86412

Теория электропривода

Контрольная

Энергетика

Целью курсового проекта является практическое закрепление и углубление знаний студента в области расчёта параметров асинхронного двигателя и синтеза системы регулирования скорости АД при векторном управлении. В этой работе рассматриваются вопросы: расчёт Г-образной схемы замещения АД; построение структурной схемы АД...

Русский

2015-04-07

446.49 KB

19 чел.

Министерство высшего и среднего профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный Технологический

Университет Растительных Полимеров

Кафедра автоматизированного электропривода и электротехники

 

Теория электропривода

Расчетная работа

Выполнил:

Студент 543 гр.

Бутова Д.С.

Проверил:

Доцент кафедры

Королёв В.И.

Санкт-Петербург

2014г.


Содержание

  1.  Введение
  2.  Выбор двигателя


  1.  Введение

Целью курсового проекта является практическое закрепление и углубление знаний студента в области расчёта параметров асинхронного двигателя и синтеза системы регулирования скорости АД при векторном управлении.

   В этой работе рассматриваются вопросы:

-   расчёт Г-образной схемы замещения АД;

-   построение структурной схемы АД;

-   синтез системы автоматического регулирования.

  1.  Выбор двигателя.

Для моделирования Ад был выбран следующий двигатель:

Технические данные трехфазного электродвигателя закрытого типа с короткозамкнутым ротором:

IP 55, IC 411; класс изоляции F, класс нагревостойкости B

1500 об/мин = 4 полюса; 3000 В; 50 Гц; Базовая конструкция

Номинальная мощность, Вт

160000

Номинальная частота вращения, об/мин

1485

Коэффициент полезного действия, %

95

Номинальный ток при 3000 В, А

37

Номинальный момент, Нм

1029

Отношение пускового момента к номинальному моменту

1.7

Отношение пускового тока к номинальному току

6.3

Отношение максимального момента к номинальному моменту

1.7

Динамический момент инерции ротора, кгм2

3.2

Масса ротора, кг

268

Индекс механической характеристики

-

Коэффициент мощности, cosφ

0.21

Частота сети f, Гц

50

Количество полюсов

4

  1.  Выбор основного электрооборудования.

Поскольку не ставится задача использования конкретных элементов системы управления электроприводом, приняты следующие упрощения: коэффициент передачи преобразователя принят равным единице (kp=1), равными единице без указания размерности приняты и коэффициенты обратных связей (датчик тока: kdt=1; датчик потока: kdpt=1;датчик скорости) kds=1)

  1.  Выбор системы координат.

x-y: прямоугольная система координат, жёстко связанная с трёхфазной статорной обмоткой. Вещественная ось x направлена по оси обмотки фазы А.

d-q: связана с роторной обмоткой двигателя и неподвижна относительно её. Вращается в электрическом пространстве вместе с ротором, d – вещественная ось.

α-β: ориентирована произвольно относительно других систем координат. Вращается в электрическом пространстве с синхронной угловой скоростью, равной угловой частоте.

Представленные ниже структурные схемы будут построены в координатах α-β.

  1.  Структурная схема электропривода с асинхронным двигателем при произвольной ориентации системы координат:

Рис.1. Структурная схема электропривода с асинхронным двигателем при произвольной ориентации системы координат.

  1.  Расчёт параметров схемы замещения асинхронного двигателя по паспортным данным в Mathcad:

Для расчета характеристик асинхронного двигателя и исследования различных режимов его работы удобно использовать схемы замещения.

При этом реальная асинхронная машина с электромагнитными связями между обмотками заменяется относительно простой электрической цепью, что позволяет существенно упростить расчет характеристик.

С учетом того, что основные уравнения асинхронного двигателя аналогичны таким же уравнениям трансформатора, схема замещения двигателя такая же, как и у трансформатора, представлена она на рисунке 2.

Рис.2. Т-образная схема замещения АД.

При расчете характеристик асинхронного двигателя с использованием схемы замещения ее параметры должны быть известны. Схема рисунка 2.6 полностью отражает физические процессы, происходящие в двигателе, но имеет узловую точку между сопротивлениями, что усложняет расчет токов при различных значениях скольжения. Поэтому большое практическое применение для анализа режимов работы асинхронных машин находит другая схема замещения, в которой намагничивающая ветвь подключена непосредственно на входе схемы, куда подводится напряжение U1 (рисунок 3). Данная схема называется Г-образной схемой замещения.

Рис. 3. Г-образная схема замещения АД.

Расчет:

Обозначения введённые при расчёте в Mathcad:

Частота сети f;

Число фаз m;

Мощность P;

Линейное напряжение Ulin;

Номинальная скорость n;

Число пар полюсов p;

КПД kpd;

Коэффициент мощности cosf;

Кратность пускового тока ik;

Кратность пускового момента mk;

Фазное напряжение Ufaz

Синхронная скорость nsinh

Фазный ток Ifaz

Коэффициент скольжения номинальный sn

Коэффициент скольжения  критический sk

bk

Механические потери dP

Сопротивление статорной обмотки R1

Сопротивление роторной обмотки R2

Индуктивность статорной обмотки L1

Индуктивность роторной обмотки L2

Индуктивность рассеяния Lsigmas = 0.0324  ?

Взаимная индуктивность статора и ротора  Lm


Рис.4. Структурная схема электропривода с асинхронным двигателем при произвольной ориентации системы координат в Matlab.



В качестве примера использования структурной схемы асинхронного двигателя приведём результаты расчёта пуска асинхронного двигателя на идеальном холостом ходу от нуля то скорости 155,5 рад/с при задании частоты ω0эл = 310,9 рад/с и u1α = 231∙√2 = 327 B и u1β = 0.

Рис.5. Пуска асинхронного двигателя на идеальном холостом ходу.

Рис.6. Наброс момента нагрузки Mc = 450 Н∙м в момент времени t=3с.


Рис.7. Сравнение моделей асинхронного двигателя Matlab (1) и схемы представленной на рис.2. (2) при пуске асинхронного двигателя на идеальном холостом ходу.

  1.  Структурная схема системы регулирования скорости при векторном управлении АД в действующих значениях переменных.

Рис. 8. Структурная схема системы регулирования скорости при векторном управлении АД в действующих значениях переменных.

Опыт показывает, что стандартные настройки регуляторов, рассчитанные по линеаризованному описанию системы, обеспечивают удовлетворительную динамику системы, построенной по принципам подчинённого регулирования.

  1.  Настройка токовых контуров

Настройка производиться без учета влияния перекрёстных связей. Передаточная функция разомкнутого контура тока статора по оси β записывается ввиде

При частоте ШИМ, равной fшим, значение чистого запаздывания составляет τ=1/ fшим. В зоне частот, где ω≤τ-1, фазовая частотная характеристика звена чистого запаздывания близка к фазовой частотной характеристике апериодического звена с постоянной времени τ. На этом основании при расчёте параметров регулятора тока можно принять малую постоянную времени равной времени чистого запаздывания TμI=τ и для настойки контура на ОМ применить ПИ регулятор с параметрами

                                                                               (6.1)

где βрт – динамический коэффициент регулятора тока.

При рассмотрении контура тока i1α должна быть учтена обратная связь по производной от потокосцепления ротора. Перенеся вход обратной связи на выход звена 1/[R1(σT1p+1)], получим передаточную функцию объекта контура в виде

Поскольку обычно T2>>σT1, то можно и в контуре тока i1α применить ПИ регулятор с параметрами такими же, как в контуре тока i1β, т.е. определяемыми равенствами (6.1).

Расчёт параметров регулятора в Mathcad:

Рис.9 Контур тока β с рассчитанными параметрами, реализованный в MATLAB.

Рис. 10. Переходная характеристика контура тока.

Рис.11 Графики ЛАЧХ и ЛАФЧХ разомкнутого контура тока.

Переходная характеристика замкнутого контура тока, настроенного на МО, характеризуется следующими параметрами:

перерегулирование  = 4,32% ;

время первого согласования t1c = 4,78 Т = 0,00119 с.

Запас устойчивости по фазе составляет 65,5.

Из графиков видно, что, несмотря на принятые допущения, контур тока настроен на МО. Контур тока i1α аналогичен контуру тока i1β, следовательно характеристики будут носить тот же характер.

  1.  Настройка контура регулирования потокосцепления ротора.

Для расчёта параметров регулятора в контуре, содержащем подчинённый замкнутый контур(в рассматриваемом случае- контур статора по оси α), рекомендуется рассматривать его как апериодическое звено с эквивалентной малой постоянной времени, равной удвоенной малой постоянной времени подчинённого контура. Тогда передаточная функция объекта, по которой рассчитываются параметры регулятора потока, должна быть записана в виде:

         

где  Тμψ – малая постоянная времени при отсутствии запаздывания в определении потокосцепления ротора, Тμψ=ТIэкв=2ТμI  (ТIэкв – эквивалентная малая постоянная времени токового контура; ТμI – малая постоянная времени контура тока).

Параметры ПИ регулятора потока должны быть следующими:               (6.2)

где β- динамический коэффициент регулятора потокосцепления.

Расчёт параметров регулятора в Mathcad:

Рис.12. Контур потока в Matlad.

Рис. 13. Переходная характеристика контура потока.

Рис. 14. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого контура потока.


        Переходная характеристика замкнутого контура тока, настроенного на МО, характеризуется следующими параметрами:

перерегулирование  = 4,32% ;

время первого согласования t1c  = 0.00237 с.

Запас устойчивости по фазе составляет 65.50.

  1.  Структурная схема системы регулирования скорости при векторном управлении асинхронным двигателем.

Рис.7. Структурная схема системы регулирования скорости при векторном управлении асинхронным двигателем.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9137. Точность регулирования Точность в установившемся режиме 182 KB
  Точность регулирования Точность в установившемся режиме Качество работы любой системы регулирования в конечном счете определяется величиной ошибки, равной разности между требуемым (заданным) и действительным (фактическим) значениями регу...
9138. Устойчивость САУ Нули и полюсы передаточной функции 1.49 MB
  Устойчивость САУ Нули и полюсы передаточной функции Корни полинома в числителе передаточной функции называются нулями, а корни полинома в знаменателе - полюсами передаточной функции. Полюсы одновременно корни характеристического уравнения, или...
9139. Критерии качества регулирования 56 KB
  Критерии качества регулирования Качество работы любой системы регулирования в конечном счете определяется величиной ошибки, равной разности между требуемым и действительным значениями регулируемой величины. Величина мгновенного значения ошибки...
9140. Повышение точности систем регулирования 1001 KB
  Повышение точности систем регулирования Методы повышения точности, т.е. уменьшения ошибки регулирования можно разделить на общие и специальные. К общим относятся увеличение общего коэффициента усиления, повышение порядка астатизма, применение регули...
9141. Повышение качества переходного процесса 974.5 KB
  Повышение качества переходного процесса Под улучшением качества процесса регулирования, помимо повышения точности в типовых режимах, понимается изменение динамических свойств системы регулирования с целью получения необходимого запаса устойчивости и...
9142. Синтез системы автоматического регулирования 376 KB
  Синтез системы автоматического регулирования Под синтезом системы регулирования понимается направленный расчет, имеющей конечной целью отыскание рациональной структуры системы и установление оптимальных величин параметров ее отдельных звеньев. По от...
9143. Личность ученика как субъекта образования и развития 116 KB
  Личность ученика как субъекта образования и развития В каждом человеке живет несколько потенциальных личностей, любую из которых можно развить и воспитать. Именно образование, в широком смысле слова, можно назвать средством, позволяющим каждом...
9144. Методология и методы педагогических исследований 68.5 KB
  Методология и методы педагогических исследований Понятие о методологии педагогики. Методологические принципы педагогических исследований. Классификация и характеристика методов педагогического исследования. Понятие о методол...
9145. Методы, формы и средства воспитания и самовоспитания 132.5 KB
  Методы, формы и средства воспитания и самовоспитания Сущность понятия метод воспитания, прием воспитания, средства воспитания. Классификация методов воспитания И.Т. Щукиной. Характеристика методов воспитания и самовосп...