регистрация /  вход

Разработка системы непрерывного управления скоростью асинхронного двигателя с фазным ротором с помощью импульсно-ключевого регулятора добавочного сопротивления роторной цепи (стр. 1 из 3)

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-металлургическом 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 cosj=0.73;

Коэффициент полезного действия h=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 X1 »X2 ’ 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 g= tвкл/Тком может изменяться внешним сигналом Uzc в пределах от 0 до 1. При g=0 т.е. при не включенном коммутаторе, сопротивление роторной цепи составит Rr+Rd, что определит механическую характеристику 2 (рис.2). При g=1 (ключ включен постоянно) Rd=0 и двигатель работает на характеристике 1, близкой к естественной (рис.2). Плавное изменение величины скважности в пределах 0< g<1 обеспечивает семейство характеристик, расположенные между характеристиками 1 и 2. Величина g 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)=5.235¸52.35 рад/с;

Момент: Мн(0.2…1)=30¸150 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’=10.03-0.4=9.63 Ом;

R2д= R2’д/Kr=9.63/1.21=7.96 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 расчет параметров элементов структурной схемы

Согласно эквивалентной схеме замещения запишем следующие дифференциальные уравнения:

где:

Данный объект нелинейный, т.к. присутствуют g*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:

Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!