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

14 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

2246. Проектирование подстанции 1.29 MB
  Выбор аппаратуры и токоведущих частей подстанции. Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции. Выбор и проверка аппаратуры и токоведущих частей. Расчетная схема подстанции. Проверка токоведущих частей, изоляторов и аппаратуры по результатам расчёта токов к.з.
2247. Расчет симметричных и несимметричных коротких замыканий в электроэнергетической системе 695.23 KB
  Расчет реактивных сопротивлений в именованных единицах приближенным методом. Расчет реактивных сопротивлений в относительных единицах точным методом. Построение векторных диаграмм токов и напряжений. Расчет симметричных КЗ в точке K4. Построение векторных диаграмм токов и напряжений
2248. Эффективность разработки электронного изделия 530.79 KB
  Определение затрат на материалы и комплектующие изделия. Определение основных показателей технологичности. Технико-экономические расчёты по определению ресурсов. Разработка сетевого графика технической подготовки производства нового изделия. Определение технико-экономических показателей производства.
2249. Разработка организационной структуры управления объектом сферы услуг, как целеустремленной системой на примере блинной Солнцепек 143.39 KB
  Теоретические основы методологии системного анализа. Системный анализ и моделирование объекта исследования. Предложения по совершенствованию устойчивости функционирования системы.
2250. Проектирование понизительной подстанции электроснабжения электрифицированной железной дороги. 1.13 MB
  Распределительное устройство 110 кВ промежуточной транзитной подстанции. Составление расчетной схемы и схемы замещения. Расчёт токов короткого замыкания. Выбор основного оборудования и токоведущих элементов подстанции. Выбор устройств защиты от перенапряжения.
2251. Сервисный центр по ремонту и обслуживанию офисной техники с использованием средств Microsoft Access 991.23 KB
  Описание бизнес-процесса при помощи методологии структурного анализа и проектирования (SADT). Создание форм с помощью конструктора. Структура таблицы и типы данных.
2252. Мероприятие: В стране невыученных уроков 19.84 KB
  Внеклассное мероприятие посвященное ко дню учителя, отображающее учеников которые не хотят учить уроки.
2253. Экономическая теория прав собственности 16.42 KB
  Современная экономическая теория получила развитие направление называемое неоинституционализм. Одним из важнейших направлений этого подхода является экономическая теория прав собственности. У истоков стоял такой известнейший экономист Рональд Коуз.
2254. Экономическое право 17.74 KB
  Право собственности на природные ресурсы. Право природного пользования. Правовые формы использования природных ресурсов.