- •Универсальный лабораторный стенд
- •Конструкция универсального лабораторного стенда
- •Панели контрольно - измерительных приборов
- •Панели силовая пс и управления пу
- •Панель регуляторов
- •Панель контакторов
- •Электробезопасность стенда
- •Защиты универсального лабораторного стенда
- •Порядок включения универсального лабораторного стенда
- •1. Системы управления электроприводами с обратными связями
- •1.1. Принципы построения
- •1.2. Описание объекта управления
- •1.3. Цели и задачи исследования
- •2.3. Содержание отчета по лабораторной работе
- •2.4. Контрольные вопросы
- •3.3. Содержание отчета по лабораторной работе
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Содержание отчета по лабораторной работе
- •4.4. Контрольные вопросы
- •5.2. Порядок выполнения работы
- •5.2.4. Снятие статических характеристик системы управления
- •5.3. Содержание отчета по лабораторной работе
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
1.2. Описание объекта управления
Якорная обмотка исследуемого двигателя постоянного тока независимого возбуждения М1 подключается к цепи выпрямления реверсивного тиристорного преобразователя ТП1, в системе универсального лабораторного стенда (УЛС) через контакт линейного контактора КЛЗ, сглаживающий дроссель ДрЗ, реле максимального тока РМ1 и шунт Ш1 (рис. 1).
Сам тиристорный преобразователь по цепи переменного тока получает питание через контакты линейного контактора КЛ1 и токоограничивающий дроссель (трансформатор) Др1 от трехфазной сети ~220 В.
Обмотка возбуждения двигателя ОВМ1 подключается к постоянному напряжению =220 В контактами контактора КВ, через добавочный резистор Rдоб и имеет в цепи амперметр А5 для контроля тока возбуждения.
Двигатель постоянного тока М2 находится на одном валу с двигателем М1 и используется как нагрузочная машина для формирования момента нагрузки. Его якорная обмотка питается от реверсивного тиристорного преобразователе ТП2, который, в свою очередь, управляется от ячейки регулируемого момента в режиме регулируемого источника тока.
Для испытуемого двигателя М1 могут использоваться в качестве обратных связей внутренние координаты: якорного тока, напряжения якорной обмотки и угловой скорости вращения. Сигнал обратной связи по якорному току М1 Uот1 формируется с помощью шунта Ш1 и датчика тока ДТ1. Сигнал обратной связи по напряжению Uон формируется с помощью делителя напряжения на резисторах R3 и R4, датчика напряжения ДН. Обратная связь по угловой скорости вращения + Uтг1 (- Uтг1) создается с помощью тахогенератора ТГ1 и делителя напряжения на его выходе.
Реверсивный тиристорный преобразователь с раздельным управлением вентильными группами ТП1 описывается передаточной функцией апериодического звена первого порядка [2].
(1)
где: kП = dEd/dUУПР - динамический коэффициент усиления;
Тп = Тф + Тср - постоянная времени тиристорного преобразователя, с;
Тф = (3-8) мс- постоянная времени фильтра на входе СИФУ;
Тср = 1 / (2πfсm) = 1,66 мс – среднестатистическое время запаздывания для трехфазной мостовой схемы выпрямления с частотой fс питающей сети 50 Гц.
Электродвигатель постоянного тока (ДПТ), при подключении обмотки возбуждения к постоянному напряжению, работает с постоянным магнитным потоком Ф. При описании работы двигателя приняты следующие допущения:
пренебрегают действием реакции якоря;
тиристорный преобразователь работает в зоне непрерывного тока;
индуктивности сглаживающего и токоограничивающего дросселей не зависят от протекающего тока и остаются постоянными.
В соответствии с этими допущениями, якорная цепь ДПТ описывается передаточной функцией:
(2)
где Rэ = Rп + Ra – эквивалентное активное сопротивление цепи выпрямления, Ом;
Ra = 1,24(Rяо + Rдп) – активное сопротивление якорной цепи электродвигателя, приведенное к рабочей температуре 800 С, Ом;
Rп = 2(R2ф + 3Х2ф/2π) – внутреннее активное сопротивление тиристорного преобразователя, работающего по трехфазной мостовой схеме выпрямления и питающегося или от вторичной обмотки трансформатора со схемой «звезда», или от сети через токоограничивающие реакторы;
Тэ = Lэ / Rэ – эквивалентная электромагнитная постоянная времени цепи выпрямления, с;
Lэ = Lп + La – эквивалентная индуктивность цепи выпрямления, Гн;
Lп = 2Х2ф/(2πfC) + Lсд – индуктивность тиристорного преобразователя и сглаживающего дросселя (при его наличии), Гн;
La = 0,6Uн/(IнωнpП) – индуктивность якорной обмотки некомпенсированного ДПТ, Гн;
Еa = КФω – ЭДС двигателя, В;
К = рП *N/(2πa) – конструктивная постоянная ДПТ, определяемая числом пар главных полюсов pП, числом активных проводников N и пар параллельных ветвей a обмотки якоря.
Напряжение на якорной обмотке двигателя складывается из падения напряжения на ее индуктивном и активном сопротивлениях и ЭДС, наводимой в якорной обмотке при вращении ДПТ:
(3)
где Тa = La/Ra – электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя, с.
В соответствии с основным уравнением движения электропривода, поведение угловой скорости вращения описывается передаточной функцией электромеханического преобразователя.
(4)
где JΣ = Jдв + Jпр – суммарный момент инерции электропривода, кгм2;
Jдв – момент инерции якоря двигателя;
Jпр – момент инерции рабочего механизма, приведенный к валу ДПТ;
М = КФIa – электромагнитный момент ДПТ, Нм;
Мс – момент нагрузки, приведенный к валу ДПТ, Нм.
В соответствии с уравнениями (1) – (4), составлена структурная схема объекта управления (рис. 1.2), в которой отмечены входное управляющее воздействие Uу, основное возмущающее воздействие Мс и сигналы обратных связей Uон, Uот и Uос. Выходной координатой объекта управления является угловая скорость вращения ω, а промежуточными: якорный ток Ia; ЭДС двигателя Еa; напряжение якорной обмотки Ua, электромагнитный момент М; магнитный поток Ф. Координаты Ia, Ud и ω можно измерить с помощью датчиков прямого типа.
Рис. 1.2. Структурная схема объекта управления
Коэффициенты обратных связей (коэффициенты пропорциональности между напряжением обратной связи и величиной i-той координаты) рассчитываются по формулам:
где Uуmax = 10 В – максимальное значение напряжения в системе регулирования (выходные напряжения регуляторов, датчиков, и других элементов системы управления);
λТ = 2,5 – перегрузочная способность электродвигателя по току;
Iaн – номинальный ток двигателя, А;
Ed0 – максимальная выпрямленная ЭДС тиристорного преобразователя, В;
ω0max – максимальная скорость идеального холостого хода двигателя, 1/с.