Изследване на реверсивна система тп дпт



Дата02.06.2018
Размер153.07 Kb.
#71418
ТипАнализ

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ - СОФИЯ


Катедра: Автоматизация на електрозадвижванията

Дисциплина: Управление на електромеханични системи



Име: Стоян Павлов Момнев

Специалност: Системи и управление



Ф. №: 01030385

Курс: 3

Група: 1

Ръководител: доц. др. инж. Михо Михов

Дата: 11.05.2010


Курсова Работа


Тема: Изследване на реверсивна система ТП - ДПТ


( Вариант: 63 )




I.Задачи за изпълнение




II.Съставяне на пълна функционална схема, отговаряща на поставените изисквания.


    1. Проектиране на блок, превключващ режимите на управление.

    2. Изчисляване на основните параметри на схемата (Ud0, Ra∑, La∑, Ta∑, TM∑, TП, KП, KM, диапазони на регулиране на α1 и α2).

    3. Изчисляване на електромеханичните характеристики.

    4. Съставяне на структурна схема на системата и изследване на преходнитя процес при пускането.

    5. Анализ на получените резултати и изводи.


I.Изходни данни





    1. Двигател за постоянен ток:

PНОМ = 11 KW, UНОМ = 220 V, IНОМ = 54 А,

ωНОМ = 230.38 rad/s, Ra = 0.15 Ω, La = 0.01 H



III.Трансформатор:


Km = 0.88 Rm = 0.21 Ω Lm = 2.28 . 10-3 H


    1. Тиристорен преобразувател:

- реверсивна трифазна нулева схема

- комбинирано управление на вентилните групи




    1. Уравнителен дросел:

RУP = 0.1 Ω LУP = 0.001 H


    1. Задвижване:

J = 0.298 kg.m2 DP = 4:1 MC = MНОМ


I.Изпълнение на задачите




1. Съставяне на пълна функционална схема на системата



ДПТ може да се реверсира с превключване на котвената или на възбудителната намотка. Това превключване става посредством контактори или реверсивни преобразуватели, съдържащи по две вентилни групи.

По-широко приложение намират управляемите тиристорни реверсивни преобразуватели и превключване на котвената намотка, поради по-малката й индуктивност.


На фигура 1 е показана схемата на ТП-ДПТ с безконтактно превключване на котвената намотка на двигателя.


Означенията на фигурата са следните:

РП – реверсивен преобразувател ; LM – възбудителна намотка ; НП – нереверсивен преобразувател ; Мдвигател за постоянен ток




фигура 1
фигура 2

На фигура 2 е показана силовата схема на реверсивни системи ТП-ДПТ с насрещно-паралелно свързване на вентилните групи на трифазна нулева схема. В тази схемата има един уравнителен контур. Уравнителният ток се ограничава с два уравнителни дросела УД1 и УД2, понеже обикновенно единият от тях се насища от котвения ток на двигателя.

Предимствата,поради които е избрана насрещно-паралелна схема пред кръстосаната са следните :


  • Има по-прост трансформатор, с по-малка типова мощност;

– Позволяват унифициране на реверсивните и нереверсивните системи ;


Използваните означения са следните:
Т – трансформатор ИД – изваждащ дросел

ВГ1 и ВГ2 – вентилни групи LM – възбудителна намотка

УД1 и УД2 – уравнителни дросели М – двигател за постоянен ток
НА Фигура 3 е изобразена пълната функционална схема на зададената система за управление на двигател за постоянен ток (ДПТ) :



фигура 3

Системата е затворена чрез 2 обратни връзки, по ток – БОВТ и по скорост – БОВС. В нея се реализира подчинено регулиране. Вътрешният (подчиненият) контур е по ток, а външният по скорост.



Използваните означения на блокове са следните:


РС – регулатор на скорост

РТ – регулатор на ток

БОВТ – блок за обратна връзка по ток

БОВС – блок за обратна връзка по скорост

М – двигател

BR – тахогенератор

RS – датчик на ток (шунт)

LM – възбудителна намотна на ДПТ

ТПтиристорен преобразувател

СУ 1х – съответен канал управляващ един тиристор от ВГ 1 на ТП

СУ 2х – съответен канал управляващ един тиристор от ВГ 2 на ТП

УС – управляваща система на вентилна група 1 и 2

СС – силова схема

ВГ – вентилна група

В електро-механичните системи с тиристорни преобразуватели широко приложение намират СИФУ с “вертикален” принцип на управление. Блоковата схема на един канал от СИФУ използваща този принцип е дадена на фигура 4.





фигура 4

Използваните означение са:
БС – блок за синхронизация с захранващото напрежение

БОН – блок за опорно напрежение

К – компаратор

ФИ – формировател на отпушващи импулси за тиристорите

БО – блок за ограничение

Напрежения на блоковете:



UY – управляващо напрежение

UC – синхронизирано напрежение

UОП – опорно напрежение

UK – напрежение след компаратора

UФИ – напрежение на импулсите подавани към ВГ

Блоковата схема, показваща принципа на работа на реверсивна система ТП-ДПТ с комбинирано управление на вентилните групи е показана на фигура 5.




фигура 5
Използваните означение са следните:

РС – регулатор на скорост К1 и К2 – компаратори БКТблок за контрол на тока

Um – сигнал пропорционален на котвения ток

+Un –Un – опорни напрежения определящи нивата на тока, при които се превключва от разделно към съвместно управление и обратно

Х1 и Х2 – логически сигнали, разрешаващи работата съответно на СИФУ1 или на СИФУ2
Реверсивният преобразувател работи предимно в режим на разделно управление на двете вентилни групи. При намаляване на тока на товара под определено ниво се преминава към съвместно управление с уравнителни токове, а това от своя страна позволява да се осъществи плавно и непрекъснато регулиране на скоростта при малки натоварвания.

  1. Проектиране на блок превключващ режимите на управление

Съответните времедиаграми, илюстриращи принципа на действие на системата са показани на фигура 6:





фигура 6
Сигналът Um, пропорционален на котвения ток Id постъпва на двата компаратора К1 и К2. К1 дава разрешаващ сигнал Х1, ако напрежението от БКТ превишава зададената стойност на –UП. При условие, че това напрежение е по-малко от +UП, разрешаващ сигнал има и на изхода на компаратора К2. По такъв начин в зоната на малките натоварвания, където е възможно възникването на прекъснат ток и сигналът Um е в диапазона –UП до +UП, двете ВГ работят едновременно, като се осъществява съвместно управление.

При големи по абсолутна стойност токове, управляващи импулси се подават само към едната вентилна група, като в този случай се реализира разделно управление.

Схемата на блока превключващ режимите на управление обхваща двата компаратора К1 и К2, блокът за контрол на тока БКТ, източникът на опорното напрежение UП и елементите реализиращи логическата функция “И” на разрешаващите сигнали Х1 и Х2 и импулсите подавани от СИФУ към ВГ от фигура 5.
Схемата на блока е показана на фигура 7 :


фигура 7
За да се осигури превключване от разделно към съвместно управление и обратно, сигналите Х1 и Х2 имат следните стойности:
Х1 = 0, ако Um < -UП

Х1 = 1, ако Um ≥ -UП

Х2 = 0, ако Um > +UП

Х2 = 1, ако Um ≤ +UП


Стойности на сигналите в блока при различни стойности на напрежението Um:

UП

Um

e1

X1

+5 V

8 V

-3 V

-U

+5 V

3 V

2 V

+U

+5 V

-3 V

8 V

+U

+5 V

-8 V

13 V

+U



UП

Um

e2

δ

X2

-5 V

8 V

-13 V

-U

+U

-5 V

3 V

-8 V

-U

+U

-5 V

-3 V

-2 V

-U

+U

-5 V

-8 V

3 V

+U

-U

Логическите елементи се реализират по TTL технология, като при тях логическата “0” има стойност –12 V, а логическата “1“ има стойност +12 V. Следователно стойността на напрежението U е 12 V. Граничният ток при който се осъществява превключването между двата режима н ауправление има стойност 27.7 А. За да се мащабира в съответствие с опорното напрежение се избира коефициентът на БКТ да има стойност К = 0.18.





  1. Изчисляване на основните параметри на системата


Основните параметрите на системата са :
Ud0 – максимална средна стойност на изправеното напрежение

R – сумарно активно съпротивление в котвената верига

L – сумарна индуктивност в котвената верига

T – сумарна електромагнитна времеконстанта на котвената верига

T – сумарна електромеханична константа

TП – времеконстанта на тиристорния преобразувател

KП – коефициент на усилване на тиристорния преобразувател

KM – предавателен коефициент на двигателя

α1 и α2 – ъгъл на управление на тиристорите


Спомагателните параметри на системата са :

U2m – максимална стойност на вторичното фазово напрежение на трансформатор

p – брой пулсации

Ra – активно съпротивление на котвата на ДПТ

Rm – активно съпротивление на трансформатор

RУР – активно съпротивление на уравнителен контур

La – индуктивност на котвата на ДПТ

Lm – индуктивност на разсейване на трансформатор

LУР – индуктивност на уравнителен контур

JΣ – сумарен инерционен момент

CΦ – конструктивен параметър на ДПТ

τ – средностатистическо чисто закъснение

UdMAX – максимално изправено напрежение

UdMIN – минимално изправено напрежение

UY – управляващо напрежение на тиристорния преобразувател

k – коефициент на типа схема

m – брой на фазите на използваната схема

U2 – ефективна стойност на вторичното фазово напрежение на трансформатор

U1 – ефективна стойност на захранващо напрежение

Km – коефициент на трансформация

UHOM – номинално захранващо напрежение на ДПТ

ωHOM – номинална ъглова скорост

IHOM – номинален котвен ток на ДПТ

f – честота на захранващата мрежа

DP – диапазон на регулиране

MC – статичен момент

Idm – ефективна стойност на граничния ток

За изчисляване на параметрите на системата са използвани следните формули:




основни

спомагателни

;

; ;

; ;

; ;

;

;

; ;

; ;

;

;

;

; ;

;

Получените стойности на параметрите са:




Основни :

Ud0 = 292.4 V

R = 0.46 Ω

L = 0.0133 H

T = 0.0289 s

T = 0.162 s

TП = 0.004 s

KП = 31.5

KM = 1.087

αMIN = 35.9˚

αMAX = 74.6˚
спомагателни :

U2m = 353.6 V

p = 3

CΦ = 0.92



τ = 0.0033 s

UdMAX = 236.7 V

UdMIN = 77.8 V

UY = 8.1 V

U2 = 250 V

MC = 49.67 Nm

Idm = 27.7 A



  1. Изчисляване на електромеханичните характеристики

Електромеханичините характеристика на двигателя за постоянен ток при управление чрез тиристорен преобразувател са показани на фигура 8. Те са изчислени при линейно съгласуване на вентилните групи и за 5 стойности на ъгъла α: 35.9˚, 51.7˚, 64.6˚, 74.6˚, 90˚. Като изчислените аналитично стойности за αMIN и αMAX, при които е възможно регулиране в диапазона 4:1 са 35.9˚ и 74.6˚.

Стойността на граничният ток, при който токът в котвата придобива прекъснат характер има стойност Idm = 27.7 А. При достигане на тази стойност, режимът на управление на вентилните групи трябва да премине от разделно към съвместно или обратно, в зависимост от посоката на изменение на тока.




фигура 8


  1. Съставяне на структурна схема на системата и изследване на преходния процес при пускането

Структурната схема на зададената затворена система ТП – ДПТ е показана на фигура 9.

Входното управляващо напрежение UY е линейно нарастващо като се ограничава до максималната си стойност, която съответства на тази при номинален режим. Това се осъществява с блокове ВХОД и ОГРАН.

Блокът ТП е тиристорният преобразувател, който се описва с апериодично звено. Към напрежението Ud се прибавя противодвижещото напрежение на двигателя, което има обратен знак и в началния момент има стойност нула.

Блоковете Д1 и Д2 са двигателят за постоянен ток. Двете части са представени чрез апериодияни звена. На изхода на Д1 се получава котвения ток Id. Котвения ток се сумира с тока породен от товарния момент на двигателя, който е приет за равен на двигателния, за да влезе системата в установен режим. Изходния сигнал на блока Д2 е скоростта ω.

Двата сигнала Id и ω се подават към графиката.




фигура 9
Стойността на управляващото напрежение UY при установен режим е изчислена в точка 3 и има стойност 8.1 V, и до тази стойнопст се ограничава. Товарният момент МС, който се явява смущение в системата е равен на номиналния.

Останалите коефициенти на блоковете са изчислени в точка 3.


Преходните процеси на тока Id и скоростта ω в системата са показани на фигура 10:



фигура 10
При подаване на входно линейно-нарастващо напрежение на системата, регулаторът на скорост РС влиза в режим на ограничение (реализиран чрез блок за ограничение) и пускането на двигателя се осъществява с максимален ток IdMAX. Докато токът в котвата се поддържа постоянен, скоростта нараства по линеен закон, т.е. пускането се осъществява с постоянно ускорение dω/dt = const. С развъртането на двигателя, разсъгласуването

ΔU = UЗС – UOC намалява и регулаторът на скорост излиза от зоната на насищането. Стойността на скоростта в установения режим ωНОМ съответства на задаващия сигнал за тази регулируема координата UЗС, а установената стойност на тока в котвата Id, отговаря на статичния момент на товара МС, приложен към вала на ДПТ.
Процесът на изменение на скоростта ω е апериодичен, като времето на регулиране е

ТР = 1.5 секунди.



  1. Анализ на получените резултати и изводи


Точка 1

При комбинирано управление на вентилните групи на ТП, могат да се съчетаят положителните качества както на съвместното така и на разделното управление.

При съвместно управление сумарното натоварване на ТП може значително да превиши полезното натоварване на изхода поради наличието на уравнителни токове. Същевременно тези токове обезпечават непрекъснатото плавно регулиране при малките натоварвания и при празен ход на двигателя.

При комбинирано управление на ВГ уравнителни токове протичат само при малки натоварвания на ДПТ, поради което необходимите индуктивности, а следователно и габаритите на уравнителните дросели са по-малки в сравнение със съвместното управление. При големи натоварвания, когато работи едната от ВГ, магнитопроводът на съответният дросел се насища, но това е без значение, понеже не протича уравнителен ток.



Точка 2


Стойностите на логическите сигнали Х1 и Х2 са –U и +U, които съответстват на логическа “0” и логическа “1”. Стойността на напрежението зависи от напрежението U.

Блокър реализиращ логическата функция “И” може да се разглежда по два начина.

Първият е като логически елемент. Тогава нивата на сигналите включително и на този от СИФУ ще са съобразени с използваната технология и може да не са достатъчни за отпушване на тиристорите. В този случай се налага усилване на импулса на изхода на елемента до ниво, достатъчно за отпушване на тиристора.

Вторият начин е да се разглежда като елемент с един вход и един изход, като освен това има и управляващ сигнал (Х1 или Х2). Тогава изхода ще повтаря входа, при стойност на управляващия вход “1”. В този случай няма нужда от усилване на изходния сигнал.


Точка 3

Стойностите на параметрите k и m зависят от типа на схемата на преобразувателя. В конкретния случай схемата е трифазна нулева, като параметрите имат съответните стаойности k = 1, m = 3.

Изчислените стойности за минимален и максимален ъгъл на управление на тиристорите са съответно αMIN = 36˚ и αMAX = 75˚. Те определят значително по-малък диапазон на изменение от теоретичния, който е в границите от 0˚ до 90˚. Това се дължи на по-малкия диапазон на регулиране на скоростта на двигателя – 4:1.


Точка 4

При номинател котвен ток 54 А и минимален ъгъл на управление на тиристорите, скоростта ω е 210 rad/s. За да се достигне номиналната скорост от 230 rad/s, трябва минималният ъгъл да се намали на 29.5˚.

Така диапазонът на регулиране на скоростта става DP= 5:1, който е по-голям от зададения. Следователно може да намалим ъгълът αMAX на 70.7˚ за да бъде DP = 4:1.
Точка 5

От графиката на преходните процеси се вижда, че в началото когато токът Id е по-малък от номиналния, двигателят се завърта в обратна посока, поради наличието на товарен момент МС. При надвишаване на номиналния ток, двигателя се завърта в права посока, като това става с постоянно ускорение, поради факта, че котвения ток бързо достига своята максимална стойност от 2 пъти номиналната.

Когато скоростта се изравни с номиналната, котвения ток също се установява в номиналната си стойност. За да влезе в установен режим системата, двигателният момент трябва да е равен на статичния. Тогава скоростта и токът са постоянни и съответстват на номиналните.

Използвани програмни продукти

Използваният програмен продукт за изчисляване на параметрите на системата (точка 3), изчисляване на електромеханичните характеристики (точка 4) и съставяне на структурна схема и изследване на преходните процеси (точка 5) е MathWorks Matlab версия 6.1.


Сорс код на съставения М–файл.

% izhodni danni
Pn = 11000; Kt = 0.88;

Un = 220; Rt = 0.21;

In = 54; Lt = 2.28e-3;

wn = 230.38; Rur = 0.1;

Ra = 0.15; Lur = 0.001;

La = 0.01; J = 0.298;

m = 3; k = 1; U1 = 220;
% izchislenia
p = k * m;

Tp = 0.004;

kf = (Un - Ra*In) / wn;

Km = 1 / kf;

Las = La + Lt + Lur;

Ras = Ra + Rt + Rur;

Tas = Las / Ras;

Tms = (J*Ras) / kf^2;

Iamax = 2*In;

Udmax = kf*wn + Ras*In;

Udmin = kf*(wn/4) + Ras*In;

Kp = Udmax / 7.5;

U2 = U1 / Kt;

U2t = sqrt(2) * U2;

Ud0 = U2t * (p/pi) * sin(pi/p);

Ms = kf*In;

Uy = 10 * Udmax / Ud0;
% opredelqne na diapazon na regulirane na alfa

camin = Udmax / Ud0;

camax = Udmin / Ud0;

amin = acos(camin) * (180 / pi);

amax = acos(camax) * (180 / pi);
% prekysnat tok
Idm = (Ud0 / (314*Las)) * (1 - (pi/p) *

cot(pi/p));


% elektro-mehanichna harakteristika
stp = 1 - camin;

ca = [camin camin-stp camin-(2*stp)

camax 0];

[sa, sb] = size(ca);

W = [];

for i=1:1:sb



k = 0;

for j=-60:1:60

k = k + 1;

num = Ud0*ca(i) - (Ras +

(p*314*Lt) / (2*pi) )*j;

den = kf;

w = num / den;

W(i,k) = w;

end

end
i = -60:1:60;



figure(1),

plot(i,W(1,:),'r-', i,W(2,:),'g-', i,W(3,:),'c-', i,W(4,:),'b-', i,W(5,:),'m-'), grid;



axis([-65 65 -100 350]);





Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница