Расчет параметров вентильного электропривода
Принцип действия вентильного электропривода. Формирование вращающего момента, результирующей намагничивающей силы. Электрическая схема переключения полюсов вентильного электропривода. Моделирование переходных процессов. Суммарный момент возмущения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.03.2010 |
| Размер файла | 3,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
18
Министерство общего и профессионального образования РФ
Саратовский государственный технический университет
Кафедра "Приборостроение"
Расчет параметров вентильного электропривода
Пояснительная записка к курсовой работе
по курсу "Электрический привод"
Выполнила:
студентка
Проверил:
Здражевский Р.А.
Саратов 2005
Содержание
- Исходные данные для выполнения курсовой работы
- 1. Принцип действия вентильного электропривода
- 2. Вывод математической модели ВЭП
- 3. Расчет устойчивости
- 4. Математическое моделирование ВЭП
- 5. Построение АЧХ и ФЧХ ВЭП
- 6. Расчет суммарного момента возмущения
- Заключение
Исходные данные для выполнения курсовой работы
Вариант №5
|
См |
Се |
J |
Кос |
Кт |
Lэ |
Кi |
Tщ |
Т1 |
Rэ |
МКS |
МКС |
|
|
Нм/А |
Вс/рад |
Кг*м2 |
Вс/рад |
Ом |
Гн |
сек |
сек |
Ом |
Нм |
Нм |
||
|
0, 205 |
0, 205 |
8,00E-05 |
2,30E-02 |
0,27 |
6,50E-04 |
1,3 |
1,52E-03 |
2,80E-03 |
0,52 |
5,40E-03 |
2, 20E-03 |
1. Принцип действия вентильного электропривода
При протекании тока в рамке (см. рис.2) возникает вращающий момент:
Рис.1 Формирование вращающего момента.
(1)
где: В - магнитная индукция, Тл; S-площадь рамки, см2; W-число витков рамки; i-ток, А; -угол между намагничивающей силой и рамкой с током.
Этот момент повернет ротор (постоянный магнит) на 90°. В вентильном электродвигателе в статоре расположено 3 обмотки и в зависимости от положения ротора относительно статора подключаются 2 обмотки, скорость и момент определяются питающим напряжением. При постоянном питающем напряжении скорость вращения постоянна. Управление подключением обмоток осуществляется транзисторной схемой переключения (рис.3), сигналы на которую поступают с датчика положения ротора. Если условно принять за положительное напряжение вращения вала направление вращения против часовой стрелки, то момент на валу двигателя будет определяться по формуле:
где: -угол между векторами Ф0 и F; Mmax=Ф0·F; К= 1/ 9810.
Наибольшее значение момента двигателя достигается при ??= 90°+30°
Рис 2. Формирование результирующей намагничивающей силы.
Система автоматического управления (САУ) (рис.3), управляемая датчиком положения ротора, обеспечивает одновременное открытие транзисторных ключей, одного из группы VT1-VT3 и другого из группы TV4-VT6, что обеспечивает в свою очередь одновременное включение двух статорных обмоток двигателя.
Рис 3. ВЭП. Схема электрическая функциональная.
На рис.4 приведена типовая электрическая схема переключения полюсов вентильного электропривода, где: 1-статорные обмотки ВЭП; 2-ротор двигателя; 3 - ДПД; 4 - САУ.
Рассмотрим работу ВЭП, когда например, открыты транзисторы VT1 и VT6 (рис 4). Тогда ток от источника U будет протекать через эти транзисторы и обмотки двигателя U и W. При этом создается результирующая намагничивающая сила F, которая при взаимодействии с магнитным потоком постоянных магнитов ротора Ф0 создает вращающий момент, величина которого определяется углом рассогласования между векторами Ф0 и F.
2. Вывод математической модели ВЭП
На рис.4 изображена структурная схема ВЭП, где приняты следующие обозначения: 1-сумматор напряжений (устройство суммирования построено на ОУ); 2-передаточная функция регулятора скорости, которая является суммой форсирующего 1-го порядка и интегрирующего элементов (е1 и е2 - напряжения на входе и выходе регулятора); 3-сумматор напряжений; 4-усилитель мощности на транзисторах и тиристорах; 5-сумматор напряжений (обмотка статора); 6-передаточная функция обмотки статора (Rэ - активное сопротивление обмотки, Т - постоянная времени обмотки, Lэ - индуктивность обмотки); 7-усилитель тока; 8-передаточная функция электромагнитной части электродвигателя, в которой реализуется закон Ампера, т.е. ток преобразуется в силу (Сm - постоянная по моменту, Се - постоянная по ЭДС); 9-передаточная функция по ЭДС электродвигателя; 10-сумматор моментов - ротор электродвигателя (Мт - момент трения; Мр - реактивный момент); 11-передаточная функция механической части электропривода (J - приведенный момент инерции электропривода); 12 - обратная связь по угловой скорости ( (в качестве измерителя угловой скорости выступает тахогенератор, закрепленный на валу электродвигателя, который позволяет стабилизировать заданное значение угловой скорости на выходе электропривода); 13 - интегрирующее звено; 14-наблюдающее устройство идентификации (НУИ).
Рис 5. Структурная схема ВЭП.
На основе данной схемы можно получить уравнения описывающие поведение ВЭП:
(2)
Записывая характеристическое уравнение системы (2) можно получить уравнения, которые характеризуют динамику тока в обмотках ВЭП и динамику скорости вращения его вала. Эти уравнения соответственно имеют вид:
(3)
(4)
где приняты следующие обозначения:
, , , , , , ,
Таким образом динамика ВЭП описывается двумя линейными дифференциальными уравнениями третьего порядка (3), (4). В качестве переменных состояния выступают частота вращения вала двигателя и ток в обмотках i. В качестве управляющего воздействия выступает напряжение питания Uз, а в качестве возмущающего воздействия - момент трения и реактивный момент.
Для заданных параметров ВЭП коэффициенты уравнений (3), (4) будут иметь следующие значения:
|
a1 |
a2 |
a3 |
? |
? |
?1 |
|
|
1,32E-02 |
1,73E-05 |
1,29E-08 |
7,46E-04 |
2,16E-01 |
1,32E-02 |
3. Расчет устойчивости
Для исследования устойчивости ВЭП по соответствующей математической модели воспользуемся алгебраическим критерием устойчивости в форме определителей составляемых из коэффициентов характеристического уравнения (критерий устойчивости Гурвица). Критерий устойчивости формулируется следующим образом: для того чтобы система была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы все определители Гурвица имели знаки, одинаковые со знаком первого коэффициента характеристического уравнения.
Для характеристического уравнения третьего порядка условия устойчивости будут иметь вид:
D1=а2>0;
D2=а2·а1-а3>0;
D3=а2·а1-а3>0;
В нашем случае условия устойчивости выполняются, следовательно, система характеризующая динамику ВЭП, описываемая уравнениями (3-4) является асимптотически устойчивой.
4. Математическое моделирование ВЭП
Математическое моделирование производилось при помощи математического редактора MatLab 6.12 с использованием приложения для построения и моделирования динамических систем Simulink по структурной схеме.
Рис.6 Структурная схема ВЭП для моделирования в среде MatLab 6.12
Результаты моделирования приведены на рис.7-8.
а)
б)
с)
Рис.7 Результаты моделирования переходных процессов по угловой скорости и по току для различных напряжений питания ВЭП: а) 0.1В (tпп 0,05 сек); б) 1В (tпп 0,05 сек); с) 10В (tпп 0,05 сек).
5. Построение АЧХ и ФЧХ ВЭП
Выражения (3) и (4) можно записать в изображениях Лапласа в виде:
(5)
(6)
где W1 (s), W2 (s), W3 (s), W4 (s) - передаточные функции ВЭП по для управления и возмущения, и соответственно по i для управления и возмущения, которые имеют вид:
(7)
(8)
(9)
(10)
Для получения аналитических зависимостей для АЧХ и ФЧХ ВЭП по для управления произведем замену в (7):
W,
W, W
,
Для построения АЧХ и ФЧХ ВЭП использовались стандартные процедуры пакета MatLab 6.12
Рис 8. АЧХ и ФЧХ по току для управления.
Рис 9. АЧХ и ФЧХ по току для возмущения.
Рис 10. АЧХ и ФЧХ по угловой скорости для управления.
Рис 11. АЧХ и ФЧХ по угловой скорости для возмущения.
6. Расчет суммарного момента возмущения
Мв определяется по формуле:
(26)
Полагаем
Реактивный момент представляется в виде ряда Фурье:
(27)
где
и - амплитуды синусной и косинусной составляющих в ряду Фурье.
ki - номер гармоник разложения.
Суммарный момент выглядит следующим образом:
Рис 10. Суммарный момент возмущения.
Время динамического запаздывания (сек) из ФЧХ по току и угловой скорости для управления:
|
Частота (Гц) |
0,1592 |
1,1273 |
2,0955 |
3,0637 |
4,0318 |
5,0000 |
|
|
Время запаздывания по току |
3,1312 |
0,4331 |
0,2283 |
0,1530 |
0,1139 |
0,0901 |
|
|
Время запаздывания по скорости |
0,0104 |
0,0104 |
0,0103 |
0,0102 |
0,0101 |
0,0099 |
Заключение
В курсовой работе была проанализирована математическая модель вентильного электропривода, построены частотные графики модели (по току и по ), а так же графики переходных процессов при различных программных напряжениях. На основании вида этих графиков, а также проведенного расчета устойчивости можно сделать вывод о устойчивости вентильного электропривода (его математической модели).
Подобные документы
Выбор силовой части электропривода. Оптимизация контуров регулирования: напряжения, тока и скорости. Статические характеристики замкнутой системы. Расчет динамики электропривода. Расчет его статических параметров. Двигатель и его паспортные данные.
курсовая работа [357,2 K], добавлен 15.11.2013Проектирование системы подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока на основе регуляторов тока и скорости. Выбор комплектного тиристорного электропривода и тиристоров. Расчёт статических параметров. Оценка перерегулирования.
курсовая работа [515,5 K], добавлен 06.04.2014Расчет управляемого вентильного преобразователя двигателя переменного тока, выбор элементов силовой части. Статические характеристики и передаточные функции элементов разомкнутой и замкнутой систем электропривода; расчет параметров систем управления.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 22.09.2012Краткое описание функциональной схемы электропривода с вентильным двигателем. Синтез контура тока и контура скорости. Датчик положения ротора. Бездатчиковое определение скорости вентильного двигателя. Релейный регулятор тока RRT, инвертор напряжения.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 30.03.2011Характеристика монтируемого оборудования: назначение и обозначение, конструкция, принцип действия. Комплектация и основные монтажные характеристики вентильного разрядника РВМГ-330М. Разработка плана монтажной площадки. Расчет заземляющих устройств.
курсовая работа [821,8 K], добавлен 18.11.2012Исследование динамических свойств механической части электропривода на примере трехмассовых и эквивалентных им двухмассовых расчетных схем. Сравнение графиков переходных процессов в относительных и абсолютных единицах по форме и характеру моделей.
лабораторная работа [511,5 K], добавлен 14.04.2019Требования, предъявляемые к системе электропривода УЭЦН. Качественный выбор электрооборудования для насосной станции. Расчет мощности электродвигателя и выбор системы электропривода. Анализ динамических процессов в замкнутой системе электропривода.
курсовая работа [369,8 K], добавлен 03.05.2015Понятие и функциональные особенности вентильного генератора, его внутреннее устройство и взаимосвязь составных элементов. Расчет полюсного и зубцового деления. Определение коэффициента воздушного зазора. Построение характеристики холостого хода.
курсовая работа [234,5 K], добавлен 04.06.2014Разработка и исследование элементов и узлов тиристорного выпрямителя. Расчет и выбор элементов силовой части. Вычисление статических, внешних характеристик вентильного преобразователя. Определение энергетических показателей вентильного преобразователя.
курсовая работа [229,1 K], добавлен 30.11.2009Расчетная схема электропривода, его структура и принцип действия. Приведение противодействующих моментов и сил к валу двигателя. Электромеханические характеристики двигателей, их формирование и обоснование. Релейно-контакторные системы управления.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 05.02.2015
