Система автоматического управления частотно-регулируемого электропривода (стр. 1 из 3)
Задание на курсовую работу
Цель курсовой работы:
- Получение структурной схемы системы «ТПЧ - АД», и ее дальнейшее упрощение с целью получения передаточной функции по управляющему воздействию.
- Построение графиков статических характеристик для трех способов регулирования в зависимости от нагрузки.
- Исследование устойчивости САУ с помощью критериев устойчивости (критерий устойчивости Найквиста, критерий устойчивости Гурвица, критерий устойчивости Михайлова). Построение ЛАЧХ и ФЧХ. Определение запаса устойчивости системы.
- Построение графиков переходного процесса.
Исходные данные:
САУ переменного тока. Вариант №9.
| Uф.с.м, В | nc, об/мин | rc, Ом | xc, Ом | rp’, Ом | xp’, Ом | M/Mн |
| 220 | 690 | 0,53 | 0,56 | 0,725 | 0,44 | 3,1 |
Глава 1. Описание САУ частотно-регулируемого ЭП
Разработка автоматических систем состоит из следующих этапов: изучение управляемого объекта; определение его характеристик, параметров, условий работы и воздействий, которые он испытывает; формулирование требований, предъявляемых к системе; выбор функциональной схемы, разработка принципиальной схемы автоматической системы, выбор и расчет ее элементов и параметров на основе требований, предъявляемых к статическим свойствам системы; составление структурной схемы, характеризующей динамику системы; исследование устойчивости системы; выбор корректирующих устройств на основе требований, предъявляемых к динамическим свойствам системы (качество процесса управления).
Управление САУ возможно тремя способами:
1) Изменение модуля того или иного вектора;
2) Изменение модуля и аргумента;
3) Изменение проекции вектора на координатную ось.
Отсюда имеем три варианта построения САУ системы «ТПЧ - АД»
1 – Скалярное управление;
2 – Полярное управление (модуль, фаза);
3 – Векторное управление (проекции на оси).
U/f-регулированием, или скалярным регулированием, скорости электропривода с асинхронным двигателем называют регулирование, при котором изменение скорости достигается путем воздействия на частоту напряжения на статоре при одновременном изменении модуля этого напряжения. При U/f–регулировании напряжение и ток рассматриваются как скалярные величины, т.е. используются модули этих величин.
При U/f – регулировании вид механической характеристики определяется тем, как соотносятся между собой частота и значение напряжения питания статора двигателя. Таким образом, частота и напряжение выступают как два управляющих воздействия, которые обычно регулируются совместно. Такой способ регулирования скорости АД называется частотным, а характер согласования напряжения и частоты – законом частотного регулирования.
В значительном числе случаев желаемым законом регулирования считается такой, при котором во всем диапазоне регулирования скорости поддерживается постоянство перегрузочной способности двигателя:
Системы скалярного управления применяются в ЭП с наибольшим диапазоном регулирования скорости, которые работают при малых изменениях нагрузки. На этом участке ошибка регулирования очень мала и она определяется сопротивлением ротора,
и поэтому эти системы выполняются без обратных связей.Различают три закона скалярного управления, выбор которого зависит от характера изменения нагрузки на валу при изменении скорости:
1. Регулирование при поддержании постоянного потокосцепления статора:
(за счет 
),где f – частота напряжения на статоре (Mкрит= const).
2. Регулирование при постоянстве мощности:
3. Закон для вентиляторных нагрузок:
1.1 Структурная схема САУ «ТПЧ - АД»
В системе «ТПЧ-АД» в ТП со звеном постоянного тока напряжение сети переменного тока вначале выпрямляется, затем сглаживается и с помощью автономного инвертора напряжения преобразуется в напряжение переменного тока регулируемой частоты и амплитуды. Раздельное управление напряжением и частотой преобразователя сводится к воздействию на управляемый выпрямитель (УВ) для регулирования напряжения ТП и к воздействию на автономный инвертор (АИ) для регулирования частоты.
а) ТПЧ со звеном постоянного тока на основе АИН
Принципиальная схема:
Рис. 1 - Структура преобразователя частоты со звеном постоянного тока и управляемым выпрямителем
Преобразователь частоты включает в себя автономный инвертор напряжения (АИН) с системой управления инвертора (СУИ )и управляемый выпрямитель (УВ). На выходе предусмотрен конденсаторный фильтр (Сф), предназначенный для сглаживания выпрямленного напряжения Ud.
В промышленных установках управляемый выпрямитель питается от сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Управляющим воздействием для него является сигнал задания напряжения на входе системы управления выпрямителем (СУВ).
Наиболее распространенной схемой силовой части инвертора является трехфазная мостовая схема, состоящая из шести управляемых ключей, которые должны обладать двусторонней проводимостью, и поэтому выполнены на транзисторах, обеспечивающих протекание тока в прямом направлении от плюса напряжения Ud к минусу. Обратная проводимость обеспечивается включенными параллельно транзисторам диодами обратного тока. С их помощью создается цепь для протекания обратного тока в процессе коммутации транзисторов и в тормозном режиме двигателя.
б) Функциональная схема:
Рис. 2 - Функциональная схема ТПЧ на основе АИН
Исходные дифференциальные уравнение по закону Кирхгофа:
в) Структурная схема:
Применим преобразование Лапласа, введем оператор р и
запишем эти уравнения в операторной форме:
; 
 |
Рис. 3 - Структурная схема ПЧ на основе АИН
Глава 2. Статические характеристики САУ переменного тока
Получим механическую характеристику системы, а именно зависимость скорости от момента:
Известно, что критический момент АД вычисляется по формуле:
где n0 – скорость холостого хода,
А – const,
x = x1+x’2
Таким образом, критический (max) момент зависит от напряжения и частоты питания в квадрате.
Коэффициент перегрузочной способности:
Mc – момент статической нагрузки.
Из последнего выражения видно, что, чтобы регулирование происходило при постоянстве λ (коэффициент перегрузочной способности), необходимо изменять напряжение и частоту по закону Костенко:
В зависимости от нагрузочной способности могут быть следующие варианты регулирования:
а) регулирование при постоянстве критического момента (Mкр - const):
