Пояснительная записка (1228681), страница 9
Текст из файла (страница 9)
3.3.2 Источники напряжения задатчика тока и задатчика зоны
Задатчик тока (UЗТ) и задатчик зоны (UЗЗ) регулирования формируют напряжение постоянного тока, на входе БАУ. Напряжение UЗТ находится в диапазоне от 0 до 40 В. Напряжение UЗЗ находится в диапазоне от 0 до 10 В.
В реальном электровозе, в качестве регулятора напряжений задатчиков зоны и тока, используется сельсин. Для имитации работы ЗТ и ЗЗ будем использовать элемент из базы данных под названием DC_INTERACTIVE_VOLTAGE. Данный элемент позволяет посредством бегунка изменять напряжение на его выходе. Элемент представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – модель регулятора напряжения
На рисунке 3.2 изображено окно настройки элемента DC INTERACTIVE VOLTAGE.
Рисунок 3.2 – Окно настройки элемента DC INTERACTIVE VOLTAGE
Из рисунка видно что можно настраивать минимальное и максимальное значение напряжения которое может выдавать регулятор, в данном случае 0В и 40 В соответственно. Также можно настроит процент приращения тока, позволяющий изменять напряжение от 0 до 40 В на значение соответствующее значению процента приращения. В данном случае процент составляет 1,25 %, что от 40В дает шаг приращения в 0,5В.
Модель регулятора представлена на рисунке 3.3.
3.4 Совмещенная модель регулятора и объекта регулирования
Полученные модели регулятора и объекта регулирования занимают много места, из-за этого невозможно разместить обе схемы на одном листе. Чтобы поместить схемы на одном листе воспользуемся иерархическими блоками. Модели регулятора и объекта регулирования в виде иерархических блоков изображены на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – модели регулятора и объекта регулирования в виде иерархических блоков
На рисунке 3.4 напряжение поступает из иерархического блока БАУ1 в ИБ Модель ТЭД. Напряжения UTMAX и UTMIN поступают из ИБ модели ТЭД в ИБ БАУ1.
3.5 Модель объекта регулирования
Модель объекта регулирования также состоит из операционных усилителей, диодов, емкостей, транзисторов и нагрузок. На основании полученных моделей в пункте 2 и 3 составляем модель объекта регулирования в пакете Multisim.
Модель объекта регулирования в пакете Multisim представлена на рисунке 3.5.
3.6 Проверка работоспособности системы
Для проверки работоспособности системы проведем опыт пуска и разгона электровоза. Перед этим необходимо установить осциллографы на выходы сигналов, которые будем контролировать.
Разгон электровоза производится путем увеличения напряжения задатчика тока до значения 33В соответствующего току в 1000А. Задатчиком зоны осуществляется изменение зоны регулирования. После пуска электровоза подаем напряжение задатчика зоны равное 2,5В, соответствующее 1 зоне регулирования. Далее подаем напряжение задатчиком тока. На рисунке 3.6 представлен осциллограф регистрирующий изменения напряжения U40.
Рисунок 3.6 – изменение U40
По рисунку в момент времени 0,287 секунд подаем напряжение 33В с задатчика тока. Далее оно начинает автоматически возрастать до напряжения 10В, ограниченное задатчиком зоны. Достигает предела роста в момент времени 1,266 секунды. В момент времени 1,71 секунды подаем напряжение задатчика зоны соответствующее второй зоне регулирования. Напряжение U40 начинает расти до предела в 20В.
3.7 Вывод по главе
Как выяснилось, в базе данных пакета Multisim имеются все аналоги необходимые для описания работы САУ. Подобранные аналоги позволили в полной мере отразить схемы регулятора и объекта регулирования. Полученные схемы позволят нам в дальнейшем получить характеристики изменения напряжения каждого блока модели ТЭД и характеристику изменения напряжения U40.
4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
4.1 Постановка задачи
По полученным данным в предыдущих главах требуется разработать методику для лабораторных работ по дисциплине САПР. Лабораторные работы САПР должны научить студента пользоваться имеющейся системой проектирования, в данном случае Multisim, работать с заданными схемами. Также необходимо понимать работу заданных схем. Лабораторные работы должны быть выполнены для режима тяги и ликвидации боксования.
4.2 Теоретические сведения
4.2.1 Класс схемы
Система автоматического регулирования «Океан» работает по принципу регулирования по отклонению [4]. Основой принципа является регулирование по замкнутому циклу. Автоматический регулятор отправляет с помощью чувствительного элемента, на элемент сравнения сигнал, соответствующий действительному значению регулируемой величины. Элемент сравнения производит сравнение сигнала заданного изначально и действительный сигнал с объекта регулирования и получает значение отклонения. В итоге на основании полученного сигнала с элемента сравнения, в управляющем и исполнительном элементе выделяется сигнал, сводящий это отклонение к минимуму [4]. На рисунке 4.1 изображена одноконтурная САР.
Рисунок 4.1 – Одноконтурная САР
На рисунке 4.1: ЗЭ – задающий элемент; ЭС – элемент сравнения; УЭ – управляющий элемент; ИЭ – исполняющий элемент; ОР – объект регулирования; ЧЭ – чувствительный элемент.
Блок автоматического управления БАУ1 состоит из операционных усилителей всех классификаций. В том числе инвертирующий усилитель, неинвертирующий усилитель, компаратор, интегратор и дифференциатор. Представим принципиальные схемы перечисленных устройств.
4.2.2 Схемы на операционных усилителях
На рисунке 4.2 представлен инвертирующий усилитель. Его выходное напряжение находится по формуле 4.1.
(4.1)
Рисунок 4.2 – инвертирующий усилитель
На рисунке 4.3 представлен неинвертирующий усилитель. Его выходное напряжение находится по формуле 4.2.
(4.2)
Рисунок 4.3 – неинвертирующий усилитель
На рисунке 4.4 представлен интегратор. Его выходное напряжение находится по формуле 4.3.
(4.3)
Рисунок 4.4 – интегратор
На рисунке 4.5 представлен дифференциатор. Его выходное напряжение находится по формуле 4.4.
(4.4)
Рисунок 4.5 – дифференциатор
На рисунке 4.6 представлен компаратор. Его выходное напряжение находится по формуле 4.5.
(4.5)
Рисунок 4.6 – компаратор
4.2.3 Принцип работы регулятора
Для выполнения лабораторной работы понадобится принципиальная схема регулятора и объекта регулирования, в виде приложений. Описание также нужно для понимания работы САУ.
Принципиальная схема БАУ1 представлена на рисунке 4.7.
Разгон электровоза производится с помощью регулятора ВИП. Он состоит из интегратора на ОУ А1 и усилителя напряжения и мощности, выполненного на ОУ А3 и транзисторах V14 и V15. Выходное напряжение U40 регулятора является входным напряжением ВИПа. Оно с коллектора транзистора V15 подаётся на провод Н804.
Напряжение на выходе задатчика тока, задает величину пускового или тормозного тока в соответствии с коэффициентом передачи датчиков тока, равного 0,033 В/А, т.е. при UЗ.Т. = 20В заданный ток равен 606 А. Наибольшая величина задатчика тока равна 40 В.
Когда контроллер машиниста выключен напряжение задатчика тока Uзт равно нулю. При этом на инвертирующий вход ОУ А1 через резистор R15 и диод V4 подаётся отрицательное напряжение. На выходах ОУ А1 и А3 имеются соответственно положительное и отрицательное напряжение, ограниченное прямым падением напряжения на диодах V11 и V13.
Отрицательное напряжение на выходе ОУ А3 приводит к запиранию транзисторов V14 и V15.
При выключенном КМ, когда Uзт = 0 и Uзз = 0 на И-вход А5 подаётся отрицательное напряжение через диод V16 и резистор R63. При этом на выходе А5 поддерживается положительное напряжение, которое запирает диод V9.
При увеличении Uзз с помощью делителя R42 и R45 половина положительного напряжения от провода Н801 подаётся на Н-вход А5, что также способствует поддержанию на его выходе положительного напряжения.
При повороте ЗТ на проводе Н804 появляется положительное напряжение Uзт, которое через R2 и R10 подаётся на И-вход А1. Одновременно запирается диод V4, так как на средней точке делителя R15–R16 отрицательное напряжение изменяется на положительное. Под действием входного напряжения Uзт А1 начинает интегрировать. На его выходе появляется возрастающее отрицательное напряжение, которое усиливается инвертором, состоящим из ОУ А3 и транзисторов V14 и V15. На коллекторе транзистора V15 появляется положительное напряжение U40 увеличивающееся по абсолютной величине, в R30\R29=100\20=5 раз. Это напряжение является входным напряжением БУВИПа и приводит к появлению тока в ТЭД.
Ток наиболее нагруженного двигателя соответствует отрицательному напряжению – Uтmax, которое выделяется в БИ. По проводу С400 оно через R2 и R10 оно подаётся на И-вход А1. Когда Uтmax по абсолютной величине сравняется с Uзт, то установится заданное значение тока ТЭД, которое будет поддерживаться неизменным до выхода на заданную зону регулирования, обусловленную напряжением Uзз.
Фиксация зоны регулирования. Когда с ростом U40 падение напряжения на R39, равное напряжению на И-входе А5, несколько превзойдёт падение напряжения на R42, которое равно напряжению на его Н-входе, то есть, когда изменится знак дифференциального входного напряжения, то выходное напряжение ОУ А5 изменится с положительного на отрицательное. Поэтому откроется диод V9 и через R23 начнётся резкое разинтегрирование А1. В результате U40 немного уменьшится, и восстановятся прежние полярности на входах А5. Далее процесс будет повторяться, за счёт чего U40 ,будет стабилизировано.
Модель регулятора и объекта регулирования полностью построена на операционных усилителях К140УД7. Помимо этого в схеме используются диоды КД509А. Марки транзисторов указаны в приложении к лабораторной работе.
Принципиальная схема модели ТЭД представлена на рисунке 4.8.
4.2.4 Порядок работы в Multisim
С рабочего стола запустить программу NI Multisim 14.0. В открывшемся окне найти вкладку «Вставить» далее выбрать «Компонент», раскроется окно с базой данных компонентов. Данная последовательность представлена на рисунке 4.9.
Рисунок 4.9 – вкладка «Вставить»
Далее необходимо найти подобранные аналоги и разместить их в рабочем поле листа. Рабочее поле листа с окном выбора компонентов представлено на рисунке 4.10.
Рисунок 4.10 – Рабочее поле листа и окно компонентов
После размещения всех нужных компонентов их необходимо в правильном порядке соединить, как представлено на рисунке 4.7 и 4.8. Далее запускаем схему с помощью кнопки RUN на панели запуска. Панель запуска представлена на рисунке 4.11.
Рисунок 4.11 – панель запуска эмуляции
4.3 Лабораторная работа «Изучение работы системы автоматического регулирования тока тяговых электродвигателей в режиме тяги в пакете Multisim »
Цель работы: Изучить процесс регулирования тока ТЭД, научится работать в САПР Multisim.
Ход работы:
-
Подобрать аналоги российским элементам схемы из базы данных САЕ пакета;
-
Собрать схемы, изображенные на рисунках 4.7 и 4.8;
-
Сымитировать разгон электровоза по приведенному в пункте 6.2.3 теоретическому материалу;
-
Снять показания на выходе магнитного потока;
-
Полученные данные свести, в таблицу 4.1;
-
По полученным данным построить характеристику намагничивания;
-
Дать вывод о соответствии магнитных параметров реальной и имитационной модели.
Ток якоря тягового двигателя в модели имитируется напряжением, в соотношении 1В на каждые 30,3А.
Таблица 4.1 – Исследуемые параметры
| t | UПАСП. | Ui | Uф | I | Ф |
| 0 | 0 | ||||
| 10 | 180 | ||||
| 20 | 350 |
Продолжение таблицы 4.1
| 30 | 480 | ||||
| 40 | 624 | ||||
| 50 | 689 | ||||
| 60 | 747 |
Величина магнитного потока определяется по формуле 4.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
