Проектирование электропривода подъема экскаватора карьера

Программа имеет  удобный пользовательский интерфейс, полноэкранный и оконный режимы работы.

Имитационный  модуль представляет собой программную  систему, позволяющую в режиме интерактивного взаимодействия с ПЭВМ решать следующие основные задачи.

1. Формирование и корректировка графических изображений многоуровневых 
структурных  моделей  технических  объектов,   используя  доступный  набор 
базовых элементов и функциональных блоков.

2. Подготовка     и     реализация     в     интерактивно-управляемом    режиме 
вычислительных   экспериментов   с   этими   моделями   в   целях   получения 
информации о динамическом поведении исследуемого объекта во временной и 
частотной областях.

3. Экспорт моделей  и  результатов  вычислительных  экспериментов  как  в 
подсистемы комплекса (Редактор отчетов), так и в другие Windows-приложения 
(например, в MS Word и MS Excel для обработки результатов и оформления 
документации).

Цель моей работы заключается в проектировании САУ электропривода механизма подъема ковша экскаватора. Система представляет собой регулируемый электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и замкнутой по скорости и системой автоматического регулирования. В качестве управляемого преобразователя служит реверсивный тиристорный преобразователь.

 

 

 

 

3.1. Анализ САУ с приводом моделирования,  результаты расчетов, колебательность, перерегулирование, точность.

Данная работа основана на использовании программы IDS v.Ol «Имитационный комплекс» позволяющей методами математического моделирования создавать структурные и функциональные модели современного электропривода.

Программа имеет  удобный пользовательский интерфейс, полноэкранный и оконный режимы работы.

Имитационный  модуль представляет собой программную  систему, позволяющую в режиме интерактивного взаимодействия с ПЭВМ решать следующие основные задачи.

1. Формирование и корректировка графических изображений многоуровневых 
структурных  моделей  технических  объектов,   используя  доступный  набор 
базовых элементов и функциональных блоков.

2. Подготовка     и     реализация     в     интерактивно-управляемом    режиме 
вычислительных   экспериментов   с   этими   моделями   в   целях   получения 
информации о динамическом поведении исследуемого объекта во временной и 
частотной областях.

3. Экспорт моделей  и  результатов  вычислительных  экспериментов  как  в 
подсистемы комплекса (Редактор отчетов), так и в другие Windows-приложения 
(например, в MS Word и MS Excel для обработки результатов и оформления 
документации).

Цель моей работы заключается в проектировании САУ электропривода механизма подъема ковша экскаватора. Система представляет собой регулируемый электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и замкнутой по скорости и системой автоматического регулирования. В качестве управляемого преобразователя служит реверсивный тиристорный преобразователь.

 

 

 

 

Проектируемое устройство называется: «Электропривод подъема экскаватора». Рассматривается система привода двигатель постоянного тока независимого возбуждения - тиристорный преобразователь. Проектирование осуществляется в программе комплексного моделирования динамических систем IDS, 1.0. Модель может быть применена для работы по изучению свойств и характеристик проектируемого двигателя.

Система   предназначена   для   управления   электроприводом   механизма подъема экскаватора.

Цель поставленная при  проектировании электропривода механизма подъема экскаватора состоит в разработке системы управления, изучении свойств данного электропривода, его механических характеристик, режимов работы, анализе переходных процессов и оценка качества регулирования.

Проектируемая система представляет регулируемый электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения ДЭ-812 (Рном ⁼ 190 кВт) и замкнутый по скорости системой автоматического регулирования. В качестве управляемого преобразователя применен реверсивный тиристорный преобразователь типа КТЭ-800/220-13212-УХЛ4. Такой электропривод обеспечивает высокие показатели качества регулирования скорости, высокую точность и быстродействие, надежность, простоту в наладке и эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  параметры механизма приведены в таблице 3.1.

 

Исходные  данные	Условные  обозначения	Значение
Усилие копании  породы	Fz	498830 Н
Скорость  подъема ковша	Vпр	0,94 м/с
Скорость  обратного хода	Vобр	0,88 м/с
Масса ковша	тс	13600 кг
Масса породы	тд	13500кг
Высота забоя	Ld	Юм
Радиус ведущей  шестерни	Гш	0,48м
КПД   механической   передачи   при рабочей нагрузке	*lnN	0,9
КПД   механических   передач    при перемещении   ковша   на   холостом ходу	Ппхх	0,4

Используемый  комплекс имитационного моделирования  динамических систем IDS 1.0 удовлетворяет требованиям по выбору метода решения оцениваемым по таким характеристикам вычислительного процесса как точность, сходимость и эффективность численного метода; и требованиям по условиям построения компьютерной модели обеспечивающих хорошую скорость счета, экономию оперативной памяти, точность, простоту, надежность и подцерживаемость Основные технические требования, предъявляемые к данной системе:

1. Электротехническая безопасность.
2. Экологическая безопасность.
3. Техническая надежность.
4. Экономичность.
5. Пуск и остановка двигателя.

 

 

 

6. Диапазон регулирования.
7. Плавность движения.
8. Быстродействие.

9. Перерегулирование. 
   10. Колебательность

Состав и  содержание работ по созданию системы

В комплекс работ по созданию системы входит построение функциональных блоков структурной модели системы тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока. Необходимо выполнить блок регулирования скорости, блок регулирования тока якоря, блок преобразователя и блок motor. Пo исходным данным проектируемого двигателя и по известным формулам необходимо рассчитать все требуемые коэффициенты и внести их в схему.

Далее подбираются  параметры эксперимента для интегрирования и вывода данных.

Полученные   результаты   моделирования   выражаются         в   графиках зависимости   w=f(t),   M=f(t)   и   I=f(t).   После   получения   положительных результатов производится их оценка по ранее приведенным характеристикам и оформление документации. Средства моделирования системы

Система моделируется в комплексе имитационного моделирования динамических систем IDS 1.О., отвечающим требованиям для разработки подобных систем.

Программа имеет  удобный пользовательский интерфейс, полноэкранный и оконный режимы работы. Используемая версия программы разработана под 32-х разрядный MS Windows, т.е. может быть установлена начиная с Windows 95 и далее.

 

 

 

 

Построение  структурных моделей и расчет элементов электропривода Исходные данные для моделирования

В   таблице   3.2.   приведены,   необходимые   для   построения   модели, параметры моделируемого электродвигателя. Таблица 3.2. Параметры моделируемого комплектного двигателя КТЭ-800/220-13212-УХЛ4

 

 

 

Рис. 3.1. Структурная  модель системы ТП-ДПТ Структурная модель и расчет параметров электродвигателя

Процессы  электромеханического преобразования энергии в ЭДПТ НВ описываются уравнениями баланса напряжения в якорной цепи и цепи возбуждения и являются основой для построения внутренне схемы Motor.

Динамика  механической части системы «двигатель - рабочая машина» описывается упрощенным уравнением движения:

 

 

 

где   mc  -   приведенный   момент   статического   сопротивления.   Указанные уравнения имеют следующий вид: -   для якорной цепи:

где U_я - напряжение, приложенное к обмотке якоря, L_я , R_я - индуктивность и активное сопротивления обмотки, Е - ЭДС двигателя, Ф - магнитный поток возбуждения, k - конструктивный коэффициент двигателя. -   для цепи возбуждения:

 

 

 

 

где  ub - напряжение,  приложенное к обмотке возбуждения, L_B ,  R_B индуктивность и активное сопротивления обмотки.

Для построения структурной модели блока преобразуем  уравнения (3.2) -(3.2.3) при одновременной подстановке s=d/dt.

 

 

 

где

- электромагнитная  постоянная якорной цепи двигателя.

В   соответствии   с   уравнениями   (3.4)   -   (3.5)   внутренняя   схема функционального блока «Motor» принимает вид, приведенный на рис. 3.2. Таблица 3.3. Параметры элементов функционального блока ДПТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.2..  Графическое  внутреннее  изображение  функционального  блока

Motor.

Находим параметры  элементов электродвигателя.

1. Коэффициент усиления    К=1/R_Э=1/0,03=33,3

3. Электромеханическая  постоянная времени

2. Электромагнитная постоянная времени якорной цепи:

Структурная модель и расчет параметров преобразователя

Современные электромеханические системы обеспечивают автоматическое управление технологическими машинами и агрегатами. При использовании в качестве исполнительного органа электродвигателя постоянного тока наилучшие статические и динамические характеристики получаются при изменении напряжения якорной цепи. Поэтому наибольшее применение для этих целей нашли системы со статическими преобразователями напряжения, в частности с тиристорными управляемыми выпрямителями (ТУВ). Предлагаемая методика моделирования позволяет учитывать основные специфические свойства ТУВ как элемента динамической

 

 

 

 

системы - дискретный характер управления, неполную управляемость вентилей, нелинейность характеристик управления, наличие пульсаций напряжения и тока нагрузки без рассмотрения процессов в каждом вентиле, а также обеспечивает корректную имитацию динамических процессов в режимах непрерывного и прерывистого токов нагрузки.

Алгоритм  воспроизведения реальных динамических процессов в системах

с ТУВ предлагается разделить на два этапа:

1. Непрерывный  сигнал управления U_y преобразуется в сетчатую функцию угла открывания тиристоров aj (j=0,l,2,...), в соответствии с которой из отрезков синусоид напряжения питающей сети формируется т.н.

 

Физическим  аналогом

внутренняя  ЭДС управляемого выпрямителя

этой    ЭДС    является    напряжение    на    нагрузке    при    бесконечной индуктивности (L_H=oo) и идеальном силовом трансформаторе.   2. При выполнении  условия протекания  тока  в нагрузке,  когда сумма

 

положительна,

внутренней   ЭДС   е_ув   и   ЭДС   нагрузки

вычисляется его значение, которое соответствует  реальному. Для применения приведенного алгоритма в библиотеку типовых нелинейных элементов включено звено «Управляемый выпрямитель», в котором программно

 

для

реализовано     математическое     описание     зависимости

симметричных  схем  ТУВ   с  числом  фаз  m=2,3,6  при следующих основных допущениях:

• вентили  являются  идеальными   ключами,   открывающимися  при   подаче 
  управляющего импульса и наличии положительного прямого напряжения;
• управление вентилями осуществляется «широкими» импульсами, но не шире 
  интервала дискретности;
• ТУВ выполнен по бестрансформаторному варианту.

Для   получения   реальной   картины   динамических   процессов   в   системе «тиристорный управляемый выпрямитель - нагрузка» (ТУВ - Н) воспользуемся

 

 

 

схемой замещения. В общем случае характер нагрузки, подключенной к ТУВ, представим с помощью некоторого комплексного сопротивления Z_H(s) и ЭДС

нагрузки  Е_н, а вентильные свойства преобразователя учитывает идеальный вентиль V.

 

 

 

 

Рис. 3.3. Схема  замещения системы ТУВ-Н

Тогда уравнения  для вычисления тока нагрузки    будет иметь вид:

 

 

 

 

 

 

 

Вентильные  свойства ТУВ обусловливают режим  прерывания тока, когда