Система стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока (124370)

Посмотреть архив целиком

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: Jмех = 0,25·Jдв;

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

время переходного процесса при малом скачкообразном задающем воздействии не более 3Тм, 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:


Мср = кз · [ (tв·Мв + tн·Мн) / (tв + tн)], (3.1)


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

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


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


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


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


tв - время работы привода «Вперед», с:


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


tн - время работы привода «Назад», с:


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

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


Далее определяется продолжительность включения:


ПВр% = [ (tв + tн) / (tв + tн+ tо)] · 100%, (3.2)

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


tо = t4 + t8 = 1 +2 = 3 с.

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


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


Мдв = Мср · √ (ПВр% / ПВст%), (3.3)


где ПВст% - 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 ПВст%=100%.


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


Определим мощность электродвигателя по известной зависимости:


Рдв = Мдв · дв, (3.4)


где дв - угловая скорость двигателя, с-1:


дв = 79 с-1.

Рдв = 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: Pн = 4,2 кВт; Uн = 220 В; nн = 750 об/мин; nmax = 2500 об/мин; ηн = 73%; Rя = 0,516 Ом; Rд. п. = 0,407 Ом; Rв = 53,1/12,6 Ом; Lя = 14 мГн.

Далее проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность из условия:


·Мдв. н. ≥ Мдв. max, (3.5)


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

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


Мдв. н. = (30∙Рн) / (πnном) = (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:


Мэкв = √ (∑Mдв. i2ti / ∑ti), (3.6)


где n - число рабочих участков в цикле;

Мдв. i - величина момента двигателя, соответствующая i-му участку нагрузочной диаграммы, Н∙м;

ti - продолжительность i-го участка, с;


Мэкв = √ (207700/103,9) = 44,71 Н∙м.

МЭКВ. ПВст = Мэкв ∙ √ (ПВэ% / ПВст%) = 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:


МН. ПВст ≥ МЭКВ. ПВст, (3.7), 53,503 ≥ 44,078.


Выбор двигателя сделан правильно


4. Расчет силовой части преобразователя


4.1 Расчет силового трансформатора


Случайные файлы

Файл
СП 32-102-95.doc
71353.rtf
95185.rtf
34403.rtf
160373.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.