Расчет силового согласующего трансформатора. Синтез СПР и построение статических характеристик ЭП

1. Исходные данные:

Вариант №6

Тип двигателя: 2ПН112МГУХЛ4

Технические данные двигателя:[1]

		Частота вращения об/мин		КПД, %	Сопротивление обмотки при 15о С			Индуктивность цепи якоря, мГн
					Якоря	Д.п.	возбужд
1,5	220	1500	4000	70	1,77	1,55	44	19,5

Момент инерции двигателя равен

Диапазон регулирования

Для произведения всех необходимых вычислений следует привести активные сопротивления к рабочей температуре:

Превышение температуры обмоток при установившемся тепловом состоянии ДПТ типа 2ПН соответствует классу изоляции B.

Значения удельных сопротивлений меди при различных температурах берем из справочника [2]:

 - при 15

 - при 75

Далее найдем значения сопротивлений при рабочей температуре:

Теперь найдем полное сопротивление якорной цепи двигателя:

К.П.Д. данного двигателя определено для независимого включения обмотки возбуждения, следовательно, номинальный ток якорной цепи определится по формуле:

2.Расчет силового согласующего трансформатора

Трансформатор в управляемом вентильном электроприводе необходим для согласования напряжения сети с напряжением двигателя.

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора:

где коэффициент запаса по напряжению; коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющей сигнале; коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения на вентилях и в обмотках трансформатора; - коэффициент, устанавливающий зависимость между средневыпрямленным напряжением преобразователя и напряжением вторичной обмотки трансформатора, он зависит от схемы выпрямления.

Коэффициент трансформации трансформатора:

Определим токи фаз вторичной и первичной обмоток трансформатора:

где  коэффициенты  и приведены в [2].

Типовая мощность трансформатора:

где   - для мостовой схемы из таблицы 1 [2].

Принимаем трансформатор мощностью .

Приведенное ко вторичной обмотке активное сопротивление одной фазы трансформатора:

,

где потери активной мощности трансформатора в режиме короткого замыкания.

Реактивное сопротивление одной фазы трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке:

,

где U_к = 5...10 % – напряжение короткого замыкания трансформатора; Z_т – полное сопротивление одной фазы трансформатора, приведенного ко вторичной обмотке; L_т = x_т/w₀ – индуктивность фазы трансформатора; w₀ = 2pf_с – частота напряжения питающей сети.

Индуктивность фазы трансформатора:

Эквивалентные параметры якорной цепи двигателя:

Максимальная средневыпрямленная Э.Д.С.:

Э.Д.С. с учетом ограничения угла регулирования:

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя:

Силовая схема ЭП:

Рисунок 1. Силовая схема электропривода

Обозначения на схеме:

Т-трансформатор; М – ДПТ; LM – обмотка возбуждения двигателя; UVS – группа тиристорных преобразователей; UVD – группа диодных выпрямителей.

3. Синтез СПР и построение статических характеристик ЭП

3.1 Общая структурная схема СПР скорости.

Рисунок 2. Общая структурная схема системы подчиненного регулирования скорости.

3.2 Синтез контура регулирования тока.

Синтез выполняется при двух основных допущениях:

1.  Постоянная времени управляющего преобразователя  достаточно мала и ее можно принять в качестве малой некомпенсируемой .

2.  Влияние внутренней обратной связи двигателя по Э.Д.С. вращения мало или скомпенсировано.

Рисунок 3. Структурная схема контура регулирования тока

Определение коэффициента обратной связи по току:

(Ом)

где 

3.3 Синтез регулятора тока.

Внутренним контуром в системе подчиненного регулирования скорости тиристорного электропривода является контур тока. Оптимизация параметров контура тока проводится при следующих допущениях:

1.  режим тока якорной цепи двигатель–преобразователь непрерывный;

2.  тиристорный преобразователь является звеном, передаточная функция которого:

,

где Т_п = (0.01...0.008) с – постоянная времени системы управления преобразователем;

При синтезе регуляторов каждого из контуров СПР задаются желаемыми характеристиками скорректированного контура. В данном случае применим настройку на технический оптимум (оптимизацию по модулю).

Запишем передаточную функцию разомкнутого контура регулирования тока:

Исходя, из условия настройки на технический оптимум:

Таким образом, получаем:

Подставим в данные выражения все известные величины:

где - электромагнитная постоянная времени якорной цепи, a =2 – настроечный коэффициент.

Принципиальная схема регулятора тока на операционном усилителе:

Рисунок 4. Принципиальная схема регулятора тока на ОУ

3.4 Синтез контура регулирования скорости при настройке на ТО

Рисунок 5. Структурная схема контура регулирования скорости

При синтезе принимаем следующие допущения:

·  Электропривод однозонный

·  При синтезе регулятора скорости передаточная функция замкнутого контура тока с достаточной степенью точности (ввиду малости некомпенсируемой постоянной времени ) аппроксимируется выражением:

Тогда нeкoмпeнcиpyемoй малой постоянной времени в контуре скорости является величина

 (с)

Настройка на ТО:

,

где  J=0.015 - момент инерции якоря ДПТ.

,

где   (Вб),

 - номинальная частота вращения двигателя,

 - коэффициент обратной связи по току,

 - напряжение задающего сигнала.

Принципиальная схема РТ на ОУ:

Рисунок 6. Принципиальная схема РС на базе ОУ

3.5  Определение диапазона регулирования при настройке на ТО

Запишем скоростную характеристику:

По скоростной характеристике определяем значение  для номинального режима:

 - электромеханическая постоянная времени ЭП.

Далее определим минимальную частоту вращения:

Построим график:

Рассчитаем, какой диапазон регулирования удается достичь при заданной погрешности:

 - статическая просадка скорости.

Для нижней характеристики определим статическую погрешность регулирования:

Можно сделать вывод, что контур регулирования скорости надо настраивать не на технический (ТО), а на симметричный оптимум (СО).

3.6 Синтез КРС при настройке на СО

Рисунок 6. Структурная схема контура регулирования скорости при настройке на СО

Синтез регулятора скорости: