигателя:
В формуле коэффициент С принимается а0,6
Расчет передаточного числа редуктора
Расчет передаточного числа редуктора QUOTE выполняется так, чтобы максимальной скорости рабочего органа механизма соответствовала номиннальная скорость двигателя.
Для привода цепного транспортера:
Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя
Для проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву вынполним построение прощенной нагрузочной диаграммы двигателя (т.е. временной диаграммы момента двигателя без чета электромагнитных пенреходных процессов). Для ее построения произведем приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, опренделим суммарный момент инерции привода и зададимся динамическим моментом при разгоне и замедлении привода. Рассмотрим расчет нагрунзочной диаграммы двигателя отдельно для каждого производственного менханизма, предложенного в курсовом проекте. По результатам расчета строится нагрузочная диаграмма, также тахограмма двигателя. Диаграмнмы необходимо строить с соблюдением масштаба. Длинные участки станновившихся режимов на диаграммах можно не показывать полностью, а сделать разрыв.
Цепной транспортер
Момент статического сопротивления при транспортировке, привенденный к валу двигателя:
Момент статического сопротивления при работе на холостом хонду, приведенный к валу двигателя:
Пониженная скорость, приведенная к валу двигателя:
Скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя:
Скорость обратного хода, приведенная к вшу двигателя:
Суммарный момент инерции механической части привода
Модуль динамического момента двигателя по условию максимальнного использования двигателя по перегрузочной способности:
где к - коэффициент, учитывающий величение максимального момента на точненной нагрузочной диаграмме; к=0,95.
Ускорение вала двигателя в переходных режимах
Ускорение транспортера в переходных режимах:
Разбиваем нагрузочную диаграмму на 9 интервалов. Общий вида тахограммы и нагрузочной диаграммы двигателя показан на рис. . Выполнним расчет нагрузочной диаграммы.
Интервал 1. Разгон до пониженной скорости.
Продолжительность интервала 1:
Путь, пройденный на интервале 1
Момент двигателя на интервале 1
Интервал 4. Разгон от пониженной скорости до скорости прямого хода
Продолжительность интервала 4:
Путь, пройденный на интервале 4:
Момент двигателя на интервале 4:
Интервал 6. Замедление от скорости прямого хода до остановки.
Продолжительность интервала 6:
Путь, пройденный столом на интервале 6
Момент двигателя на интервале 6:
Интервал 7. Разгон до скорости обратного хода.
Продолжительность интервала 7:
Путь, пройденный столом на интервале 7:
Момент двигателя на интервале 7:
Интервал 9. Замедление от скорости обратного хода до остановки.
Продолжительность интервала 9:
Путь, пройденный столом на интервале 9:
Момент двигателя на интервале 9:
Интервал 2. Подход поров к заготовке с пониженной скоростью.
Путь, пройденный на интервале 2:
Продолжительность интервала 2:
Момент двигателя на интервале 2
Интервал 3. Транспортировка на пониженной скорости.
Путь, пройденный на интервале 3 (принимается):
Продолжительность интервала 3:
Момент двигателя на интервале 3
Интервал 5. Транспортировка на скорости прямого хода.
Путь, пройденный на интервале 5:
Продолжительность интервала 5:
Момент двигателя на интервале 5:
Интервал 8. Возврат поров со скоростью обратного хода.
Путь, пройденный на интервале 8:
Продолжительность интервала 8:
Проверка двигателя по нагреву
Для проверки выбранного двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента.
Используя нагрузочную диаграмму двигателя, определяем эквиванлентный по нагреву момент за время работы в цикле.
где n - число интервалов нагрузочной диаграммы, на которых двигатель находится в работе (интервалы пауз не учитываются).
Для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (лифт, сталкиватель блюмов и цепной транспортер), продолжительность включения в рабочем цикле отличается от номинальной продолжительнонсти включения двигателя. Поэтому для этих приводов необходимо выполннить приведение эквивалентного момента к номинальной продолжительнности включения двигателя.
Проверка теплового состояния двигателя осуществляется сравненинем приведенного эквивалентного момента с номинальным моментом двингателя. Двигатель проходит по нагреву, если выполняется неравенство:
Выбор тиристорного преобразователя
Для обеспечения реверса двигателя и рекуперации энергии в торнмозных режиму выбираем двухкомплектный реверсивный преобразовантель для питания цепи якоря. Принимаем встречно-параллельную схему соединения комплектов и раздельное правление комплектами'. Выбираем трехфазную мостовую схему тиристорного преобразователя. Проектированние самого тиристорного преобразователя не входит в задачи курсового проекта Поэтому выбираем стандартный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода КТЭУ:
Выбор силового трансформатора
При трансформаторном варианте связи с сетью следует выбрать трансформатор типа ТСП - трехфазный двухобмоточный сухой с естестнвенным воздушным охлаждением открытого исполнения (или ТСЗП - занщищенного исполнения). Номинальный вторичный ток трансформатор QUOTE должен соответствовать номинальному току тиристорного преобразователя
аQUOTE а. Эти токи для трехфазной мостовой схемы преобразователя связаны по формуле:
|
Тип трансформатора |
ТСП-25/0.7-УХЛ4 |
|
Схема соединения первичных и вторичных обмоток |
Звезда\треугольник |
|
Номинальная мощность QUOTE а |
29.1 |
|
Номинальное линейное напряжение первичных обмоток QUOTE а |
380 |
|
Номинальное линейное напряжение вторичных обмоток QUOTE а |
205 |
|
Номинальный линейный ток вторичных обмотока QUOTE а |
82 |
|
Мощность потерь короткого замыкания QUOTE а |
1100 |
|
Относительное напряжение короткого замыкания QUOTE а |
5.5 % |
Рассчитаем параметры трансформатора.
Коэффициент трансформации:
Номинальный линейный ток первичных обмоток
ктивное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора:
ктивная составляющая напряжения короткого замыкания
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
Индуктивное сопротивление обмоток фазы трансформатора:
Индуктивность обмоток одной фазы
где QUOTE гловая частот сети (при частоте питающей сети 50 Гц Ц=314 рад/с).
Выбор сглаживающего реактора
Сглаживающий реактор включается в цепь выпрямленного тока пренобразователя с целью меньшения переменной составляющей тока (пульнсаций). Пульсации выпрямленного тока должны быть ограничены на ровнне допустимого значения для выбранного двигателя. Максимально допуснтимый коэффициент пульсации QUOTE задается в числе данных двигателя и представляет собой отношение действующего значения переменной сонставляющей тока якоря к его номинальному значению. Для расчета индукнтивности сглаживающего реактора определим требуемую индуктивность всей главной цепи системы тиристорный преобразователь - двигатель по словию ограничения пульсаций.
ЭДС преобразователя при гле правления QUOTE а
где QUOTE а- коэффициент, зависящий от схемы преобразователя (для трехфазнной мостовой схемы Ке=1,35).
Минимальная эквивалентная индуктивность главной цепи по слонвию ограничения пульсаций выпрямленного тока:
Где QUOTE - коэффициент пульсаций напряжения (для трехфазной мостовой схемы QUOTE а);
р - пульсность преобразователя (для трехфазной мостовой схемы р=б).
Расчетная индуктивность сглаживающего реактора
Расчетная индуктивность отрицательная сглаживающий реактор не требуется.
Расчет параметров силовой части электропривода в абсолютных единицах
Главную цепь системы лтиристорный преобразователь - двигатель можно представить в виде схемы замещения (рис 2). В главной цепи дейнствуют ЭДС преобразователя QUOTE и ЭДС якоря двигателя QUOTE На схеме занмещения показаны активные сопротивления якорной цепи двигателя QUOTE а, двух фаз трансформатора QUOTE а, также фикнтивное сопротивление QUOTE а, обусловленное коммутацией тиристоров. Кроме того, представлены индуктивности якорной цепи двигателя QUOTE сглажинвающего реактора QUOTE и двух фаз трансформатора QUOTE а. Направления тока и ЭДС соответствуют двигательному режиму электропривода
Рис2 Схема замещения главной цепи
От исходной схемы замещения переходим к эквивалентной схеме (рис 3), где все индуктивности объединяются в одну эквивалентную инндуктивность QUOTE а, все активные сопротивления - в одно эквивалентное сонпротивление аQUOTE а
Рис 3 Эквивалентная сема замешения
Определим параметры силовой части в абсолютных (т.е. физических) единицах.
Фиктивное сопротивление преобразователя, обусловленное коммутацией тиристоров:
Эквивалентное сопротивление главной цепи:
Эквивалентная индуктивность главной цепи:
Электромагнитная постоянная времени главной цепи:
Электромагнитная постоянная времени цепи якоря двигателя:
Коэффициент передачи преобразователя
где QUOTE аного тока максимальна. В проекте примем QUOTE а
Выбор базисных величин системы относительных единиц
При рассмотрений модели силовой части электропривода как объекнта правления параметры и переменные электропривода добно перевести в систему относительных единиц. Переход к относительным единицам осуществляется по формуле
где QUOTE а- значение в абсолютных (физических) единицах;а QUOTE -базисное знанчение (также в абсолютных единицах); у - значение в относительных единницах.
Принимаем следующие основные базисные величины силовой части электропривода:
■ базисное напряжение:
■ базисный ток:
■ базисную скорость:
■ базисный момент:
■ базисный магнитный поток:
Базисный ток и базисное напряжение регулирующей части электронпривода выбираются так, чтобы они были соизмеримы с реальными ровннями токов и напряжений в регулирующей части. В проекте рекомендуется принять:
■ базисное напряжение системы регулирования:
■ базисный тока системы регулирования
Рассчитаем производные базисные величины:
■ базисное сопротивление для силовых цепей:
базисное сопротивление для системы регулирования
Механическая постоянная времени электропривода зависит от сумнмарного момента инерции и принятых базисных значений скорости и монмента:
Расчет параметров силовой части электропривода в относительных единицах
На рис.4 апоказана структурная схема модели силовой части элекнтропривода как объекта правления. Переменные модели выражены в отнносительных единицах. В модель входят следующие звенья:
■ QUOTE а
■ стоянной времени QUOTE и коэффициентом передачи, равным аQUOTE а, т.е. эквиванлентной проводимости главной цепи в относительных единицах;
■ QUOTE а
■ звенья множения на магнитный потока QUOTE а(поток рассматривается в модели как постоянный параметр).
Входные величины модели представляют собой правляющее возндействие QUOTE (сигнал правления на входе преобразователя) и возмущающее воздействие QUOTE (момент статического сопротивления на валу двигателя).
Переменными модели аявляются:
■ QUOTE а
■ ЭДС якоря двигателя QUOTE а;
■ ток якоря двигателя QUOTE а;
■ электромагнитный момент двигателя m;
■ гловая скорость двигателя QUOTE .
Рис 4 Структурная схема объекта правления
Определим параметры электропривода в относительных единицах:
■ коэффициент передачи преобразователя:
■ эквивалентное сопротивление главной цепи
■ сопротивление цепи якоря двигателя:
■ магнитный поток двигателя:
Расчет коэффициентов передачи датчиков
Рассчитаем коэффициенты передачи датчиков в абсолютных едининцах так, чтобы при максимальном значении величины, измеряемой датчинком, напряжение на выходе датчика было равно базисному напряжению регулирующей части.
Коэффициент передачи датчика тока:
где QUOTE а
Коэффициент передачи датчика напряжения:
Коэффициент передачи датчика скорости :
Рассчитаем коэффициенты датчиков в относительных единицах.
Коэффициент передачи датчика тока:
Коэффициент передачи датчика напряжения:
Коэффициент передачи датчика скорости:
Выбор типа системы правления электроприводом
Рассмотрим функциональную схему системы правления электронприводом (рис.). Система правления электроприводом представляет собой двухконтурную систему автоматического регулирования (САР) сконрости. Внутренним контуром системы является контур регулирования тока якоря, внешним и главным контуром - контур регулирования скорости.Для проектируемого электропривода выбираем однократную систенму регулирования скорости. Однократная САР скорости по сравнению с двукратной не обладает астатизмом по возмущающему воздействию (монменту сопротивления), однако для проектируемой системы обеспечение такого астатизма не требуется. Однократная САР скорости обладает лучншими динамическими свойствами по сравнению с двукратной САР. Для контуров регулирования тока якоря и скорости применяется настройка на модульный оптимум. Данную настройку обеспечивают пропорционально-интегральный регулятор тока (РТ) и пропорциональный регулятор скоронсти (РС). Плавное скорение и замедление привода обеспечиваются с понмощью задатчика интенсивности (ЗИ). Для разгона или торможения принвода задатчик интенсивности формирует линейно изменяющийся во вренмени сигнал задания на скорость. Сигналы обратных связей поступают в систему регулирования от датчиков тока якоря (ДТ), напряжения якоря (ДН) и скорости (ДС). Датчинки состоят из измерительного элемента и стройства согласования. Изменрительным элементом для датчика тока якоря является шунт в цепи якоря QUOTE адля датчика напряжения - делитель напряжения Rд, для датчика скоронсти - тахогенератор (ТТ). стройство согласования обеспечивает необхондимый коэффициент передачи датчика и гальваническую развязку силовых Цепей от цепей правления. Косвенный датчик ЭДС (ДЭ) вычисляет ЭДС якоря по сигналам датчиков тока и напряжения. Сигнал ЭДС через звено компенсации (ЗК) подается на вход регулятора тока, что требуется для компенсации отрицательного влияния ЭДС якоря на процессы в контуре тока
Рис 5 Функциональная схема системы правления Электроприводом
Некомпенсируемая постоянная времени QUOTE азакладывается в фильтрах Ф1 и Ф2. Эти фильтры обеспечивают защиту объекта правления от высонкочастотных помех. Величина QUOTE принятая при проектировании системы, определяет быстродействие контура регулирования тока и всей системы в целом.
Управляющим воздействием на объект правления (силовую часть электропривода) является напряжение правления QUOTE а. Напряжение правнления подается на вход системы импульсно-фазового правления тиринсторного преобразователя, которая регулирует гол правления, т.е. фазу подачи управляющих импульсов на тиристоры.
Нелинейные элементы НЭ1 и НЭ2 предназначены для ограничения координат системы. Элемент НЭ1 ограничивает выходной сигнал регулянтора тока, следовательно, напряжение правления преобразователя и его выходную ЭДС. Элемент НЭ2 ограничивает выходной сигнал регулятора скорости, тем самым ограничивается сигнал задания тока и сам ток якоря.
Расчет регулирующей части контура тока якоря
Расчет параметров математической модели контура тока
Рассмотрим структуру и выполним расчет параметров модели контунра тока, используя систему относительных единиц. Структурная схема контура тока представлена на рис. В контуре тока находятся звенья ренгулятора тока (РТ), фильтра (Ф), тиристорного преобразователя (ТП) и главной цепи (ГЦ). На структурной схеме фильтр показан внутри контура, что эквивалентно наличию фильтра в цепи задания и обратной связи (см. рис 6а ). Обратная связь по току при рассмотрении относительных величин принимается единичной. На процессы в контуре тока влияет ЭДС якоря двигателя, которую можно считать возмущающим воздействием. При отнсутствии ЭДС якоря (якорь неподвижен) в контуре тока можно рассматринвать одно звено объекта правления с передаточной функцией:
Рис 6 Структурная схема регулирования тока якоря
Некомпенсируемую постоянную времени QUOTE принимаем 0,01 с.
При синтезе регулятора тока влияние ЭДС якоря не учитывается. Передаточная функция регулятора тока находится по словию настройки контура на модульный оптимум:
Получаем передаточную функцию ПН-регулятора. Из (6)-(7) следунет, что параметры регулятора тока находятся по следующим формулам:
Контур регулирования тока при настройке на модульный оптимум описывается передаточной функцией фильтра Баттерворта 2-го порядка:
Влияние ЭДС якоря приводит к появлению статической ошибки по току, что худшает качество системы. Для компенсации данного влияния вводится положительная обратная связь по ЭДС якоря. Структурная схема контура тока с компенсацией ЭДС представлена на рис 8. При выносе фильтра из контура он должен оказаться в цепи задания на ток (Ф1), в цепи обратной связи по току (Ф2) и в цепи обратной связи по ЭДС, где его добно объединить с датчиком ЭДС. Таким образом, датчик ЭДС имеет небольшую инерционность, что является необходимым, т.к. безынерциоый датчик ЭДС реализовать невозможно.
Рис7
Компенсирующий сигнал QUOTE а, подается на вход регулятора тока, непосредственно в точку действия ЭДС якоря (между звеньями ТП и ГЦ). Поэтому влияние звенев регулятора тока и преобразователя на прохождение компенсирующего сигнала необходимо странить . Это достигается за счет включения в цепь обратной связи по ЭДС звена компенсации определяется по формуле
Таким образом, звено компенсации является реальным дифференцинрующим звеном. Параметры звена компенсанции находятся по следующим формулам:
В результате компенсации ЭДС статическая ошибка по току странняется.
ЭДС якоря двигателя недоступна для прямого измерения. Косвенный датчик ЭДС якоря использует сигналы тока и напряжения якоря. Связь между током, напряжением и ЭДС якоря следует из уравнения электриченского равновесия для якорной цепи. В области изображений по Лапласу это равнение имеет вид: QUOTE а
Реализовать датчик ЭДС в полном соответствии невозможно, т.к. требуется идеальное форсирующее звено. Поэтому внесем в датчик инерционное звено с постоянной времени QUOTE а. В результате равнение датнчика ЭДС принимает вид:
В статическом режиме формулы и дают одинаковый резульнтат. равнению соответствует структурная схема датчика ЭДС, поканзанная на рис 8. Также на рис. 8показано звено компенсации.
Рис8 Структурная схема датчика ЭДС и звена компенсации
Конструктивный расчет датчика ЭДС и звена компенсации
В аналоговых системах автоматического правления электропривондами реализация регуляторов и других преобразователей сигналов осущенствляется на базе операционных силителей.Принципиальная схема датчика ЭДС и звена компенсации показана на рис. Фильтр в канале напряжения реализуется на элементах QUOTE а, QUOTE а, QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE а. Операционный силитель DАЗ предназначен для суммирования сигнанлов в датчике ЭДС, что осуществляется путем суммирования токов QUOTE и QUOTE Звено компенсации выполнено на операционном силителе DА2. Элеменнты входной цепи и цепи обратной связи силителя DА2 QUOTE а, QUOTE а, QUOTE обеспенчивают реализацию свойств реального дифференцирующего звена.
Рис 9 Принципиальная схема датчика ЭДС и звена компенсации
На рис.10 представлена структурная схема для абсолютных величин токов и напряжений, которая соответствует принципиальной схеме, показанной на рис 9 При её составлении было принято, что сопротивления QUOTE и QUOTE одинаковы
Риса 10 Структурная схема датчика ЭДС и звена компенсации для абсолютных величин
От структурной схемы для абсолютных величин перейдем к струкнтурной схеме для относительных величин (рис.11). На данной схеме показаны относительные коэффициенты датчиков напряжения и тока При пенреходе от абсолютных величин к относительным величинам в передаточнных функциях входных цепей операционных силителей появляется сонпротивление QUOTE а. В передаточных функциях цепей обратной связи операнционных силителей появляются обратные величины аQUOTE а
Риса 11 Структурная схема датчика ЭДС и звена компенсации для относительных величин
Сопоставляя структурные схемы, показанные на рис. и полунчим соотношения между параметрами математической модели датчика математической модели датчика ЭДС и звена компенсации в относительных единицах и параметров элементов принципиальной схемы.
Необходимые коэффициенты передачи обеспечиваются при выполнении словии:
Требуемые значения постоянных времени обеспечиваются при выполнении словий
Конструктивный расчет регулятора тока
На рис. показана принципиальная схема регулятора тока и его входных цепей. Регулятор тока выполнен на операционном силителе DА1. Последовательное включение в цепь обратной связи силителя DА1 сопротивления QUOTE и емкости QUOTE обеспечивает пропорционально-интегральный тип регулятора. На входе силителя DА1 суммируются три сигнала, приходящие по каналам задания на ток, обратной связи по току и по каналу компенсации ЭДС, путем суммирования токов QUOTE а, QUOTE и QUOTE а. В цепи задания на ток и в цепи обратной связи по току становлены фильтры на элементах QUOTE а, QUOTE а, С2 и QUOTE а, QUOTE а, Сз соответственно. Нелинейный элемент НЭ1 реализуется на стабилитронах УD1 и УD2.
Рис 12 Принципиальная схема регулятора тока и его входных цепей
На рис а12 представлена структурная схема для абсолютных величин токов и напряжений, которая соответствует принципиальной схеме, показанной на рис.. При составлении структурной схемы предполагалось сопротивления QUOTE QUOTE QUOTE и QUOTE а
Рис 13 Структурная схема регулятора тока и его входных цепей для абсолютных величин
Рис14 Структурная схема регулятора тока и его входных цепей для относительных величин
Сопоставляя структурные схемы (см, рис. 13 и 14 а), получим соотноншения между параметрами математической модели регулирующей части контура тока в относительных единицах и параметрами принципиальной схемы.
Для обеспечения единичных коэффициентов передачи в каналах задания тока, обратной связи по току и компенсации ЭДС должны выполнятся условия
QUOTE QUOTE QUOTE а
Требуемые значения постоянных времени обеспечиваются при вынполнении словий
Расчет регулирующей части контура скорости
Расчет параметров математической модели контура скорости
Рассмотрим структуру и выполним расчет параметров модели контунра скорости, используя систему относительных единиц. Структурная схема контура регулирования скорости представлена на рис.15 Контур регулинрования тока якоря при его настройке на модульный оптимум рассматринваем как одно звено с передаточной функцией (10). Контур скорости включает в себя звено регулятора скорости (РС), звено контура тока якоря (КТ), звено множения на поток и звено механической части привода (МЧ). Обратная связь по скорости при рассмотрении относительных велинчин принимается единичной. На объект правления действует возмущаюнщее воздействие - момент статического сопротивления, создаваемый нангрузкой на валу двигателя.
Рис 15
При синтезе регулятора скорости считаем, что момент статического сопротивления равен нулю (режим идеального холостого хода двигателя). При словии QUOTE объект правления в контуре скорости представляется одним звеном:
Передаточная функция регулятора скорости находится по условию настройки контура на модульный оптимум:
Получаем передаточную функцию П-регулятора. Коэффициент пенредачи регулятора скорости согласно (14)-(15) находится по формуле
Однократная САР скорости является статической по возмущающему воздействию, поэтому в результате появления нагрузки на валу двигателя появляется статическая ошибка по скорости. Определим величину максинмальной статической ошибки по скорости:
где QUOTE - максимальный по модулю статический момент на валу двигантеля в относительных единицах (см. нагрузочную диаграмму двигателя).
Конструктивный расчет регулирующей части контура скорости
Принципиальная схема регулирующей части контура скорости преднставлена на рис.. Регулятор скорости выполнен на операционном силинтеле DА4. Суммирование сигнала задания на скорость и сигнала обратной связи по скорости осуществляется путем суммирования токов QUOTE аи QUOTE а. Включение в цепь обратной связи усилителя DА4 сопротивления QUOTE аобеснпечивает пропорциональный тип регулятора. Стабилитроны VD3, VD4 реализуют нелинейный элемент НЭ2
Рис 16 Принципиальная схема регулирующей части контура скорости
На рис 17. показана структурная схема для абсолютных величин тонков и напряжений, соответствующая принципиальной схеме на рис. 16.
17 Структурная схема регулирующей части контура скорости для абсолютных величин
От структурной схемы для абсолютных величин перейдем к струкнтурной схеме для относительных величин (рис. 18 ).
Рис 18 Структурная схема регулирующей части контура скорости для относительных величин
Сопоставляя структурные схемы (см. рис.26 и 29), получим соотноншения между параметрами математической модели регулирующей части контура скорости в относительных единицах и параметрами элементов принципиальной схемы.
Для обеспечения единичных коэффициентов передачи в каналах зандания скорости и обратной связи по скорости должны выполняться словия :
Для обеспечения требуемого коэффициента передачи регулятора скорости должно выполняться словие:
Расчет задатчика интенсивности
Расчет параметров математической модели задатчика интенсивности
Задатчик интенсивности предназначен для формирования линейно изменяющегося во времени сигнала задания на скорость с определенным темпом. Структурная схема задатчика представлена на рис.. Темп изменнения выходного сигнала задатчика определяется ровнем ограничения Q нелинейного элемента (НЭ) и постоянной времени QUOTE аинтегратора (И)
Рис19 Структурная схема задатчика интенсивности
Определим параметры математической модели задатчика интенсивнности в относительных единицах. Темп задатчика:
Уровень ограничения нелинейного элемента (принимается)
Постоянная времениа интегрирующего звена ЗИ
Коэффициент передачи в линейной зоне нелинейного элемента (принимается)
Конструктивный расчет задатчика интенсивности
Принципиальная схема задатчика интенсивности представлена на рис.. Нелинейный элемент реализуется на операционном силителе DА7. Ограничение выходного сигнала обеспечивается за счет включения в цепь обратной связи силителя DА7 стабилитронов VD5 и VD6. Интегрантор реализуется на операционном силителе DА6. Емкость QUOTE в цепи обнратной связи силителя DА6 определяет постоянную времени интегратора. силитель DА5 предназначен для инвертирования сигнала, чтобы обеспенчить отрицательную обратную связь, охватывающую нелинейный элемент и интегратор (см. рис.20).
Рис 20 Принципиальная Схема Задатчика интенсивности
На рис 21а показана структурная схема для абсолютных величин токов и напряжений, соответствующая принципиальной схеме на рис 20
Рис 21Структурная схема задатчика интенсивности для абсолютных величин
От структурной схемы задатчика интенсивности для абсолютных венличин перейдем к структурной схеме для относительных величин (рис.22 ).
Рис 22 Структурная схема задатчика интенсивности для относительных величин
Из сравнения структурных схем задатчика интенсивности (см. рис. и ) получим соотношения между параметрами математической модели и параметрами элементов принципиальной схемы задатчика.
Для обеспечения требуемой постоянной времени интегратора должнно выполняться словие
Для обеспечения требуемого коэффициента передачи в линейной зонне нелинейного элемента должно выполняться условие
Остальные сопротивления в схеме задатчика должны быть таковы чтобы обеспечить единичные коэффициенты передачи. Для этого должны выполняться следующие словия
Список литературы
1. Евзеров ИХ и др. Комплектные тиристорные электроприводы: Справ./Под. ред. В.М. Перельмутера-М.: Энерготомиздат, 1988. -319с.
2. Томагиевский Н.И. и др. Типовые задания к курсовому проекту по основам электропривода,- Свердловск: Изд-во Свердл. инж.-пед. ин-та,
1989.-48 с,
3. сатенко СТ., Каченюк Т.К., ТереховМ.В. Выполнение электриbr> ческих схем по ЕСКД: Справ.- 2-е изд., перераб. и доп. - М: Изд-во станbr> дартов, 1992.-316 с.
4. Чилишн М.Г., Сандлер А.С Общий курс электропривода: учеб.
для вузов- 6-е изд., доп. и перераб
- М: Энерготомиздат, 1981- 576 с.
(5) Шрейиер Р. Т. Системы подчиненного регулирования электропринводов. Ч. 1: Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулиронванием координат: учеб. пособие для вузов. - Екатеринбург: Изд-во рал, гос. проф.-пед. н-та, 1997.- 279 с.