Исследование ограничения нагрузки с помощью упреждающего токоограничения

Цель. Исследовать систему ограничения нагрузки электропривода с помощью упреждающего токоограничения. Научиться рассчитывать элементы принципиальной схемы и построить скоростную характеристику. Исследовать переходные процессы в данной системе.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В тиристорном ЭП при высоких требованиях к динамике получило распространение так называемое «упреждающее ограничение». Это косвенный способ ограничения тока якоря (момента) двигателя, основанный на измерении ЭДС двигателя. Суть способа заключается в следующем. Основное уравнение равновесия якорной цепи для электрической машины имеет вид

dt

Здесь Е_п - ЭДС преобразователя; Е - ЭДС двигателя; Е_я, Ь_я - активное сопротивление и индуктивность якорной цепи двигателя.

Если необходимо ограничить ток якоря постоянным максимальным т - т ^dI

значением I_m, то на участке токоограничения составляющей ?_я —

dt

можно пренебречь, поскольку она близка к нулю. Тогда из уравнения равновесия следует, что напряжение на якоре должно быть ограничено на уровне т. е. при скорости электропривода, равной нулю, уровень напряжения на якоре должен быть равным величине +I_mR*; с ростом ЭДС уровни ограничения должны изменяться в соответствии с последним уравнением. В результате схема реализации упреждающего токоограничения выглядит так, как показано на рис. 1. Измерение ЭДС двигателя осуществляется с помощью тахометрического моста. Принципиально измерить ЭДС двигателя можно и любым другим способом. Функциональный преобразователь (ФП) служит для компенсации нелинейностей, которые имеются в тракте между управляющим сигналом U_y и напряжением на выходе тиристорного преобразователя (ТП). В зависимости от ЭДС двигателя характеристика промежуточного усилителя (ПУ) смещается по вертикали. Тем самым меняются уровни ограничения напряжения на якоре двигателя.

Рис. 1. Реализация упреждающего токоограничения.

Как видно из схемы, в данном случае ток якоря непосредственно не контролируется, следовательно, этот способ имеет такой недостаток, как высокая чувствительность к изменению параметров схемы, особенно сопротивления якорной цепи. В результате изменения внешних условий и нестабильности параметров меняется уровень ограничения тока якоря.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

По принципиальной схеме составляется структурная схема (рис. 2). Затем рассчитываются параметры двигателя: номинальный ток, номинальный момент, суммарное сопротивление якорной цепи, суммарная индуктивность якорной цепи, постоянные времени, произведение конструктивного коэффициента на номинальный поток.

Рис. 2. Структурная схема ЭП с УТО

1. Рассчитаем коэффициент обратной связи по скорости К_ы: к -¹⁰

®о

где <в₀ = —— [с ¹ ] - скорость холостого хода ЭП.

С

2. Определим коэффициент регулятора скорости. В зависимости от требований, предъявляемых к электроприводу по точности, диапазону регулирования и форме переходных процессов скорости, регулятор скорости в структурной схеме выбирается из условия, чтобы желаемая передаточная функция разомкнутого контура имела вид

Первый вид желаемой передаточной функции соответствует условиям технического оптимума. Передаточная функция второго вида соответствует требованиям симметричного оптимума.

Следовательно, при выборе желаемой передаточной функции вида (1) регулятор скорости будет пропорциональным (П):

-ЛГрс .

При выборе желаемой передаточной функции вида (2) регулятор скорости будет пропорционально-интегральным (ПИ):

К^С^р + 1)

~^КРС

где Л?_РС = —СЛ--коэффициент пропорциональной части регуля-

32Т²_гАГ /?_я

тора скорости; Г_ис =------постоянная времени интегральной

KjT_MC

части регулятора скорости.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Исходные данные для выполнения работы:

ДПТ с НВ: 2ПН200ЬУХЛ4

Максимально допустимый ток двигателя:

7_у = М_Н =2-29,94 = 59,88 А,

где X = 2 - перегрузочная способность;

_т Р_и 11-Ю³

/_н = —— =--------= 29,94 А - номинальный ток двигателя.

С/_Нг| 440 0,83 5

1. Коэффициент передачи преобразователя:

^=^ = ^ = 45,₆₉,

10

где R_n=R_n - сопротивление преобразователя; U₃ =10 В - сигнал задания; ?^=С/_Н+7^ =440 + 29,94 0,565 = 456,92 В - ЭДС преобразователя.

2. Рассчитаем С:

Ц_Н+1_Н(Р_Я+Р^) ₌ 440 + 29,94(0,565 + 0,393) _{= 5}

со

• 78,5
• 3. Рассчитаем регулятор скорости:
  • —(ТэР + ^мР — Т_МС

К к

»++)=—-----от=—----

2Г_ир(Г_ир + 1)ЛГ_п ——^_п(Т„+Т_я) R,C²

^TM=J— = °3 = 0,0128 с.

^М С² 5,24²

=-^ = -^ = 0,127.

со_и 78,5

—5,24-0,0128

Ирс (р) = —--------------= 0,162 - П-регулятор.

• 2-45,69-(0,002+ 0,03 86)
• 4. Составим структурную схему в программе Matlab (рис. 3).

Gail'S

Рис. 3. Структурная схема УТО в программе Matlab

5. Остальные параметры структурной схемы определим аналогично первой работе.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

• 1. Рассчитать параметры всех звеньев структурной схемы, показанной на рис. 3.
• 2. В программе Simulink собрать структурную схему с расчетными параметрами.
• 3. Установить осциллографы для снятия переходных процессов тока якоря и угловой скорости электропривода.
• 4. Установить двухкоординатный осциллограф (XY-Graph) для снятия скоростной характеристики.
• 5. Установить напряжение задания 10 В (максимальное значение).
• 6. Снять графики переходных процессов при разгоне двигателя вхолостую, при набросе нагрузки, равной 0,6 от номинальной, при на-бросе нагрузки, равной номинальной нагрузке. Наброс нагрузки следует выполнять только после полного разгона двигателя с помощью звена Step.
• 7. Снять скоростную характеристику при плавном увеличении нагрузки от 0 до максимальной.
• 8. Составить отчет.

ПРИМЕРЫ ГРАФИКОВ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Рис. 4. Переходные процессы в ЭП с УТО

Рис. 5. Динамическая скоростная характеристика

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

• 1. Цель работы.
• 2. Исходные данные.
• 3. Принципиальная схема исследуемой системы.
• 4. Структурная схема.
• 5. Расчет параметров структурной схемы.
• 6. Структурная схема моделируемой системы, составленная в программе Simulink. Все параметры и коэффициенты на этой схеме по возможности должны быть видны.
• 7. Далее должны быть представлены графики переходных процессов с пояснениями и скоростная характеристика.
• 8. Выводы.