Асинхронный частотно-регулируемый электропривод степени подвижности промышленного робота - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Асинхронный частотно-регулируемый электропривод степени подвижности промышленного робота

Расчет и выбор основных элементов силовой схемы: инвертора, выпрямителя, фильтра. Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой и замкнутой системе. Разработка функциональной схемы системы управления электропривода и описание ее работы.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1.3 Расчет мощности и выбор электродвигателя
1.4 Технико-экономическое обоснование
1.5 Расчет и выбор основных элементов силовой схемы
2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1 Разработка функциональной схемы
2.2 Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе
2.3 Синтез системы автоматического регулирования
2.4 Расчёт и построение статических характеристик в замкнутой системе
3. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
3.1 Математическое описание замкнутой системы
3.2 Расчет и построение переходных процессов
4. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ОПИСАНИЕ ЕЕ РАБОТЫ
4.1 Разработка схемы управления и описание ее работы
5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
5.1 Разработка мероприятий по безопасной эксплуатации промышленного робота
5.2 Конструктивные элементы электропривода, обеспечивающие его безопасную эксплуатацию
6. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЕКТА
6.1 Определение объема инвестиций и определение себестоимости и рыночной цены единицы продукции
6.2 Расчет дополнительных показателей для оценки экономической эффективности инвестиционного проекта
Индивидуальный автоматизированный электропривод получил широкое применение как в промышленности, так и в быту. Совершенствование технических показателей электропривода во всех областях применения является основой технического прогресса.
Широта применения определяет исключительно большой диапазон мощностей электроприводов (от долей ватта до десятков тысяч киловатт) и значительное разнообразие их исполнения. Уникальные по производительности промышленные установки - прокатные станы в металлургической промышленности, шахтные подъёмные машины и экскаваторы в горнодобывающей промышленности, мощные строительные и монтажные краны, протяжённые высокоскоростные конвейерные установки, мощные металлорежущие станки и многие другие оборудуются электрическими приводами, мощность которых составляет сотни и тысячи киловатт. Преобразовательные устройства таких электроприводов представляют собой генераторы постоянного тока, тиристорные и транзисторные преобразователи с выходом на постоянном токе, тиристорные преобразователи частоты соответствующей мощности. Они обеспечивают широкие возможности регулирования потока электрической энергии, поступающей в двигатель, в целях управления движением электропривода и технологическим процессом приводимого в движение механизма. О Рассматривая все многообразие современных производственных процессов, в каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных отраслей народного хозяйства. К их числу относятся доставка сырья и полуфабрикатов к истокам технологических процессов и межоперационные перемещения изделий в процессе обработки, погрузочно-разгрузочные работы на складах, железнодорожных станциях и т. д.
Механизмы, выполняющие подобные операции, как правило, универсальны и имеют общепромышленное применение, в связи, с чем и называются общепромышленными механизмами.
По характеру технологического процесса общепромышленные механизмы можно разделить на две большие группы: механизмы циклического - (прерывного) действия, рабочий процесс которых состоит из повторяющихся однотипных циклов, и механизмы непрерывного действия, технологический процесс которых имеет непрерывный характер. Типичными примерами первых могут служить краны, шахтные подъемные машины, лифты, а вторых -- эскалаторы, землесосы, конвейеры.
Особое значение имеет задача получения с помощью сравнительно простых средств хороших регулировочных свойств у асинхронного двигателя как наиболее широко распространенного, простого и надежного в эксплуатации. Вопросы регулирования скорости вращения асинхронных двигателей находятся постоянно в центре внимания исследователей. Это вызвано тем, что асинхронный двигатель гораздо легче и значительно дешевле двигателя постоянного тока при одинаковых мощности и скорости вращения. Асинхронные двигатели отличаются простотой конструкции, высоким КПД и надёжностью. Они обладают высокими динамическими качествами. Однако в отношении регулировочных свойств асинхронные двигатели уступают двигателям постоянного тока, что ограничивает область их применение. Тем не менее во многих случаях задача регулирования скорости вращения рабочего механизма может быть решена и при применении асинхронных двигателей.
Целью данного курсового проекта является разработка системы асинхронного частотно-регулируемого электропривода степени подвижности промышленного робота, разработка системы управления электропривода, обоснование экономической эффективности проекта, экологичности и безопасности работы робота.
1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Структурно-кинематическая схема робота представлена на рис. 1.1.
Рис.1.1 Структурно-кинематическая схема робота
Данный промышленный робот(ПР) обеспечивает следующие максимальные угловые перемещения:
- по СПц - ( со скоростью 120 град/с);
- по СП?1 - ( со скоростью 60 град/с);
- по СП?2 - ( со скоростью 90 град/с);
- по СП?3 - ( со скоростью 60 град/с);
- по СПб - ( со скоростью 90 град/с);
- по СП - ( со скоростью 60 град/с).
Пространственная конструкция ПР представлена на рис.1.2.
Рис.1.2. Пространственная конструкция ПР.
На неподвижном основании 0 установлена вращающаяся колонна 1, реализуя тем самым СП Rц. Колонна 1, сочленяясь со звеном 2, реализует СП R?1. Кинематическая пара ,состоящая из звеньев 2 и 3 реализует СП R?2, а кинематическая пара ,состоящая из звеньев 3 и 4 - R?3 . Звено 4 ,сочленяясь со звеном 5 , обеспечивает вращение схвата вокруг продольной оси (СП Rб). Кинематическая пара ,состоящая из звеньев 5 и 6, осуществляет поворот схвата вокруг вертикальной оси (СП R).
Для дальнейших расчетов примем данный ПР универсального типа. Для универсальных роботов рабочий цикл неизвестен заранее, так как они могут использоваться для роботизации различных производственных процессов, поэтому приводные устройства должны обеспечить выполнение самых тяжелых рабочих циклов, исходя из предельных угловых и линейных перемещений с максимально возможной скоростью и максимальными величинами линейных и угловых ускорений. Кроме того универсальные роботы должны обеспечить максимальную производительность (минимальное время цикла), что будет иметь место при работе двух и более степеней подвижности одновременно.
Для качественного выполнения технологического цикла должны выполняться следующие требования:
- относительный статический перепад скорости во всем диапазоне изменения статического момента - д?10%;
- для снижения кинематических усилий при перемещениях необходимо ограничение ускорения - е?13,95 рад/;
- диапазон регулирования скорости D должен составлять 50:1 для обеспечения точной остановки привода;
-допускается снижение питающего напряжения не более, чем на 10%;
1.3 Расчет мощности и выбор электродвигателя
Работа по СП R?3 происходит по следующему циклу: поворот на против часовой стрелки- пауза - поворот на по часовой стрелке.
Расчетная схема механической части для СП представлена на рис.1.3.
Рис.1.3. Расчетная схема механической части.
Расстояние между центром масс приводного устройства СП и центром масс звена 5:
Расстояние между центром масс приводного устройства СП б и центром масс пятой :
Расстояние между центром масс четвертой детали и центром масс приводного устройства СП б :
кг - масса приводного устройства СПб;
Угол, при повороте на который против часовой стрелки, момент создаваемый приводным устройством СПб , станет движущим:
Угол, при повороте на который против часовой стрелки, момент создаваемый приводным устройством СП , станет движущим:
Статический момент при повороте на против часовой стрелки :
Далее при повороте еще на статический момент, создаваемый приводным устройством СПб , станет движущим, а статический момент, создаваемый остальными массами, будет еще тормозящим:
Далее при повороте еще на статический момент, создаваемый приводным устройством СП станет движущим, а статический момент, создаваемый остальными массами(кроме приводного устройства СПб), будет еще тормозящим:
При дальнейшем повороте еще на против часовой стрелки статический момент будет движущим:
где м - определяем по теореме Пифагора;
Статический момент при повороте на по часовой стрелке будет тормозным:
При дальнейшем повороте еще на по часовой стрелке статический момент, создаваемыми приводным устройствами СПи СПб , будет тормозным, а статический момент, создаваемыми остальными массами, будет уже движущим:
При дальнейшем повороте еще на по часовой стрелке статический момент, создаваемыми приводным устройством СПб , будет тормозным, а статический момент, создаваемыми остальными массами, будет уже движущим:
При дальнейшем повороте еще на по часовой стрелке статический момент будет уже движущим:
Нагрузочная диаграмма работы двигателя по СП представлена на рис.1.4.
Рис.1.4. Нагрузочная диаграмма механизма.
По нагрузочной диаграмме определим эквивалентный момент.
Потребная мощность приводного двигателя СП:
С учетом к.п.д. редуктора получаем:
Выбор двигателя производим исходя из условия:
По [1] выбираем асинхронный короткозамкнутый двигатель серии АИР63А4. Параметры двигателя представлены в таблице 1.1.:
Синхронная частота вращения, об/мин:
Приведенное активное сопротивление ротора, отн.ед:
Приведенное индуктивное сопротивление ротора, отн.ед
Приведенное активное сопротивление статора, отн.ед
Приведенное индуктивное сопротивление статора, отн.ед
Приведенное активное сопротивление ротора по [2]:
где - приведенное активное сопротивление ротора в относительных единицах.
Сопротивление при работе на верхней характеристике с f=50 Гц по[2]:
где - приведенное сопротивление контура намагничивания в относительных единицах.
При работе на верхней характеристике зададимся величиной относительного статического перепада скорости д=0,25% , тогда скорость при работе на верхней характеристике:
Откуда скорость при работе на нижней характеристике в заданном диапазоне(скорость при М=226 Нм):
Скорость холостого хода при работе на нижней характеристике:
Скольжение при работе с щниж=3,15 1/c:
Тогда скольжение при работе с Мэкв=1,1 Нм по свойству пропорции:
где М=226/136=1,66 Нм - максимальное значение статического момента.
Статический перепад скорости при работе с Мэкв=1,1 Нм:
Тогда скорость двигателя при работе с Мэкв=1,1 Нм:
Проверка двигателя по нагреву произведем путем расчета допустимой частоты включений в час. Потери в двигателе делятся на переменные и постоянные. Переменные потери при работе на нижней характеристике по [3]:
Механические потери при работе на нижней характеристике:
Индуктивное сопротивление контура намагничивания при работе на нижней характеристике:
Ток намагничивания при работе на нижней характеристике:
где Uф ниж=4,9 В- напряжение питания при работе на нижней характеристике в замкнутой системе с f=1,11 Гц(щ0=3,5 1/c);
Примем допущением о том, что при работе на нижней характеристике мощность отводимая в окружающую среду ДР равна 75% от выделяемой мощности в двигателе (вследствие ухудшения процесса вентиляции самовентилируемого двигателя при работе на малых скоростях).
С учетом последнего, допустимое число включений в час по[3]:
в=0,3- степень снижения коэффициента теплоотдачи.
Так как цикл длится 15 с, то за час пройдет 240 циклов. Значит, выбранный двигатель подходит по условию обеспечения необходимого числа включений.
Теперь проверим двигатель по допустимой перегрузочной способности.
Для выбранного двигателя выполняется условие Мmax Мmax дв.
В результате проверки установлено‚ что выбранный двигатель удовлетворяет условиям нагрева и условиям допустимой перегрузки.
1.4 Технико-экономическое обоснование
Принципиально возможны и технически отработаны на сегодняшний день следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
-регулирование напряжения на статоре;
Скольжением можно управлять, изменяя число пар полюсов обмотки статора, но для этого требуются двигатели специального исполнения, к тому же этот способ позволяет изменять скольжение дискретно. Регулирование скорости изменением напряжения на статоре в замкнутой системе, осуществляемое с помощью тиристорного регулятора напряжения, позволяет увеличить плавность и расширить диапазон регулирования скорости асинхронного электропривода, но только до критического скольжения. В разомкнутой системе асинхронного электропривода эффективность такого регулирования скорости ограничена малым диапазоном устойчивых режимов работы двигателя. Расширить функциональные возможности асинхронного электропривода можно в замкнутых системах. Недостатком этого способа регулирования является то, что потери скольжения при регулировании скорости рассеиваются в виде тепла в двигателе. Применение тиристоров даёт ряд преимуществ: тиристорные регуляторы напряжения практически безинерционны, имеют большой коэффициент усиления по мощности и высокий КПД. Электропривод с таким управлением асинхронным двигателем представлен на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Принципиальная схема регулирования скорости АД изменением напряжения на статоре.
Частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электродвигателя и преобразователя частоты. Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется напряжение с переменными амплитудой и частотой. Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:
-преобразователи частоты с непосредственной связью (силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети);
- преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.
В частотно-регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление. Принцип скалярного управления частотно- регулируемого асинхронного электропривода базируется на изменении частоты и текущих значений модулей переменных АД (напряжений, магнитных потоков, потокосцеплений и токов двигателя). Управляемость АД при этом может обеспечиваться совместным регулированием либо частоты f1 и напряжения U1, либо частоты f1 и тока статора I1. Первый способ называют частотным управлением, а второй - частотно-токовым. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения. Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const (обеспечивается постоянство максимального момента двигателя). В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Скалярный принцип управления является наиболее распространенным в асинхронном электроприводе. Ему свойственна техническая простота измерения и регулирования переменных АД. Основной недостаток подобного принципа управления заключается в трудности реализации желаемых законов регулирования скорости и момента АД в динамических режимах. Связано это с весьма сложными процессами, протекающими а АД. Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.
Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Векторное управление частотно-регулируемого асинхронного электропривода связано как с изменением частоты и текущих значений переменных АД, так и со взаимной ориентацией их векторов в полярной или декартовой системе координат. За счет регулирования амплитудных значений переменных и углов между их векторами обеспечивается полное управление АД как в статике, так и в динамике, что дает заметное улучшение качества переходных процессов по сравнению со скалярным управлением. Именно этот факт и является определяющим при выборе систем с векторным управлением.
Информация о текущих значениях и пространственном положении векторов переменных АД может быть получена как прямым их измерением с помощью соответствующих датчиков, так и косвенно на основе математической модели АД. Конфигурация и сложность такой модели определяется требованиями к техническими электроприводу. В общем случае такие системы с косвенным регулированием координат электропривода из-за нестабильности параметров АД и сложной их взаимосвязи уступают по своим статическим и динамическим показателям системам с прямым векторным управлением. При сложности вычислительных операций и алгоритмов управления электроприводом достоинство систем с косвенным регулированием заключается в простоте технических решений и, следовательно, практической надежности.
Функциональная схема низковольтного (на промышленную сеть ~380 В) преобразователя частоты представлена на рис. 1.6.
Переменное напряжение питающей сети (uвх.) с постоянной амплитудой и частотой (Uвх = const, fвх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1). Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока. С выхода фильтра постоянное напряжение ud поступает на вход автономного инвертора (3). Автономный инвертор выполняется на основе силовых тиристоров или биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.). Схема силовой части АИН представлена на рис. 1.7.
Из рассмотренных выше систем электропривода принимаем систему частотно-регулируемого привода с неуправляемым мостовым трёхфазным выпрямителем и транзисторным трехфазным автономным инвертором напряжения. Упрощённая функциональная схема выбранной системы электропривода представлена на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Упрощённая функциональная схема системы электропривода.
Здесь звено постоянного тока представляет собой неуправляемый выпрямитель по мостовой схеме, питающийся от сети переменного тока. На выход моста включен LC- фильтр (на рис. не указан).
1 .5 Расчет и выбор основных элементов силовой схемы
Максимальный ток через ключи инвертора по [4]:
- коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току;
- коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока;
Транзисторы IGBT выбираются с постоянным(номинальным) током коллектора по условию:
По [5] выбираем транзистор IRG4BC20KD фирмы IR, имеющий следующие параметры:
Данный транзистор выпускается в одном корпусе с встречно-параллельным диодом. Общий вид IGBT- транзистора представлен на рис.1.9.
Определим потери в IGBT транзисторе. Потери в IGBT в проводящем состоянии по[4]:
где Iср=Iс,макс/k1=1,77/1,3=1,36- максимальная величина амплитуды тока на выходе инвертора;
Uce=2,2 B - прямое падение напряжения на IGBT в насыщенном состоянии.
где tc(on)=0,4 мкc - продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание транзистора;
tc(off)=0,7 мкc - продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на закрывание транзистора;
Ucc=513 B - напряжение на коллекторе IGBT((напряжение звена постоянного тока для системы АИН-ШИМ );
fsw=10000 Гц- частота коммутации ключей(частота ШИМ).
Потери диода в проводящем состоянии:
где Iep=Iср=1,36 A- максимум амплитуды тока через обратный диод;
Uec=2 B- прямое падение напряжения на обратном диоде (в проводящем состоянии).
Потери восстановления запирающих свойств диода:
где Irr=1,36 A- амплитуда обратного тока через диод;
trr=0,2 мкс- продолжительность импульса обратного тока.
Результирующие потери в IGBT с обратным диодом:
Среднее выпрямленное напряжение по [4]:
Максимальное значение среднего выпрямленного тока:
где n=3- количество пар IGBT в инверторе.
Максимальное обратное напряжение вентиля:
где kc=1,1 - коэффициент допустимого повышения напряжения сети;
В- запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока.
Вентили выбираются по постоянному рабочему току и по классу напряжения:
Согласно этому условию выбираем по[5] диод HFA06TB120, имеющий следующие параметры:
-повторяющееся импульсное обратное напряжение:
-максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при
Общий вид диода представлен на рис.1.10.
Коэффициент пульсаций на входе фильтра по [4]:
где m=6- пульсность схемы выпрямления.
Величина минимальной индуктивности фильтра:
где Id=0,83 А- номинальный средний ток звена постоянного тока.
Для обеспечения коэффициента мощности на выходе выпрямителя km=0,95 индуктивность дросселя определяется условием . Тогда необходимое значение индуктивности:
Выбираем по [5] дроссель типа РОБС-1АУ3, имеющий следующие параметры:
Общий вид дросселя представлен на рис.1.11.
Рис.1.11. Общий вид дросселя РОБС-1АУ3.
Емкость конденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора:
где Ism1=1,17 А- амплитудное значение тока в фазе двигателя;
- угол сдвига между 1-ой гармоникой фазного напряжения и фазного тока.
Амплитуда тока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока(по 1-ой гармонике):
где q1вых=0,011- коэффициент пульсаций на выходе фильтра.
Конденсатор должен выбираться на емкость С03 ,допустимый по амплитуде ток более ICom и напряжением не менее 800 В. Согласно этим условиям по[6] выбираем конденсатор К78-17, имеющий следующие параметры:
Общий вид конденсатора представлен на рис.1.12.
Выводы : в первой главе дана общая характеристика робота и режима его работы, выбран электродвигатель АИР63А4 и проверен по нагреву методом определения допустимого числа включений в час и перегрузке, приведены возможные варианты электропривода, выбрана система электропривода с векторным управлением и сформулированы требования к электроприводу. По результатам расчёта построена нагрузочная диаграмма и выбраны элементы силовой схемы.
2. Р АЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2 . 1 Разработка функциональной схемы
Функциональная схема проектируемого электропривода построена на основании «классической» структуры векторного управления в соответствии с рекомендациями [7] представлена на рис 2.1. Значения вектора потокосцепления и поступают на датчик потокосцепления ДПт. Он вычисляет по этим значениям потокосцепление ротора в осях и . В векторе-фильтре ВФ определяется модуль потокосцепления ротора и тригонометрические функции:
Сигнал задания потокосцепления ротора формируется в специальном вычислительном устройстве ВУ, использующем математическую модель АД и вводимые в нее реальные параметры двигателя. Сигнал с выхода ВФ() сравнивается с сигналом задания потокосцепления ротора, и их разница поступает на регулятор потокосцепления. Сигнал с выхода РПт является сигналом задания для внутреннего контура регулирования тока I1x , а сигнал обратной связи по току поступает от датчика тока ДТ через координатный преобразователь(КП2), который вычисляет составляющие тока статора по осям х,у:
Сигнал обратной связи по скорости снимается с тахогенератора BR. Сигнал рассогласования скорости является заданием для второго внутреннего контура регулирования тока(I1у).
Сигналы с выхода регуляторов тока поступают на блок компенсации БК. Он осуществляет ориентацию вектора тока статора I1у относительно вектора потокосцепления ротора так, чтобы обеспечить необходимый момент и постоянство вектора . Блок координатных преобразований КП1 преобразует U1x и U1у в U1б и U1в:
В преобразователе фаз формируются трехфазные синусоидальные сигналы U1а, U1b, U1c , определяющие на выходе преобразователя частоты амплитуду и частоту напряжений UА, UВ, UС питания обмоток статора двигателя:
Сигнал обратной связи по положению снимается с цифрового датчика скорости (энкодера), с которого помимо сигнала, пропорционального скорости двигателя, снимается и сигнал, пропорциональный положению (датчик положения). Сигнал рассогласования положения является заданием для контура регулирования скорости.




2.2 Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе
Статические характеристики построены по методике, представленной в [3].
Момент асинхронного двигателя можно найти по формуле Клосса:
Определим критический момент при номинальной частоте напряжения питания:
Найдем критическое скольжение при f=50 Гц:
Исходя из заданного диапазона(D=50) номинальная скорость двигателя при работе на нижней характеристике в разомкнутой системе:
Тогда скорость холостого хода при работе на нижней характеристике:
При такой частоте напряжение питания для обеспечения :
Найдем критическое скольжение при fниж=6,86 Гц:
Определим критический момент при fниж р=6,86 Гц:
Уравнение для момента при fниж р=6,86 Гц:
Уравнение статических механических характеристик в разомкнутой системе:
- при работе на верхней характеристике (f=50 Гц,U=220 В):
- при работе на нижней характеристике(f=6,86 Гц,U=30,21 В):
Графики статических механических характеристик в разомкнутой системе представлены на рис.2.2.
Рис.2.2. Статические механические характеристики в разомкнутой системе.
Графики статических электромеханических характеристик в разомкнутой системе представлены на рис.2.3.
Рис.2.3. Статические электромеханические характеристики в разомкнутой системе.
Статические характеристики в разомкнутой системе не соответствуют требованиям относительно статического перепада скорости. Кроме того, для двигателей небольшой мощности значительно значение активного сопротивления статора и характеристики в разомкнутой системе на низкой скорости имеют малый критический момент, т. е. существенно снижается перегрузочная способность.
2. 3 Синтез системы автоматического регулирования
Так как характеристики в разомкнутой системе не соответствуют требованиям, необходим синтез замкнутой системы.
Свойства системы ПЧ-АД с прямой ориентацией координат по вектору потокосцепления ротора подобны свойствам системы двухзонного регулирования скорости электроприводов для двигателей постоянного тока. Переменные машины (токи, напряжения, потокосцепления) представляются при этом в системе координат x,y, вращающейся синхронно с полем ротора [7 ]. Схема содержит два одинаковых по параметрам контура регулирования составляющих I1х, I1y с коэффициентом обратной связи по току kот, внешний контур регулирования потокосцепления ротора с коэффициентом обратной связи по потокосцеплению kоп, внешний контур регулирования скорости двигателя с коэффициентом обратной связи по скорости kос и контур регулирования положения. Структурная схема системы ПЧ-АД при прямой ориентации координат x,y по вектору потокосцепления ротора представлена на рис.2.4.
Рассчитаем параметры и настройки элементов системы регулирования по [7] для моделирования системы в абсолютных величинах.
Определим индуктивность рассеяния фазы статора, ротора и индуктивность контура намагничивания:
Эквивалентное активное сопротивление статора по [7]:
где Гн - эквивалентная индуктивность фазы ротора;
Регулятор тока является пропорционально-интегральным и его передаточная функция:
Постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора тока:
где - коэффициент обратной связи по току;
- коэффициент передачи преобразователя;
=2 - при настройке на модульный оптимум;
с (в соответствии с принятой несущей частотой fнес=1 кГц).
Коэффициент рассеяния магнитного поля:
Передаточный коэффициент пропорциональной части регулятора тока:
Регулятор потокосцепления является пропорционально-интегральным и его передаточная функция:
Постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора потокосцепления:
где - коэффициент обратной связи по потокосцеплению;
=2 - при настройке на модульный оптимум.
Передаточный коэффициент пропорциональной части регулятора потокосцепления:
где с - электромагнитная постоянная цепи ротора.
Модуль жесткости линеаризованной механической характеристики по [3]:
Электромеханическая постоянная времени двигателя:
Статический перепад скорости ЭП при настройке контура скорости на технический оптимум:
Согласно требованиям статический перепад скорости в замкнутой системе(найден в пункте 1):Следовательно, для обеспечения такого статического перепада скорости необходимо применение регулятора скорости с переменным статизмом. Передаточная функция регулятора скорости по [3]:
где - отношение сопротивления в цепи обратной связи регулятора скорости и сопротивления шунта.
Регулятор положения имеет параболическую характеристику:
В качестве датчика тока выбираем по [8] датчик LTS 6-NP фирмы Lem, характеристики которого представлены в таблице 2.1:
Общий вид датчика представлен на рис.2.5.
Рис.2.5.Общий вид датчика LTS 6-NP.
Для измерения скорости и положения выбираем по [9] энкодер DRS 60, параметры которого представлены в таблице 2.2:
электропривод управление функциональный
Максимальная рабочая скорость, об/мин
В качестве датчика напряжения выбираем по [8] датчик LV 6-25p фирмы Lem, характеристики которого пре
Асинхронный частотно-регулируемый электропривод степени подвижности промышленного робота дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовая Работа На Тему Финансовый Анализ Состояния Предприятия Оао "Сатурн – Газовые Турбины"
Снежная Королева Сказка О Холодном Сердце Сочинение
Курсовая работа по теме Договор банковского вклада
Физиологические Изменения Во Время Беременности Реферат
Курсовая работа по теме Профилактика употребления наркотиков подростками и молодежью
Эссе На Тему Уголовная Ответственность
Курс Лекций На Тему Маркетингове Ціноутворення
Написать Мини Сочинение История Слова
Реферат: Организация космического питания
Сочинение По Тексту Огэ 2022
Реферат: М.Е. Салтыков-Щедрин - редактор. Скачать бесплатно и без регистрации
Презентация На Тему Deutsche Schriftsteller: J.W. Goethe Und F. Schiller
Пособие по теме Теоретическая механика
Мини Эссе Справедливо Ли Решение Соломона
Конспекты лекций: Юридическая психология
Курсовая работа по теме Прикладной характер метода эксперимента в социологии
Контрольная работа: Мировое разделение труда
Курсовая работа по теме Зарубіжний досвід формування та забезпечення ефективного використання кадрового потенціалу фірми
Сочинение Лесков Левша 6 Класс
Дипломная работа по теме Разработка сайта павлодарского автовокзала
Политические представления древних греков - История и исторические личности контрольная работа
Исполнительная власть в системе государственного управления - Государство и право курсовая работа
Документальное оформление и бухгалтерский учет основных средств - Бухгалтерский учет и аудит отчет по практике