Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Курсовик Определение структуры и параметров объекта управления скоростью асинхронного двигателя с фазным ротором. Расчет его динамических характеристик. Расчет характеристик асинхронного двигателя. Разработка принципиальной схемы и конструкции блока управления.
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 29.07.2009.
Год: 2009.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Введение
Современный электропривод состоит из большого числа разнообразных деталей, машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Наиболее важным элементом является система управления электроприводом (СУЭП). От правильного функционирования системы управления зависит состояние объекта управления и правильности отработки заданных параметров.
В настоящее время СУЭП решает несколько важных задач:
Формирование статических механических характеристик электропривода с целью стабилизации скорости (или момента), расширение диапазона регулирования скорости, ограничение перегрузок, формирование адаптивных систем.
Оптимизация переходных режимов с целью повышения быстродействия, снижения динамической ошибки, ограничение ускорения, рывков и т.д.
Целью данного курсового проекта является разработка системы непрерывного управления скоростью асинхронного двигателя с фазным ротором с помощью импульсно-ключевого регулятора добавочного сопротивления роторной цепи.
Также необходимо разработать принципиальную схему, с выбором ее элементов, и предложить вариант реализации блока управления. 1.Определение структуры и параметров объекта управления
В задании на курсовой проект в качестве исполнительного двигателя используется асинхронный двигатель с фазным ротором типа МТН112-6. Данный двигатель наиболее часто применяется в краново-металлургичес ом производстве. Приведем паспортные данные для двигателя:
Номинальная мощность P2н=15 кВт;
Номинальное напряжение статора (питания) Uн=380 В;
Номинальное напряжение ротора U2ф=219 В;
Номинальная частота вращения nном=955 об/мин;
Критический момент Ммах=380 Нм;
Номинальный ток статора I1н=38 А;
Номинальный ток ротора I2н=46 А;
Коэффициент мощности cos=0.73;
Коэффициент полезного действия =82%;
Момент инерции ротора Jp=0.313 кгм2;
Класс нагревостойкости - Н;
Степень защиты IP44.
Определим необходимые параметры двигателя:
Номинальная скорость двигателя:
Скорость холостого хода:
Номинальный момент двигателя:
Номинальное скольжение двигателя:
Критическое скольжение двигателя:
Отношения сопротивлений:
Сопротивление статора:
Ом
Приведенное сопротивление ротора:
Ом
Индуктивное сопротивление короткого замыкания:
Ом
Так как Xk=X1+X2', причем X1X2' примем: X1=0.68 Ом, X2'=0.7 Ом.
Рассчитаем коэффициент приведения сопротивления Кr:
Определяем сопротивления ротора:
Ом
О
Исходя из задания, силовой канал представляем следующим образом (рис.1):
рис.1. На представленной схеме: М - асинхронный двигатель с фазным ротором; BR - тахогенератор; U1 - трехфазный мостовой выпрямитель, включенный в цепь ротора; ДТ - датчик тока; Rd - добавочное сопротивление, шунтированное ключом с частотой коммутации fk=3кГц; К - коммутатор; СУ - система управления.
Дополнительный резистор Rd включен в цепь ротора через неуправляемый выпрямитель U1. Коммутатор (ключ) К периодически закорачивает сопротивление Rd, причем скважность = tвкл/Тком может изменяться внешним сигналом Uzc в пределах от 0 до 1. При =0 т.е. при не включенном коммутаторе, сопротивление роторной цепи составит Rr+Rd, что определит механическую характеристику 2 (рис.2). При =1 (ключ включен постоянно) Rd=0 и двигатель работает на характеристике 1, близкой к естественной (рис.2). Плавное изменение величины скважности в пределах 0< <1 обеспечивает семейство характеристик, расположенные между характеристиками 1 и 2. Величина в данном случае зависит от величины тока и скорости. Импульсно-ключевой способ управления АД имеет ряд преимуществ: Высокое быстродействие; Переход с характеристики на характеристику при переходных процессах плавный, без скачков тока и момента, что повышает надежность системы.
Наряду с этими достоинствами данный способ имеет очень существенный недостаток: Регулирование скорости осуществляется путем повышения скольжения, что приводит к увеличению потерь. Поэтому ИКР следует применять только в старых электроприводах в качестве их модернизации, и то только тогда, когда двигатель работает на низких скоростях непродолжительное время. 2.Расчет характеристик асинхронного двигателя
По уточненной формуле Клосса рассчитываем значения момента и скорости:
Результаты вычислений сведены в таблицу 1.
Тб.1
S
1
0.9
0.8
0.6
0.5
0.4
0.3
0.285
0.25
0.2
W рад/с
0
10.5
20.9
41.9
52.4
62.8
73.3
73.4
78.5
83.8
M Нм
259
282.4
308.8
375.1
414.6
453.8
478.2
480
477.6
450.1
S
0.1
0.09
0.05
0.045
0
W рад/с
94.2
95.3
99.5
100
104.7
M Нм
301.2
276.5
156.5
159
0
Естественная характеристика представлена на рис.2
Определим рабочую область электропривода:
Скорость: Wo(0.05…0.5)=5.23552. 5 рад/с;
Момент: Мн(0.2…1)=30150 рад/с;
На рис.2 эта область выделена штриховкой. В режиме ИКР двигатель работает на семействе характеристик с постоянно меняющейся жесткостью (из-за постоянного изменения сопротивления Rd ). Максимальное значение сопротивления соответствует точке А, рассчитываем его величину по формуле:
,
где: S'k - критическое скольжение на характеристике 2;
S'н - номинальное скольжение на этой характеристике;
Мн - момент нагрузки (для точки А равен 30 Нм).
Находим номинальное скольжение S'н= 0.95
С помощью программного пакета MATHCAD находим значение критического скольжения на характеристике 2: S'k=7.27 , тогда:
R2'max= S'k*Xk=7.27*1.38=10.03 Ом;
R2'д=R2'maх-R2'=10. 3-0.4=9.63 Ом;
R2д= R2'д/Kr=9.63/1.21=7. 6 Ом.
Рис.2
Приведем эквивалентную схему замещения объекта управления относительно выпрямленного тока Id:
- скважность;
, где:
Kcx - коэффициент схемы, принимаем равным 1.35 3.Разработка алгоритма управления и расчетпараметров элементов структурной схемы
Согласно эквивалентной схеме замещения запишем следующие дифференциальные уравнения:
где:
Данный объект нелинейный, т.к. присутствуют *Id, Id2 и т.д. Рассмотрим линеаризацию объекта, и запишем уравнения в приращениях:
где:
.
Целесообразно использовать двухконтурную систему подчиненного регулирования координат с внутренним контуром выпрямленного тока. Исходя из линеаризованных дифференциальных уравнений, получим следующую структуру (рис.3):
рис.3
Данная структура представлена в общем виде. Определяем параметры объектов: Рассчитаем максимальную электромагнитную постоянную времени и минимальную электромеханическую постоянную, и определим их соотношение:
Найдем отношение постоянных времени:
Т.к. отношение m>>8, следовательно, при расчетах мы можем пренебречь влиянием обратной связи по ЭДС двигателя.
Для определения коэффициентов двигателя Се и См рассчитаем значение Idнач из формулы:
Для найденного значения Idнач рассчитаем коэффициенты Се и См по формулам:
Определим значение эквивалентного сопротивления:
;
примем среднее значение=0.5, S=0.95
Т.к. эквивалентная электромагнитная постоянная времени соизмерима с постоянной времени преобразователя, то мы не можем пренебречь дискретностью преобразователя. Для искусственного увеличения Тэ введем в цепь ротора дополнительный реактор с индуктивностью Ld'=6 мГн.
Дискретность широтно-импульсного преобразователя можно не учитывать. Коэффициент передачи ШИМ примем равным Кшим=1.
Произведем настройку контура тока на технический оптимум. Рассчитаем необходимый регулятор тока:
за малую постоянную времени примем:
Кot - коэффициент обратной связи по току Id.
;
итак, получили ПИ - регулятор тока, с постоянной Тpt=0.059.
Передаточную функцию замкнутого контура тока представим в виде:
Контур скорости также настроим на технический оптимум:
;
Кос - коэффициент обратной связи по скорости
Мы получили П - регулятор скорости Крс=22 4.Расчет динамических характеристик
Расчет динамических характеристик проведем с помощью комплекса МИК-АЛ, используя структуру на рис.3 (но с учетом упругой механической части). Ниже приведена программа моделирования данного объекта:
$Ввод *kurs
КОНСТ
Uu=1,Mc=10.3,Kрc=22, рт=0.059,Kшим=1,Udn= 09.44,L=0.0104,
J1=0.78,Koc=0.147,K т=0.156
17V V=Uu
111U W=1 Вх=17
1U W=Kрc Вх=111+15
2N огран пар=10 Вх=1
3L W=1/Tрт*p Вх=2+16
4N огран пар=10 Вх=3
5U W=Kшим Вх=4
6U W=Udn Вх=5
7L W=1/L*p Вх=6+100+200
*Cm*
21U W=1.05 Вх=7
*Ce*
100U W=-1.85 Вх=9
*R*
200U W=-40.6 Вх=7
9L W=1/J1*p Вх=21+14
14V V=-Mc
15U W=-Koc Вх=9
16U W=-Kот Вх=7
Инт RKT4
Нач вр=0
Кон вр=0.65
Шаг инт=0.0001
шаг выв=0.001
Вывод 7,21,9
Выходы 7=I,21=M,9=w1
Диспл 7,21,9
$Кон
$Стоп
Результаты моделирования представлены в виде графиков:
1.Пуск на минимальную скорость при минимальном моменте сопротивления (Uy=1, Mc=30 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.2 с;
Перерегулирование =0.2%;
Ошибка Wуст=0.038рад (Wмах=0.0524 рад)
2.Пуск на минимальную скорость при максимальном моменте сопротивления (Uy=1, Mc=150 Нм)
3.Пуск на максимальную скорость при минимальном моменте сопротивления (Uy=10, Mc=30 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.5 с;
Перерегулирование =1%
Ошибка Wуст=0.41рад (Wмах=0.52 рад);
4.Пуск на максимальную скорость при максимальном моменте сопротивления (Uy=10, Mc=150 Нм)
Как видно из приведенных графиков, результаты не только не удовлетворяют техническому заданию, но и смоделированная структура не отражает в полном объеме свойств системы.
Заменим в структуре постоянные коэффициенты См, Се, R на переменные, в соответствии со следующими формулами:
,где S, , Id - переменные.
Для улучшения свойств системы, введем адаптивный регулятор с эталонной моделью, формирующей оценку управляющей координаты при настройке контура на технический оптимум с постоянной времени Т=0.002 с.
Передаточная функция эталонной модели составляет два последовательно соединенных звена , , охваченн и т.д.................
