Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2002
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Електротехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти України
Державний університет "Львівська політехніка"
ІНСТРУКЦІЯ
ТА МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи № 9-СКЕП
”Дослідження та налагодження реверсивного
електропривода тиристорний перетворювач-двигун
з двоконтурною системою підпорядкованого
регулювання”
для студентів базового рівня підготовки
за напрямом 6.0922
”ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА”
Затверджено на засіданні кафедри "Електропривод та автоматизація промислових установок"
Протокол № ___ від _________ 2000 р.
Львів - 2002
Інструкція та методичні вказівки до лабораторної роботи № 9-СКЕП “Дослідження та налагодження реверсивного електропривода тиристорний перетворювач - двигун з двоконтурною системою підпорядкованого регулювання “ з курсу “ Системи керування електроприводами ” для студентів базового рівня підготовки за напрямом 6.0922 “Електромеханіка “ / Укладачі В.В.Буртний , Л.Ф.Карплюк , Л.С.Копчак , Б.Я.Панченко-Львів: Державний університет “ Львівська політехніка ”, 2002.- 18с.
Кафедра електропривода і автоматизації промислових установок
Укладачі: В.В.Буртний, ст.викл.
Л.Ф.Карплюк, асистент
Л.С.Копчак, к.т.н., доц.
Б.Я.Панченко, к.т.н., доц.
Відповідальний за випуск: Лозинський О.Ю., д.т.н., завідувач кафедрою ЕАП
Рецензенти:
Основне завдання, яке стоїть перед студентами при виконанні цієї лабораторної роботи полягає у вивченні, налагодженні і дослідженні двоконтурної системи електропривода тиристорний перетворювач-двигун з підпорядкованим регулюванням у статичному і динамічному режимах при двоваріантній системі регулювання – однократноінтегруючій та двократноінтегруючій.
1. Основні теоретичні відомості
В системах електропривода з повторно-короткочасним режимом роботи, а також в приводах з тривалим режимом роботи шороко застосовуються системи підпорядкованого регулювання (СПР). Цим системам притаманні такі особливості [1, 2]:
Кількість контурів регулювання визначається кількістю регульованих координат.
Регулювання кожної координати здійснює окремий регулятор.
Усі регулятори з’єднані між собою послідовно.
На вході кожного регулятора порівнюються сигнали, пропорційні заданому і дійсному значенням регульованої координати, а вихідний сигнал одного регулятора є задаючим сигналом для наступного контура регулювання.
Обмеження любої регульованої координати досягається обмеженням сигналу завдання регулятора цієї координати.
Задовільна якість процесу регулювання (перерегулювання ((%) < 10%) має місце у випадку налагодження контурів за швидкодією, Налагодження за умовами "технічного оптимуму" вимагає пониження удвічі швидкодії контурів від внутрішнього до зовнішнього.
На рис.9.1. відтворена функціональна схема двоконтурної СПР електропривода тиристорний перетворювач-двигун (ТП-Д), з використанням струму якоря Iя і швидкості обертання двигуна (д як регульованих координат. Внутрішнім контуром регулювання є контур струму з регулятором РС, а зовнішнім - контур швидкості обертання двигуна з регулятором РШ.
На вхід регулятора РС надходить сигнал завдання Uзс , який подаєтьтся з виходу регулятора швидкості РШ , і сигнал від’ємного зворотного зв’язку (ЗЗ) за струмом Uззс від давача струму ДС. Давач струму посилює сигнал, що надходить від вимірювального шунта Ш, який включено у якірне коло системи ТП-Д, і здійснює гальванічну розв’язку силового кола і кола керування.
На входи регулятора РШ надходять сигнал завдання Uзш та сигнал від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю Uззш. Останній знімається з потенціометра Пш в якірному колі тахогенератора ТГ.
Структурна схема лінеаризованої системи подана на рис.9.2, де (д , Ія , Ед - швидкість, струм і е.р.с. двигуна; Еd( - е.р.с. умовного холостого ходу тиристорного перетворювача; Uрс, Uрш - напруга на виході регуляторів струму і швидкості, Wрс(s), Wрш(s) - функції перетворення регуляторів струму і швидкості, - коефіцієнт передачі тиристорного перетворювача, що відповідає лінійній частині характеристики ; - електромагнітна стала часу якірного кола системи ТП-Д; - електромеханічна стала часу електропривода; - сумарний момент інерції привода, що включає як складові момент інерції двигуна М, з’єднувальної муфти, тахогенератора ТГ і навантажувальної машини НМ; - стала двигуна, яка визначається через номінальні параметри; - еквівалентна стала часу
тиристорного перетворювача, складовими якої є стала часу системи імпульсно-фазового керування Ту і час запізнення (, який визначається як ;fм – частота мережі живлення; mn - кратність пульсацій випрямленої напруги ТП; Lяк, Rяк - індуктивність і активний опір силового кола ланки ТП-Д; Кшн=Uшн/Ішн - коефіцієнт передачі вимірювального шунта в якірному колі; - коефіцієнт передачі давача струму; - коефіцієнт передачі тахогенератора ТГ; Кпш - коефіцієнт передачі потенціометра Пш; Тфс, Тфш - сталі часу фільтрів на виході давача струму і потенціометра Пш.
Принцип підпорядкованого включення контурів регулювання дозволяє здійснити як розрахунок, так і налагодження системи послідовно: від внутрішнього контура до зовнішнього.
Вибір типу регулятора і розрахунок його параметрів здійснюється з умови компенсації суттєвих сталих часу об’кта регулювання, які входять в контур, що розглядається (Тяк - для контура струму і Тем - для контура швидкості), а необхідні показники якості в динамічних режимах забезпечуються вибором відповідної величини коефіцієнта передачі оптимізованого контура з врахуванням малих некомпенсованих сталих часу як власного контура, так і сталої часу інтегрування внутрішнього контура.
Вибір і розрахунок параметрів регуляторів здійснюється різними шляхами. Найбільш простим є шлях приведення функції перетворення розімкненого контура до типової функції перетворення із заздалегідь заданими динамічними показниками [1, 2].
1.1. Вибір типу регулятора струму і розрахунок його параметрів
Для розімкнутого контура струму типова оптимізована функція перетворення згідно [1], має вигляд
, (9.1)
де ас - коефіцієнт оптимізації контура струму,
Т(с = Ттп + Тфс - еквівалентна некомпенсована стала часу контура струму, утворена сталою часу тиристорного перетворювача Ттп і сталою часу фільтра Тфс на виході давача струму ДС.
З (9.1) видно, що оптимізована функція перетворення розімкненого контура струму це дві послідовно з’єднані ланки, одна з яких є інтегральною зі сталою часу асТ(с, друга - аперіодичною першого порядку зі сталою часу Т(с. Для випадку ”технічної оптимізації” контура [1] приймають ас=2.
У відповідності до структурної схеми (див.рис.9.2) функція перетворення розімкненого на виході давача струму ДС контура, при невідомій функції перетворення регулятора струму , записується у такій алгебраїчній формі:
(9.2)
де - функція перетворення силової частини контура струму при нехтуванні дією внутрішнього зворотного зв’язку за е.р.с. двигуна [3].
- коефіцієнт передачі зворотного зв’язку за струмом.
Для визначення функції перетворення регулятора струму прирівняємо ліві частини виразів (9.1) і (9.2). В результаті, знаходимо:
. (9.3)
У виразі (9.3) враховано, що для випадку "технічної оптимізації" контура ас = 2 [1].
З виразу (9.3) випливає: для оптимізації контура струму необхідно застосувати пропорційно-інтегральний регулятор (ПІ-регулятор), у якого форсуюча складова (чисельник) забезпечує компенсацію інерційності якірного кола Тя , а інтегральна складова (знаменник) - інтегральний закон регулювання і надання системі необхідних показників якості.
Схема регулятора струму РС, яка реалізована на базі операційного підсилювача, зображена на рис.9.3. Посилювач має два входи, на один з них через резистор R1c подається сигнал завдання Uзс від регулятора швидкості РШ, а на другий, через резистор R2c , надходить сигнал зворотного зв’язку за струмом Uззс.
Залежність вихідного сигналу Uрс регулятора від вхідних сигналів Uзс,Uззс (при врахуванні параметрів резисторів і ємності) в операторній формі є наступною [ ] :
(9.4)
З іншого боку вираз для напруги Uрс через коефіцієнти передач і сталі часу контура струму у відповідності до структурної схеми (див.рис.9.2) і функції перетворення регулятора (9.3) можна зиписати в вигляді:
(9.5)
де Кпрс - коефіцієнт приведення сигналу завдання Uзс до сигналу зворотного зв’язку за струмом Uззс.
Порівнюючи вирази (9.4.) і (9.5) і приймаючи, що величина ємності Сос нам задана, визначимо значення резисторів регулятора і коефіцієнта приведення Кпрс
; ;
; . (9/6)
де Істоп - значення стопорного струму якоря;
- максимальний сигнал завдання, що надходить на вхід регулятора струму РС.
Величина R1c визначена з умови режиму стопоріння привода, коли результуючий сигнал у стопорному режимі на вході регулятора струму дорівнює нулеві , тобто
або .
Тут Uзсмах рівна напрузі обмеження регулятора швидкості Uрш.max, якою слід задаватися.
Функція перетворення замкненого контура струму
. (9.7)
На підставі (9.7) можна зробити висновок, що в статичному режимі (s = 0) величина струму якоря визначається напругою завдання і глибиною зворотного зв’язку за струмом.
В динамічному режимі при відпрацюванні сигналу завдання перехідний процес визначається величиною малої некомпенсованої сталої часу Т(с. Згідно [1] час регулювання струму Iя при відпрацюванні ступінчастого сигналу завдання Uзс складає , а перерегулювання рівне .
1.2. Вибір типу регулятора швидкості і розрахунок його параметрів
Для налагодження контура швидкості за умовами "технічного оптимуму" необхідно зменшити його швидкодію у порівняні з швідкодією контура струму у 2 рази. У цьому випадку оптимізована функція перетворення розімкненого контура швидкості, з врахуванням функції перетворення контура струму (9.7), повинна мати вигляд:
(9.8)
де - еквівалентна некомпенсована стала часу контура швидкості, утворена сталою інтегрування контура струму 2T(c і сталою часу фільтра Tфш на вході тахогенератора ТГ.
Структурна схема контура швидкості з врахуванням оптимізованого контура струму зображена на рис. 9.4. Функція перетворення цього контура, розімкненого на виході потенціометра Пш , при невідомій функції перетворення регулятора швидкості і Мс=0, знаходиться за виразом
(9.9)
де Wош (s) - функція перетворення силової частини контура швидкості, яка містить функцію перетворення оптимізованого контура струму;
- коефіцієнт передачі зворотного зв’язку за швидкістю.
Функцію перетворення регулятора швидкості РШ знаходимо з рівності правих частин виразів (9.8) і (9.9). Після перетворень одержимо:
. (9.10)
Таким чином, як видно з (9.10), для налагодження контура швидкості за умовами "технічного оптимуму" необхідно застосувати пропорційний регулятор (П-регулятор), коефіцієнт передачі якого Kрш пропорційний сталій часу Тем , яка компенсується, і обернено пропорційний некомпенсованій сталій контура Т(ш.
Схема регулятора РШ реалізована на базі операційного підсилювача і подана на рис.9.5а. Регулятор має два входи: на один з них через резистор R1ш подається сигнал завдання швидкості Uзш , а на другий, через резистор R2ш , подається сигнал ЗЗ за швидкістю Uззш. Залежність вихідного сигналу Uрш регулятора від сигналів Uзш і Uззш визначається параметрами резисторів регулятора і знаходиться за формулою
. (9.11)
Далі необхідно визначити значення Uрш через коефіцієнти передачі і сталі часу контура швидкості. У відповідності до структурної схеми (див. Рис.9.4.) і функції перетворення регулятора (9.10) запишемо
, (9.12)
де Кпрш - коефіцієнт приведення сигналу завдання Uзш до сигналу ЗЗ за швидкістю Uззш.
Порівнюючи праві частини виразів (9.11) і (9.12) і задаючись величини R0ш, знаходимо вирази для визначення величин резисторів регулятора РШ:
(9.13)
де Uзшн - напруга завдання, що відповідає величині номінальної швидкості двигуна (н (нею задаються).
(0 - швидкість ідеального холостого ходу.
Величина R1ш визначена з умови ідеального холостого ходу привода при максимальній швидкості, коли результуючий сигнал на вході регулятора швидкості стає рівним нулю, тобто або .
Функція перетворення замкненого контура швидкості, при вибраних у відповідності з виразом (9.10) параметрах регулятора, має вигляд
(9.14)
Враховуючи дані, наведені в [1] ,час регулюванняя швидкості в оптимізованій системі при дії ступінчастого сигналу завдання Uзш розраховується за виразом , а перерегулювання
Для систем стабілізації швидкості одним з найважливіших показників є зміна вихідної координати – швидкості (дв при дії на привод навантаження Мс.
Використовуючи функції перетворення ланок (див.рис.9.4), визначимо залежність зміни швидкості ((з при впливі на привод ступінчастого навантаження за умови, що зміна сигналу завдання (Uзш відсутня. Здійснивши відповідні перетворення, одержимо:
. (9.15)
Вираз (9.15) дозволяє визначити статичний спад швидкості ((з при дії на привод навантаження . Для цього у даний вираз підставимо значення s = 0 (t ( 0). В результаті одержимо
(9.16)
де - статичне падіння швидкості в розімкненій системі.
Вираз (9.16) дає можливість визначити діапазон регулювання швидкості D, який забезпечується системою з П-регулятором швидкості. Для цього запишемо вирази для діапазону D і точності регулювання (%
; .
Розв’язуючи ці вирази спільно з (9.16), одержимо
(9.17)
На підставі виразу (9.17) можна зробити висновок, що діапазон, який здатна забезпечити двоконтурна СПР з П-регулятором швидкості, залежить від співвідношення сталих часу Тем і Т(ш. Оскільки максимальне значення Тем , як правило, не перевищує величини , а , то при точності регулювання ((%) = 10% діапазон не перевищує значення D<10. Дійсно, системи з П-регулятором швидкості за наявності постійно діючого від’ємного ЗЗ за струмом не здатні забезпечити одночасно високий статизм і задовільні динамічні показники. Для одержання більшого діапазону необхідно перейти до двократноінтегруючої системи, яка забезпечує астатизм швидкості по відношенню до навантаження.
1.3. Вибір типу регулятора швидкості в двократно-інтегруючій системі
Для створення астатичної системи в контур швидкості необхідно ввести регулятор з інтегральною складовою. Вивчаючи структурну схему (див. Рис.9.4), бачимо, що силова частина системи вже містить інтегратор з функцією перетворення . Введення другого інтегратора в контур зробить цю систему структурно нестійкою. Відомо, що кожний інтегратор зменшує запас стійкості за фазою на 900, тому наявність двох інтеграторів робить запас стійкості рівним нулеві, а сама система перетворюється в консервативну. Тому, для надання даній системі стійкості і заданої якості регулювання при збереженні її астатизму разом з інтегратором необхідно ввести і форсуючу ланку, яка призначена створювати необхідний запас стійкості за фазою.
Оптимізована функція перетворення розімкненого контура швидкості двократно-інтегруючої системи при застосуванні ”симетричного оптимуму” повинна мати наступний запис [1, 3]:
(9.18)
Структурна схема контура швидкості і функція перетворення розімкненого контура при невідомій функції регулятора Wрш(s) відповідають рис.9.4 і виразові (9.9). Для знаходження функції перетворення регулятора швидкості РШ скористуємося рівністю правих частин виразів (9.9) і (9.18). В результаті одержуємо
(9.19)
Отже, з (9.19) видно, що для забезпечення астатизму системи необхідно використати пропорційно-інтегральний регулятор (ПІ-регулятор) швидкості. Схема такого регулятора зображена на рис.9.5б.
Залежність вихідного сигналу регулятора Uрш від сигналів Uзш і Uззш (як для операційного підсилювача) можна записати в операторній формі в функції параметрів резисторів і ємності регулятора ,а саме
. (9.20)
З другого боку це ж значення Uрш ,використавши (9.19), може бути записане через параметри коефіцієнтів передач і сталі часу контура швидкості в такому вигляді
, (9.21)
де Кпр.ш - коефіцієнт приведення сигналу завдання Uзш до сигналу ЗЗ за швидкістю Uззш.
Скориставшись рівністю правих частин виразів (9.20) і (9.21) одержимо вирази для визначення резисторів регулятора (при заданому апріорі значенні величини Сош):
(9.22)
де - напруга зворотного зв’язку за швидкістю при номінальній швидкості двигуна ((н.
Величина R1ш визначається аналогічно до випадку пропорційного регулятора швидкості заміною (0 на (н, оскільки система астатична.
Вираз для знаходження швидкості замкненої системи при параметрах регулятора швидкості, визначених у відповідності до (9.19), має запис:
(9.23)
Наявність в чисельнику виразу (9.23) форсуючої складової спричинює значне за величиною перерегулювання швидкості при відпрацюванні сигналу завдання . Для зменшення перерегулювання на вході системи включають фільтр з функцією перетворення , зворотною до величини форсуючої складової регулятора , тобто
, (9.24)
або ж сигнал завдання подають через задавач інтенсивності ЗІ. У випадку використання фільтра перерегулювання швидкості складає , а час регулювання . Статична похибка швидкості при дії на привод навантаження теоретично рівна нулеві (). Практично, за рахунок неідеальності конденсатора Сош, в системі має місце статична похибка ((з , величина якої визначається опором витоку конденсатора, а діапазон має кінцеве значення. З деяким наближенням усталене значення швидкості визначається як
. (9.25)
Для ряду промислових механізмів вимагається регулювання статизму швидкості в широкому діапазоні. Для цього достатньо шунтувати конденсатор Сош регулятора РШ резистором [3], як зображено на рис. 9.5б. В цьому випадку статична похибка визначається за виразом
, (9.26)
де .
Спільний розв’язок виразів (9.17) і (9.26) дозволяє одержати вираз для визначення (ш як функції діапазону регулювання D і точності регулювання (, тобто
. (9.27)
1.4. Формування статичних характеристик.
Двоконтурні СПР з контурами швидкості і струму формують механічні характеристики типу, ”екскаваторних” з ділянкою стабілізації швидкості і ділянкою струмообмеження, що ілюструють графіки рис.9.6.
Ділянка стабілізації швидкості АВ формується контурами струму і швидкості. Для систем з П-регулятором швидкості ця ділянка має нахил, що визначається статичною похибкою ((з , (на рис.9.6 позначено індексом 1). В системах з ПІ регулятором швидкості забезпечується астатизм швидкості і ділянка АВ розміщується паралельно осі струму Ія (індекс 2). Заданий діапазон регулювання швидкості забезпечується зміною сигналу завдання Uзш.
Ділянка струмообмеження ВС формується тільки контуром струму, оскільки регулятор швидкості в режимах навантаження привода, коли Ія=Істоп , перебуває в насиченні і його вихідний сигнал Uрш max, який є задаючим для контура струму, не залежить від величини швидкості. За рахунок інтегральної складової регулятора струму ділянка струмообмеження є крутопадаючою, а величина стопорного струму Iстоп залежить виключно від сигналу завдання на вході регулятора струму РС (Uзс = Uрш max).
2. Програма роботи.
1. Ознайомитися зі схемою установки. Визначити призначення її окремих вузлів і елементів. Усвідомити послідовність включення і відключення комутаційної апаратури.
2. Розрахувати параметри прямих і зворотних зв’язків регуляторів струму АА і швидкості AR для випадків:
пропорційно-інтегрального регулятора струму і пропорційного регулятора швидкості;
пропорційно-інтегрального регулятора струму і пропорційно-інтегрального регулятора швидкості з шунтуванням ємності резистором.
3. Підібрати резистори і ємності у відповідності з їх розрахунковими значеннями (п.2), під’єднати їх до регуляторів струму і швидкості і зібрати повністю схему регулювання у відповідності до заданої схеми.
4. У відповідності з розрахованим значенням встановити величину напруги обмеження регулятора швидкості.
5. Перевірити правильність підключення зворотних зв’язків за струмом і швидкістю.
6. Здійснити налагодження регулятора струму в режимі короткого замикання двигуна (вмикання електропривода при струмові збудження двигуна, рівному нулеві).
7. Здійснити налагодження регулятора швидкості в режимі пуску двигуна на холостому ході, попередньо замкнувши зворотний зв’язок за швидкістю і використавши при цьому задаючий сигнал від ручного сельсинного командоапарата SR (СКАР).
8. Перевірити роботу системи електропривода в режимах пуску, реверсу і гальмування, використовуючи керування від SR (СКАР). Замалювати з екрану осцилографа часові діаграми для струму і швидкості двигуна при різних уставках задавача інтенсивності і визначити динамічні показники системи.
9. Для заданих в п.2.1 та 2.2 систем регулювання зняти статичні характеристики електропривода при різних значеннях напруги завдання, використовуючи для цього опорну напругу Uоп.1 від блока обмеження AF (БО) (для режимів роботи двигуна, які задаються викладачем).
10. Визначити можливий діапазон регулювання швидкості для заданих систем регулювання.
11. Повторити виконання операцій по п.6, п.7 та п.8 почергово збільшивши і зменшивши вхідні опори резисторів регуляторів струму та швидкості відповідно в колі зворотного зв’язку за струмом та швидкістю. Порівняти отримані результати з тими, які були зафіксовані при розрахункових значеннях цих опорів.
12. За експериментальними даними побудувати статичні характеристики електропривода і визначити статичну точність регулювання швидкості.
13. Скласти звіт по лабораторній роботі.
3.Опис установки.
Робоча схема лабораторної установки представлена на рис.9.7.
Якір двигуна незалежного збудження М живиться від реверсивного тиристорного перетворювача UM (ТП) типу БУ-3601, силова схема якого виконана за зустрічно-паралельною схемою, кожен комплект якої зібраний за трифазною схемою з нульовим виводом трансформатора. Для керування обома тиристорними групами (катодною і анодною), які забезпечують реверс струму в якірному колі, використовують дві незалежні системи імпульсно-фазового керування (СІФК) AU-1 і AU-2, які забезпечують спільне неузгоджене керування вентильними комплектами. Таке керування дає можливість значно обмежити статичні зрівнювальні струми між комплектами і тим самим зменшити габарити струмообмежуючих зрівнювальних реакторів L1 і L2.
Живлення перетворювача ТП здійснюється через автоматичний вимикач QF4 (встановлено на дверцятах шафи ТП) від трифазного силового трансформатора ТV з двома вторинними півобмотками, з’єднаними за схемою "зигзаг". Таке з’єднання півобмоток дозволяє ліквідувати підмагнічення трансформатора струмом навантаження. Катодний дросель L призначений для згладжування пульсацій струму навантаження. Силовий трансформатор TV і блоки СІФК живляться від мережі 380 В через загальний автомат QF-2, який встановлено на панелі лабораторного стенду. Крім того, живлення блоків СІФК комутується додатково в шафі ТП автоматом QF3.
Обмотка збудження LМ двигуна М живиться від некерованого випрямляча власних потреб UL , який під’єднується до мережі з напругою 220 В за допомогою автомата QF-1. Від цього автоматa живиться також джерело комутуючої напруги UZ і трансформатор ручного сельсинного командоапарата (СКАР) SR. Для контролю струму збудження використовують реле обриву поля KA (РОП) , а його величина встановлюється за допомогою регульованого резисторa Rд1 по показам амперметра pАЗ.
Система керування електроприводом побудована на базі регуляторів, командних пристроїв і давачів регульованих координат єдиної серії "Уніфікованої блочної системи регуляторів" (типу УБСР). Основним базовим елементом регуляторів цієї серії є посилювач постійного струму типу УПТ, виконаний на біполярних транзисторах із застосуванням перетворення вхідного сигналу модулятором в сигнал змінного струму з частотою 1.5 кГц , наступним посиленням цього сигналу і перетворенням посиленого сигналу демодулятором в сигнал постійного струму. Живлення регуляторів, командних елементів і давачів здійснюється від джерела комутуючої напруги UZ , який виробляє як змінну напругу частотою 1.5 кГц, так і декілька постійних напруг для живлення блоків.
Система регулювання електропривода двоконтурна. Внутрішній контур - контур струму - містить регулятор струму (РС) АА , давач струму (ДС) UA і вимірювальний шунт RS2. Для регулятора струму АА використано посилювач УПТ-2БУЧ , який має два потенціально незв’язані виходи для окремого керування СІФК-1 і СІФК-2. Внутрішній зворотній зв’язок (ЗЗ) в підсилювачі здійснюється лише по першому виходу регулятора. Як давач струму використано посилювач УПТ-6БУЧ з двома потенціально не зв’язаними виходами, один з яких використовується тільки для створення внутрішнього зворотного зв’язку. Контроль струму здійснюється стандартним шунтом RS2 з параметрами Iн = 30А, Uшн = 75mB , який ввімкнено в якірне коло системи ТП-Д . Сигнал завдання для регулятора струму АА і , таким чином , для контура струму надходить від регулятора швидкості (РШ) AR через резистор R1c , а сигнал ЗЗ за струмом від давача струму UA через резистор R2c .
Контур швидкості складають регулятор швидкості AR і тахогенератор BR . Для регулятора AR використано посилювач УПТ-3БУЧ. Перемикач SB3 , який встановлено в коло внутрішнього ЗЗ регулятора швидкості , дозволяє реалізувати пропорційний регулятор (П-регулятор) або пропорційно-інтегральний регулятор (ПІ-регулятор). У першому випадку використовуються резистор R0ш1 , в другому - ємність С0ш2 і резистор R0ш2 . У випадку використання регулятора з регульованим статизмом паралельно ємності С0ш включається резистор R0ш3 . Обмеження вихідної напруги РШ здійснюється за допомогою блока обмеження (БО) AF, а величина напруги обмеження регулюється потенціометром Uоп2. Для вимірювання швидкості використовується тахогенератор постійного струму типуТМГ-30. Сигнал ЗЗ знімається з потенціометра Rш , який підключено до якоря BR через резистор Rдш. Обмотка збудження тахогенератора LBR живиться від випрямляча UL через регульований резистор Rд2 . В схемі передбачено два варіанти подання сигналу завдання швидкості Uзш на вхід регулятора AR.
від ручного сельсинного командоапарата (СКАР) SR (для плавної зміни сигналу);
від блока обмеження (БО) AF (для стрибкоподібної зміни сигналу).
Вибір виду сигналу завдання здійснюється перемикачем SB1 , який забезпечує три положення : сигнал від СКАР, сигнал від БО і відсутність сигналу у середньому положенні.
У першому випадку сигнал завдання надходить від СКАР через фазовипрямляч UP, задавач інтенсивності SJ, контакти перемикача SB1 (нижнє положення) і резистор R1ш на вході регулятора AR.
У другому випадку стрибкоподібний сигнал від джерела, що розміщене у блокові AF, через перемикач SB2, який визначає полярність синалу завдання, перемикач SB1 (верхнє положення) подається на вхідний резистор R1ш регулятора AR. Величина напруги завдання регулюється в цьому випадку потенціометром Uоп1.
Для зняття статичних характеристик у схемі використовується навантажуючий пристрій, у складі машини навантаження М1 і генератора навантаження G (на рис.9.7 відсутній). Генератор навантаження приводиться в рух асинхронним двигуном М2.
В схемі передбачена система захисту, блокування і сигналізації. Захист від надструмів і струмів перевантаження здійснюється максимальними і тепловими розщеплювачами, які встановлені на автоматичних вимикачах, які живлять силові кола і кола керування. Для захисту тиристорів від комутаційних і зовнішніх перенапруг в ТП використані R-C-ланки.
Для блокування системи керування при зникненні струму збудження двигуна використано реле обриву поля КА(РОП), яке своїми контактами шунтує регулятор струму АА. Передбачено також блокування від самоходу привода при нульовому положенні СКАР. В цьому положенні контакти КК, механічно зв’язані з ручкою СКАР, розривають коло живлення реле КV, що розміщене в блоці реле (БР), яке своїми контактами шунтує регулятори АА і AR. Робота привода можлива тільки при зсуві СКАР з нульового положення. Для забезпечення електричного гальмування при встановленні СКАР в нульове положення і для роботи регуляторів в цьому режимі котушка реле KV зашунтована конденсатором затримки C3, який утримує реле у ввімкненому стані впродовж деякого часу при розмиканні контактів КК.
В установці передбачено такі види сигналізації:
про наявність живлення в силовому колі тиристорного перетворювача (сигнальна лампа на дверцятах шафи ТП);
сигналізація про наявність живлення блока комутуючої напруги UZ (лампа на його передній панелі);
сигналізація про наявність змінної комутаційної напруги з частотою 1.5 кГц для живлення операційних підсилювачів і давача струму (світлодіод на передній панелі UZ).
4. Методичні вказівки
З метою набуття навиків налагодження і дослідження сучасних систем автоматичного регулювання електроприводами в даній роботі основна увага зосереджена на інженерних методах розрахунку двоконтурних СПР і їх реалізації на діючій установці. Це, у свою чергу, вимагає значної самостійної роботи по розрахунках параметрів електропривода і налагодження регуляторів у відповідності до індивідуального завдання. Через це роботи по збиранню схеми зведено до мінімуму. Підключаються лише зворотні зв’язки і встановлюються в регуляторах резистори і ємності в відповідності з розрахунковими значеннями.
Перед виконанням роботи необхідно, використовуючи дані, що наведені у додатку, визначити сталі часу силової частини електропривода і коефіцієнти зворотних зв’язків за швидкістю і струмом. Потім згідно виразів, які є у теоретичних поясненнях (п.2), для вибраних значень ємностей Сос і Сош розрахувати значення установчих опорів регуляторів струму і швидкості окремо для однократноінтегруючої і двократноінтегруючої систем. Величини Uзс.max = Uрш.max ; Iстоп ; Rзш.н ; Rош (для П-регулятора швидкості) задаються викладачем.
Для визначення полярності зворотного зв’язку за струмом необхідно розімкнути зворотні зв’язки за струмом і швидкістю, перемкнути вихід тиристорного перетворювача на активний опір навантаження Rн, зашунтувати ємність Сос резистором 100 кОм, встановити задане значення напруги обмеження регулятора швидкості Uрш max (потенціометром Uоп2), перевести перемикач SB1 в нижнє (за схемою) положення, включити тиристорний перетворювач і систему регулювання, подати від СКАР деяке значення напруги завдання. Потім, використовуючи зовнішній вольтметр, визначити полярність напруг на виході регулятора швидкості AR і давача струму UA. Для забезпечення від’ємного зворотного зв’язку за струмом вони повинні бути з протилежними знаками. В іншому випадку вхідні кінці UA необхідно поміняти місцями. Після цього при включеній схемі коло зворотного зв’язку за струмом замикається короткочасно, щоб переконатися у зменшенні показів амперметра pА2. Тільки після цього вихід UA на постійно підключається до резистора R2c.
При визначенні полярності зворотного зв’язку за швидкістю вихід тиристорного перетворювача підключається до якірного кола двигуна, розшунтовується ємність С0с і від СКАР подається деяке значення напруги завдання і після досягнення швидкістю сталого значення за допомогою зовнішнього вольтметра визначається полярність напруги завдання і сигналу зворотного зв’язку за швидкістю. Для забезпечення від’ємного зворотного зв’язку вони повинні бути різних знаків. Переконавшись у цьому, коло зворотного зв’язку за швидкістю через резистор R2ш замикаємо на постійно.
Налагодження контура струму здійснюється в режимі короткого замикання двигуна. Для цього попередньо розриваємо коло обмотки збудження двигуна М і відключаємо контакти реле КА, які шунтують регулятор струму АА. Потім стрибком подаємо сигнал завдання на вхід регулятора швидкості AR, чим забезпечуємо його насичення і за допомогою електронного осцилографа, підключеного до виходу давача струму UA, визначаємо характер перехідного процесу для струму якоря. Усталене значення струму, зафіксоване амперметром рА2, повинно бути приблизно рівним заданому стопорному струмові, а перерегулювання не повинно перевищувати (5-10)% від усталеного значення. Якщо перерегулювання не задовільняє цій умові, слід підкорегувати регулятор АА, змінюючи відповідним чином опір R0с.
Налагодження контура швидкості здійснюється для двох випадків: з П- і ПІ-регу-лятором швидкості.
При налагодженні контура з П-регулятором швидкості перш за все необхідно відновити схему, включивши обмотку збудження двигуна і контакти КА, перемикач SB3 поставити в нижнє (по схемі) положення, подати стрибком сигнал завдання (від джерела Uоп1) і за допомогою електронного осцилографа, ввімкненого на вихід тахогенератора, визначити характер перехідного процесу для швидкості. Оптимальному налагоджуванню контура відповідає перерегулювання, яке не перевищує 5%. У випадку не виконання цієї умови необхідно змінити венличину опору Rош1.
Для налагодження контура з ПІ-регулятором швидкості необхідно перемикач SB3 встановити у верхнє положення і провести аналогічний, як і з П-регулятором, експеримент. При незадовільних показниках якості перехідного процесу або нестійкості системи необхідно здійснити корекцію параметрів регулятора швидкості або перейти до схеми з шунтуванням ємності в ПІ-регуляторі швидкості резистором R0ш3.
Для зміни темпу наростання і спаду швидкості при керуванні від СКАР сигнал завдання для регулятора швидкості подаємо через задавач інтенсивності SJ. Регулювання темпу зміни завдання здійснюється потенціометром, що встановлено на передній панелі SJ.
Визначення діапазону регулювання швидкості заданої системи регулювання здійснюється таким чином. Спочатку встановлюється максимальна напруга завдання (від Uоп1), навантажуючим пристроєм задається номінальний струм навантаження і за допомогою зовнішнього вольтметра, який підключається до виходу тахогенератора, вимірюється максимальна швидкість двигуна. Потім, поcтупово зменшуючи напругу завдання і одночасно підтримуючи попереднє значення навантаження, забезпечують стійку роботу електропривода (без ривків) при мінімально можливій швидкості двигуна. Відношення виміряних максимальної та мінімальної швидкостей і визначає діапазон регулювання.
Статична точність підтримки швидкості визначається за виразом
,
де - статичний спад швидкості в замкненій системі при номінальному навантаженні двигуна.
Виконання п.11 проводитьтся аналогічно, як і при налагодженні контурів струму та швидкості з розрахунковими параметрами регуляторів струму та швидкості, тобто при зміні опору в колі відповідного зворотного зв’язку необхідно кожен раз здійснити відповідні перемикання в схемі, які вказуються вище в цьому ж параграфі.
Зміст звіту.
У звіті про виконану лабораторну роботу необхідно привести:
Програму роботи;
Принципову електричну схему лабораторної установки;
Технічні дані електричних машин і апаратів;
Розрахунок коефіцієнтів передачі і сталих часу силової частини електропривода;
Розрахунок параметрів регуляторів струму і швидкості;
Результати експериментальних досліджень і результати їх обробки;
Привести графіки статичних характеристик і перехідних процесів, знятих з екрану осцилографа;
Рекомендована література
1. Лебедев Е.Д., Неймарк В.Е., Пистрак М.Я., Слежановский О.В. Управление вентильными электроприводами постоянного тока.- М.: Энергия,1970.
2 .Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования электро при водами постоянного тока.- М.: Энергия, 1972.
3. Рудаков В.В., Мартикайнен Р.П. Синтез электроприводов с последо вательной коррекцией.- Л.: Энергия,1972.
4. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под ред. В.А.Елисеева, А.В.Шинянского. – М.: Энергоиздат, 1983.
5. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування. – К.: Либідь, 1997.
Додаток.
Технічні дані силової частини електроприводу і давачів регульованих координат.
Випробуваний двигун (М) і навантажувальний генератор (G)
Тип
Рн
Uн
Ін
nн
Rякд
J, CD2
рн
С
Lякд
J,CD2
кВт
В
А
об/хв
Ом
кгм2,
-
Вс/рад
Гн
кгм2,
П-32
4,5
220
24,3
3000
0,352
0,16,
0,029
1
0,67
0,0173
0,08
0,02
Тиристорний перетворювач
Анодний трансформатор
Тип
U(
U=
Iн
kтп
Ттп
U1н
U2н
Rтр
Lтр
хтр
Rk
БУ
В
В
А
В/В
с
В
В
Ом
Гн
Ом
Ом
3601
380
230
50
26
0,015
380
156
0,055
0.00056
0,175
0,084
Згладжуючий дросель
Тахогенератор
Потенціометр
Iн
Rдр
Lдр
Тип
Uн
nн
Uзб
Rн
Kтг
Kпш
Тфш
А
Ом
Гн
ТМГ 30
В
об/хв
В
Ом
Вс/рад
В/В
с
50
0,427
0,016
460
4000
110
7080
1,1
0,115
0,025
Вимірювальний шунт
Регулятори РС і РШ
Давач струму
Iш.н
Uш.н
Кш.н
Тип
Uн
Rн
Rвх
Кпідс
fп
Тип
Кдт
А
В
В/А
В
кОм
кОм
В/В
Гц
ДТ-2
В/В
30
0,075
2,5*10-3
УПТ-2(РТ)
УПТ-3(РТ)
24
4,8
2,4
100
1000
30
УПТ-6
230
Сумарний момент інерції
.
Активний опір якірного кола системи ТП-Д
.
Індуктивність якірного кола системи ТП-Д
.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора