Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка» Курсовий проект з дисципліни «Системи керування електроприводами транспортних засобів» Вентильний електропривід Завдання: розробити САК транспортним засобом з максимальною для заданої конфігурації швидкодією. Розроблення силової схеми з’єднань та функціональної схеми автоматичного керування. Розрахунок і вибір елементів силового кола. Вибір раціонального способу електричного гальмування та засобів для його реалізації. Розрахунок і вибір засобів захисту. Вибір системи імпульсного керування та опис її роботи. Вибір давачів та пристрою завдання. Розроблення і опис повної САК. Розрахунок параметрів передавальних функцій незмінної частини САР. Синтез регуляторів та коректуючих пристроїв. Вихідні дані: Розроблення силової схеми з’єднань та функціональної схеми автоматичного керування Рис. 1 Структурна схема вентильного електроприводу Розрахунок і вибір елементів силового кола Вибір IGBT транзисторів та опорів Стум і напругу транзистора розраховую за такими формулами: Вибираю транзистори: IGBT Тип: CM300DY-12NF Напруга: U =600 В; Струм: І =300 А Таблиця 1. Технічні дані двигуна Драйвер в якірному колі - M57962AL Вибір раціонального способу електричного гальмування та засобів для його реалізації. Для даного типу двигуна гальмування відбувається автоматично за допомогою комутатора. Дана схема забезпечує рекуперативне гальмування. Розрахунок і вибір засобів захисту Для захисту силового кола від струмів короткого замикання та перевантажень використовуємо автоматичний вимикач постійного струму АВМ300НВ; U=320 В, І=300 А. Також для керування транзисторами встановлюється спеціальний пристрій - драйвер. Його функція: -формувати траєкторію відкривання і закривання транзистора; -гальванічна розв’язка кіл керування від силового кола; -захист від коротких замикань і перевантажень за струмом. Вибір системи імпульсного керування та опис її роботи. Живлення двигуна здійснюється від акумуляторної батареї (АБ), через фільт і силовий напівпровідниковий перетворювач (СНП). Елементами СНП використано силовий IGBT модуль транзисторів з повною керованістю. Сигнал від здавачів Холла надходить на лічильник імпульсів (ЛІ), який виконує їх підрахунок для визначення поточної швидкості. Для програмного управління ВД необхідна цифрова обробка аналогових сигналів (від датчика струму) і дискретних (кутове положення ротора і швидкість) вхідних сигналів і сигналів зворотних зв'язків. Регулювання струму двигуна здійснюється за допомогою широтно-імпульсного моделювання напруги, що підводиться до статора. Розподільник імпульсів (РІ) отримує широтно-модульований сигнал від регулятора струму РТ і в залежності від положення ротора включає ту чи іншу пару силових ключів. Специфікою даного способу управління є те, що ШІМ по черзі виконують ключі інвертора двох фаз, включених в даний момент часу до джерела живлення. Міняючи коефіцієнт заповнення імпульса γ від 0 до 1, ми можемо міняти середнє значення напруги від 0 до Uдж, таким чином забезпечуючи плавне регулювання швидкості. АЦП перетворює аналоговий сигнал від давачів струму (ДС) в цифровий, для узгодження в мікропроцесорнії системі управління. Драйвери силових ключів (Д) формують керуючі імпульси для силових ключів інвертора, і виконують функцію їх захисту. Система управління реалізується як двоконтурна підпорядкованого регулювання, при якій в кожному контурі ведеться компенсація однієї сталої часу. Перший контур (внутрішній) регулювання струму статора двигуна містить регулятор струму (РС), що задає сигналом для першого контуру є сигнал з виходу регулятора швидкості. Таким чином, РС стабілізує струм на заданому рівні шляхом періодичного включення і відключення одного або обох ключів силового інвертора. Другим (зовнішнім), по відношенню до контуру струму, є контур регулювання швидкості. Він містить регулятор швидкості (РШ) і здійснює зворотний зв'язок по швидкості. Для визначення «проходів через нуль» потрібен аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) для кожної з фаз. Швидкість/момент двигуна управляється широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Важливо зрозуміти, як працює ШІМ і як взаємодіє з АЦП, для того, щоб робити надійні вимірювання в середовищі із завадами, які створює ШІМ. ШІМ використовується, як то кажуть, в правильному режимі фаз. Цей режим використовує таймер/лічильник з двома похилими операціями, що робить сигнал ШІМ симетричним в межах одного періоду широтно-імпульсної модуляції. До того ж, значення порівняння, яке визначає робочий цикл ШІМ, не може бути змінене посеред циклу. Кожен період ШІМ, відділений штриховою лінією на рисунку. Тут також видно, що відбувається подія надлишку, коли таймер досягає нуля. Ця подія може використовуватись для автоматичного вмикання АЦП, тобто подачі керуючих імпульсів на транзисторні ключі. Якби робочий цикл не був дуже низьким, даний сигнал ШІМ міг би бути стійким надовго. Це використовується для того, щоб переконатись, що АЦП для пасивної фази увімкнена, коли завади від ШІМ є низькі. Рис. 3 Широтно-імпульсна модуляція Використовуючи ШІМ, середня напруга живлення двох перехресних обмоток, може бути керована відповідно до швидкості. Ми можемо мінімізувати ефекти надмірного пускового струму та обертового моменту, обмежуючи напругу живлення при пуску за допомогою широтно-імпульсної модуляції. ШІМ досить ефективна і проста в роботі. Дві речі, які пов’язані із застосуванням широтно-імпульсної модуляції, є втрати через часті перемикання у силових ключах та ефект, який створює сама широтно-імпульсна модуляція на двигун. Вищі частоти ШІМ призводять до більших втрат на перемикання, але занадто низькі частоти означають, що струм двигуна матиме великі пульсації, замість його бажаної звичної форми. В середньому краще досягати нижчих частот, якщо паразитна індуктивність двигуна є високою, але у той же час велика індуктивність негативно впливає на робочі характеристики двигуна. Ідеальна частота ШІМ залежить від характеристик двигуна і вимикачів живлення, але для регулювання швидкості має бути щонайменше в десять разів вищою ніж частота двигуна. Вибір давачів та пристрою завдання. Давач струму: Тип: LA 305-T Діапазон вимірювання: Давач Холла: Тип- MS08-10N Діапазон напруги: 10-30В Діапазон струму: 10-150мА . Розроблення і опис повної САК. Структурна схема двоконтурної системи підпорядкованого регулювання швидкості двигуна показана на Рис. 2. У ній, зовнішній контур регулювання швидкості з П-регулятором та внутрішній контур регулювання струму із ПІ-регулятором. Рис. 2 Структурна схема ДПР Розрахунок параметрів передавальних функцій незмінної частини САР. Стала часу якоря: Індуктивність якоря: : Синтез регуляторів та коректуючих пристроїв кола якоря. Синтез ПІ-регулятора струму Регулятор струму розраховую за нижче вказанами формулами: Передавальна функція об’єкта регулювання: Розрахунок елементів ПІ регулятора струму Для того щоб розрахувати параметри елементів ПІ регулятора струму задаємося конденсатором і проводимо розрахунок за наступними формулами: Стала часу інтегрування: Синтез П регулятора швидкості Регулятор швидкості розраховую за наступними формулами: Передавальна функція об’єкта регулювання: Бажана передавальна функція: Коефіцієнт давача швидкості: Розрахунок елементів П регулятора швидкості Для того щоб розрахувати параметри елементів П регулятора швидкості задаємося конденсатором і проводимо розрахунок за наступними формулами: Література: «Автоматичне керування ЕП.».Методичні вказівки до курсового проекту для студентів «ЕАП»/Укл. В. Т. Бардачевський, В. В. Буртний, Б. Я. Панченко.—Львів, 1985. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А. С. «Теорія автоматизованого ЕП».—М,:Єнергия,1979.-616с. Теорія ЕП/За редакцією М.Г.Поповича.: Вища школа,1993.-495с. Башарин А.В. Новиков В. А., Соколовський Г. Г. «Управлениє ЕП»--:Єнергоиздат.Ленингр.отдел-ниє,1982.-392с. Справочник по пректірованю АЕП и систем управления технологическими процесами./Круповича В. И. Барибіна Ю. Г. Самовера М. Л. -:Єнергия,1982.-416с.