(7.39)

где

Отсюда видно, что требуется пропорционально-интегральный регулятор скорости, с постоянной интегрирования:

 (7.40)

Вычислим коэффициент усиления регулятора скорости при

 (7.41)

Определим величину коэффициента передачи по моменту:

 (7.42)

 (7.43)

Определим модуль статической жесткости естественной характеристики:

 (7.44)

 (7.45)

Определим коэффициент обратной связи по скорости:

, Вс (7.46)

где –максимальный задающий сигнал

-максимальная скорость идеального холостого хода (); Тогда

 (7.47)

Отсюда

 (7.48)

Задавшись сопротивлением , в качестве резистора  выбираем резистор типа МЛТ-0,25-100кОм[9], определим сопротивление :

 (7.49)

 (7.50)

 (7.51)

В качестве резистора  выбираем резистор типа МЛТ-0,5-400кОм

Регулятор скорости строим на базе операционного усилителя К553УД1А, с параметрами [9]:

-напряжение питания

-минимальный коэффициент усиления

Потребляемый ток

Определим ЭДС тахогенератора при

 (7.52)

 (7.53)

 (7.54)

Рассчитаем сопротивление

 (7.55)

 (7.56)

В качестве резистора  выбираем резистор типа МЛТ-0,5-210кОм Стабилитроны VD1 и VD2 в цепи обратной связи РС, включенные для ограничения его выходного напряжения, должны быть выбраны на напряжение:

 (7.57)

Выбираем по справочнику [9] стабилитрон КС5102А,

 (7.58)

где –напряжение ограничения регулятора скорости.

7.4 Расчет статической характеристики

Рассчитаем статическую электромеханическую характеристику синтезированного электропривода при  и при

Уравнение механической характеристики при линейной характеристике регулятора скорости можно получить из условия:

 (7.59)

Так как в статическом режиме напряжение на выходе ПИ-регулятора тока должно быть равно нулю

 (7.60)

В результате алгебраических преобразований получим следующее усиление по скорости:

 (7.61)

где –скорость холостого хода ()

При

 (7.62)

при

при

при

8 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Из теории автоматического управления известно, что динамические свойства замкнутых систем определяются свойствами разомкнутой системы, ее передаточными функциями и частотными характеристиками. Знание свойств объекта необходимо при синтезе замкнутых систем регулируемых электроприводов, обладающих требуемыми: быстродействием, колебательностью и точностью обработки заданных режимов.

8.1 Устойчивость электропривода

На любую автоматическую систему всегда действуют различные внешние возмущения, которые могут нарушить ее нормальную работу. Правильно спроектированная система должна быть устойчива при всех внешних возмущениях.

Понятие устойчивость системы связано со способностью ее возвращаться с определенной точностью в состояние равновесия после исчезновения внешних сил, которые вывели ее из этого состояния.

На практике широкое применение получил анализ устойчивости систем автоматического управления, основанный на применении логарифмически- частотных характеристик разомкнутой системы.

Для построения ЛАЧХ и ФЧХ необходимо определить передаточную функцию разомкнутой системы электропривода, изображенной на рисунке 8.1.

Определим передаточную функцию замкнутого контура тока, изображенного на рисунке 7.8. Для этого сначала определим передаточную функцию разомкнутого контура тока.

 (8.1)

 (8.2)

где –соотношение постоянных времени.

Передаточная функция замкнутого оптимизированного контура тока  без учета внутренней связи по ЭДС двигателя имеет следующий вид:

 (8.3)

Перейдем к расчету регулятора скорости. Замыканием цепи обратной связи по скорости и введением в цепь управления регулятора скорости с передаточной функцией  получаем второй контур регулирования, структурная схема которого показана на рисунке 7.9.

Определим передаточную функцию разомкнутого контура скорости электропривода:

 (8.4)

Представив числовое значение  сек. в уравнение (8.4) получим передаточную функцию разомкнутого контура скорости электропривода [10]:

 (8.5)

Составим выражения для построения ЛАЧХ (L()) и ФЧХ (ф()):

 (8.6)

 (8.7)

Подставляя значение w от 0 до 1000 1/с в полученные выражения, получим значения ЛАЧХ и ФЧХ (таблица 8.1)

Таблица 8.1 Данные для построения ЛАЧХ и ФЧХ.

Продолжение таблицы 8.1 Данные для построения ЛАЧХ и ФЧХ.

Построим ЛАЧХ и ФЧХ:

Частоты сопряжения:

 (8.8)

 (8.9)

Частота среза:

 (8.10)

Из построенных характеристик видно, что система обладает устойчивостью, так как при положительном усилении системы фазо-частотная характеристика не имеет ни положительного, ни отрицательного перехода через ось 180°. При этом запас устойчивости составляет 37°.

8.2 Расчет переходного процесса

В процессе расчета систем автоматического регулирования необходимо получить требуемые показатели качества переходного процесса: быстродействие, колебательность, перерегулирование, характеризующих точность и плавность протекания процесса [10].

Показатели качества, определяемые непосредственно по кривой переходного процесса, называются прямыми оценками качества.

Переходную характеристику h(t) получаем путем подставления значения времени t в выражение (7.6).

Результаты занесем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 Данные для построения переходной характеристики

Продолжение таблицы 8.2

Оценим качества рассчитываемой системы по переходным характеристикам [11]. Время регулирования  - максимальное время по истечении, которого регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с заданной точностью, в данном случае =2%.

Тогда;  (8.11)

 с (8.12)

Перерегулирование  - максимальное отклонение переходной характеристики от установившегося значения выходной величины, выраженное в процентах.

 (8.13)

где значение первого максимума (), (8.14)

При настройке системы на симметричный оптимум перерегулирование может достигать 43,4%.

Частота колебаний:

Т-период колебаний

 (8.15)

Число колебаний n, которое имеет переходная характеристика h(t) за время регулирования .

Время достижения первого максимума:  сек.

Декремент затухания , равный отношению модулей двух смежных перерегулирований [ 11 ]:

 (8.16)

 (8.17)

По полученным характеристикам качества переходного процесса видно, что рассчитываемая система удовлетворяет заданным требованиям и может быть использована в качестве системы автоматического управления электроприводом экструдера.

9 РАСЧЕТ НЕУПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

9.1 Выбор и расчет параметров трансформатора

Выбор трансформатора для питания вентильного преобразователя производится по расчетным значениям фазных токов во вторичной  и первичной  обмотках, ЭДС вторичной обмотки  и типовой мощности трансформатора .

Расчетное значение ЭДС вторичной обмотки  трансформатора для питания преобразователя, работающего в режиме непрерывного тока, определяем по формуле:

 (9.1)

где -коэффициент, характеризующий отношение напряжений  в реальном выпрямителе, =0,428;

-коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети,

-коэффициент запаса по углу открывания вентиля, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале,

-коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, в вентилях и за счет перекрытия анодов,

-напряжение на обмотке возбуждения.

 (9.2)

Расчетное действующее значение фазного тока вторичной обмотки трансформатора  определяют по величине выпрямленного тока :

 (9.3)

где –коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной (

-коэффициент, характеризующий отношение действующего значения фазного тока вторичной обмотки трансформатора к величине выпрямленного тока;

-значение выпрямленного тока, которое здесь следует принимать равным

 (9.4)

Величина коэффициента зависит от схемы выпрямления на основании данных таблицы 5.2.

Определяем коэффициент трансформации :

 (9.5)

 (9.6)

где  и –число витков первичной и вторичной обмоток соответственно;

-номинальное значение фазного напряжения питающей сети переменного тока.

Расчетное действующее значение фазного тока первичной обмотки трансформатора  определяем по формуле

 (9.7)

 А, (9.8)

где  -коэффициент, характеризующий отношение действующего значения фазного тока первичной обмотки трансформатора к величине выпрямленного тока. Величина коэффициента  зависит от схемы выпрямления и выбирается на основании данных таблицы 5.2.

Определяем расчетное значение мощности трансформатора:

 (9.9)

 ВА (9.10)

где –коэффициент схемы выпрямителя.

Коэффициент  представляет собой отношение типовой мощности трансформатора  к максимальной мощности цепи постоянного тока, которая определяется произведением ЭДС преобразователя в режиме холостого хода  и величины выпрямленного тока . Величина коэффициента  выбирается на основании данных таблицы 5.2.

Выбор трансформатора осуществляется на основании расчетного значения типовой мощности с учетом следующих условий:

 (9.11)

 (9.12)

где –номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;

-номинальный фазный ток вторичной обмотки трансформатора.

Выбираем трансформатор ТСЗ-160/0,66 [9]

Для выбранного трансформатора известны значения мощности  и напряжения  , определяемые из опыта короткого замыкания. Отметим, что напряжение  ПРИВОДИТСЯ в процентах от номинального значения фазного напряжения питающей сети переменного тока и

9.2 Расчет и выбор диодов

Определим величину выходного напряжения на выходе трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя, питающего обмотку возбуждения:

 (9.13)

 В, (9.14)

где –лилейное напряжение обмотки трансформатора;

1,35-коэффициент для трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Сопротивление обмотки возбуждения равно 26,8 Ом. Рассчитаем номинальный ток возбуждения:

 (9.15)

где -напряжение обмотки возбуждения;

-сопротивление обмотки возбуждения.

 А, (9.16)

Средний ток, проходящий по диодам:

,А, (9.17)

где -номинальный ток возбуждения

 А, (9.18)

Рассчитаем обратное напряжение диодов:

, (9.19)

 В, (9.20)

По справочнику [9] выбираем диоды марки Д112-1С с параметрами:

 А,

 В

10 ВЫБОР АППАРАТУРЫ ЗАЩИТЫ

Для обеспечения надежной работы электропривода и технологического оборудования в схемах управления предусматривается специальная защитная аппаратура. Во многих случаях целесообразно осуществлять контроль за состоянием, и режимами работы отдельных узлов ЭП, что обеспечивается с помощью средств управления, защиты, сигнализации, измерительных и регистрирующих приборов. В зависимости от назначения их можно разделить на две основные группы: коммутационные аппараты (высоковольтные выключатели, разъединители, контакторы) и защитные аппараты (автоматические выключатели, плавкие предохранители, различные реле и разрядники для защиты от перенапряжений)[12].

Автоматические выключатели имеют тепловой расцепитель и, как правило, электродинамический расцепитель. Автоматы, как правило, снабжаются дугогасящими устройствами в виде фибровых пластин либо дугогасящих камер [12].

Автоматы выбирают по их номинальному току, току уставки расцепителей, определяют по следующим соотношениям:

- ток уставки теплового расцепителя:

 А, (10.1)

 А, (10.2)

- ток установки электродинамического расцепителя:

 А, (10.3)

 А, (10.4)

Исходя из полученных отношений из справочника [9] выбираем автоматический воздушный выключатель серии А3710Б.

Таблица 10.1 Параметры автоматического выключателя А3710Б

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка и дугогасящая среда. Выбор плавкой вставки предохранителей производится по пусковому току, который рассчитывается таким образом, чтобы она не перегорала при пуске двигателя. Исходя из выше сказанного, из справочника [9] выбираем предохранитель типа:

Таблица 10.2 Параметры предохранителя ПП61.

Магнитный пускатель представляет собой комплексное устройство управления, состоящее из одного или нескольких электромагнитных контакторов, тепловых реле и кнопок управления. Контакторы имеют главные

(силовые) контакты и вспомогательные или блок-контакты, предназначенные для организации цепей управления и блокировки [12].

Выбор контакторов и магнитных пускателей осуществляется по номинальному напряжению сети, номинальному напряжению питания катушек контакторов и пускателей, по номинальному коммутируемому току электроприёмника, исходя из этого выбираем по справочнику [9] контактор типа КТ64 и магнитный пускатель ПА400. В данном пускателе для тепловой защиты (т.е. защиту двигателя от перегрева, вызванного перегрузкой по току) применяются тепловые реле серии ТРП (номинальный ток тепловых элементов 1,75 - 500 А; предел регулирования уставок 15%; реле срабатывает в течении 20 мин при токе 1,35 ).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8