Курсовая работа (т): Проектирование автоматизированного электропривода

Проектирование автоматизированного электропривода

Содержание

Задание

Введение

.        Выбор электропривода

.        Функциональная схема САР положения

.        Определение передаточных функций звеньев САР

.1 Определение передаточной функции электродвигателя

.2 Определение передаточной функции тиристорного преобразователя

.3 Определение передаточной функции промежуточного усилителя

.4      Определение передаточных функций датчиков

. Структурная схема САР позиционирования

. Расчёт регулятора тока

. Расчёт регулятора скорости

Заключение

Список использованных источников

Задание

По исходным данным необходимо:

.Выбрать тип и рассчитать требуемую мощность электродвигателя с учётом переходных процессов при пуске, торможении и изменении режимов работы двигателя;

.В соответствии с исходными данными (мощностью, диапазоном регулирования скорости и другими параметрами), выбрать тип преобразователя;

.Разработать принципиальную схему силовой части электропривода;

.По паспортным данным, принципиальной схеме и характеристикам, приведённым в приложении к данной методике, рассчитать передаточные функции всех элементов электропривода (электродвигателя, преобразователя и т.д.) и составить его структурную схему;

.Исследовать устойчивость и качество переходных процессов.

Вариант 16

Разработать систему автоматического регулирования, обеспечивающую заданную точность позиционирования механизма при максимально активном моменте сопротивления.

Введение

Для современного промышленного производства характерно широкое внедрение автоматизированного электропривода - основы механизации и комплексной автоматизации технологических процессов. Совершенствование систем автоматизированного электропривода с использованием новейших достижений науки и техники является одним из непременных условий при решении задач всемерного повышения эффективности промышленного производства, ускорения роста производительности труда и улучшения качества выпускаемой продукции.

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую электрическую энергию в механическую. Посредством этой системы приводятся в движение рабочие органы технологических (производственных) машин и осуществляется управление преобразованной энергией.

Современные электроприводы металлорежущих станков являются основным звеном автоматизированных систем управления технологическим процессом. Механическая энергия, необходимая для создания относительного перемещения инструмента и заготовки, в основном поступает от электрического двигателя - силовой части электропривода. Задающие и информационные системы в технологическом процессе проходят через информационную часть системы управления электроприводом.

1. Выбор электропривода

 ,(1)

где η_ред = 0,4 - КПД редуктора по условиям задания на проектирование.

По расчетному значению мощности выбираем комплектный электропривод следующей комплектации:

двигатель 2ПН180МУХЛ4 на 110 В со встроенным тахогенератором ТС-1М;

трансформатор ТТ 6;

тиристорный преобразователь ПТОМ-115-32(50).

Таблица 1: Технические данные двигателя 2ПН180МУХЛ4

Таблица 2: Технические данные трансформатора ТТ 6

Таблица 3: Технические данные тахогенератора ТС-1М

Таблица 4: Технические данные тиристорного преобразователя ПТОМ-115-32(50)

2. Функциональная схема САР положения

Упрощённая функциональная схема САР положения приведена на рисунке 1:

Рисунок 1. Функциональная схема САР

РП - регулятор положения; ДП - датчик положения; РС -регулятор скорости; ТГ - датчик скорости (тахогенератор); М - двигатель (механизм) ; ТП - тиристорный преобразователь; ОВ - обмотка возбуждения.

3. Определение передаточных функций звеньев САР

.1 Определение передаточной функции электродвигателя

Двигатель постоянного тока при управлении изменением напряжения якоря представляют в виде следующей системы:

Рисунок 2. Структурная схема электродвигателя

Постоянную времени якорной цепи Тя определяют по следующей формуле:

, (2)

где L_яΣ - суммарная индуктивность якорной цепи;

R_яΣ = R_п.экв + R_{я Σ дв} - суммарное сопротивление якорной цепи системы ТП-Д;

R_п.экв = R_к + 2R_т + 2R_уд + 2R_дин - эквивалентное сопротивление преобразователя.

Суммарная индуктивность якорной цепи вычисляют по формуле:

, (3)

где L_т - приведенная индуктивность трансформатора;

L_{я Σ дв} - суммарная индуктивность рассеяния обмоток якоря двигателя ЯО, ДП и КО. Приведенную индуктивность обмотки трансформатора определяют по формуле:

где X_т - приведённое ко вторичной цепи индуктивное сопротивление рассеяния фазы трансформатора;

ω = 314 с^-1 - угловая частота напряжения питающей сети.

, (5)

где Zтр - полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора;

Rтр - приведенное активное сопротивление трансформатора.

Полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора вычисляют по формуле:

, (6)

где Uк - напряжение короткого замыкания;

Pн - номинальная мощность трансформатора;

Uн - номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора должно соответствовать напряжению питания тиристорного преобразователя.

Приведенное активное сопротивление трансформатора определяют по формуле:

 (7)

где Pк.з.- потери при коротком замыкании.

Подставив полученные значения в формулу (5), получим значение приведенного сопротивления обмоток трансформатора

 Ом.

Подставив полученные значения в формулу (4), получим значение приведенной индуктивности обмотки трансформатора

 Гн.

Индуктивность якоря двигателя определяют по формуле:

,(8)

где γ - конструктивный коэффициент, γ = 0,1 для компенсированных машин, γ = 0,6 для некомпенсированных машин;

 - скорость вращения якоря.

Подставив полученные значения в формулу (3), получим значение индуктивности якорной цепи:

Гн.

Эквивалентное сопротивление преобразователя вычисляют по формуле:

 (9)

где  Ом - сопротивление, учитывающее снижение выпрямленного напряжения из-за процессов коммутации токов вентилями преобразователя, m - число коммутаций вентилей за период напряжения сети (пульсность схемы): для мостовой схемы m = 6, для нулевой m = 3.

 - сопротивление уравнительного дросселя;

 падение напряжения на уравнительном дросселе, при номинальном выпрямленном токе ;

Динамическое сопротивление тиристора вычисляют по формуле:

, (10)

где U_т = (0,5 ÷ 1,5) В - классификационное падение напряжения на тиристоре, принимаем U_т = 1,3 В;

I_{ср.вент} - среднее значение тока, протекающего через тиристор при номинальном моменте сопротивления на двигателе.

Среднее значение тока через тиристор определяется по формуле:

 (11)

Сопротивление якоря двигателя:

, (12)

где R_я - сопротивление якорной обмотки;

R_дп - сопротивление дополнительной обмотки;

R_ко - сопротивление компенсационной обмотки ( в нашем двигателе отсутствует);

R_щ - сопротивление щеточного контакта;

коэф. 1,24 учитывает изменение сопротивления в результате нагрева двигателя до рабочей температуры.

Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле:

 Ом. (13)

где U_щ = 1÷2 В - падение напряжения на щеточном контакте. Принимаем U_щ = 2 В.

Подставив значения в формулу (12), получим значение сопротивления якоря двигателя:

Ом.

Вычислим суммарное сопротивление якорной цепи ТП-Д:

Подставив полученные значения в формулу (2) получим постоянную времени якорной цепи:

Приведённый к валу двигателя суммарный момент инерции механических элементов привода:

 . (14)

. (15)

Передаточное отношение редуктора определим по формуле:

. (16)

Коэффициент редуктора:

. (17)

Подставив полученные значения в формулу (14) получим:

.

Передаточный коэффициент двигателя постоянного тока при регулировании скорости изменением подводимого напряжения к якорю:

рад/В·с, (18)

где коэффициент ЭДС:

. (19)

Конструктивный коэффициент машины определим по формуле:

 Н·м/А.

Передаточная функция двигателя:

. (20)

3.2 Определение передаточной функции тиристорного преобразователя

Технические данные тиристорного преобразователя ПТОМ-115-32(50) представлены в таблице 4.

, (21)

где U_т.п - выходное напряжение тиристорного преобразователя;

U_у - напряжение, подаваемое на вход СИФУ тиристорного преобразователя; К_т.п - коэффициент передачи тиристорного преобразователя; Т_т.п = Т_ф + 1/(2mf) = Т_ф + 0,003 = 0,006 + 0,003 =0,009 с - постоянная времени тиристорного преобразователя.

Коэффициент тиристорного преобразователя:

Принимая во внимание, что Т_т.п = 0,009 с, передаточная функция тиристорного преобразователя будет иметь вид:

3.3 Определение передаточной функции промежуточного усилителя

В современных тиристорных приводах постоянного тока для улучшения статических и динамических характеристик системы в промежуточные усилители вводятся различные корректирующие цепи, чем обеспечивается регулирование необходимых динамических свойств системы.