Спец питання автоматизованого ЕП

 

Для розрахунків попередньо приймається, що значення випрямленої напруги U_d дорівнює номінальній напрузі двигуна U_н, значення випрямленого струму І_d – номінальному струму двигуна І_н, а значення випрямленої потужності P_d =P_н, тобто:

 (4.1)

 (4.2)

 (4.3)

Типова  потужність трансформатора:

         (4.4)

де k_s – коефіцієнт схеми випрямлення за потужністю (k_s=1,35).

Вибираємо трансформатор за типовою потужністю , орієнтуючись на випрямлену напругу (напругу двигуна ), параметри якого зводимо у таблицю 4.2, в якій прийнято такі позначення: - номінальна потужність трансформатора; - номінальна напруга вторинної обмотки; - напруга короткого замикання, виражена у відсотках від номінальної фазної напруги первинної обмотки; - струм холостого ходу, виражений у відсотках;  - потужність короткого замикання.

Таблиця 4.2 – Параметри трансформатора типу ТСП – 10/0.7 – УХЛ4

,кВА	,В	,В	%,%	%,%	,Вт	,Вт
7.3	380	205	4,7	16	130	320

 

Максимальна амплітудна напруга на діоді:

          (4.5)

де k_зн = 1,3...1,5 – коефіцієнт запасу по напрузі;

Uл  – лінійна напруга вторинної обмотки трансформатора.

Середній струм через діод для  трифазної мостової схеми:

      (4.6)

де I_н – номінальний струм якоря двигуна, А;

λ – коефіцієнт допустимого перевантаження двигуна за струмом, λ =1,25…1,5.

Середній струм, приведений до класифікаційних  параметрів діода:

     (4.7)

де k_зi = 1,5...2 – коефіцієнт запасу по струму.

Далі  з довідників вибираємо діод так, щоб були виконані умови:

     (4.8)

Вибираємо діод типу 2Д2990А, в якого і .

          Нехтуючи втратами у фільтрі, приблизно можна визначити коефіцієнт згладжування по формулі:

                     (4.9)

де  – амплітуда основної гармоніки напруги на вході фільтру;

 – амплітуда основної гармоніки напруги на виході фільтру.

Амплітуда основної гармоніки напруги  на виході фільтру:

     (4.10)

де ω₀=314 c^–1 – кутова частота напруги живлення;

I_d – номінальний струм якоря двигуна;

С_ф – ємність конденсатора фільтру.

Задаючись коефіцієнтом пульсацій 5...10% (k_п = 0,05...0,1), отримаємо ємкість конденсатора фільтру:

    (4.11)

_{Вибираємо конденсатор  типу К50-35з ємністю  Сф = 3300 мкФ}

4.2 Вибір транзисторів і шунтуючих  діодів

Максимальний допустимий струм  якоря з умов комутації:

          (4.12)

Максимальний струм якоря, приведений до класифікаційних параметрів транзистора:

    (4.13)

де k_зi = 1,5...2 – коефіцієнт запасу по струму;

k_охл = 1,1...2,5 – коефіцієнт, що враховує умови охолоджування.

Максимальна напруга, яка прикладається  до транзистора під час його замикання:

    (4.14)

де k_зн=1,3 – коефіцієнт, що враховує перенапруги.

Вибираємо з довідників транзистори  за умовами:

,             (4.15)

Вибираємо транзистор типу STGW45NC60WD, в  якого  і

.

По розрахованих параметрах максимального  струму і напруги з довідників вибирають шунтуючі діоди, що задовольняють  умовам:

     (4.16)

         Вибираємо діод типу BYT79-500, в якого і .

Для транзисторного електроприводу з  ШІП важливим параметром є оптимальна частота комутації, яка може бути обчислена за формулою:

      (4.17)

де  – коефіцієнт пропорційності;

t₊, t_– – час наростання і спаду колекторного струму транзистора, приймається рівним:

, с;

 – коефіцієнт навантаження;

R_я – опір кола якоря;

L_я – індуктивність кола якоря.

           (4.18)

де  – постійні втрати;

 – змінні втрати.

        (4.19)

де  – сумарні втрати.

           (4.20)

де Р_н – номінальна потужність;

 – коефіцієнт корисної  дії ( ).

Змінні втрати можна знайти за формулою:

            (4.21)

де  – номінальний струм;

 – опір кола якоря.

,

,

 

4.3 Захист транзисторів від перенапруг

Граничне значення похідної напруги  при включенні силового транзистора  визначається як:

     (4.22)

Активний опір RC-кола, що включається  паралельно силовому ключу перетворювача, можна вибирати відповідно до нерівності:

_{Вибираємо резистор С2-14 0.25Вт, 13.3Ом, 1%.}

Оцінку мінімального значення ємності  конденсатора, що здійснює обмеження  максимальної величини похідною наростання напруги при замиканні транзистора, можна виконувати по виразу:

      (4.23)

4.4 Розрахунок статичних параметрів  системи ШІП–ДПС

Для електроприводу постійного струму з ШІП принципове значення для  аналізу статичних характеристик  має вибраний спосіб комутації: силових  ключів транзисторного перетворювача. Розрізняють два основні способи  комутації симетричний і несиметричний (несиметричний – почерговий). При  симетричному способі комутації  якір двигуна підключається на плюс або на мінус джерела живлення. Переваги даного способу комутації  – простіша схема управління і  відсутність зони нечутливості в  регулювальній характеристиці. Недолік  цього способу комутації –  підвищені пульсації струму якоря. Несиметричний спосіб управління ключами  при деякому ускладненні системи  управління і появі

зони нечутливості володіє в  два рази меншими пульсаціями  при тій же частоті комутації. Рівняння швидкісних характеристик  для електроприводів обох типів  мають вигляд:

- для симетричного способу управління:

                (4.24)

- для несиметричного способу  управління:

                 (4.25)

       (4.26)

_Тоді:

- для симетричного способу управління:

- для несиметричного способу управління:

По рівнянню швидкісної характеристики може бути оцінена номінальна шпаруватість живлячої напруги. При цьому у  вирази (4.24) і (4.25) повинні бути підставлені  величини статичного струму:

                       (4.27)

                                    (4.28)

Повний опір якірного кола:

                               (4.29)

Повна індуктивність якірного кола:

                               (4.30)

де  , .

Напруга джерела живлення:

                                    (4.31)

де k_ф=1...2 – коефіцієнт форсування живлячої напруги.

Таким чином, номінальні значення шпаруватості живлячої напруги складуть:

- для симетричного способу управління:

                   (4.32)

- для несиметричного способу  управління:

                      (4.33)

Статичні і динамічні властивості  електроприводу з ШІП можна також  побічно оцінити по величині відносною  постійною часу навантаження:

                     (4.34)

де Т і f – відповідно період і частота комутації ШІП, (f = 1000 Гц).

5. Синтез регуляторів в  лінеаризованій системі управління  електроприводом постійного струму  на базі транзисторного перетворювача

Максимальна  частота  конфігурацій :

,                                                         (5.1)

(Гц),

Струм  короткого замикання:

                                                         (5.2)

Постійна  часу контура  регулювання швидкості:

,                                                          (5.3)

.

Коефіцієнт регулятора швидкості:

                                                          (5.4)

.

Контур  швидкості:

                                                          (5.5)

.

Контур  положення:

                                                         (5.6)

Знайдемо  інші  параметри  регулятора – сталі  часу. Електромагнітна стала часу якірного кола:

                                                             (5.7)

Електромеханічна стала  часу електропривода:

                                                           (5.8)

_{Постійна  часу:}

,                                              (5.9)

Коефіцієнт регулятора швидкості:

 

                                         (5.10)

Коефіцієнт регулятора струму:

                                         (5.11)

Передаточну функцію контура регулювання  швидкості можна записати:

 (5.12)

Підставиввши  відповідні значення та спростивши отримаємо  передаточну функцію контура регулювання швидкості:

За допомогою зворотнього перетворення Лапласа із педаточної функції знаходимо  перехідну характеристику яка має  вигляд:

  (5.13)

Рисунок 5.1 – Графік перехідної характеристики контура регулювання

 швидкості 
6 Розробка принципової схеми керування електроприводом

Принципова  схем керування електроприводом  представлена в графічній частині.

В якості електропривода використано двигун постійного струму незалежного збудження. Живлення електропривода здійснюється від трифазної мережі 380 В. Напруга  живлення через трансформатор, який призначений для узгодження напруги  мережі і перетворювача, підводиться  до випрямляча. Автоматичний вимикач QF1 забезпечує живлення силового кола. Обмотка  якоря двигуна живиться від трансформатора TV1, обмотка збудження від трансформатора TV2. Дана схема дає можливість реалізувати  реверс двигуна. Такий режим роботи можна здійснити за допомогою  системи широтно імпульсного  керування за допомогою транзисторів, керування яким здійснюється ШІМ  перетворювачем TL 494. Також передбачено 2 зворотніх звязки: по струму та по швидкості. В якості регулятора струму взято ПІ-регулятора. Для регулювання  швидкості використовуємо регулятор  швидкості. В якості регулятора швидкості  взято П і ПІ-регулятор. Дана схема  дає можливість почергове застосування П і ПІ-регулятора. Це здійснюється за допомогою ключа К1. При замкненому ключі діючим є ПІ-регулятор, при  розімкненому – П-регулятор. Тахогенератор  слідкує за обертами електричного двигуна.