Электротехника \ Системы управления электроприводов

Проектирование системы автоматического управления электроприводом рольганга (служащего для подачи прокатываемого металла в валки и приема его из валков), страница 2

где: β_К = 0.6 – коэффициент учитывающий наличие компенсационной обмотки,

р_Д = 2 – число пар полюсов двигателя,

ω_Н= 59,167 – номинальная угловая скорость вращения двигателя (рад/с);

– конструктивная постоянная двигателя

где: N – число активных проводников якоря,

2а – число параллельных ветвей обмотки якоря;

– произведение конструктивной постоянной на номинальный магнитный поток (Вб)

– номинальный момент (Н*м)

В справочниках сопротивления, как правило, приводятся для температуры 15⁰С или 20⁰С. Его необходимо привести к рабочей температуре

где: α – температурный коэффициент (для меди α = 3.9*10^-3),

Δt – разница между допустимой температурой обмотки (выбирается по классу изоляции двигателя (H – 160⁰С)) и температурой, для которой приведено сопротивление в справочнике (20⁰С).

3. ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЭП

Выбор комплектного электропривода производится исходя из вида рабочей машины, для которой рассчитывается электропривод.

Выбираю из справочника комплектный тиристорный электропривод унифицированный серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт

КТЭУ-200/220-13213-УХЛ4(-04)

Номер ТУ16-530, 252-79. С параметрами: Iном = 200 А, Uном = 220 В,

1 - количество двигателей: однодвигательный;

3 – режим работы: реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре;

2 – исполнение ТП по способу связи с сетью: с трансформатором;

1 – основной регулируемый параметр: ЭДС или скорость, однозонное регулирование;

3 – состав коммутационной аппаратуры силовой цепи: с линейным контактором.

Выбор трансформатора производится по требуемым номинальным напряжению и току преобразователя.

Выбираю трансформатор типа ТСП, трехфазный, двухобмоточный, сухой с естественным воздушным охлаждением, открытого исполнения

ТСП - 63/0,7 – УХЛ4 (230/200)

C параметрами, приведёнными в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Номин. мощность,

кВ*А

Напр. сетевой обмотки, В

Вентильная обм.

Преобразователь

Потери, Вт

uк %

Iхх %

U, В

I, А

U, В

I, А

Рхх

Ркз

380

205

164

230

200

330

1900

5,5

Для трансформатора рассчитываются параметры обмотки фазы, приведенные ко вторичной обмотке:

– полное сопротивление:

где u_К – напряжение короткого замыкания,

U_2НФ– номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора,

I₂ - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора;

– активное сопротивление

где Р_КЗ– потери короткого замыкания (Вт);

– реактивное сопротивление (Ом) и индуктивность (Гн)

где: ω_с= 2πf_c– угловая скорость вращения напряжения сети (рад/с).

Расчет параметров якорной цепи двигателя производится по следующим формулам:

– активное сопротивление при мостовой силовой схеме тиристорного преобразователя

где Rк – коммутационное сопротивление

где р – количество пульсаций выпрямленного напряжения за период сети (р = 6 для трехфазной мостовой схемы выпрямления);

– индуктивность при мостовой силовой схеме тиристорного преобразователя

– постоянная времени якорной цепи

Момент инерции ролика:

Момент инерции металла, прокатываемого по ролику:

где m=2500 кг – масса заготовки на один ролик рольганга,

D=0.5 м – диаметр ролика.

Момент инерции механизма, приведённый к валу электродвигателя:

где i=1.22 – передаточное число редуктора.

Суммарный момент инерции механизма и момента инерции электродвигателя:

;

4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ САУ

Исходя из характера рабочей машины, выбираю однозонную систему управления.

Так как возможен режим работы "на упор", то следует применять 2 контура регулирования (внутренний контур тока якоря и внешний контур скорости) в якорном канале системы управления.

Структурная схема линеаризованной модели, используемая для синтеза контуров регулирования - на рис. 4.1.

Выбираем номинальные значения сигналов задания всех регулируемых переменных: скорости Uзсн =5В , тока якоря Uзтн =5В. Выбирать номинальные значения следует так, чтобы максимально возможное значение сигнала не превышало напряжения насыщения операционного усилителя.

Требуемые коэффициенты передачи обратных связей определяются выбранными номинальными значениями сигналов задания и номинальными значениями соответствующих переменных

Т.к. отсутствуют фильтры в канале обратной связи: Tдс, Tдт - постоянные времени принимается равной нулю.

5. СИНТЕЗ САР И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Cинтез регулятора тока

Коэффициент передачи преобразователя:

, где

U_у – напряжение управления = 10В,

- ЭДС холостого хода

kсх=2.34 – схемный коэффициент силовой цепи преобразователя для трёхфазной мостовой схемы.

Постоянная времени преобразователя:

, где

p – пульсность схем.

Электромеханическая постоянная времени:

Малая постоянная контура:

Т.к. выполняется условие , то внутренней ОС двигателя по ЭДС якоря пренебрегаем. Тогда

Для настройки на ТО необходим ПИ-регулятор:

где Tрт=Tя=0,054 с.

Тогда:

Тогда передаточная функция замкнутого контура тока якоря:

Структурная схема контура тока якоря представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Структурная схема контура тока якоря.

Синтез регулятора скорости

С учетом замены контура тока якоря эквивалентным звеном структурная схема контура скорости, при двухконтурном якорном канале системы управления, будет иметь вид, представленный на рис.5.2.

Передаточная функция объекта регулирования контура скорости