124370 (689989)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ФГОУ ВПО

«НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

Тобольский филиал

Кафедра «Электрооборудования судов и береговых сооружений»

Кафедра «Электротехника и электрооборудование»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Система управления электроприводами»

на тему: «Система стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Факультет: Электромеханический

Группа: ЭМ - 41

Шифр ЭМ - 02 - 045

Выполнил:

Зиновьев С.А.

Проверил:

Кузнецов А.Ю.

Тобольск 2006

1. Нагрузочная диаграмма и тахограмма;

2. Диапазон регулирования (вниз от номинальной скорости): 50/1;

3. Относительная погрешность регулирования на номинальной скорости при изменении нагрузки от 0 до 100%, не более 0,5%.

Дополнительные условия и требования:

приведенный к валу двигателя момент инерции механизма равен 25% момента инерции двигателя: J_мех = 0,25·J_дв;

допустимое перерегулирование скорости при скачке управляющего воздействия - до 30%;

время переходного процесса при малом скачкообразном задающем воздействии не более 3Т_м, при числе колебаний менее трех.

Разработке подлежат следующие вопросы: обоснование выбора типа двигателя и преобразователя, а также его функциональной схемы, расчет и выбор преобразователя и всех элементов силовой цепи, выбор устройств управления и защиты, статический расчет системы, составление структурной схемы, синтез регуляторов по заданным требованиям к динамике системы, обеспечение отсутствия автоколебаний на субгармониках, разработка принципиальной схемы и описание работы схемы и отдельных блоков управления.

Содержание

Введение

1. Данные для расчета системы стабилизации скорости электропривода постоянного тока

2. Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода

3. Расчет мощности и выбор электродвигателя

4. Расчет силовой части преобразователя

4.1 Расчет силового трансформатора

4.2 Расчет реакторов и дросселей

4.3 Выбор тиристоров

4.4 Выбор защиты

4.4.1 Защита от перенапряжений

4.4.2 Защита от коммутационных перегрузок

4.4.3 Защита тиристоров от внутренних и внешних КЗ

4.4.4 Выбор автоматических выключателей

5. Анализ и синтез линеаризованных структур

5.1 Структурная схема регулирования

5.2 Исследование системы на устойчивость

5.3 Синтез системы и расчет параметров регуляторов

5.3.1 Контур регулирования тока

5.3.2 Контур регулирования скорости

6. Расчет и построение статических характеристик

Список литературы [10 - 12]

Введение

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение электропривода состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением.

Научно-технический прогресс, автоматизация и комплексная механизация технологических и производственных процессов определяют постоянное совершенствование и развитие современного ЭП. В первую очередь это относится ко все более широкому внедрению автоматизированных ЭП с использованием разнообразных полупроводниковых силовых преобразователей и микропроцессорных средств управления. Характерной чертой автоматизации является быстрое развитие робототехники, внедрение гибких автоматизированных производств, автоматических линий, машин и оборудования со встроенными средствами микропроцессорной техники, многооперационных станков с числовым программным, управлением, роторных конвейерных комплексов.

Дальнейшее развитие электрификации и автоматизации технологических процессов, создание высокопроизводительных машин, механизмов и технологических комплексов во многом определяется развитием электрического привода.

К основным направлениям развития современного ЭП относятся:

разработка и выпуск комплектных регулируемых ЭП с использованием современных преобразователей и микропроцессорного, управления;

повышение эксплуатационной надежности, унификации и улучшение энергетических показателей ЭП;

расширение области применения регулируемого асинхронного ЭП и использование ЭП с новыми типами двигателей, а именно линейными, шаговыми, вентильными, вибрационными, повышенного быстродействия, магнитогидродинамическими и др.;

развитие научно-исследовательских работ по созданию математических моделей и алгоритмов технологических процессов, а также машинных средств проектирования ЭП;

подготовка инженерно-технических и научных кадров, способных проектировать, создавать и эксплуатировать современный автоматизированный электропривод.

Решение этих и ряда других проблем позволит существенно улучшить технико-экономические характеристики электропривода и создать тем самым базу для дальнейшего технического прогресса во всех отраслях промышленного производства транспорта сельского хозяйства и в быту.

1. Данные для расчета системы стабилизации скорости электропривода постоянного тока

М₁ = 74 Н·м t₁ = 0,3 с t₇ = 0,1 с

М₂ = 32 Н·м t₂ = 53 с t₈ = 2 с

М₃ = 48 Н·м t₃ = 0,1 с ω₁ = 79 с^-1

М₄ = - 19 Н·м t₄ = 1 с ω₂ = 158 с^-1

М₅ = - 55 Н·м t₅ = 0,4 с D = 50/1

М₆ = - 39 Н·м t₆ = 50 с δ = 0,5%

2. Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода

Рисунок 2.1 - Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода

3. Расчет мощности и выбор электродвигателя

На основании данных нагрузочной диаграммы и тахограммы, приведенных в задании, производим расчет мощности электродвигателя по известным из курса «Теории электропривода» зависимостям:

М_ср = к_з · [ (t_в·М_в + t_н·М_н) / (t_в + t_н)], (3.1)

где к_з = 1,1 ÷ 1,3 - коэффициент, учитывающий отличие динамической нагрузочной диаграммы от статической;

М_в - момент при работе привода «Вперед», Н·м:

М_в = М₁ + М₂ + М₅ = 74 + 32 - 55 = 51 Н·м;

М_н - момент при работе привода «Назад», Н·м:

М_н = М₆ + М₃ + М₄ = - 39 + 48 - 19 = - 10 Н·м;

t_в - время работы привода «Вперед», с:

t_в = t₁ + t₂ + t₃ = 0,3 + 53 + 0,1 = 53,4 с

t_н - время работы привода «Назад», с:

t_н = t₅ + t₆ + t₇ = 0,4 + 50 + 0,1 = 50,5 с

М_ср = 1,2 · [ (53,4·51 + 50,5· (- 10)) / (53,4 + 50,5)] = 25,622 Н·м.

Далее определяется продолжительность включения:

ПВ_р% = [ (t_в + t_н) / (t_в + t_н+ t_о)] · 100%, (3.2)

где t_о - суммарная продолжительность стоянки привода за цикл, с:

t_о = t₄ + t₈ = 1 +2 = 3 с.

ПВ_р% = [ (53,4 + 50,5) / (53,4 + 50,5 + 3)] · 100% = 97, 194%.

Тогда, с учетом (3.2), мощность электродвигателя для среднего статического момента М_ср определяем по выражению:

М_дв = М_ср · √ (ПВ_р% / ПВ_ст%), (3.3)

где ПВ_ст% - стандартное значение продолжительности включения, выраженной в процентах. Так как в справочных данных чаще всего приводятся двигатели с ПВ=100%, то в (3.3) можно подставить ПВ_ст%=100%.

М_дв = 25,622 · √ (97, 194% / 100%) = 25,26 Н·м.

Определим мощность электродвигателя по известной зависимости:

Р_дв = М_дв · _дв, (3.4)

где _дв - угловая скорость двигателя, с^-1:

_дв = 79 с^-1.

Р_дв = 25,26 · 79 = 2 кВт.

С целью уменьшения нагрева двигателя принимаем двигатель большей мощности.

По расчетной мощности двигателя и его скорости вращения из справочника /1/ выбираем двигатель постоянного тока независимого возбуждения серии 2П.

Тип двигателя: 2ПФ160МГУХЛ4: P_н = 4,2 кВт; U_н = 220 В; n_н = 750 об/мин; n_max = 2500 об/мин; η_н = 73%; R_я = 0,516 Ом; R_{д. п.} = 0,407 Ом; R_в = 53,1/12,6 Ом; L_я = 14 мГн.

Далее проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность из условия:

·М_{дв. н.} ≥ М_{дв. max}, (3.5)

где - допустимая перегрузочная способность двигателя (для двигателя постоянного тока независимого возбуждения = 2 ÷ 2,5);

М_{дв. max} - максимальный момент на валу двигателя за цикл, Н·м: М_{дв. max} = М₁ = 74 Н·м; М_{дв. н.} - номинальный момент выбранного двигателя, Н·м:

М_{дв. н.} = (30∙Р_н) / (π∙n_ном) = (30∙4200) / (3,14∙750) = 53,503 Н∙м;

2,5·53,503 ≥ 74,133,758 ≥ 74.

Условие выполняется, т.е. двигатель обеспечивает устойчивую работу механизма.

Проверяем выбранный двигатель по условиям нагрева, используя из курса «Теории электропривода» метод эквивалентного момента.

Формула для определения эквивалентного момента:

М_экв = √ (∑M_{дв. i}²∙t_i / ∑t_i), (3.6)

где n - число рабочих участков в цикле;

М_{дв. i} - величина момента двигателя, соответствующая i-му участку нагрузочной диаграммы, Н∙м;

t_i - продолжительность i-го участка, с;

М_экв = √ (207700/103,9) = 44,71 Н∙м.

М_{ЭКВ. ПВст} = М_экв ∙ √ (ПВ_э% / ПВ_ст%) = 44,71 ∙ √ (97, 194% / 100%) = 44,078 Н∙м.

По зависимости (3.3) с учетом времени пуска и торможения уточняем значение продолжительности включения и приводим значение эквивалентного тока с учетом ПВ. Условием проверки является выражение:

М_{Н. ПВст} ≥ М_{ЭКВ. ПВст}, (3.7), 53,503 ≥ 44,078.

Выбор двигателя сделан правильно

4. Расчет силовой части преобразователя

4.1 Расчет силового трансформатора

Определяем действующее значение фазового напряжения вторичной обмотки трансформатора:

E_2н=к_α·к_з· [E_н+∆U_в+λ·I_н· (R_дв+0,35+0,46· (s·f²/c²) · (U_н/I_н) · (∆Р_м%/100))] /

/ [a· (1- (m%/100)) - (λ·d/c) · (U_к%/100)] ; (4.1)

где f, q, s - коэффициенты, зависящие от схемы трансформатора;

к_α, к_з - коэффициенты запаса, к_α = к_з = 1,05;

λ - кратность тока нагрузки в режиме стабилизации скорости (величина перегрузочной способности двигателя по току);

Е_н - ЭДС двигателя при номинальной скорости, В:

Е_н = U_н - I_н·R_я = 220 - 26,2·0,516 = 206,48 В;

U_н - номинальное напряжение двигателя, В;

I_н - номинальный ток двигателя, А:

I_н = (Р_н/η_н) / U_н = (4200/0,73) / 220 = 26,2 А;

R_дв - сопротивление якорной цепи двигателя, Ом;

∆Р_м% = 1÷3 - потери в меди трансформатора;

m% = 10÷15 - возможное снижение напряжения питающей сети;

U_к% = 4÷9 - напряжение короткого замыкания трансформатора;

∆U_в = 0,9÷1,2 - прямое падение напряжения в вентилях.

E_2н=1,05·1,05· [206,48+1,1+2·26,2· (0,516+0,35+0,46· (1,35·1²/0,472²) · (220/26,2) · (2/100))] // [1,17· (1- (10/100)) - (2·0,637/0,472) · (7/100)] = 354,062 В

Значения коэффициентов для расчета трансформатора по трёхфазной нулевой схеме:

a = 1,17; b = 0,577; c = 0,472; d = 3/2π = 0,637; q = 1,57; s = 1,35; f = 1.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы