123462 (Однозонный тиристорный электропривод постоянного тока), страница 2

В. (3.21)

где k_сх1 = 2.34 – коэффициент трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к цепи вторичной обмотки

Ом. (3.22)

где k_сх2 = 0,815 – для трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Эквивалентное сопротивление трансформатора, учитывающее снижение выпрямленного напряжения при коммутации вентиля

Ом. (3.23)

Сопротивление сглаживающего дросселя

Ом. (3.24)

Сопротивление шин и кабелей

Ом. (3.25)

Сопротивление цепи ТП – якорь двигателя

. 3.26)

Индуктивность рассеяния трансформатора

Гн. (3.27)

Индуктивность цепи ТП – электродвигатель

Гн. (3.28)

Максимальное значение коэффициента усиления ТП в цепи якоря с СИФУ, выполненной по вертикальному принципу управления с пилообразным напряжением сравнения

. (3.29)

где U_оп – амплитуда опорного напряжения в СИФУ, U_оп = 10 В.

Электромагнитная постоянная времени цепи ТП – электродвигатель

с . (3.30)

Электромеханическая постоянная времени

с. (3.31)

Передаточный коэффициент шунта в цепи якоря

Ом. (3.32)

Коэффициент усилителя датчика тока якоря

. (3.33)

Коэффициент передачи усилителя датчика тока якоря

, (3.34)

где U_ДТmax – максимально допустимое значение напряжения на выходе датчика тока, U_ДТmax = 10 В.

Шунт в цепи возбуждения выбираю по номинальному току возбуждения электродвигателя. Выбираем шунт на ток I_ншв = 15 А.

Передаточный коэффициент шунта в цепи возбуждения

. (3.35)

Коэффициент усилителя датчика тока в цепи возбуждения

Напряжение датчика тока возбуждения принимаю 4,5 В, тогда

, Ом. (3.36)

Коэффициент передачи усилителя датчика тока якоря

. (3.37)

Не скомпенсированные постоянные времени контуров тока якоря и тока возбуждения примем Т = 0.005 с; Т_в = 0.04 с.

4 РАСЧЕТ ЗАПАСА ПО НАПРЯЖЕНИЮ

Определяем необходимый запас по напряжению

, (4.1)

где , (4.2)

где E_дн – номинальная ЭДС двигателя.

E_дн = 204 В,

ΔE_дзап = max {ΔE_dстат; ΔE_dдин} (4.3)

ΔE_dстат = I_max∙R_э =2.5∙385·0.069 = 66.6 В. (4.4)

В. (4.5)

.

Определяю фактический коэффициент запаса

. (4.6)

Предельная величина ЭДС, до которой будет осуществляться настройка контура на модульный оптимум

E_dпред = E_doя – E_dзап = 273.1 – 124.9 = 144.1 В. (4.7)

Предельная ЭДС двигателя при снижении напряжении питающей сети на 10%

E_dпред = E_doя – E_dзап = 0.9∙273.1 – 124.9 = 117.2 В. (4.7)

. (4.8)

По полученному значению следует, что настройка на модульный оптимум будет выполняться в достаточно большом диапазоне скоростей.

5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРОВ ТОКА ЯКОРЯ И ЭДС

Оптимизацию системы, построенной по принципу подчинённого регулирования, начинаем с внутреннего контура тока якоря.

5.1 Контур тока якоря

5.1.1 Оптимизация контура тока якоря

РТ – регулятор тока;

ТП – тиристорный преобразователь якоря двигателя;

ЯЦ – якорная цепь двигателя;

ДТ – датчик тока.

Рисунок 5.1 – Структурная схема контура тока якоря

Оптимизацию проводим при допущениях:

1) датчик тока считаем без инерционным

(5.1.1.1)

2) все малые инерционности, которые имеет контур, включены на входе ТП:

. (5.1.1.2)

3) ЭД заторможен (Е = 0) или (Е 0), а значит отсутствует ОС по ЭДС.

Оптимизируем контур тока на модульный оптимум

, (5.1.1.3)

тогда

, (5.1.1.4)

где (5.1.1.5)

Получили пропорционально-интегральный регулятор (ПИ - регулятор) тока.

Передаточная функция замкнутого контура тока имеет вид

. (5.1.1.6)

Т. к. величина Т мала, то слагаемым можно пренебречь, тогда считаем , получаем

(5.1.1.7)

где Т_т = 2∙Т_µ – эквивалентная постоянная времени настроенного на модульный оптимум контура тока.

Структурная схема замкнутого контура тока имеет вид:

U_зт

I_d

Рисунок 5.2 – Структурная схема замкнутого контура тока

5.1.2 Расчёт параметров регулятора тока якоря

Рисунок 5.3 – Регулятор тока якоря

Коэффициент регулятора тока

. (5.1.2.1)

Задаемся величиной ёмкости конденсатора в цепи обратной связи операционного усилителя регулятора тока Ф

Сопротивление резистора в цепи обратной связи операционного усилителя регулятора тока

Ом . (5.1.2.2)

Сопротивление в цепи датчика тока

Ом. (5.1.2.3)

Чтобы в установившемся режиме сигнал РТ не изменялся, нужно, чтобы входной ток не поступал в канал ОС. , считаем

Ом. (5.1.2.4)

Коэффициент усилителя датчика тока якоря определён в разделе 3.

Принимаем R₁ = 5 кОм, тогда

R₂ = R₁∙k_удтя = 5∙66.6=333 кОм. (5.1.2.5)

5.2 Контур ЭДС

5.2.1 Оптимизация контура ЭДС

РЭ – регулятор ЭДС;

ЗКТ – замкнутый контур тока;

ЭМ – электромеханическая часть двигателя;

ДЭ – датчик ЭДС.

Т_яц – постоянная времени якорной цепи двигателя, с которой снимается сигнал обратной связи по ЭДС.

Рисунок 5.4 – Структурная схема контура ЭДС

Допущение:

Ic = 0 (Х.Х.)

В контуре есть два звена с малыми постоянными времени, которые включены последовательно и поэтому могут быть преобразованы к одному звену с малой постоянной времени, равной их сумме

(5.2.1.1)

где Т_э – малая постоянная времени контура ЭДС, c.

Т_э = Т_т + Т_яц (5.2.1.2)

Передаточная функция разомкнутого контура ЭДС, настроенного на модульный оптимум

, (5.2.1.3)

откуда

. (5.2.1.4)

Получил пропорциональный регулятор (П-регулятор) ЭДС.

С таким регулятором система будет астатичной по заданию (при отсутствии возмущающего воздействия) и статичной по возмущению.

Передаточная функция замкнутого контура ЭДС

. (5.2.1.5)

Таким образом, в замкнутой передаточной функции контура ЭДС присутствует форсирующее звено.

Из-за наличия инерционности в датчике ЭДС переходный процесс будет идти с большим перерегулированием. Для уменьшения перерегулирования на вход системы включаю фильтр с постоянной времени, равной инерционности датчика.

Передаточная функция фильтра .

(5.2.1.6)

Структурная схема замкнутого контура ЭДС имеет вид:

ЗЭК+Ф

ЭМ2

U_зэ

Рисунок 5.6 – Структурная схема замкнутого контура ЭДС

5.2.2 Расчет параметров регулятора ЭДС с применением датчика напряжения

Рисунок 5.7 – Регулятор ЭДС

Коэффициент датчика напряжения

. (5.2.2.1)

Коэффициент передачи регулятора ЭДС

. (5.2.2.2)

Задаемся ёмкостью в цепи датчика напряжения С_дн = 1 мкФ.

Сопротивление в цепи датчика напряжения:

если R^I_дн = R^II_дн = 0,5∙R_дн, то .

Ом. (5.2.2.3)

(5.2.2.4)

Сопротивление в цепи обратной связи операционного усилителя регулятора напряжения:

R_оэ = k_рэR_дн = 0.547 = 129.3 кОм. (5.2.2.5)

Сопротивление в цепи задания ЭДС находим из условий установившегося режима:

, I_зэ = I_дн, т.е. U_зэ^max = U_дн^max = 10 В, следовательно

R_зэ = R_дн =129.3 кОм. (5.2.2.6)

Ёмкость фильтра в цепи определяем из условия

если R^I_зэ = R^II_зэ = 0,5∙R_зэ, то .

При R_зэ = R_дн С_ф = С_дн = 1 мкФ.

Сопротивление резистора токовой компенсации находим из условий режима стопорения двигателя: Е_д = 0 , U_дэ = 0.

.

U_дт = Ik_дт, U_дн = U_дk_дн = I R_ak_дн,

кОм. (5.2.2.7)

Сопротивления резисторов делителя . Считая k_пр = 1 и принимая R₃ = 1 кОм, выражаю R₄

кОм. (5.2.2.8)

Ограничение выходного сигнала регулятора ЭДС осуществляется двумя встречно включенными стабилитронами VD1 и VD2 . Поскольку выходной сигнал регулятора ЭДС является сигналом задания на ток, то его ограничение приводит к ограничению тока двигателя на уровне максимально допустимого.

Падение напряжения на стабилитронах принимаем ΔU_ст = 1 В, максимально допустимое напряжение задания на ток U_зт^max = 10 В.

Тогда напряжение на стабилитронах будет равным

U_VD1 = U_VD2 = U_зт^max – ΔU_ст = 10 – 1 = 9 В. (5.2.2.9)

6 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ

6.1 Оптимизация контура тока возбуждения

Так как привод однозонный, то оптимизацию контура тока возбуждения проводим для точки Ф_н.

РТВ – регулятор тока возбуждения;

ТПВ – тиристорный преобразователь обмотки возбуждения;

ОВ – электрическая цепь обмотки возбуждения;

МЦ – магнитная цепь обмотки возбуждения;

ДТВ – датчик тока возбуждения.

Рисунок 6.1 – Структурная схема контура тока возбуждения

Проводим оптимизацию контура тока на модульный оптимум. Для разомкнутой системы:

. (6.1.1)

Передаточная функция регулятора тока возбуждения

, (6.1.2)

где k_ртв – коэффициент регулятора тока.

Получаем пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) контура тока возбуждения.

6.2 Расчёт параметров регулятора тока возбуждения

Рисунок 6.2 – Принципиальная схема стабилизации тока возбуждения

Коэффициент тиристорного преобразователя цепи возбуждения

, (6.2.1)

где E_d0В – максимальная выпрямленная ЭДС преобразователя цепи возбуждения;

α – номинальный угол управления преобразователя.

В. (6.2.2)

. (6.2.3)

. (6.2.4)

. (6.2.5)

Определяем коэффициент регулятора тока возбуждения

, (6.2.6)

где T_В∑ - электромагнитная постоянная времени.

T_В∑ = T_в + T_вт = 0.624 + 0.062= 0.686. (6.2.7)