Расчёт параметров элементов структурной схемы

Введение

Электроприводы играют в настоящее время важную роль при решении задач автоматизации во всех отраслях народного хозяйства. Их технические параметры существенно влияют на качество и надёжность автоматизированных технологических процессов.

Развитие силовой электроники и микроэлектроники оказало плодотворное влияние на разработки в области электропривода и автоматики. Современный автоматизированный электропривод включает в себя системы управления и регулирования с высоким уровнем организации и одновременно сам является подсистемой в иерархической структуре автоматизации.

Возросшие требования к скорости и точности, выполняемых электроприводом движений, необходимость обеспечить взаимную связь одновременных движений нескольких рабочих органов машины или ряда агрегатов технологической цепи при оптимальных показателях и заданных ограничениях существенно усложнили функции управления электроприводом.

Определение структуры и параметров объекта управления

В состав объекта управления входят широтно-импульсные преобразователи и двигатель постоянного тока 4ПФ112L – 3,55кВт – 425 мин ^–1 с параметрами:

– номинальная мощность кВт,

– номинальный ток якоря А,

– КПД ,

– номинальная частота вращения мин^–1,

– напряжение в якорной цепи В,

– напряжение в обмотке возбуждения В,

– момент инерции на валу двигателя кг×м²,

– номинальный момент Н×м,

– номинальный ток возбуждения А.

Двигатель типа 4ПФ предназначен для привода механизма главного движения станков с ЧПУ, гибких производственных систем и роботизированных производственных комплексов. Двигатель поставляется со встроенными тахогенераторами типа ТП80-20-0,2 и датчиками тепловой защиты – терморезистором типа СТ 14-1Б. Двигатель выдерживает нагрузку по току при номинальной частоте вращения в течении и в течении ; при максимальной частоте вращения – в течении . [2]

Суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателя:

кг×м²

Сопротивление якорной обмотки:

[4]

тогда Ом

Постоянная двигателя

В×с

где В×с/Вб

тогда

Вб

Номинальная угловая скорость вращения:

с^–1

Максимальная скорость вращения:

с^–1

Индуктивность рассеяния якорной цепи двигателя вычислим по приближённой формуле Уманского-Линвилля: [1]

Гн = мГн [1]

Учитывая индуктивность трансформатора и сглаживающих дросселей, полная индуктивность

Гн

Электромагнитная постоянная времени:

Максимальный момент при максимальной скорости и номинальном потоке:

Н×м

Определим во сколько раз можно уменьшить поток, чтобы момент развиваемый двигателем не снизился меньше чем Н×м

С учётом запаса зададимся максимальным снижением потока в 2 раза, тогда:

Н×м

Тогда максимально возможная скорость:

с^–1

Принимаем с^-1

Найдём количество витков в обмотке возбуждения:

Сопротивление цепи возбуждения:

Ом

Расчёт параметров элементов структурной схемы

В качестве исходной структурной схемы выберем двухконтурную систему ЭП (рис.1).

Будем настраивать на технический оптимум контур тока и скорости

Контур тока.

Ом

следовательно, требуется ПИ-регулятор тока.

Контур скорости.

Контур тока возбуждения.

Ом

следовательно, требуется ПИ-регулятор тока возбуждения.

Рис.2. Характеристика задающего звена.

На вход звена, изображённого на рис. 2 приходит сигнал рассогласования (Uze-Eя).

При , (Uze-Eя)>0 и на выходе нелинейного элемента идёт задание на номинальный ток возбуждения. При , (Uze-Eя)<0 и Uztv уменьшается в зависимости от Eя. Так как ток возбуждения уменьшается, то и магнитный поток обмотки возбуждения уменьшается, а следовательно скорость увеличивается.

Выбор элементов контура тока якоря.

В качестве датчика тока якоря выбираем ДТХ–50. На вход этого датчика можно подавать . При этом он выдаёт на выходе .

Так как и является максимальным значением, то при мы имеем .

Тогда

Изобразим ПИ–РТЯ.

Рис.9. Принципиальная схема ПИ–РТЯ.

В качестве ОУ выбираем прецизионный ОУ типа КР140УД17А [3].

Он имеет следующие параметры:

В начальное значение времени необходимо обнулить интеграторы. Для этого будим использовать аналоговый ключ типа КР590КН2, который содержит в себе два ключа. Пусть

, тогда