Выбор структуры системы управления ЭП

         

Рисунок 2 – Принципиальная схема регулятора тока.

 

6.1 Синтез контура тока.

Контур тока является внутренним и  выполнен с отрицательной обратной связью по току. Настройку контура тока осуществляет регулятор тока. Регулятор тока якоря на вход получает сигнал с выхода регулятора скорости и сигнал обратной связи u_дт с выхода датчика тока. На выходе он формирует напряжение управления u_у в СИФУ ТП, определяющие угол управления . Принципиальная схема представлена на рисунке 3.

 

Регулятор тока является ПИ-регулятором. Передаточная функция регулятора тока:

,

где - постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора;

,

где =61,492 – коэффициент передачи ТП;

=0,016 – коэффициент передачи  ОС по току;

=0,0064 – постоянная времени  ТП;

с

Передаточный коэффициент регулятора тока:

Определение входных сопротивлений и сопротивлений ОС для регулятора тока, реализуемого на операционном усилителе:

Передаточный коэффициент регулятора:

;

Постоянная времени интегрирования регулятора:

;

Входное сопротивление R_вх  в пределах от 10 до 200кОм. Сначала выбираем значение емкости в пределах от 0,1 до 1мкФ. Принимаем значение емкости в цепи обратной связи операционного усилителя С_ос=0,85мкФ. Тогда входное сопротивление:

;

Значение сопротивления обратной связи ОУ определим из соотношения:

Из стандартного ряда сопротивлений  Е24(ГОСТ 28884-90) выбираем резисторы:

R_вх=121,2кОм;

R_oc=17,78кОм.

Допускается ошибка 5%.

что приемлемо

 что также терпимо

Пересчет коэффициентов усиления и обратной связи по выбранным  стандартным сопротивлениям:

 

6.2 Синтез контура скорости.

Контур регулирования скорости является внешним по отношение к контуру регулирования тока, т.е. система является системой с подчиненным регулированием координат.

В системах подчиненного регулирования  выходной сигнал регулятора скорости является сигналом задания тока u _зт для регулятора тока. Так как контур скорости, настроенный на модульный оптимум не дает необходимого статизма, то будем настраивать контур скорости на симметричный оптимум.

 Принципиальная схема регулятора  скорости показана на рисунке  4.

Передаточная функция ПИ-регулятора контура скорости

,

где - передаточный коэффициент контура скорости;

     

 

 

Рисунок 3 – Принципиальная схема регулятора скорости.

 

         

 

 

,

здесь

Определение входных сопротивлений  и сопротивлений ОС для регулятора скорости, реализуемого на операционном усилителе:

Передаточный коэффициент регулятора:

;

Постоянная времени интегрирования регулятора:

;

Принимаем значение емкости в цепи обратной связи операционного усилителя  С_ос=0,2мкФ. Тогда входное сопротивление:

;

Значение сопротивления обратной связи ОУ определим из соотношения:

Из стандартного ряда сопротивлений Е24(ГОСТ 28884-90) выбираем резисторы:

R_вх=7,5кОм;

R_oc=261кОм.

Допускается ошибка 5%.

что приемлемо

Пересчет коэффициентов усиления и обратной связи по выбранным  стандартным сопротивлениям:

 

 

 

7 Защиты в электроприводе и расчет их уставок.

В релейно-контакторной части комплексного тиристорного электропривода КТЭУ выполнен ряд защит, исключающих аварийные режимы при сборке силовой схемы и обеспечивающих отключение двигателя при возникновении аварийных режимов при работе. Защита реализована на реле серии РЭВ и контактах серии КН.

Реле электромагнитные РЭВ800 применяют  в схемах автоматического управления в качестве электромагнитных реле времени, контроля тока, контроля напряжения и промежуточных.

Реле контроля напряжения и промежуточные  РЭВ821 , РЭВ822, РЭВ825, РЭВ826 изготавливают с вытягивающими катушками на номинальные напряжения 24, 48, 110 и 220В.

Реле минимального тока РЭВ830 изготавливают на номинальные токи 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 320; 400 и 630А. конструкция реле допускает применение токоведущих катушек на большие значения номинальных при сохранении номинального значения МДС, равного 2400А. Реле регулируют на ток втягивания в пределах 30-80%. Коэффициент возврата не номинируется и составляет ориентировочно 0,3. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. По условиям динамической устойчивости втягивающая катушка тока обеспечивает протекание 10-кратного по отношению к номинальному тока в течение 0,5. Номинальный ток контактов 10А.

Контакты однополюсные постоянного  тока типа КП207 предназначены для  коммутирования силовых цепей генераторов и двигателей постоянного тока номинального напряжения 600В. Они исполняются с замыкающими главными контактами. Контактор КП207 отличается от соответствующего исполнения контактора КП7 наличием отключающих пружин. Номинальный ток контактора КП2207УЗ 2500А, номинальное напряжение 600В. Контакторы рассчитаны на продолжительный режим работы при номинальном токе. Предельно допустимое число включений в час - 30. собственное время срабатывания контактора КП207 (с учетом реле форсировки) замыкания - 0,25с, размыкания - 0,05-0,08с. Контакторы могут изготовляться со встроенным максимальным реле контактора КП207УЗ 1250, 1600, 2500, 3750, 5000А. Контакторы имеют три замыкающих и три размыкающих вспомогательных контакта , из которых один размыкающий контакт задействован в цепи форсировки катушки.

7.1 Защита от аварийных режимов при сборке схемы.

Защита выполнена на реле РЭ1, РЭ2 (тип реле РЭВ-825, номинальное напряжение 440В, диапазон регулирования срабатывания реле (0,35-0,8)×U_н, коэффициент возврата 0,3-0,4) и предназначена для запрета сборки схемы (включение линейного контактора), если на преобразователе или двигателе существует напряжение, превышающее порог срабатывания реле.

С целью снижения порога срабатывания катушки реле РЭ1 и РЭ2 выбираются на напряжение вдвое меньше рабочего напряжения двигателя. В приводах на 440В приняты катушки реле на 220В. Последовательно с катушками реле включены добавочные резисторы, обеспечивающий номинальный режим работы при полном напряжение преобразователя. Добавочные реле зашунтированы размыкающими контактами реле.

Таким образом, до момента включения на катушку реле поступает полное напряжение преобразователя. Напряжение втягивания реле регулируется в пределах (0,35÷0,8)×U_н.

Реле настраиваются на минимальное  напряжение втягивания. Для приводов 440В – U_вт=0,35×440=154В.

7.2 Нулевая защита.

Защита выполнена на блокировочном  контакторе КН (тип реле МК1-22, номинальное напряжение 440В, диапазон регулирования срабатывания реле (0,65-1,0)×U_н) в цепь катушки включены все остальные защиты от аварийных режимов работающего двигателя, а также блок-контакты аппаратов, контролирующих нормальную работу тиристорного преобразователя, возбудителя и системы регулирования.

Контактор КН обеспечивает контроль наличия оперативного напряжения, и  исключает самозапуск двигателя после исчезновения оперативного напряжения и его повторной подачи.

7.3 Защита от перенапряжения.

Защита реализована на реле РПН (тип реле РЭВ-825, номинальное напряжение 440В, диапазон регулирования срабатывания реле (0,35-0,8), коэффициент возврата 0,3-0,4) и предназначена для отключения двигателя при подаче на него недопустимо большого напряжения от преобразователя (например, вследствие аварии и полного его открытия).

Уставка реле РПН рассчитывается по формуле:

U_вт=(1,1-1,15)×U_нд=1,15×440=506 В,

где U_вт – напряжения втягивания РПН;

U_нд - номинальное напряжение двигателя

7.4 Максимально-токовая  защита.

Защита предназначена для отключения двигателя при недопустимой технологической перегрузке.

Установка реле РМ рассчитывается по формуле:

I_вт=(1,2-1,25)×k_м×I_н,

где I_вт -ток втягивания реле РМ;

k_м -перегрузочная способность двигателя;

I_н -номинальный ток двигателя.

.

7.5 Максимальная защита  цепи возбуждения.

Защита выполнена на реле РМВ (тип реле РЭВ-830, номинальный ток катушки реле 10А, диапазон регулирования срабатывания реле (0,3-0,65)×I_н, коэффициент возврата 0,3-0,4) и предназначена для отключения двигателя при коротком замыкании в цепи обмотки возбуждения.

Уставка реле РМВ рассчитывается по формуле:

I_вт=1,1×I_{в расч},

где I_вт –ток втягивания РМВ;

I_{в расч} – расчетное значение тока возбуждения двигателя;

при нерегулируемом потоке двигателя  принимаем I_{в расч}= I_вн

(I_вн- номинальный ток возбуждения двигателя)

I_вн=

I_вт=

7.6 Защита от обрыва  поля.

Защита реализована на реле РОП (тип реле РЭВ-830,номинальный ток катушки реле 10А, диапазон регулирования срабатывания реле (0,3-0,65)×I_н, коэффициент возврата 0,3-0,4) и предназначена для отключения электродвигателя при обрыве поля в цепи обмотки возбуждения. При постоянном потоке возбуждения  ток втягивания реле РОП рассчитывается по формуле:

I_вт=(0,5-0,7)×I_{в расч},

где I_{в расч} –расчетное значение тока возбуждения двигателя,

I_вт=

Из-за низкого коэффициента возврата реле РОП, схема не гарантирует защиту от недопустимого снижения потока возбуждения (кроме полного обрыва), поэтому ток попадания реле не регулируется.

 

 

 

 

 

8 Построение статических  характеристик замкнутой системы  электропривода

8.1 Построение естественной  механической характеристики.

Уравнение естественной механической характеристики имеет вид:

  [5]

Ее можно построить по двум характерным  точкам – точке холостого хода и при номинальном моменте и скорости.

[5]

[5]

8.2 Построение механической характеристики разомкнутой системы.

Уравнение статической характеристики разомкнутой системы имеет вид:

8.3 Построение механической  характеристики замкнутой системы

8.3.1 При максимальном напряжении задания.

Статическая характеристика замкнутой  системы описывается уравнением:

,

где - коэффициент усиления контура скорости;

;

Жесткость механической характеристики замкнутой системы:

тогда уравнение механической характеристики примет вид:

Строим также по точке холостого  хода и по точке номинального режима.

8.3.2 При минимальном напряжении задания.

Номинальная скорость при минимальном  задании:

Скорость холостого хода при  минимальном задании:

Минимальное напряжение задания:

8.4 Построение экскаваторной  характеристики.

Строится по точке стопорения и точке отсечки.

Точка стопорения

;

;

.

Точка отсечки

;

;

Рисунок 4.- Статические характеристики электропривода.

Рисунок 5.-Экскаваторная характеристика электропривода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Исследование качества  переходных процессов в проектируемой  системе ЭП с использованием  ЭВМ

Исследования качества переходных процессов произведем в программе Matlab (version 6.5.0.18091 3a Release 13).

 

9.1 Пуск двигателя напрямую  от сети вхолостую и наброс  нагрузки.

Структурная схема при таком  способе пуска будет иметь  вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После подачи напряжения двигатель начинает разгоняться, но т.к. он  разгоняется вхолостую, то через некоторое время он достигнет скорости холостого хода. Далее через определенный промежуток времени(1,5 с) произойдет подача на двигатель нагрузки, в результате чего скорость двигателя несколько уменьшится и установится. Далее двигатель будет работать с установившейся скоростью.

 

 

 

 

 

Из рисунка 8  видно, что при данном способе пуска  система не устойчива, т.к. по частотным критериям устойчивости, система  абсолютно устойчива, когда точка пересечения ЛАЧХ с осью нуля децибел лежит левее точки, где фазовый сдвиг достигает значения . В данном случае ЛАЧХ не пересекается  с осью нуля, т.к. структурная схема двигателя имеет обратную связь и малый коэффициент усиления равный 

 

 

 

9.2 Пуск двигателя от тиристорного преобразователя вхолостую и наброс нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

Из рисунка 11 видно, что при пуске  от тиристорного преобразователя система  находится на границе устойчивости, т.к.  в системе появляется дополнительное апериодическое звено, в результате чего увеличивается коэффициент усиления всей схемы.

 

 

 

9.3 Исследование замкнутой системы с общим усилителем при разных значениях К_у.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рисунках 13, 14, 15 показаны переходные процессы в замкнутой системе с общим коэффициентом усиления К_у=1;5;10. Из рисунков видно, что при увеличении коэффициента усиления увеличивается число колебаний, анализ ЛАЧХ показывает, что при увеличении К_у система будет все более неустойчива.