Реферати українською » Физика » Структурна схема і керування електроприводом


Реферат Структурна схема і керування електроприводом

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Ульяновський Державний Технічний Університет

Кафедра «>Электропривод і автоматика ПУ і ТК»

Курсова робота

з дисципліни

Теорія автоматичного управління

Структурна схема і управління електроприводом

>Виполнил: ст.гр.Ад-41

СапуновН.Е.

Ульянівськ 2010


Зміст

Опис завдання на курсову роботу

1. Опис САУ змінного струму

2.Статические характеристики САУ змінного струму

2.1 Математичне опис перетворювача частоти (>ПЧ) з проміжним ланкою постійного струму з урахуваннямАИН

2.2 Математичне опис асинхронного двигуна при управлінні частотою і напругоюстатора

2.3Статические характеристики САУ з урахуванням АТ

2.3.1Статические характеристики САУ при

2.3.2Статические характеристики САУ при

2.3.3Статические характеристики САУ привентиляторной навантаженні

3. Динамічні характеристики САУ змінного струму

4. Аналіз стійкості САУ

4.1 Критерій стійкості Гурвіца

4.2 Критерій стійкостіНайквиста

4.3 Критерій стійкості Михайлова

4.4 ПобудоваЛАЧХ іФЧХ

5. Розрахунок перехідного процесу

6. Висновок

7. Список літератури


Опис завдання на курсову роботу

          Метою згаданої курсової роботи є підставою отримання практичних навичок з побудови структурної схеми системі «Керований ректифікатор - автономний інвертор напруги – асинхронний двигун», і його подальше спрощення для одержання передавальної функції управляючому впливу (>x>f іxu). Перевірка системи автоматичного управління з допомогою критеріїв стійкості. І побудова графіків перехідного процесу.

          Вихідні дані:

САУ змінного струму. Налаштування на симетричний оптимум.

U>ф.с.м, У

nз, об./хв

>rз,Ом

xз,Ом

>r>p’,Ом

x>p’,Ом

220 875 3,6 2,58 5,7 2,63

1. Опис САУ змінного струму

Розвиток напівпровідникової преосвітньої техніки призвело до широкого використання електроприводів з електродвигунами змінного струму, до створення нових системам управління цими електродвигунами. У порівняні з системами управлінняелектроприводами постійного струму системи управлінняелектроприводами змінного струму значно більше різноманітні. У регульованихелектроприводах використовуються асинхронні електродвигуни зкороткозамкнутим чифазнимротором, синхронні і вентильні електродвигуни. Застосовуються різні способи регулювання швидкості електродвигуна шляхом зміни: напругистатора, частоти і напруженнястатора, частоти і напруження ротора, додаткового опору у ланцюзі ротора та інших. Використовується значно більше регульованих координат, ніж уелектроприводах постійного струму. Разом про те є певні обмеження використання тієї чи іншої способу управління і створеної з урахуванням цього способу системи управління електродвигуном. Всі ці обставини ускладнюють формування загальних підходів до синтезу АСУЭП змінного струму такою мірою, як це було зроблено на АСУЭП постійного струму.

Управління електродвигунами змінного струму ускладнене поруч обставин, найважливішими серед яких є такі: 1) момент електродвигуна визначається твором двохрезультирующих векторів електромагнітних параметрівстатора і ротора і є функцією чотирьох змінних; 2) є сильне взаємодіянамагничивающих силстатора і ротора, взаємне статки безупинно змінюється під час обертання ротора; 3) із єдиною метою кращого використання двигуна у різних режимах його роботи виникає завдання регулювання магнітного потоку двигуна.

Електродвигуни змінного струму що з керованими перетворювачами є складнімногосвязниенелинейние об'єкти управління. Повне математичне опис таких об'єктів виявляється досить громіздким і незастосовним для інженерних методів синтезу системам управління. Разом із цим у практиці побудови систем електроприводів, зокрема й АСУЭП змінного струму, набули поширення прості прийоми синтезу системам управління, засновані за принципами підлеглого управління і використанні уніфікованих настройок контурів регулювання, входять до системи управління. Використання цих прийомів дозволяє як просто виконати синтез системам управління, а й створює обгрунтовану можливість спрощення математичного описи електроприводів змінного струму, зокрема можливість зневаги взаємозв'язком низки координат і параметрів електроприводів.

Основна складність під час створення АСУЭП змінного струму полягає у створенні незалежного управління електромагнітним моментом і потоком двигуна. Якщо вдається виконати, то АСУЭП змінного струму з зворотними зв'язками за швидкістю чи з становищу виконуються точно як і, як і АСУЭП постійного струму, зокрема й способи управління пусковими і гальмовими режимами.

При синтезі взаємозалежних системам управління використовуються дві основні прийому, які забезпечують автономність (незалежність) контурів регулювання: а) використання різноманітних додаткових компенсаційних перетинів поміж локальними контурами регулювання; б) поділ локальних контурів регулювання по швидкодії. Обидва ці прийому використовуються і під час АСУЭП змінного струму, і це дає підставу на стадії формування математичну модель електропривода робити ряд спрощень.


2.Статические характеристики САУ змінного струму

2.1 Математичне опис перетворювача частоти (>ПЧ) з проміжним ланкою постійного струму з урахуваннямАИН

>УВ – керований ректифікатор, відпо-відає напруга подаване на асинхронний двигун;

>АИН – автономний інвертор напруги, відпо-відає частоту подаваного напруги на асинхронний двигун.

Функціональна схема перетворювача частоти



Вихідний диференціальний рівняння

 

         

Запишемо ці рівняння воператорной формі

Структурна схемаПЧ з урахуваннямАИН.



2.2 Математичне опис асинхронного двигуна при управлінні частотою і напругоюстатора

При дослідженні перехідних процесів в трифазних асинхронних електродвигунах доцільно прийняти такі припущення, які у доступною математичної формі висловити співвідношення основних параметрів і координат електродвигуна:

1)намагничивающие сили обмоток двигуна розподіленісинусоидально вздовж окружності повітряного зазору;

2) втрати сталистатора і ротора відсутні;

3) обмоткистатора і ротора суворо симетричні зі зсувом осей обмоток на 120°;

4) насичення магнітної ланцюга відсутня.

Рівняння рівноваги напруг для обмоток трьох фазстатора мають вигляд

 (1)

Для обмоток трьох фаз ротора

            (2)

Де — миттєві значенняфазних напругстатора і ротора;

— миттєві значенняфазних струмівстатора і ротора;

 - повніпотокосцепленияфазних обмоток;

R1, R2 — активні опору обмотокстатора і ротора.

>Асинхронний електродвигун є системумагнитно-связанних обмоток, розташованих настаторе іроторе. При обертанні ротора взаємне становище обмотокстатора і ротора безупинно змінюється, відповідно змінюється і взаємнаиндуктивность з-поміж них. З урахуванням прийнятих допущень вважатимуться, що взаємнаиндуктивность пропорційнакосинусу поточного кута між осями обмоток ротора істатора.

При математичному описі трифазних асинхронних двигунів зручно оперувати не миттєвим значеннями координат, якірезультирующими векторами. Якщо, наприклад, миттєві значення струмів рівні іa, іb, із, то результуючий вектор струму визначається рівнянням:

,

Де a0=ej0=1;a=ej2>/3; a2= ej4>/3.

Аналогічно визначаються результуючі вектори напруги


іпотокосцепления

Використовуючи висловлюваннярезультирующих векторів, рівняння (1) можна записати як одного диференціального рівняння в векторної формі. І тому перше рівняння з (1) збільшується на2/3a0, друге на2/3a, третє на2/3a2. Підсумовуючи отримані твори, одержимо

чи векторної формі

                                                                      (4)

Аналогічновекторное рівняння напруг ротора:

                                                                      (5)

У рівняннях (4) і (5) вектори записані відповідно системах координатстатора і ротора. Для спільного вирішення рівнянь їх слід призвести до однієї системі координат.

При дослідженні перехідних процесів в електродвигунах змінного струму використовують різноманітніортогональние системи координат, відмінні кутовий швидкістю обертання координатних осей сік, наприклад системи, осі яких нерухомі щодо ротора, чи нерухомі щодостатора, чи обертаються з синхронної швидкістю.

Рівняння асинхронного електродвигуна у системі координат, обертовою із довільною швидкістюдо, мають вигляд

                                                   (6)

де — кутова швидкість обертання ротора;pп — число пар полюсів.

При дослідженні перехідних процесів в асинхронному електродвигуні, керованому частотою і напругоюстатора, зручно використовувати систему координат, обертову зі швидкістюдо, рівної кутовий швидкості обертання магнітного поля0’, наведеної до пар полюсів, рівному одиниці (наведеної додвухполюсномуелектродвигателю). Передбачається у своїй справедливим рівність

,

деf1 — частота напругистатора, гц;1 — кутова частота напругистатора,рад/с.

З рівнянь (6) для аналізованої координатної системи можна записати

                (7)

деs — ковзання електродвигуна:

(>0=0’/>pп — кутова швидкість обертання магнітного поля, чи синхронна швидкість електродвигуна).

>Потокосцепления пов'язані з струмами через індуктивності

                                                      (8)

Для визначення електромагнітного моменту асинхронного електродвигуна використовуєтьсявекторное твір1 і і1

тоді

                                                       (9)

чивекторное твір2 і і2’, тоді

                                                         (10)

З огляду на висловлювання (8), можна записати (9) і (10) як

;                 (11)

.              (12)

Другі рівності в рівняннях (11), (12) справедливі оскількивекторное твір двох однаково спрямованих векторів одно нулю.

Для повний опис перехідних процесів в асинхронному електродвигуні до рівнянням напруг і моментів слідуй додати рівняння

,                                                       (13)

записане для скалярних значень моментів М і Мз.

Отримана система рівнянь електродвигуна є нелінійної, і вирішення її щодо різноманітних динамічних режимів роботи електродвигуна може бути здійснене з допомогою обчислювальних машин. При синтезі системам управління асинхронним електродвигуном доцільно розташовувати простими й наочними динамічними моделями електродвигуна як передатних функцій чи структурних схем. Така можливість зовсім з'являється, якщо розглядати перехідні процеси в відхиленнях щодо початкових координат електродвигуна.

Порівняно проста структурна схема може бути отримана, якщо знехтувати активним опоромстаторной ланцюга, т. е. покласти R1=0. Безумовно, що така зневага накладає певні обмеження використання одержуваних моделей. Вони цілком можна застосувати для систем з гаком діапазоном регулювання швидкості щодо синхронної швидкості, для електродвигунів середньої та великої потужності. При широкому регулюванні швидкості, і навіть для електродвигунів малої потужності необхідні уточнення структурних схем.

Для подальших досліджень динамічних властивостей асинхронних ^ електродвигунів доцільно результуючі вектори у вигляді проекцій на комплексної площини і записати їх крізь речові й удавані частини вчених у наступному вигляді:

  (14)

>Совместив вектор напругистатора з дійсною віссю координатної системи, т. е. поклавши u1>=0, виходячи з (7) одержимо

;                                        (15)

;                                                     (16)

;                                  (17)

.                                  (18)

Висловивши також електромагнітний момент по рівнянню (9) через складові векторів струму іпотокосцепления

і застосувавши правило векторного твори векторів, одержимо абсолютне значення моменту:

, (>19a)

де ;

Скориставшись вираженням (10), можна аналогічно отримати

                                              (>19б)

де ;


Складові струму ротора можуть бути виражені через складовіпотокосцепления наступного вигляді:

                                                       (20)

деk1 - коефіцієнт електромагнітної зв'язкустатора;

>k1=L>m/L1; (>21a)

. (>21б)

З урахуванням (8) і (>21а) можна висловлювання моментів записати у вигляді, зручною висновку передатних функцій двигуна;

чи

.                    (22)

Що стосується одночасного зміни частоти і напруженнястатора, у якомупотокосцеплениестатора постійний, з рівнянь (15) і (16) можна отримати роботу

                 (23)

Для двигуна зкороткозамкнутимротором в рівняннях (17), (18) . Висловивши з рівнянь (20)>2 і>2 і підставивши в рівняння (17), (18), одержимо

       (24)

                                   (25)

.                                                                (26)

Розглядаючи перемінні величини вприращениях щодо початкових значень , , , , , , одержимо з (23) - (26) рівняння для статичного режиму, котрі пов'язують початкові значення координат,

                                              (27)

        (28)

                                           (29)

                                           (30)

і рівняння для динамічного режиму, котрі пов'язують збільшення координат:

(31)

                  (32)

                                        (33)

де -електромагнитная стала часу електродвигуна;

 - критичне ковзання.

З рівнянь (27)-(33) можна записати передатну функцію

        (34)

Вислів у першомуслагаемом чисельника (34) є значення фіктивного пускового моменту М>п.ф. обумовлений внаслідоклинеаризации робочої частини механічної характеристики двигуна для прийнятих значень напругистатора U>1 і кутовий частоти напругистатора1:

,               (35)

де - критичного моменту двигуна.

Момент Мпоч у другомуслагаемом чисельника (34) можна записати з урахуванням прийнятих допущень як

,                                                (36)

З урахуванням (35) і (36) вираз (34) прийме такий вигляд:

.    (37)

Для робочої частини механічної характеристики двигуна можна взяти

,

і тоді передатну функцію (37) можна записати в спрощеному вигляді

                                    (38)

Представивши залежність ковзання електродвигуна від кутовий частоти напругистатора вприращениях і виконавшилинеаризацию за умови, що у робочої областіs<<l, одержимо

                                                             (39)

>Уравнение рівноваги моментів (13) то, можливо записано вприращениях як

.                                                  (40)

З отриманих висловів то, можливо складена структурна схема асинхронного двигуна при управлінні кутовий частотою напругистатора та за умов сталостіпотокосцеплениястатора. Але це зручніше зробити, коли уявити координати двигуна в про. е., прийнявши за базові значення координат їх значення номінальному режимі: М>п.ф.н.,>1н, U>1н,>0н=>>1н/>pп де>0н - синхронна кутова швидкість двигуна. Тоді , , , , .

>Передаточная функція (37) з урахуванням (39) запишеться так:

(41)

де=U>1/U>1н - відносне напругастатора;=1/>>1н – відносна частота напругистатора.

Чи у спрощеному вигляді:

                                 (42)

Відповідно виходячи з рівняння (40) маємо

                              (43)

де Tм=>J>0н>п.ф.н - механічна стала часу двигуна.

Спрощена структурна схема асинхронного двигуна при управлінні кутовий частотою напругистатора, побудована виходячи з висловів (42), (43), показано на рис. 1.


 


Мал.1.

Використовуючи викладений вище підхід висновку передатних функцій двигуна, можна отримати роботу передатну функцію, яка б пов'язала зміна електромагнітного моменту двигунаМ за зміни напругистатораu>1 і незмінною частоті напругистатора (>1=>const). Цей випадок відповідаєизменяющемусяпотокосцеплениюстатора. У про. е. одержимо

,                                 (44)

Де P.S2 - абсолютне ковзання електродвигуна у робітничій точці, однакову відношенню кутовий частотиЭДС ротора2 (наведеної додвухполюсномуелектродвигателю) до номінальному значенням кутовий частоти напругистатора>1н.

.

Структурна схема асинхронного електродвигуна при управлінні напругоюстатора показано на рис. 2.


Рис.2.

2.3Статические характеристики САУ з урахуванням АТ

2.3.1Статические характеристики САУ при

Для побудови механічних характеристик розімкнутої системи електропривода буде в діапазоні швидкостей, менше синхронної, скористаємося залежністю для моменту М у функції ковзання приf=var.

         

          ДеUф.с.м – номінальнефазное напругистатора;

>f – частота напруги не вдомаинвертора;

nз – синхронна швидкість двигуна;

>r>p’, x>p’,rз, xз – параметри схеми заміщення двигуна;

Після підрахунку у програміMathCad отримуємо механічні характеристики:

2.3.2Статические характеристики САУ при

Для побудови механічних характеристик розімкнутої системи електропривода буде в діапазоні швидкостей, менше синхронної, скористаємося залежністю для моменту М у функції ковзання приf=var.

Після підрахунку у програміMathCad отримуємо механічні характеристики:


2.3.3Статические характеристики САУ привентиляторной навантаженні

Для побудови механічних характеристик розімкнутої системи електропривода буде в діапазоні швидкостей, менше синхронної, скористаємося залежністю для моменту М до функцій ковзання приf=var.

Після підрахунку у програміMathCad отримуємо механічні характеристики:


3. Динамічні характеристики САУ змінного струму

Вихідна структурна схема розімкнутої САУ:

>ПЧ АТ


1 -Перетворення структурної схеми.

Одержимо передатну функцію розімкнутої системи «>ПЧ-АД на каналі управління напругою:

; за умови


Етап перший


Етап другий

>xu

 


Етап третій



Етап четвертий


Етап п'ятий


Отримали передатну функцію розімкнутої системи «>ПЧ-АД на каналі управління напругою

Де

;

;

; ; ;

  ;

;

;

>Заменяем W1,W2,…,W9

>Упрощаем структурну формулу

 

Отримана функція має вигляд:

Випишемо значення коефіцієнтів a4, a3, a2, a1, a0 передp4,p3,p2,p1,p0 відповідно.

;

;

;

Коефіцієнт чисельника

>Рассчитаем дані коефіцієнти з допомогоюMathCad.

Одержимо коефіцієнти:


4. Аналіз стійкості САУ.

4.1 Критерій стійкості Гурвіца

          Умова стійкості.

Висновок: З критерію стійкості Гурвіца система стійка.

4.2 Критерій стійкостіНайквиста


4.3 Критерій стійкості Михайлова

4.4 Побудова логарифмічнихамплитудно- іфазочастотних характеристик

Формули до розрахункуЛАЧХ іФЧХ.

;

Запас за фазою дорівнює 85,9

Частота зрізу дорівнює 15рад/с


5. Розрахунок перехідного процесу

Для отримання графіка перехідного процесу виконаємо зворотне перетворенняЛапласа для функції.

При значеннях



>6.Вивод

У результаті виконану курсової роботи 2004 року одержав практичні навички з побудови структурної

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація