Реферати українською » Физика » Дослідження динамічних характеристик електроприводів постійного струму при різних способах збудження


Реферат Дослідження динамічних характеристик електроприводів постійного струму при різних способах збудження

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Запровадження

Сучасні автоматизовані електроприводи є складні динамічні системи, які включають у собі різні лінійні інелинейние елементи (двигуни, генератори, підсилювачі, напівпровідникових та інші елементи), щоб забезпечити у своїй взаємодії різноманітні статичні і динамічні характеристики.

Двигуни постійного струму використовують у прецизійнихприводах, потребують плавного регулювання частоти обертання широтою діапазону.

Властивості двигуна постійного струму, як і і генераторів, визначаються способом порушення та схемою включення обмоток порушення. По способу порушення можна розділити двигуни постійного струму на двигуни з електромагнітним імагнитоелектрическим порушенням.

Двигуни з електромагнітним порушенням поділяються на двигуни з паралельним, послідовним, змішаним й незалежною порушенням. Електричні машини постійного струму оборотні, тобто, можлива їхньої роботи як двигунів чи генераторів.

Наприклад, тоді як системи управління з допомогою генератора в зворотний зв'язок від'єднати генератор від первинного двигуна і підвести напруга дообмоткам якорі і порушення, то якір почне обертатися й престижний автомобіль працюватиме як двигун постійного струму, перетворюючи електричну енергію в механічну. Двигуни незалежного порушення найповніше задовольняють основним вимогам до виконавчим двигунам самогальмування двигуна під час зняття сигналу управління, широкий діапазон регулювання частоти обертання, лінійність механічних і регулювальних характеристик, стійкість досягнення в всім діапазоні обертання, мала потужність управління, високе швидкодія, малі габарити і безліч.


Теорія регульованого електропривода, яка налічує вже жоден десяток, років, постійно вдосконалюється разом із удосконаленням конструктивних рішень. Особливо інтенсивна розбудова вона отримало останній час завдяки вдосконалення традиційних і нових силових керованих напівпровідникових приладів, інтегральних схем, розвитку цифрових інформаційних технологій та розробки різноманітних системмикропроцессорного управління.

Сучасні комп'ютерні технології, основу яких вмостилися прикладні пакети, дають можливість глибшого вивчення питань; що з проектуванням напівпровідникового електропривода. Вони дозволяють якісно змінити й істотно поліпшити технологію вивчення, перевести їх у віртуальну дійсність, здійснити у цій віртуальної лабораторії потрібні дослідження із отриманням кількісних результатів.

Нині є велика література з теорії електропривода. З іншого боку, є література з прикладних пакетів. Але практично відсутні роботи, у яких теоретичні питання регульованого електропривода досліджувалися б із залученням комп'ютерних прикладних програм.

Щоправда, останнім часом з'явилося багато добрих книжок, присвячених прикладним технічним пакетів, але у основі лежить сам пакет; конкретні приклади, наведені у цих монографіях, покликані демонструвати можливості пакета і комп'ютера.

Література по силовимполупроводниковим перетворювачів, призначеним керувати електричними машинами в системах електропривода, потребує постійному коригуванню, оскільки вдосконалюються предмет та фізичні методи дослідження. Силові напівпровідникові перетворювачі, істотно поліпшуючи енергетику, дозволяють реалізувати (звісно, при сучасномумикропроцессорном управлінні) якісно "нові способи регулювання електричними машинами. У цьому класичні машини при управлінні від напівпровідникового перетворювача набувають нових властивостей і здатні якісно нові, кращі характеристики. Силові напівпровідникові перетворювачі дозволяють також реалізувати нові конструктивні і технологічні рішення, які мають властивості, недоступними класичному електроприводу.

Сучасний електропривод з допомогою напівпровідникових вузлів (далі – «напівпровідниковий електропривод») складається з з трьох основних відмінних частин:

1. Силова перетворювальна частина, що містить силовий підлозіпроводниковий перетворювач. Основна функція залежить від перетворення електричної енергії між джерелом харчування і електричним двигуном.

2.Электромеханическая частина, що містить робочий механізм, з'єднаний у вигляді механічної передачі з електричним двигуном.

3. Інформаційна (управляюча) частина, службовець керувати силовимполупроводниковим перетворювачем і забезпечує заданих властивостей електроприводу.

Уявімо дуже короткий огляд сучасних прикладних пакетів, які можна використовуватимуться проектування напівпровідникового електропривода.

Передусім треба сказати пакетMatLab з широко розвиненими доповненнями (>Toolboxes), у тому числіToolboxSimulinkнаиболее пристосований для аналізу та синтезу різних систем.

ПакетSimulink відносини із своїми доповненнями – основний інструмент вивчення різних електромеханічних систем, вживаний у даної монографії. Не зустрів жодної завдання, що з дослідженням систем електропривода, якій було б розв'язати у тому пакеті.

>Simulink надає досліднику найрізноманітніші можливості, починаючи з структурного (математичного) уявлення системи та закінчуючи генеруванням кодів для програмування мікропроцесора відповідно до структурної схемою моделі.

Малюнок 1. Віртуальне модель енергосистеми у пакетіSimulink

вал двигун електропривод перетворювач

Представлена на рис. 1 модель (файлpsbturbine з бібліотекиPowerdemos) наочно демонструє рівень складності завдань, які можна в пакетіSimulink. Це модельелектромеханической системи потужністю 220 МВА, що з гідротурбіни (блокHTG), синхронного генератора (блок.SynchronousMachine),трехфазного трансформатора (блокThree-PhaseTransformer) і різноманітних навантажень. Система працює паралельно зенергосетью потужністю 10 000 МВА. Модель (рис. 1) дозволяє досліджувати перехідні і що встановилися режими гідроелектростанції з синхронним генератором, у яких систему управління порушенням (блокExcitationSystem).

Спеціально для іноземних вирішення завдань проектування електронних блоків систем електропривода нині також розроблено значну кількість прикладних комп'ютерних пакетів.

Для дослідження та проектування добре зарекомендували себе прикладні пакети, основу яких використовувався пакетPspice.КетимпакетамотносятсяOrCAD9Realise,DesighnLab,Worbench,CircuitMarkerидругие.

Для вивчення та політичного аналізу нескладних схем привабливим є пакетWorkbench, котрий за суті є віртуальну лабораторію з досить широкі можливості.

Набагато більше широкі можливості має пакетOrCAD9, який об'єднав у собі можливості аналізу, синтезу, розрахунку і конструювання електронних схем і у якого при цьому дуже великої бібліотекою (більш 200 тис.) електронних компонентів.

Слід зупинитися однією пакеті. Це пакетTCAD, розроблений і широко вживаний у Польщі, недоотримав поширення у світі, невідь що зручний для дослідження напівпровідникових перетворювачів і систем електропривода.

Один із, основних проблем, яку наштовхується дослідник напівпровідникового електропривода, є проблема декомпозиції. Річ у тім, що різні процеси у системі мають різний масштаб часу. Наприклад, перехідні процеси велектромеханической частини системи протікають у протягом одиниць – десятків секунд, а електромагнітні перехідні процеси при переключенні силових транзисторів тривають мікросекунди, Як кажуть, різниця у тривалості процесів тут становить дев'ять порядків.

Нині немає прикладних пакетів, яка б досліджувати систему з одночасним урахуванням тих і інших перехідних процесів. Але й й інші істотно впливають на ті характеристики системи та повинні бути враховані.

Вирішення проблеми виходить з поділі (декомпозиції) системи у просторі й часі, з обгрунтованим вибором кожному кроці певній моделі, котрий іноді окремого прикладного пакета. Завдання проектування напівпровідникового електропривода з достатньої точністю вирішуються на пакетіMatLab,Simulink. Тому і обраний як засіб моделювання у дипломній роботі.


1. Основні поняття терміни та визначенням

>Электропривод (рис. 1.1) – цеелектромеханическая система, що складається з електричної машини (>ЭМ), пов'язаної у вигляді механічної передачі (редуктор (Р) під робочою механізмом (РМ), силового перетворювача (СП), системи управління (СУ), блоку сенсорних пристроїв (>БСУ), які зазвичай грають роль датчиків зворотний зв'язок по основним змінним стану електропривода, вторинних джерел харчування (ВІП), які забезпечують напруга харчування СУ,БСУ і вхідних ланцюгів СП, і джерела електричної енергії (>ИЭЭ).

Малюнок 1.1.Блок-схема електропривода.

Як СП надалі розглядаються лише силові напівпровідникові перетворювачі. Вони виконують, по-перше, узгодження електричних параметрів джерела електричної енергії (напруга, частота) з електричними параметрами електричної машини та, по-друге – регулювання електричних параметрів машини. Відомо, що з управління швидкістю обертання і моментом електричної машини необхідно регулювати електричні параметри її вході. Систему керування (СУ) варта управління СП, вона зазвичай будується на мікросхемах абомикропроцессоре. На вхід СУ подається сигнал завдання Uіз і сигнали негативних зворотного зв'язку відБСУ. Систему керування, відповідно до закладених у неї алгоритмом, виробляє сигнали управління СП, управляючого електричної машиною.

Слід обумовити деякі особливості термінології, що стосуються електричних машин.Электрической машиною називатимемо узагальнений електромеханічний перетворювач, який би перетворення електричної енергії в механічну під час роботи в руховому режимі, механічної – у електричну під час роботи в генераторному режимі, і навіть який би перетворення електричної і механічної енергії в теплову під час роботи як електромагнітного гальма. Уелектроприводах в перехідних іквазиустановившихся режимах всі ці процеси перетворення мають місце. Проте, віддаючи данина традиції, часто для електропривода використовуватиметься термін електричний двигун. У цьому читач повинен розуміти, йдеться про електричної машині.

>Электроприводи діляться:

· характером руху – на обертальний електропривод і лінійний електропривод;

· в напрямі руху – на реверсивний електропривод, який би обертання (рух) в обох напрямках, інереверсивний, який би рух тільки одного напрямі;

· по електричним параметрами електричної машини – на електропривод постійного струму і електропривод змінного струму;

· по електричним параметрами джерела електричної енергії – на електропривод, що живиться від промислової мережі 50 гц та електропривод, що живиться від автономного джерела харчування (акумулятор, сонячна батарея, дизель-генератор тощо.);

· за принципом дії – на електроприводи безперервного дії, мобільні частини що його що встановилася режимі нині напівживі безперервного руху, і дискретний електропривод, мобільні частини якого у стані дискретного руху на що встановилася режимі;

· за співвідношенням між числом електричних машин та скорочення робочих механізмів – на груповий електропривод, який би рух кількох робочих механізмів від однієї електричної машини, і індивідуальний, який би рух робочого механізму від однієї електричної машини.

Найбільш досконалим електроприводом є автоматизований електропривод – регульований електропривод з автоматичним регулюванням змінних стану (моменту і швидкості).

>Автоматизированние електроприводи діляться на:

· стабілізований за швидкістю чи моменту електропривод;

· програмно керований електропривод, здійснює переміщення робочого механізму згідно з програмою, закладених у сигнал завдання;

· стежить електропривод, здійснює переміщення робочого механізму відповідність до довільно змінюваним вхідним сигналом;

· позиційний електропривод, готовий до регулювання становища робочого механізму.


1.1 Приведення змінних і параметрів робочого механізму до валу виконавчого двигуна

Виконавчий двигун електропривода пов'язані з робочим механізмом через механічну передачу. На рис. 1.2 представлено кілька типів механічних передач.

Малюнок 1.2. Типи механічних передач в електроприводі

Механічна частина електропривода надалі розглядається як «жорсткої» механічної моделі. Це означає, що це ланки моделі у процесі передачі моменту не деформуються, кінематичні пари немає люфтів і проміжків, а втрати у механічної передачі враховуються лише її коефіцієнтом корисної дії.

Малюнок 1.3. Функціональна схема «жорсткої» механічної передачі


І тут динамічні і статичні моменти робочого механізму може бути перераховані й приведено до валу виконавчого двигуна. На рис. 1.3 представлена функціональна схема «жорсткої» механічної частини електропривода.Уравнение руху на цьому має відомий вид:

 (1.1)

де

– момент опору навантаження, наведений до валу двигуна,

кутова швидкість обертання валу двигуна,

 – момент інерції, наведений до валу двигуна,

М’ – власний момент опору двигуна,

МР – момент опору редуктора,

МРМ – момент опору робочого механізму,

>J’,J>P,J>PM – моменти інерції двигуна, редуктора та робочої механізму,

 – передатне число і коефіцієнт корисної дії редуктора.

Причому у разі обертового робочого механізму, у разі лінійноперемещающегося робочого механізму.

Часто під час розрахунків моментами опору двигуна і редуктора нехтують і враховують лише наведений момент робочого механізму. Зазвичай,нагрузочний момент є випадкової величиною. Точне його визначення можливе лише за статистичної обробці результатів вимірів реальному об'єкті. Проте й усе розмаїття навантажень можна систематизувати характером зміни моменту від швидкості або від кута повороту робочого механізму, і у вигляді типових залежностей.

Малюнок 1.4. Типові залежностінагрузочного моменту

Типові залежності МРМ =f (wРМ) представлені на рис. 1.4.

У цьомунагрузочниймоментимеет той вигляд, як і момент робочого механізму.

а) Найпростішим виглядомнагрузочного моменту, зручним для аналітичного виконання завдання вибору двигуна, є постійний момент, котра від параметрів ні з значенням, ні з знаку: Мзв =const. Класичним прикладом такого виду навантаження є підйом чи спуск вантажу. Близький до цього момент, який утворюється системі регулювання швидкість рухулентопротяжних механізмів і намотувальних пристроїв з їх постійнимнатягом стрічки, дроту й т.п.

б) Ще один виднагрузочного моменту є момент сухого тертя, незмінний за значенням, але прикладений назустріч напрямку обертання (швидкості) Мзв= МH>sign(w>m). У стежать системах й у верстатнихелектроприводах подачі цей вид навантаження є основним.

З іншого боку, приводи вентилів,дросселей, клапанів в системах автоматичного регулювання температури, витрат газу та рідини, гвинтівкареток деяких верстатів, щітокпотенциометров тощо. пристроїв характеризується передусім моментом сухого тертя.

У випадку момент сухого тертя не залишається постійним, а складним чином від швидкості переміщення. З іншого боку, у механізмах, довго що у спокої чи особливих середовищах (наприклад, в вакуумі), спостерігається ефектзалипания, у якому опір початковому руху зростає у кілька разів.

з) Моментом грузького тертя називаютьнагрузочний момент .

>d) Залежністьнагрузочного моменту від кутовий швидкості, наприклад, вентилятора, відцентрового насоса, гребного і повітряного гвинта, має вигляд, показаний на рис. 5,d. Такийнагрузочний момент описують формулою , де n=1,72 2,5, і називаютьвентиляторним.

e) Частонагрузочний момент залежить від кута повороту механізму чи її положення. Такий момент називають позиційним. Характерною навантаженням є радіолокаційна антена, момент опору якої залежить від її становища щодо напрями вітру. Тож у деякому діапазоні кутів повороту механізму позиційний момент може приймати негативні значення, тобто допомагати двигуну крутити антену. А до того типу механізмів ставляться приводи рулів літальних апаратів, момент опору яких залежить від кута відхилення керма шарнірі і називаєтьсяшарнирним.

>f) У системах автоматики, де визначальну роль грають перехідні процеси (розгін, гальмування), основним моментом,нагружающим двигун, є динамічниймомент.Характерними динамічними навантаженнями є різноманітних стежать системи (>стрелково-пушечние турелі, приводикопировально-фрезерних верстатів, приводи радіолокаційних антен тощо.).

1.2 До основних рис і параметри електропривода

Розрізняють три виду основних характеристик електропривода:

· статичні характеристики;

· енергетичні характеристики;

· динамічні характеристики.

>Статические характеристики

Це характеристики при що встановилася режимі роботиЭП, коли швидкість не вдома постійна. І тут, як це випливає з основного закони руху (1.1), момент, створюваний двигуном на валу (M), дорівнює наведеній моменту навантаження зв).

Як статичних характеристик переважно розглядаються механічні характеристики – залежність швидкості не вдома від часу що за різних напругах Uіз (Uіз виступає як параметра) і регулювальні характеристики – залежності швидкості обертання від напруги на вході що за різних значеннях моменту навантаження М >иступает як пара

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація