Электропривод экскаватора (стр. 4 из 5)

Рисунок 4.1 – Функциональная схема ЭП

Структурная схема электропривода представлена на рисунке 4.2. Она соответствует следующим допущениям: регулировочная характеристика управляемого преобразователя линейна; ток якорной цепи двигателя непрерывный; отсутствует реакция якоря двигателя; момент инерции, приведенный к валу двигателя, постоянен; инерционность датчиков тока и скорости не учитывается ввиду ее малости. Обозначения, принятые на схеме:

Т_э — электромагнитная постоянная времени якорной цепи, с;

R_Я — сопротивление якорной цепи, Ом;

J— суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, кг-м²;

к_п — коэффициент усиления УП;

Т_п— постоянная времени цепи управления преобразователем, учитывающая коммутационные запаздывания и наличие фильтров, с (для полупроводниковых УП Т_п < 10 мс и может быть принята за некомпенсирующую постоянную времени Т_μ);

С — передаточный коэффициент двигателя, рад/(В-с);

к_от — коэффициент обратной связи по току, Ом;

к_ос— коэффициент обратной связи по скорости двигателя, (В-с)/рад;

W_PT(p) и W_РС(p) — передаточные функции регуляторов соответственно тока и скорости.

Рисунок 4.2 - Структурная схема электропривода

В приведенной схеме имеются два контура — внутренний контур тока и внешний контур скорости.

Расчет элементов структурной схемы

Конструктивный коэффициент эквивалентного двигателя:

где: R_а.140° - полное активное сопротивление якоря эквивалентного двигателя в пересчета на температуру 140°С:

где:

– температурный коэффициент меди, ;

– разность температур ,

где 140° - максимальная температура для изоляции класса нагревостойкости F;

В×с;

Полное сопротивление цепи якоря:

Электромеханическая постоянная времени электропривода:

Постоянная времени якорной цепи:

Передаточная функция механической части двигателя в абсолютных единицах:

Передаточная функция электрической части двигателя

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:

где: U_У =10 В – напряжение управляющего сигнала.

Передаточная функция тиристорного преобразователя:

4.2 Синтез регуляторов [12]

Синтез регулятора тока.

Методом последовательной коррекции можно определить тип и параметры регулятора тока по условию модульного оптимума по каналу управления для замкнутого контура тока.

;

Желаемая передаточная функция разомкнутого КРТЯ:

где: К_ОТ – коэффициент передачи обратной связи по току;

а_Т = 2 – коэффициент отношения постоянных времени при настройке на модульный оптимум;

Т_m = Т_ТП = 0,01 – суммарная некомпенсированная постоянная времени при настройке на модульный оптимум;

Передаточная функция регулятора тока:

Как видно из выражения – это ПИ регулятор тока;

где: Т_ИТ – постоянная интегрирования;

где: I_СТОП – стопорный ток двигателя;

U_З.max = 10 В – максимальное задание по току;

Передаточная функция регулятора тока:

Сигнал пропорциональный току якорной цепи двигателя снимается с шунта. Поскольку I_СТОП=1025 А, то из стандартного ряда выбираем шунт: I_ШН = 1500 А.

Синтез регулятора скорости.

Передаточная функция объекта регулирования КРС:

Если раскрыть скобки и пренебречь членом перед р², в силу его незначительной маленькой величины, получим:

Желаемая передаточная функция разомкнутого КРС:

где: К_ОС – коэффициент обратной связи по скорости;

а_С = 2 – отношение постоянных времени в оптимизированном контуре регулирования скорости при настройке на модульный оптимум;

В итоге получаем передаточную функцию регулятора скорости:

Наибольшее выходное напряжение задатчика интенсивности, т.е. максимальное задание по скорости:

U_ЗСmax=К_ОС×w_О;

где: w_О – скорость идеального холостого хода;

U_ЗСmax = 10 В;

Из этого выражения следует:

с^-1;

Структурная схема электропривода в абсолютных единицах приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Структурная схема электропривода в абсолютных единицах

4.3 Расчет структурной схемы в относительных единицах

Для расчета структурной схемы привода в о.е. необходимо принять базисные значения переменных. Базисные значения выбираются таким образом, чтобы коэффициенты обратных связей были равны 1. Перевод параметров схемы замещения в о.е. необходим для наглядного представления характера изменения во времени переменных в одной системе координат.

Сопротивление якорной цепи:

Инерционная постоянная привода:

Передаточная функция электрической части в о.е.:

Передаточная функция механической части двигателя в о.е.:

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя в о.е.:

Передаточная функция тиристорного преобразователя в о.е.:

Передаточная функция регулятора тока в о.е.:

Передаточная функция регулятора скорости:

;

Конструктивный коэффициент двигателя в о.е.:

Коэффициент обратной связи по току:

Коэффициент обратной связи по скорости: