Моделирование электроприводов постоянного тока с П и ПИ – регуляторами скорости и однофазным полностью управляемым тиристорным преобразователем

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский государственный технический университет

Кафедра: «ЭсПП»

Дисциплина: «Электропривод»

Отчёт по лабораторной работе №4

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С           (П и ПИ) – РЕГУЛЯТОРАМИ СКОРОСТИ И ОДНОФАЗНЫМ ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Вариант  №6

                                                          Выполнил: студент группы Э – 414

                                                                                          Хапилин Д.В.

                                                          Проверил: к.т.н., старший преподаватель

                                                                                          Катрич П.А.

Омск 2008

Цель работы: изучение принципа действия, статических и динамических свойств тиристорного электропривода с П и ПИ – регуляторами скорости.

ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

Структурная схема электропривода приведена на рис. 1.

Рис. 1.

Здесь  – сопротивление и ток якорной цепи;

– угловая скорость вала двигателя;

 – момент нагрузки;

 – электромагнитная постоянная времени;

 – конструктивный коэффициент;

– заданная скорость двигателя;

 – передаточная функция регулятора скорости;

 – в случае П-регулятора;

 – в случае ПИ-регулятора;

ТП – тиристорный преобразователь.

Структурная схема ТП приведена на рис. 2.

Рис. 2.

Она состоит из системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и силовой части. Назначение СИФУ – преобразование входного непрерывного напряжения управления U_у в угол управления α, отсчитываемого от момента естественного отпирания тиристоров.

Силовая часть однофазного полностью управляемого тиристорного преобразователя приведена на рис. 3.

Рис. 3.

Временные диаграммы работы ТП в режиме непрерывных токов приведены на рис. 4.

Рис. 4.

Здесь α – угол управления, γ=180⁰ – угол проводимости тиристоров.

Среднее значение выходного напряжения за период (рис. 4)

,                                               (1)

где U_m – амплитуда выходного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора.

Тогда при α=0⁰ величина , при α=90⁰ – U_ср=0.

Отсюда видно, что для осуществления пропорциональной зависимости между напряжением управления и величиной U_ср необходимо обеспечить: при U_у=0 угол управления α должен быть , при U_y=U_и.max величина α=0⁰. Такое соотношение между U_y и α можно выполнить применением ГЛИН с формой выходного напряжения U_и, показанной на рис. 5.

Рис. 5.

Определим связь между углом управления α и напряжением управления U_y:    .

Формирование импульса напряжения, открывающего тиристор, происходит,

когда

.                                (2)

Решая (2) относительно α, получим

.                                                 (3)

Тогда, с учетом (1), окончательно получи

.                                    (4)

Зависимость  приведена на рис.6.

Рис. 6.

Возможна грубая линеаризация нелинейной характеристики. В этом случае принимают

,где                                                      (5)

– коэффициент передачи ТП.

Найдем амплитуду выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, необходимую для обеспечения вращения вала двигателя в заданном диапазоне скорости  и момента сопротивления . Тогда среднее значение за период выходного напряжения ТП:

.                               (6)

Это напряжение обеспечиваются минимальным углом управления:

.                                              (7)

Результат расчета U_m по (7) зависит от интуиции проектировщика (удачного выбора α_min).

Необходимо учитывать, что тиристоры ТП могут открыться, только если величина напряжения сети больше противоЭДС двигателя

  .                                                    (8)

Поэтому величину U_m, рассчитанную на основании (7), необходимо проверить на выполнение условия (8).Возможен расчет U_m без предварительной оценки величины α_min. Из (8):

.                                                  (9)

Учитывая (7), (9) и

,

получим:

.                     (10)

Выражение (10) позволяет определить амплитуду выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, достаточную для обеспечения вращения вала двигателя со скоростью ω_з.max и момента сопротивления M_c.max.

Моделирование исследуемых электроприводов на ЭВМ производится с помощью приложения «Simulink» из состава программного пакета «MatLab».

Временные диаграммы работы блоков модели ТП приведены на рис. 7.

Рис. 7.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.  Для заданных параметров двигателя  рассчитать напряжение U_m вторичной обмотки силового трансформатора (по выражению (10)), поступающего на силовую часть ТП.

Примем Uм=100 В (для ввода в модель ).

2.   Для заданной величины максимального напряжения U_и.max  рассчитать и построить график зависимости среднего напряжения ТП от напряжения управления (по выражению , где k_ТП определяется по

выражению (5))  .

                                                                    Рис.8.

3.  Для привода с П-регулятором исследуйте процессы отработки ступенчатого задающего воздействия при k_pc=20,50, контролируя величины U_я(t), i_я(t), ω(t). Нарисуйте графики этих величин. Определите значения максимальной величины скорости ω_max, перерегулирование σ, размах колебаний скорости в установившемся режиме Δω, время регулирования t_p. Результаты занесите в таблицу 1.

Таблица 1. Исследование привода с П-регулятором.

Mc, Н∙м	kpc	ωmax, с-1	Δω, с-1	σ, %	tp, c
35	20	64	1	1,5	0,11

4.  Для привода с ПИ-регулятором при заданной величине k_и повторите исследования по пункту 4. Результаты занесите в таблицу 2.

Таблица 2. Исследование привода с ПИ-регулятором.

Mc, Н∙м	kpc	ωmax, с-1	Δω, с-1	σ, %	tp, c
35	20	66	0,5	0,8	0,125

Для привода с П – регулятором.

Для привода  с ПИ – регулятором (Ки=20).

Вывод: изучили принцип действия, статические и динамические свойства тиристорного электропривода с П и ПИ – регуляторами скорости. Тиристорный электропривод даёт колебания(незначительные биения) скорости в установившемся режиме.

ЛИТЕРАТУРА.

1.  Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1990.

2.  Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. – М.: Высшая школа, 1979.

3.  Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева.