Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Електромеханіка
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2001
Тип роботи:
Теорія
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
НАЛАГОДЖЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ СТАТИЧНИХ І ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТИРИСТОРНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 5
з курсу "Теорія автоматичного керування"
для студентів базового рівня 6.0922 “Електромеханіка”
ЗАТВЕРДЖЕНО
на засіданні кафедри електропривода та автоматизації промислових установок протокол № від 2001 р.
Львів 2001
Налагодження та дослідження статичних і динамічних характеристик системи автоматичного регулювання тиристорного електропривода постійного струму. Інструкція до лабораторної роботи № 5 з курсу "Теорія автоматичного керування" для студентів спеці аль нос ті 6.0922 "Електропривод і автоматизація промислових установок і техно логічних комплексів"/ Укл. О.Ю.Лозинський, В.Б.Цяпа, - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2001. - с.
Укладачі О.Ю.Лозинський, д-р техн. наук, проф.
В.Б Цяпа, ст. викл.
Відповідальний за випуск О.Ю.Лозинський, д-р техн.наук, проф.
Рецензенти: Б.Я.Панченко, канд. техн. наук, доц.
Я.Ю.Марущак, канд. техн. наук, доц.
Мета лабораторної роботи: експериментальне дослідження статичних і динамічних властивостей системи автоматичного регулювання тиристорного електропривода постійного струму в розімкненому стані та при дії зворотних зв’язків: від’ємного за швидкістю та додатного за струмом.
1. Основні відомості.
Багато промислових механізмів для досягнення високої продуктивності, якості роботи вимагають як регулювання швидкості так і підтримання швидкості на заданому рівні при зміні навантаження в значних межах. До такої групи промислових механізмів належать підйомо-транспортні механізми, верстати, прокатні стани, папероробні машини, промислові роботи і маніпулятори, екскаватори тощо.
Взагалі регулювання швидкості двигунів, а під цим розуміють і підтримання швидкості на заданому рівні, може здійснюватися на основі розімкнутих або замкнутих електромеханічних систем.
Регулювання на основі розімкнутої електромеханічної системи, яке інколи називають параметричним, полягає в зміні значення того чи іншого параметра електричного кола двигуна – кількості пар полюсів або напруги живлення внаслідок підімкнення додаткових елементів: резисторів, конденсаторів, індуктивностей. Для регулювання швидкості двигуна постійного струму незалежного збудження в межах від нуля до номінальної швидкості використовують і зміну величини напруги, яка підводиться до якоря двигуна, за допомогою керованого перетворювача (КП). Структурна схема такого електроприводу приведена на рис.1
Рис.1. Структурна схема системи КП-Д.
Для такої розімкненої системи в режимі неперервних струмів рівняння, які складені відповідно до даної структурної схеми:
(1)
де kп = kмпkппkтп – коефіцієнт передачі перетворювача, який рівний добутку коефіцієнтів передачі відповідно магнітного посилювача, проміжного посилювача і тиристорного перетворювача;
Uз – напруга завдання на вході тиристорного перетворювача;
Тп – стала часу перетворювача;
еп =- ЕРС тиристорного перетворювача;
Edm – максимальна величина випрямленої е.р.с.,
;
E2фm – амплітудне значення фазової напруги змінного струму;
n – коефіцієнт схеми перетворювача;
m – число фаз перетворювача;
( - кут керування тиристорним перетворювачем;
(Uв – спадок напруги на вентилі;
Rя( - сумарний опір якірного кола системи ТП-Д;
с = К1Фн = (Uн-IянRяд)/(дн – постійна двигуна.
Перетворивши систему рівнянь (1) одержимо рівняння динамічної електромеханічної характеристики електропривода:
, (2)
Якщо прирівняти в формулі (2) р=0 , то одержимо рівняння статичної електромеханічної характеристики електропривода:
( = - = kпkд Uз – kдRя(Iя = , (3)
де (0 роз = = kпkд Uз - швидкість холостого ходу двигуна;
= = kдRя(Iя - перепад швидкості в розімкненій системі;
kд = 1/с – коефіцієнт передачі двигуна.
Для замкненої системи ТП-Д зворотним зв’язком за швидкістю двигуна буде відповідати структурна схема рис.2
Рис.2. Структурна схема системи регулювання швидкості двигуна в системі КП-Д з від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю.
У цій системі використовується принцип зворотного зв’язку, який дає змогу здійснювати контроль відхилення швидкості від заданого значення. Задаюча система Uз.ш порівнюється з сигналом від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю, а їх різниця у вигляді сигналу розузгодження подається на вхід перетворювача КП, що зумовлює появу ЕРС еп відповідної полярності. Під час збільшення моменту навантаження швидкість двигуна починає знижуватися і відповідно буде знижуватися сигнал зворотного зв’язку за швидкістю. Це викликає збільшення сигналу розузгодження, збільшення сигналу ЕРС перетворювача, а отже, і швидкості двигуна. Під час зменшення моменту навантаження зворотний зв’язок діє в іншому напрямку, тим самим зумовлюючи зниження ЕРС перетворювача й автоматичне зменшення швидкості.
Для цієї структурної схеми справедлива система рівнянь:
(4)
де ( = ((kтг – передавальний коефіцієнт від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю рівний добутку передавальних коефіцієнтів відповідно потенціометра ( і тахогенератора kтг.
Розв’язавши систему рівнянь (4) одержуємо рівняння динамічної електромеханічної характеристики замкненої системи ТП-Д зворотним зв’язком за швидкістю:
. (5)
Підставивши в (5) р=0 одержимо рівняння статичної електромеханічної характеристики:
= (0 зам. ш - (( зам. ш . (6)
Швидкість ідеального холостого ходу
(0 зам. ш = . (7)
Аналіз рівнянь (2), (3), (6), (7) при одному і тому ж струмі перепадів швидкості у розімкнутій ((роз = Rя(Іяkд і замкнутій ((зам.ш = Rя(Іяkд / (1+(kпkд)] = ((роз/(1+(kпkд) системах дає змогу встановити, що збільшення коефіцієнта від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю ( за інших рівних умов призводить до зменшення як перепаду швидкості (збільшення жорсткості), так і швидкості ідеального холостого ходу (0.роз/(1+(kпkд) швидкісних характеристик.
На рис.3 подані для порівняння характеристики двигуна в розімкнутій (пряма 3) і замкнутій (пряма 2) системах. Для суміщення характеристик у точці ідеального холостого
Рис.3. Електромеханічні характеристики системи КП-Д замкнутої від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю.
ходу ((01) необхідно під час введення від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю задаючий сигнал Uзш значно збільшити порівнянно з задаючим сигналом для розімкнутої системи Uзш1. На цьому ж рисунку зображена характеристика замкнутої системи при меншому значенні задаючого сигналу Uз.ш2 (пряма 4). Під час збільшення коефіцієнта передачі системи k і коефіцієнта від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю ( перепад швидкості в замкнутій системі ((зам.ш зменшується, і при (kпkд ( ( ((зам.ш ( 0. Цьому випадку відповідає абсолютно жорстка характеристика (пряма 1). Зазначимо, що абсолютно жорстка характеристика на практиці не може бути реалізована через істотне погіршення динамічних показників електропривода. Аналіз електропривода з від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю показує, що збільшення жорсткості характеристик і пов’язаної з нею точності регулювання швидкості, які досягаються збільшенням (kп, супроводжується (за інших рівних умов) погіршенням якісних показників перехідних процесів у системі, і що без застосування динамічної корекції неможливо досягти одночасно високої точності регулювання та бажаних динамічних показників якості регулювання.
За цих умов для збільшення точності регулювання швидкості вдаються до використання або складних пристроїв динамічної корекції, або пристроїв компенсації збурення, зумовленого навантаженням. З цією умовою розглянемо комбіновану систему регулювання швидкості, де крім пристроїв, які працюють за принципом відхилення (забезпечується від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю), вводять пристрій компенсації збурення – додатний зворотний зв’язок за струмом.
Розглянемо спочатку систему, в якій використовується лише принцип регулювання швидкості по збуренню. В такій системі сигнал керування формується в функції збурення таким чином, щоб дія збурення на систему компенсувалась.
Структурну схему регулювання швидкості по збуренню (принцип компенсації), в якій використано дадатний зворотний зв’язок за струмом якоря приведено на рис.4.
Рис.4. Структурна схема системи КП-Д з додатним зворотним зв’язком за струмом.
На основі цієї схеми рівняння, які описують динамічну електромеханічну характеристику електопривода з додатним зворотним зв’язком за струмом:
(8)
Нескладні перетворення дають змогу одержати рівняння електромеханічної характеристики:
динамічної
(9)
статичної
(10)
В іншому вигляді
( = = (0 зам.с - ((зам.с (11)
З рівняння (11) видно, що під час збільшення коефіцієнта додатного зворотного зв’язку за струмом ( підвищується жорсткість характеристики в замкнутій системі (х-ка 2, рис.5), причому при (kп=Rя( характеристика стає абсолютно жорсткою (((зам.с = 0, х-ка 1 на рис.5 ). Якщо значення (kп>Rя( при збільшенні навантаження буде відбуватися збільшення швидкості (х-ка 4, рис.5).
Зміна величини сигналу зворотного зв’язку за струмом не впливає на швидкість холостого ходу. Величина швидкості холостого ходу залежить від задаючого сигналу Uзш .
Рис.5. Електромеханічні характеристики системи КП-Д замкнутої додатним зворотним зв’язком за струмом.
На основі сказаного вище можна зробити висновок, що системи, які побудовані по принципу регулювання за збуренням мають кращі можливості точного підтримання швидкості. Вагомим недоліком таких систем є те, що вони компенсують вплив лише тих збурень, які вимірюються. Тому чисто компенсаційний метод регулювання швидкості на практиці не дістав поширення через те, що точність регулювання недопустимо знижується при коливаннях напруги живлення, температурних змінах опорів обмоток машин, нелінійностях характеристик перетворювача.
В багатьох випадках досить ефективно знаходить використання комбіноване регулювання за відхиленням і за збуренням, яке об’єднує позитивні властивості двох принципів. Структурну схему комбінованої системи регулювання швидкості наведено на рис.6.
Рис.6. Структурна схема системи КП-Д з від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю та додатним зворотним зв’язком за струмом.
На основі цієї схеми можна скласти рівняння, які описують динамічну електромеханічну характеристику електропривода з від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю та додатним зворотним зв’язком за струмом якоря двигуна:
(12)
Відповідні рівняння електромеханічної характеристики:
динамічної
; (13)
статичної
. (14)
В іншому вигляді рівняння статичної характеристики запишеться
( = = (0 зам.шс - ((0 зам.шс (15)
Аналіз показує, що в такій комбінованій системі залишилась можливість отримати абсолютно жорстку характеристику при і при цьому незначно погіршуються показники якості регулювання.
2. Програма роботи.
Ознайомитись з механічним та електричним обладнанням лабораторної установки.
Подати живлення на установку. Випробувати дію кола завдання і кіл зворотних зв’язків при малих значеннях коефіцієнтів ( і (, навантажити генератор номінальним струмом при Uн .
Зняти швидкісні характеристики (=f(Ія) при Eтп=Uн і Eтп=0,8Uн для розімкненої системи і визначити коефіцієнти посилення розімкненої системи k, а також коефіцієнти посилення кожної ланки прямого каналу системи.
Зняти швидкісні характеристики (=f(Ія) для замкненої системи від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю двигуна при Eтп=Uн і (=(макс, (=0,5(макс .
Зняти швидкісні характеристики (=f(Ія) для замкненої системи додатним зворотним зв’язком за струмом якоря при Eтп=Uн і (=(макс при якому характеристика є абсолюно жорстка, а також при (=0,5(макс.
Зняти швидкісні характеристики (=f(Ія) для замкненої системи від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю двигуна і додатним зворотним зв’язком за струмом якоря при Eтп=Uн і (=(макс ,(<(макс.
Для характеристик п.4, п.5 визначити коефіцієнти зворотних зв’язків за швидкістю та струмом.
Вивести систему з стійкого стану і використовуючи гнучкий зворотний зв’язок за швидкістю двигуна зробити її стійкою.
3. Опис установки.
Лабораторний стенд складається з двигуна, генератора, тахогенератора, які розміщені на металічній рамі, тиристорного перетворювача з системою керування та електричних апаратів розміщених на нижній полиці стенда. На вертикальній стінці стенда розміщена структурно-принципова схема електропривода з вимірювальними приладами. Керування стендом здійснюється з пульта, встановленого на столі.
Двигун Д та навантажувальний генератор НГ, це машини постійного струму серії П-31-У4 з номінальними параметрами: Рн = 1,5 кВт, Uн = 220 В, Ін = 8,65 А, nн = 1500 об/хв, Rякд =2,455 Ом, GD2=0,09 кГм2.
В ролі давача швидкості двигуна застосовано тахогенератор ТГ серії ЕТ-7,nн=1900 об/хв, Uн=110 В.
Проміжний напівпровідниковий посилювач НПП зібраний на транзисторах, має три каскади підсилення.
В ролі підсумовуючого пристрою застосовано двопівперіодний магнітний посилювач МР-403 зібраний за мостовою схемою з дільником напруги на виході. Живлення робочого кола здійснюється від перетворювача частоти 50/400 Гц.
Принципова схема електропривода приведена на рис.6. Якірне коло двигуна Д живиться від тиристорного перетворювача ТП, зібраного за трьохфазною нереверсивною мостовою схемою. Керування кутами відкривання тиристорів здійснюється за вертикальним принципом, тому на блоки керування тиристорами подається напруга від напівпровідникового посилюавча НПП і блока пилкоподібної напруги. На вході системи включений магнітний посилювач з самопідмагнічуванням МП, який виконує фунцію підсумовування та інерційної ланки першого порядка. На обмотки керування МП подається задаюча напруга Uз і напруги зворотних зв’язків-Uззш і Uззс. Напруга зворотного зв’язку за струмом знімається з шунта Rш.
Живлення кола збудження двигуна здійснюється від напівпровідникового випрямляча В, а збудження навантажувального генератора НГ від тиристорного збудника ТРЗГ. Якір навантажувального генератора через вимикач Р1 під’єднаний до постійного по величині опору Rн, а регулювання навантаження здійснюється зміною величини напруги тиристорного збудника генератора.
Живлення кіл збудження електричних машин подається відразу після подачі напруги на стенд.
Управління приводом здійснюється з пульта керування. Натисканням кнопки “Пуск” через контакт реле РБ отримує живлення катушка магнітного пускача К, який своїми силовими контактами подає напругу трьохфазного змінного струму 220 В на тиристорний перетворювач. Вхідна напруга Uз подається від джерела випрямленої напруги на потенціометр П1 і через додатковий опір R1 – на задаючу обмотку МП. На пульті керування «Завдання» вмикається тумблером і регулюється двома рукоятками «Грубо» і «Точно».
На схемі вимикач навантаження генератора навантаження позначено через Р1, зворотного зв’язку за швидкістю-Р2, зворотного зв’язку за струмом-Р3. На пульті керування «Навантаження» вмикається вимикачем Р1 і регулюється рукояткою опору R4; зворотний зв’язок за швидкістю позначено ЗЗШ «-»; зворотний зв’язок за струмом – ЗЗС «+». Вони вмикаються через тумблери Р2, Р3 і регулюються відповідно резисторами R6, R5.
Для згладження пульсацій випрямленого струму тиристорного перетворювача і збільшення постійної часу якірного кола послідовно ввімкнена індуктивність Lд . Коректуюча ланка в колі зворотного зв’язку за швидкістю вмикається тумблером «Коректор».
При натисканні на кнопку «Стоп» знімається напруга з ТП. Для обезживлення стенду необхідно вимкнути автоматичний вимикач, який подає на нього напругу. Захист від надструмів здійснюється автоматичним вимикачем і плавкими запобіжниками.
4. Методичні вказівки.
Пуск установки необхідно проводити при відключеному навантаженні генератора, відключених зворотних зв’язках і мінімальному завданні на вході перетворювача (повзунок потенціометра П1 в нижньому положенні в відповідності зі схемою рис.6).
При визначенні коефіцієнтів передачі ланок вимірюються вхідна і вихідна величина сигналу при холостому ході двигуна.
При знятті швидкісних характеристик введення зворотних зв’язків і виставлення необхідної величини задаючого сигналу Uз не повинно приводити до збільшення напруги на якорі двигуна вище номінальної, тобто 220 В. При відключенні від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю спочатку зменшується величина задаючого сигналу Uз , а після цього – величина сигналу зворотного зв’язку. Для правильної побудови швидкісних характеристик необхідно зняти параметри 4-5 точок. Генератор навантажувати не вище номінального струму. Всі характеристики повинні проходити через одну точку на осі ординат.
Для створення нестійкої системи необхідна наявність двох зворотних зв’язків. При цьому коефіцієнт зворотного зв’язку за струмом ( повинен бути більше критичного значення.
При знятті всіх характеристик для визначення величини коефіцієнта зворотного зв’язку необхідно зняти величину задаючого сигналу Uз. Розрахунок коефіцієнта від’ємного зворотного зв’язку за швидкістю ( проводиться в відповідності до формули (7). Величину коефіцієнта передачі kд розраховують по паспортних даних двигуна в відповідності з формулою
.
При визначені величини коефіцієнта додатного зворотного зв’язку за струмом ( користуються формулою (10), підставивши значення швидкості двигуна ( зняте при певному струмі Ія. Сумарний опір якірного кола системи ТП-Д прийняти
Rя( = Rяд + Rтп = 2,455 +1,13 = 3,59 Ом,
де Rтп = 1,13 Ом – еквівалентний опір тиристорного перетворювача.
Передавальний коефіцієнт тахогенератора прийняти
kтг = Uн тг / (н тг .
5. Зміст звіту
Програма роботи.
Принципова схема лабораторної установки.
Зведені в таблиці результати експериментальних досліджень швидкісних характеристик.
Графіки розрахункової природної та експериментально знятих швидкісних характеристик ( = f(Iя).
Розрахунок коефіцієнтів зворотних зв’язків ( і ( для кожної експериментально знятої характеристики замкненої системи.
Висновки.
Список літератури
Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования.-2-е изд., перераб. и доп.-К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.-431 с.
Воронов А.А. Основы теории автоматического управления.-М. : Энергия.-Т.1.- 1980.- 312 с.
Рис.7. Принципова схема електропривода.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора