Исследование элекропривода шнекового питателя сырого угля

Рисунок 3.31 - ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутого контура скорости при отработке возмущающего воздействия

Теоретические и экспериментальные показатели качества сведены в таблицу 3.7. Время переходного процесса по возмущению оценивается по окончательному вхождению в зону допустимых отклонений , где

Таблица 4.7 - Показатели переходных процессов по возмущению оптимизированного контура скорости с П-регулятором при ?М_С=57 Н•м

Ожидаемые показатели качества
-1,68	0,01	-1,575
Результаты моделирования
-1,49	0.013	-1,139

Вывод: Система хорошо подавляет возмущающее воздействие во всем диапазоне частот, так как ЛАЧХ расположена в нижней полуплоскости.

Показатели переходных процессов по возмущению оптимизированного контура скорости с П-регулятором при ?М_С=55 Н•м сведены в таблицу 4.7, из которой видно, что ожидаемые показатели качества и результаты моделирования практически не отличаются. Значит, оптимизированный замкнутый контур скорости с П-регулятором, представляющий собой статическую систему регулирования по возмущению, настроен верно.

Контур скорости с ПИ-регулятором

Структурная схема линеаризованного контура скорости с инерционной обратной связью и ПИ-регулятором, при отработке возмущающего воздействия приведена на рис. 3.34.

Рисунок 3.32 - Структурная схема линеаризованного контура скорости с ПИ-регулятором при отработке возмущающих воздействий

Передаточная функция замкнутого контура скорости по возмущению

Оптимизированный замкнутый контур скорости с ПИ-регулятором представляет собой астатическую систему регулирования 1-го порядка по возмущению. Ожидаемые показатели качества работы контура при отработке ступенчатого возмущающего воздействия:

· установившаяся ошибка по возмущению

;

динамический провал (всплеск) скорости при набросе (сбросе) нагрузки

;

· время отработки возмущающего воздействия

.



Рисунок 3.33 - Имитационная модель линеаризованного контура скорости с ПИ-регулятором при отработке возмущения в среде Simulink

Рисунок 3.34 - Переходная характеристика контура скорости по имитационной модели рисунка 4.35

Рисунок 3.35 - ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутого контура скорости при отработке возмущающего воздействия

Теоретические и экспериментальные показатели качества сведены в таблицу 3.8. Время переходного процесса по возмущению оценивается по окончательному вхождению в зону допустимых отклонений , где



Таблица 3.8 - Показатели переходных процессов контура скорости с ПИ-регулятором

Ожидаемые показатели качества
-2,896	0,035ч0,03	0
Результаты моделирования
-1,01	0,034	0

Вывод: Логарифмические частотные характеристики замкнутого и разомкнутого контуров одинаковы. Поскольку ЛАЧХ замкнутого контура скорости по возмущению располагается в нижней полуплоскости, значит, система эффективно подавляет возмущение. Следовательно, контур настроен, верно.

3.5 Статические характеристики регулируемого асинхронного электропривода с векторным управлением

Под статическим режимом работы электропривода понимается режим, в котором значение основной координаты электропривода (для регулируемого электропривода - скорости) неизменно. Статическими характеристиками электропривода являются механические щ(М) и электромеханические характеристики щ(I) [1].

САУ электропривода состоит из двух независимых двухконтурных систем регулирования:

системы стабилизации потокосцепления ;

системы стабилизации скорости вращения двигателя в области изменения рабочих нагрузок и стабилизации (ограничения) момента двигателя на заданном максимальном уровне в режиме больших перегрузок.

Фактически же системы регулирования потокосцепления и скорости щ взаимосвязаны и влияют друг на друга. Поэтому точный расчет статических характеристик представляет собой весьма сложную задачу. Ограничимся оценкой статических показателей работы контуров регулирования потокосцепления и скорости, рассматривая их как независимые системы. Такой подход является приближенным, но он дает возможность оценить статические характеристики электропривода с качественной стороны. Для получения количественной оценки статических показателей качества работы электропривода следует использовать динамические имитационные модели, учитывающие взаимное влияние систем регулирования потокосцепления и скорости.

САР потокосцепления

Структурная схема САР потокосцепления электропривода с полностью компенсированными внутренними обратными связями двигателя для статического режима приведена на рисунке 4.38.

Рисунок 3.36 - Структурная схема САР (стабилизации) потокосцепления в статическом режиме

Структурная схема рисунка 3.38 описывается следующей системой уравнений:

Где

; .

При ПИ регуляторах тока и потокосцепления коэффициенты усиления регуляторов следует принять

принимаем

принимаем

При ПИ регуляторах тока и потокосцепления коэффициенты усиления регуляторов следует принять

принимаем

принимаем

Решив совместно приведенную выше систему уравнений, найдем фактическое значение потокосцепления при заданном значении управления на входе контура

Где

;

- заданное значение потокосцепления, Вб.

Абсолютная погрешность контуром заданного значения потокосцепления

Таким образом, в общем случае а в первой зоне

В соответствии с полученным выражением погрешность отработки контуром заданного значения потокосцепления не зависит от скорости вращения и нагрузки двигателя. Фактически такая зависимость есть.

Учитывая, что погрешность мала, при расчете статических характеристик САР скорости в общем случае можно принять , а в первой зоне регулирования - .

Расчет статических характеристик однозонного асинхронного электропривода с векторным управлением

Режим стабилизации скорости

Структурная схема САР однозонного электропривода в режиме стабилизации скорости [1] при допущении, что САР потокосцепления точно поддерживает заданное номинальное значение потокосцепления , приведена на рисунке 3.37. Регулятор скорости в режиме стабилизации скорости ненасыщен .

Рисунок 3.37 - Структурная схема САР скорости однозонного электропривода для статического режима стабилизации скорости

Структурная схема рисунке 3.39 описывается следующей системой уравнений:

;

;

;

,

где при ПИ-регуляторах тока и скорости следует принять

принимаем

принимаем

Решив совместно приведенную систему уравнений относительно скорости щ, найдем выражения для электромеханической и механической характеристик электропривода в режиме стабилизации скорости.

Выражение для электромеханической характеристики САР электропривода

Где

- скорость идеального холостого хода при управляющем напряжении , рад/с;

- заданное значение скорости, рад/с;

- абсолютная погрешность скорости электропривода в замкнутой системе по возмущению при изменении тока (нагрузка электропривода), рад/с.

Абсолютная погрешность скорости электропривода в замкнутой системе по управлению

Характеристика поясняет принцип работы САР скорости в соответствии со структурной схемой рисунка 3.37 и косвенно характеризует статические характеристики частотно-регулируемого асинхронного электропривода с векторным управлением.

Для построения электромеханической характеристики необходимо для выбранных значений тока определить соответствующие им значения действующего тока двигателя по выражению

Выражение для механической характеристики электропривода

где М - момент нагрузки с учетом момента трения на валу двигателя, Н•м;

- абсолютная погрешность скорости электропривода в замкнутой системе по возмущению (при изменении момента нагрузки), рад/с.

Относительная погрешность скорости электропривода по возмущению (при изменении момента нагрузки) находится по выражению

где минимальное и максимальное значение момента нагрузки соответствуют предельным значениям заданного диапазона изменения нагрузки электропривода и принимаются равными:

;

- при определении погрешности электропривода производственного механизма.

Результаты расчетов электромеханических и и механических характеристик и погрешности скорости по выражениям представленных выше для нескольких значений задающего напряжения в заданном диапазоне регулирования сведены в таблицу 3.9.

Режим стабилизации тока. В однозонном электроприводе с постоянным токоограничением при условии, что потокосцепление поддерживается постоянным , при больших перегрузках ток и момент двигателя будут ограничиваться на постоянном уровне вследствие насыщения регулятора скорости. Структурная схема САР скорости однозонного электропривода с постоянным токоограничением для статического режима стабилизации тока приведена на рисунке 4.40.

Рисунок 3.38 - Структурная схема САР скорости однозонного электропривода с постоянным токоограничением для статического режима стабилизации тока

Схема рисунка 3.38 описывается следующей системой уравнений:

Решив совместно приведенную систему уравнений относительно тока и электромагнитного момента М, найдем соответственно выражение для электромеханических и механической характеристик электропривода в режиме стабилизации тока (ограничения момента) двигателя.

Выражение для электромеханической характеристики САР электропривода в режиме стабилизации тока

Где

- заданное значение максимального тока, А;

-фактическое значение максимального тока при (в режиме стопорения);

- абсолютная погрешность тока при скорости .

Характеристика поясняет принцип работы САР скорости в соответствии со структурной схемой и косвенно характеризует статические характеристики электропривода в режиме стабилизации тока. Для получения электромеханической характеристики в режиме стабилизации тока необходимо для полученных значений тока по выражению указанного выше определить соответствующие им значения тока двигателя .

Выражение для механической характеристики электропривода в режиме стабилизации (ограничения) тока

где

- заданное значение максимального электромагнитного момента двигателя;

- фактическое значение максимального электромагнитного момента двигателя при ( в режиме стопорения двигателя);

- абсолютная погрешность электромагнитного момента двигателя при скорости .

Результаты расчета электромеханических и и механической характеристик электропривода в режиме стабилизации тока по выражениям указанных выше свести в таблицу 3.9. На основании данных таблицы 4.9 построим характеристики привода в режиме стабилизации скорости и тока.

Электромеханические и и механические характеристики электропривода в режиме стабилизации скорости и, соответственно, и в области ограничения тока идентичны по форме и представляют собой жесткие характеристики в первом режиме работы.

Таблица 3.9 - Статические характеристики однозонного электропривода с постоянным токоограничением

		0	7,62	19,4	42,02
			11,2	22,4	= 36	57,9
		0				68,25
10		198,9	198,78	197,8	197,6	198,15	0,279
5		99,44	99,334	98,344	98,144	98,7	0,562
2		39,78	39,67	38,678	38,478	39,044	1,42
		9,94	9,83	8,845	8,645	9,221	6,038
		0
		37,226	37,012	36,8
		27,78	27,64	27,49
		95,152	94,61	94,06

Статические характеристики однозонного электропривода

Рисунок 3.39 - Электромеханические статические характеристики однозонного электропривода

Рисунок 3.40 - Электромеханические статические характеристики однозонного электропривода

Рисунок 3.41 - Механические статические характеристики однозонного электропривода



4. Нелинейная САУ электропривода

4.1 Структурная схема нелинейной САУ РЭП асинхронного электропривода с векторным управлением

Структурная схема нелинейной САУ частотно-регулируемого электропривода с векторным управлением приведена на рисунке 5.1. Структурная схема рисунка 4.1 составлена на основании структурной схемы линеаризованной САУ электропривода (рисунок 4.1) и учитывая следующие основные нелинейности элементов системы управления электропривода:

насыщение регулятора тока, потокосцепления и скорости

;

постоянное по величине ограничение максимального тока электропривода в переходных режимах и кратковременных нагрузках, которое достигается ограничением выходного напряжения регулятора скорости на уровне

ограничение выходного напряжения инвертора ;

реактивный характер нагрузки

где величина момента изменяется от до ;

нелинейная зависимость задания потокосцепления во второй зоне регулирования скорости от величины задания скорости .

Исследование на имитационной модели нелинейной САУ электропривода (рисунок 4.2) проводятся с целью оценки влияния величины задания скорости и момента на характер переходных процессов и динамические показатели качества работы электропривода с учетом ограничения выходных напряжений регуляторов и преобразователя частоты.

По результатам имитационных исследований могут быть внесены изменения в настройку контуров регулирования САУ электропривода, введены корректирующие цепи или выбраны компромиссные настройки с учетом изменяющихся параметров силовой части электропривода, например, момента инерции, потокосцепления и т. д.

Рисунок 4.1 - Структурная схема нелинейной непрерывной САУ частотно- регулируемого асинхронного электропривода при векторном управлении

Рисунок 4.2 - Имитационная модель нелинейной непрерывной САУ частотно-регулируемого асинхронного электропривода при векторном управлении



4.2 Имитационные исследования частотно-регулируемого асинхронного электропривода питателя

Цель имитационных исследований электропривода питателя заключалась в проверке работоспособности электропривода во всех основных технологических режимах работы:

- пуск электропривода при разных значениях управления и нагрузки;

- наброс и сброс нагрузки;

- торможение электропривода при разных значениях управления и нагрузки.

Имитационный полный цикл работы электропривода питателя показан на рис. 4.3. и рис. 4.4. Торможение электропривода происходит под действием момента сопротивления на валу механизма, а момент двигателя в этом случае направлен встречно моменту сопротивления и поддерживает требуемое значение динамического момента.

Полученные результаты имитационных исследований подтверждают способность частотно-регулируемого асинхронного электропривода питателя обеспечить технические требования по диапазону регулирования скорости и по перегрузочной способности.

Рисунок 4.3 - Переходная характеристика нелинейной непрерывной САУ на холостом ходу



Рисунок 4.4 - Переходная характеристика нелинейной непрерывной САУ при отработке возмущающих воздействий (Мс=35 Нм)



Заключение

В данной работе был рассмотрен и рассчитан регулируемый электропривод переменного тока с учетом нелинейностей. ЭП питается от 3х - фазной промышленной сети переменного тока с линейным напряжением 380 В частотой 50 Гц.

Был проведен расчет параметров механической части, элементов силового канала построена область существования электромеханических характеристик, рассчитаны области непрерывного и прерывистого токов, электромеханические характеристики.

Синтез параметров оптимальной настройки выполнен в предположении линейности системы. Определены ожидаемые показатели качества переходных процессов.

Полученные при моделировании результаты работы САУ не всегда совпадали с теоретическими из-за упрощения контуров регулирования при оптимизации, что обусловлено, в первую очередь наличием насыщения регуляторов и ограничения тока в реальном электроприводе.. Но в целом разработанный РЭП переменного тока с векторным управлением отвечает большей части требований технического задания.



Список литературы

1. Мальцева О.П., Удут Л.С., Кояин Н.В. Системы управления электроприводов: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2007. - 151 с.

2. Петров А.В., Татаринцев Н.И. Применение частотно-регулируемых приводов на питателях сырого угля // Автоматизация и современные технологии. - 2005. - №6.

3. Асинхронные электродвигатели. Каталог www.sibelektromotor.ru/docs

4. Дементьев Ю.Н., Чернышев А.Ю., Чернышев И.А. Электрический привод: учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 244 с.

5. Преобразователи частоты для одно- и многодвигательных электроприводов мощностью от 2.2 кВт до 230 кВт. www.danfoss.com/Russia/BusinessAreas/DrivesSolutions/

6. Дементьев Ю.Н., Семенов С.М., Боровиков Ю.С. Исследование систем частотного управления асинхронным двигателем. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Теория электропривода" для студентов направления 551300 "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" - Томск: Изд. ТПУ, 2003. - 30 с.

7. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 4. Использование электрической энергии / под общей редакцией профессора МЭИ Герасимова В.Г. и др. (гл. ред. Попов А.И.). - 8-е изд., испр. и доп. - М.: издательство МЭИ, 2002. - 696 с.

8. Чернышев А.Ю., Кояин Н.В. Проектирование электрических приводов: Учебно-методическое пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - 120 с.

9. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 304 с.

10. Денисов В.А. Электропривод переменного тока с частотным управлением: Учеб. пособие / В.А. Денисов. - Тольятти: ТГУ, 2009. - 156 с.

11. Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов: Учебное пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 328 с.

12. 2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов - 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с., ил.

Размещено на Allbest.ru