6. Выбор дросселя

В рабочем режиме тиристорного преобразователя при скорости двигателя большей минимально допустимой открытыми оказываются не менее двух тиристоров. Тогда для трехфазной мостовой схемы текущее состояние цепи якоря можно представить в виде рис.1.

Рисунок 1. Текущее состояние цепи якоря двигателя

Сглаживающий дроссель

При работе двигателя для сглаживания пульсаций напряжения в цепи якоря , как правило, суммарной индуктивности двигателя и трансформатора недостаточно. По этой причине в цепь якоря двигателя дополнительно включают индуктивность (дроссель), требуемую величину которой определяют по условию допустимых пульсаций машины:

(37)

где е_е – относительная величина первой гармоники выпрямленного напряжения (дл следящего приводае_е=0,24);

Е_d0 – максимальная выпрямленная ЕДС ТП

Е_d0=к_еЕ_2ф=2,34*115=269,1 В. (38)

к_е –коэффициент схемы выпрямления для 3-х фазной мостовойк_е=2,34;

ω₁– частота пульсаций

ω₁=2πfm=2*3,14*50*6=1884 Гц (39)

i_e=0,035 – относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного тока.

По формуле (37) получим: =0.0689 Гн

В этом случае требуемая величина индуктивности определяется из соотношения

=0.0689-(0.006+0.004)=0,0589Гн(40)

где - индуктивность дросселя;L_д - индуктивность якоря двигателя,

L_яц - индуктивность реактора.

Дроссель выбирают по величине.L_др, а также по его номинальному току. Например дроссели ДФ-7 существуют на токи от 20 до 250 А и индуктивность их имеет значения10, 15, 20 мГи далее через 10 до100 мГ.

Индуктивность выбираемого дросселя должна быть больше или равной расчетной.

Из этих соображений выбираем дроссель ДФ-7 на ток 25 А со значением L_др=60 мГн

После выбора следует вычислить окончательное значение индуктивности L_яц

L_яц=L_др+L_д +L_уп= 0.06+ 0.006+0.004= 0.07Гн (41)

7. Вычисление коэффициентов передач и постоянные времени для двигателя и преобразователя

Коэффициент передачи двигателя по напряжению можно определить по формуле

(42)

,

где (43)

где ЭДС зависит от угла открывания от угла открывания тиристоров по косинусоидальному закону .

По формуле (43) получим: =0,5304

По формуле (41) получим: =1.88

Определим динамический коэффициент усиления преобразователя по формуле:

==38,06

Постоянные времени.

Электромагнитная постоянная якорной цепи, с.:

(46)

где

(47)

R_яц=1.564+0.299=1,863 Ом(48)

По формуле (46) получим: Т_я==0,015с.

Электромеханическая постоянная , с.:

(49)

По формуле (49) получим:

Т_эм==0.142с.

Постоянная времени ТП при условии отсутствия фильтре в обратной связи по току , с.:

=4,2*10^-3*1,4142=0,0059с.

2. Синтез регуляторов следящей системы.

   1. Построение структурной схемы следящей системы.

Т_Σ2=Т_дт+Т_тп=Т_тп=0,0042 с.

Отсутствие фильтра в контуре скорости приводит к тому, что Т_дс=0, и суммарная постоянная контура скорости становится равной:

Т_Σ1=2Т_Σ2+Т_дс=2Т_Σ2=Т_кт=0,0084 с.

Предположим, постоянная фильтра в контуре тока приблизительно равна постоянной тиристорного преобразователя, постоянная фильтра в контуре скорости постоянной контура тока. В этом случае при наличии фильтров малая суммарная постоянная контура скорости Т_Σ1=8Т_тп=0,0472с , а в случае отсутствия фильтровТ_Σ1=2 Т_тп=0,0118 с. Постоянная контура скорости при настройке на ОМ при отсутствии фильтровТ_кс=Т_Σ1=0,0118с_, при наличии ихТ_кс=2Т_Σ1.То есть быстродействие контура скорости при отсутствии фильтров в два раза выше.

На рис. 1 приведена схема контура тока, где указано место включения фильтров в системах стабилизации скорости. В нашем случае исключим их из схемы.

Рис. 1 Схема контура тока

В этом случае структурную схему контура тока можно представить в виде, приведенном на рис 2.

Рис. 2 Структурная схема контура тока

Регулятор контура тока по известным причинам настраивается на ОМ.

Определим параметры схемы контура тока (рис. 1). Сопротивления R_от,R_зтопределяются из условияR_от/R_зт=β_2, при этом следует принять:

если β₂<1R_от=1 кОм,

R_зт= 1/ β₂

R_зт= 1/0,031=32,26 кОм,

R_зт=33 кОм

Емкость конденсатора определим из соотношения:

или

C=0,015/1000=0,000015 Ф= 15 мкФ.

Свернув контур тока, получим передаточную функцию контура тока в виде:

Определим коэффициент обратной связи по току:

Поскольку коэффициент передачи контура тока равен , то при максимальном напряжении на выходе регулятора скорости (в аналоговых системахU_рсmax=10в)I_{я max}=10*К^-1_от, откуда получимК_от=10 / I_{я max}=(10/28,4)=0,3521. Этот коэффициент образуется следующими элементами обратной связи: падением напряжения на сопротивлении шунтаR_ш, усилителем датчика тока (ДТ)К_дт, Сопротивления фильтра в обратной связи по токуR_фи сопротивлением на входе регулятораR_т.К_от= R_ш К_дтК_тили,К_т= К_от / (R_ш К_дт), гдеК_т – коэффициент приведения обратной связи по току к задающему входу. В следящих системах фильтр в обратной связи не используют, тогдаК_т=R_зт/ R_т

При решении задачи синтеза регулятора контура скорости, как правило, членом, содержащим пренебрегают, ввиду его малости. Тогда передаточная функция контура будет:

Статическая ошибка по скорости на качественные показатели контура положения практически не влияет, поэтому в промышленных следящих системах, построенных по такому принципу, используют П – регулятор, что позволяет получить максимальное быстродействие контура. По той же причине фильтр в обратной связи по скорости исключают, тогда постоянная датчика скорости Т_дс=0.Структурная схема контура скорости с учетом вышесказанного примет вид, приведенный на рис. 3.

Настройка контура тока, исходя из максимального быстродействия, выбирается таким образом, чтобы первая сопрягающая частота после частоты среза (ω_с) была бы равна 2ω_с, то есть:

ω_с=1/2Т_кт==59,52

или К_раз=1/2Т_кт=59,52 «Оптимум по модулю».

.

Рис. 3 Структурная схема контура скорости

Схема контура скорости, соответствующая структурной схеме приведена на рис. 4.

Рис. 4 Схема контура скорости

Коэффициент передачи тахогенератора определить из соотношения

где U_тг- крутизна изменения выходного напряжения.

Тахогенератор выбрать по максимальной скорости двигателя из таблицы 5.

Выбираем ТД-101 так как скорость двигателя 1500 об/мин=157рад/с.

Наименова-ние типа	Напряжение возбуждения, В	Ток возбуждения, А	Номинальная частота вращения, об/мин	Активное сопротивление нагрузки, Ом	Крутизна изменения выходного напряжения при мВ мин/об	Масса, кг, не более	Общий гарантийный срок хранения и эксплуатации, год
ТП-7520-0,2	Постоянный магнит	-	3000±15		20+4	0,5	3
ТД-101	110±1,1	задается напря-жением	1500±15	140±4	19,98-26,65	0,7	3
ТД-102	110±1,1	задается напря-жением	1500±15	450±13	46,5-53,19	0,7	3
ТД-102В	110±1,1	задается напря-жением	1500±15	450±13	46,5-53,19	0,7	3
ТД-103	110±1,1	задается напря-жением	1500±15	1200±36	92,72-109,4	0,7	3
ТГ-1	задается током	0,3±0,075	1100±11	10000±300	91,54-101,18	1,79	3
ТГ-2С	задается током	0,3±0,075	2400±24	2000±60	20,1-22,3	1	3
СЛ-121Г	110±1,1	0,09	3000±30	2000±20	15,83-17,5	0,45	3

Таблица 1.1 - Тахогенераторы

Поскольку коэффициент передачи контура скорости равен , то при максимальном напряжении на входе системы (в аналоговых системахU_рсmax=10в)ω_н=10*К^-1_ос, откуда получимК_ос=10 / ω_н =10/157=0,064.Этот коэффициент образуется следующими элементами обратной связи: напряжением на зажимах тахогенератораU_тг, делителемR,фильтром в обратной связи по скоростиR_фсиС_фссопротивлением на входе регулятораR_с. тогда

К_ос= К_тгК_сгде,К_r=R= 0,5(const)

или, К_с= К_ос / (К_тг)=0,064/0,5*0,248=0,52

где К_с – коэффициент приведения обратной связи по скорости к задающему входу.

Определим параметры схемы контура скорости (рис. 4 ). Сопротивления R_ос,R_зсопределяются из условияR_ос/R_зс=β_1, при этом следует принять:

при β₁>1, тоR_ос=106 кОм,R_зс=1 кОм.

С другой стороны К_с=R_зс/ R_сиз этого соотношения и определим величину сопротивленияR_c.

R_c=R_зс /К_с=1/0,52=1.92 кОм

Свернем контур скорости, тогда передаточная функция контура скорости примет вид:

В результате получим следующую структурную схему контура положения:

Рис. 5 Структурная схема следящей системы

Эта структурная схема является исходной для синтеза регулятора следящей системы.