Расчёт автоматизированного электропривода в разомкнутой системе тиристорный преобразователь

 

Такой тип  ООС применяется при небольшом  диапазоне регулирования и невысоких  требованиях к жесткости механических характеристик привода, а установка  тахогенератора по каким–либо причинам нежелательна или невозможна. Обратная связь осуществляется подачей части напряжения двигателя на вход системы управления с делителя напряжения, подключенного на зажимы двигателя.

 

Рисунок 4.1. -  Структурная схема СУЭП с ООС по напряжению двигателя

 

Уравнение электромеханической  характеристики системы ТП–Д с обратной отрицательной связью по напряжению двигателя имеет вид:

 

,

где =258,26∙0,1916∙0,11906=5,89 - перепад скорости на естественной характеристике, с^-1; - перепад скорости в результате падения напряжения на сопротивлении преобразователя R_п, с^-1; - перепад скорости в замкнутой системе, с^-1; - угловая скорость идеального холостого хода двигателя в замкнутой системе, с^-1.

Из уравнения  следует

 

,                       

 

где - определяется по формуле

= =

Уравнение электромеханической  характеристики можно записать в  другом виде:

 

;

.

 

,                                

 

где Δω= =258,26∙0,11906∙0,1916=5,89– перепад скорости в разомкнутой системе,с^-1.

Величина  коэффициента обратной связи по напряжению К_н может находится в пределах от 0 до единицы. Практически К_н выбирается в диапазоне значений 0,85–0,95, а требуемый коэффициент К_треб обеспечивается за счёт выбора соответствующего коэффициента усиления усилителя:

.                                                    

После расчёта  коэффициента усиления К_у следует проверить обеспечен ли верхний предел диапазона регулирования при максимально возможном напряжении задания U_{з. мах} (10 В. для УБСР - АИ):

 

.          

=

=

Если условие  не выполняется, то необходимо уменьшить  величину К_ндо 0,024(или увеличить К_у) и повторить расчёт вновь.

4.2 Система управления с отрицательной обратной связью по напряжению и положительной обратной связью по току

 

Эта комбинация обратных связей применяется, когда  необходимо получать жесткие механические характеристики привода, а установка  тахогенератора по каким-либо причинам нежелательна или невозможна.

Расчет параметров системы (без учета действия цепи токовой отсечки) сводится к нахождению коэффициентов  по заданному статизму механических характеристик δ_з. Уравнение электромеханической характеристики системы имеет вид:

 

,            (4.26)

 

где - согласно (2.1).

Так как заданный статизм можно обеспечить варьируя , а уравнение,  куда входят эти коэффициенты, одно, то поступим следующим образом.  Известно, что при , где   .

 

 

 

Рис. 4.2. Структурная схема СУЭП с ООС по напряжению и ПОС по току

 

 

То есть в  этой системе при действии ООС  по напряжению невозможно получить жесткость  характеристик выше естественной. Поэтому  целесообразно с помощью ООС  по напряжению добиться в замкнутой  системе жесткости механических характеристик, близкой к естественной, в дальнейшем ее увеличение жесткости  до величины получить с помощью ПОС по току якоря. С учетом сказанного рекомендуется следующий порядок расчета.

4.2.1. Полагаем, что ПОС по    отсутствует (), и, задаваясь значением перепада скорости в системе с ООС по напряжению в пределах , определяем значения коэффициентов . Из (4.26) следует

 

                               (4.27)

 

В системе  уравнений (4.27) все величины, кроме  известны, поэтому решив ее, получим значенияобеспечивающие выбранный перепад скорости .

4.2.2. Для полученных значений определяют , обеспечивающий, по уравнению (4.26):

,                        (4.28)

где

;

 

.

 

В уравнении (4.28) все величины, кроме, известны либо рассчитаны ранее. Следует отметить, что при выполнении условия , получается система с обратной связью по ЭДС двигателя [4]. Системы с ООС по ЭДС двигателя применяются при диапазонах регулирования от до % в тех случаях, когда установка тахогенератора нежелательна. Анализ этой системы аналогичен анализу системы с ООС по скорости при и поэтому здесь не приводится.

4.3 Расчет системы тиристорный  преобразователь-двигатель при наличии   обратных связей с отсечками

4.3.1 Электромеханические характеристики в системе с ООС по напряжению, ПОС по току якоря и отсечкой по току

 

 

 

 

Напряжение

В.

Граничная ЭМХ  строится по уравнению

,

где .

 

Статические ЭМХ в этой системе строятся на основании уравнений для соответствующих  участков стабилизации и отсечки:

Первый участок:

 

 

Второй участок

 

На участке  действия отсечки результирующая ОС по току будет отрицательной  и знак в скобках изменится на противоположный.

Для нижней определяют из выражения для идеального холостого хода при ;

.

 

 Таблица 4.3.1.1 – Параметры  для построения электромеханических характеристик СУЭПс ООС понапряжению, ПОС по току и отсечкой по току

I , А	0	70	160	258,26
ω для ЭДС, с-1	118	116	114	104
ω1, с-1	106,729	104,089	101,449	98,8113
ω2, с-1	106,729	-110,651	-278,6	-156,754

 

Рисунок 4.3.1.1- Электромеханические характеристики СУЭП с ООС скорости, ПОС по току и отсечкой по току

4.4 Проверка устойчивости  СУЭП

Наиболее  просто проверить устойчивость СУЭП можно на основе алгебраического  критерия Рауса – Гурвица. Для  этого необходимо преобразовать  структурные схемы  и получить по ним передаточные функции системы по управлению и возмущению. Действие  токовой отсечки при анализе СУЭП на устойчивость не учитывается, анализ которой удобнее проводить методами математического моделирования, которые позволяют просто учитывать нелинейные элементы. На основании рассчитанных передаточных функций замкнутая система устойчива, если все определители Гурвица имеют положительный знак.

Для  системы с ООС по скорости, ПОС по току якоря и отсечкой по току передаточная функция замкнутой системы выглядит следующим образом:

 

 

        

Условия устойчивости замкнутой системы с характеристическими  уравнениями первого, второго, третьего и четвертого порядков можно записать как:

0.008339414*0,0024795-0,000010295*23.302=0,0002192 – система устойчива.

4.5 Моделирование и анализ  переходных процессов в замкнутой  системе ТП-Д с суммирующим  усилителем

Рисунок 4.5.1 Структурная схема СУЭП с ОС по скорости и токовой отсечкой

 

Переходный  процесс СУЭП с ОС по скорости без  токовой отсечки.

Переходный  процесс СУЭП с ОС по скорости с  токовой отсечкой.

 

Результаты  моделирования показывают, что полученная система обеспечивает плавные переходные процессы (без перерегулирования) и  является статической. При увеличении коэффициента усиления время переходного процесса уменьшается, но появляется перерегулирование.

4.6 Расчёт элементов  систем управления с суммирующим  усилителем

Рисунок 4.6.1 - Функциональная схема СУЭП

4.6.1Расчёт цепи обратной связи по напряжению

 

На рис. 4.6.1. изображён датчик напряжения UV, реализованный на делителе напряжения R, R и усилителе A. Датчик напряжения выполняют с гальванической  развязкой первичных и вторичных цепей,  например, ДН2-АИ. Для низковольтных двигателей возможно применение обычного резистивного делителя.

Коэффициент обратной связи по напряжению, реализуемый  на датчике напряжения:

 

K= K= KK,                                            (4.66)

 

где K - коэффициент передачи датчика; K - коэффициент передачи обратной связи по напряжению; K = R/ (R+ R) – коэффициент передачи делителя напряжения двигателя; K= 1 – начальный коэффициент передачи усилителя в цепи обратной связи по напряжению.

Сопротивления R, R и R рассчитывают для максимального режима аналогично п. 4.10.2, откуда при выбранномR

 

R = R- ,                          (4.67)

 

где = ω/ K+ IR_я.д=104,67/0,256+413,22∙0,1514=471,43– максимальное напряжение на якоре.

Сопротивление для известныхK и R:

R = KR=1000 Ом.                   (4.68)

 

4.6.2 Расчет цепи токовой отсечки и цепи положительной обратной связи по току якоря

 

Вначале рассчитывают цепь токовой отсечки по ранее  полученным величинам К_то, U_оп. Расчёту должен предшествовать выбор шунта RS из  ряда стандартных с U_{ном RS} = 0,075 В и I_{ном RS}.из ряда 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300 … 1000 А.

,                                                    

где К_RS = U_{ном RS}/ I_{ном RS}=0,075/300=0,00025– коэффициент передачи шунта.

Тогда:

К_А1 = К_то  / К_RS=0,1235/0,00025=494.

Напряжение пробоя стабилитронов:

U_оп=I_отсК_то=371,904*0,1235=45,93 В

Сопротивление R_то определяют на основании выбранного в предыдущих расчётах сопротивления R_з для максимального режима:

,                                

откуда

.

Далее при  необходимости  рассчитывают цепь положительной  ОС по току якоря. Значением R_вх2 задаются в пределе 10–100 кОм. Рассчитанный ранее коэффициент К_т определяют следующим образом:

                               К_т = К_А2 К_А1 К_RS = К_А2 К_то,                                            

   гдеК_А2=R_ос/R_вх2–коэффициент усиления вспомогательного инвертирующего усилителя А2.

К_А2 = К_т / К_то ,

 откуда  при выбранном R_вх2

R_ос2=R_вх2K_т/K_то=100*0,00002/0,1235=0,01219 Ом.

Сопротивление R_т определяют при известном R_з для максимального режима:

;

Тогда

.

 

5  РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ  СИСТЕМ ПОДЧИНЁННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ  ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО  ТОКА

 

Системы подчиненного регулирования являются многоконтурными  с каскадным включением регуляторов, количество которых соответствует  числу регулируемых переменных электропривода. На входе каждого регулятора сравниваются сигналы, пропорциональные заданному  и действительному значениям  регулируемой координаты данного контура, а выходное напряжение регулятора служит заданием для последующего регулятора (контура).

Оптимизацию системы с последовательной коррекцией начинают с первого внутреннего  контура, последовательно переходя к внешним . При переходе к внешнему контуру передаточную функцию оптимизированного  внутреннего подчинённого контура  упрощают, аппроксимируя её звеном первого порядка.

Оптимизировать  контур в идеальном случае – значит сделать его полностью безинерционным. Для этого в каждом контуре  последовательно с объектом регулирования нужно поставить регулятор, полностью компенсирующий постоянные времени объекта регулирования, т.е. математически как бы обладающий обратной передаточной функцией:

W(p) = .                                                  

 

 

 

Рисунок 5.1 - Структурная схема двухконтурной системы подчиненного регулирования

 

5.1  Расчёт параметров  контура тока

 

Рисунок 5.1.1 - Структурная схема контура тока

 

В контуре  тока объектом регулирования является якорная цепь двигателя, представляющая собой апериодическое звено с  большой постоянной времени .

 

Тиристорный преобразователь с  передаточной функцией:

Т_ТП=Т_μ

Желаемая для настройки на технический  оптимум передаточная функция разомкнутого контура регулирование тока

 

Передаточная функция объекта  регулирования

,

  ,

. -постоянная времени интегрирования      РТ

 

 

где С_ос = (0.1-2) мкФ, R_ос = (10 – 100) кОм – рекомендуемые значения.