Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
Донський Державний технічний університет
Кафедра «Робототехніка та мехатроніка»
ЗАТВЕРДЖУЮ Зав. кафедрою ..
«______»_____________ 2008
ЗАВДАННЯ
на курсовий проект
Студент. Група УМ-41
Тема:
«Розробка системи управління механізму пересування візка»
Термін надання проекту до захисту «_____»____________ 2008р.
Вихідні дані для проектування: Варіант № 19
Зміст пояснювальної записки курсового проекту:
~ Введення.
~ Технічне завдання.
~ Розрахунково-конструкторська частина.
~ Опис роботи системи управління.
~ Висновок.
Перелік графічних матеріалів:
1. Система управління ТП. Схема електрична принципова.
2. Перехідні процеси.
Зміст
Введення
1 Технічне завдання
2 Розрахунково-конструкторська частина
2.1 Розрахунок статичної потужності при пересуванні візка з номінальним вантажем
2.2 Вибір двигуна
2.3 Вибір редуктора
2.4 Вибір схеми тиристорного перетворювача
2.5 Вибір силового трансформатора
2.6 Розрахунок параметрів схеми і вибір тиристорів
2.7 Розрахунок параметрів контуру навантаження ТП
2.8 Розрахунок і побудова електромеханічних характеристик
2.9 Вибір тахогенератора
2.10 Визначення параметрів структурної схеми ДПТ
2.11 Динамічний розрахунок системи приводу
3 Опис роботи системи управління приводом
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Метою даного курсового проекту є розробка мехатронного пристрої - візка мостового крюкові крана.
Смислова її реалізації полягає у створенні універсальних, надійних і довговічних пристроїв, які тим чи іншим чином допомагали б людині вирішувати поставлені перед ним завдання. Для високоточних виробництв дуже важливо мати хорошу точність позиціонування робочого органа. Як і будь-яка інша МС складається з електромеханічної системи, яка являє собою сукупність електродвигунні і перетворювального пристроїв, системи управління, механічної передачі і робочого органу, призначена для приведення робочого органу в рух і керування цим рухом по заданому алгоритму посредствам мікро ЕОМ чи мікроконтролера. Властивості електромеханічної системи визначаються взаємопов'язаними характеристиками елементів і утворюють її підсистем (механічної, електричної та магнітної). Тому при етапному проектуванні електромеханічної системи особлива увага приділяється вибору електромеханічної елементної бази, електродвигунів та інформаційних і силових напівпровідникових перетворювачів, статичних і динамічних характеристик, як силових виконавчих елементів, так і системи управління при дослідженні якості регулювання електромеханічної системи з використанням мікроконтролерів або ЕОМ.
Метою управління може бути рішення двох узагальнених завдань - підтримка деяких параметрів у певних діапазонах і регулювання значень вихідних змінних за необхідним законом.
У кожній з цих завдань керуючої системі потрібно сформувати вихідну вплив, реалізація якого компенсує утворилася помилку управління.
1 Технічне завдання
Розробити систему управління механізмом пересування візка мостового крюкові крана (мехатронного об'єкта) з технічними характеристиками:
Малюнок 1.1-Візок мостового крюкові крана
2 Розрахунково-конструкторська частина
2.1 Визначимо статичну потужність при пересуванні візка з номінальним вантажем
де G - сила тяжіння переміщуваного вантажу, Н;
g - прискорення вільного падіння, м / с 2;
G 0 - сила тяжіння самого механізму пересування, Н;
v - швидкість пересування, v = 0,53 м / с;
R k - радіус ходового колеса з циліндричним ободом, м;
d - діаметр шийки осі ходового колеса, d = 0,058 м;
k - коефіцієнт, що враховує збільшення опору руху через тертя реборд ходових коліс об рейки, k = 2,0.
μ - коефіцієнт тертя ковзання в підшипниках опор валу ходового колеса, μ = 0,02 для підшипників кочення;
η - ККД механізму пересування
f - коефіцієнт тертя кочення ходових коліс по рейках, f = 0.0004 м.
Визначаємо попередню номінальну потужність електродвигуна
де k t - коефіцієнт, що залежить від номінального режиму роботи, k t = 1,15 для важкого режиму;
2.2 Вибір двигуна
Попередній вибір двигуна роблять за результатами розрахунку номінальної потужності.
Остаточно потрібно вибрати тільки один з чотирьох двигунів. Для цього необхідно побудувати енергетичні характеристики кожного, а потім (за необхідним умовам і параметрам) вибрати відповідний тип.
Таблиця 2.1-Номінальні параметри вибраних двигунів
Для побудови енергетичної характеристики кожного двигуна необхідно розрахувати наступні параметри:
· Номінальну кутову швидкість двигуна:
де n - номінальна частота обертання двигуна.
· Номінальний обертаючий момент двигуна:
Так як двигун постійного струму допускається перевантажувати по струму в
Побудова характеристик виконується в координатах Ω (М), Р енерг (М)
Малюнок 2.1 - Енергетичні характеристики вибраних двигунів
o Необхідний момент
o Необхідна кутова швидкість
Розрахунок орієнтовного значення передаточного числа редуктора
Визначення очікуваної лінійної швидкості на виході редуктора з орієнтовним передавальним числом
Отримані значення задовольняють прийнятому умові:
Виходячи з масогабаритних параметрів, вимог, обмежень, пов'язаних з вибором редуктора, вибираємо двигун з номінальною потужністю 700 Вт і частотою обертання 750 об / хв, тобто двигун П32
Визначення реального передавального числа і перерахунок лінійної швидкості з урахуванням редуктора.
Реальне передавальне число вибирається з ряду (для двоступеневих співвісних редукторів): 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 28, 31.5, 40, 50.
Відповідно вибираємо для двигуна П32 найближчим найбільшу
передавальне число,
Перераховуємо лінійну швидкість
Отримана швидкість повинна задовольняти умові:
2.3 Вибір редуктора
Вибір редуктора здійснюється за параметрами обраного двигуна і розрахованим характеристиками:
Вибираємо редуктор двоступінчастий співвісний типу Ц2С-100 з основними параметрами:
1. Крутний момент на тихохідному валу, Н · м ... ... ... .. ... .. ... ... .500
2. Міжосьова відстань, мм ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 100
3. Передаточне число ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 31,5
4. Допустима радіальне навантаження на вихідних кінцях валів, кН:
· Швидкохідного ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1,0
· Тихохідного ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 5,6
5. ККД,% ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 0,98
Маса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 45
2.4 Вибір схеми тиристорного перетворювача
Таблиця 2.2 - Номінальні параметри схеми перетворювача
де К е - відношення діючого значення напруги вторинної обмотки трансформатора до найбільшим значенням середньої випрямленою ЕРС; К 0 - відношення максимального зворотної напруги на тиристорі до випрямленою ЕРС; До ic - відношення середнього значення струму тиристора до середнього значення випрямленого струму; До те - відношення діючого значення струму тиристора до середнього значення випрямленого струму; К т - відношення типовий потужності трансформатора до потужності на стороні випрямленого струму; До i 1 - відношення діючого значення струму фази первинної обмотки трансформатора, до числа витків вторинної обмотки, до середнього значення випрямленого струму, К тр - коефіцієнт трансформації трансформатора; До i 2 - відношення діючого значення струму фази вторинної обмотки трансформатора до середнього випрямленій струму; λ - граничний кут провідності тиристора; m - число фаз.
2.5 Вибір силового трансформатора
Визначимо фазну ЕРС вторинної обмотки силового трансформатора
де К з - коефіцієнт запасу, враховує можливе зниження напруги мережі,
Визначимо діюче значення струму вторинної обмотки силового трансформатора
де К i - коефіцієнт непрямокутності, враховує відхилення форми кривої струму від прямокутної,
Визначимо діюче значення струму первинної обмотки
Розрахункова типова потужність трансформатора
За розрахункової параметрами потужності Р тр підбираємо трансформатора типу ТС-1 з наступними основними:
~ Номінальна потужність трансформатора, S 1н, кВт ... ... ... ... ... ... 1,0
~ Номінальна лінійна напруга вторинної обмотки трансформатора, U 2н, У ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 170
~ Напруга короткого замикання, U кз,% ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
~ Потужність при короткому замиканні, ΔР кз / S 1н,% .. ... ... ... ... ... ... ... 5
2.6 Розрахунок параметрів схеми і вибір тиристорів
Визначимо середнє значення струму тиристора
Визначимо максимальну величину зворотного напруги
де К α - коефіцієнт запасу за кутом управління тиристорів,
Короткочасний допустимий струм, що проходить через тиристор, не повинен перевищувати 15-кратного значення номінального струму тиристора I ТН
де I кз - величина струму, що проходить через тиристор при короткому замиканні на стороні постійного струму,
Визначимо максимальну напругу для вибору класу тиристорів
Вибираємо тиристори КУ211Ж 5-го класу, що мають основні параметри:
· Середній струм у відкритому стані, I t = 10А;
· Максимальне зворотна напруга, U tmax = 500 В;
· Отпирающие постійна напруга управління,
2.7 Розрахунок параметрів контуру навантаження ТП
Знаходимо розрахунковий опір ланцюга якоря двигуна, що живиться від тиристорного перетворювача через силовий трансформатор
де R ур - опір зрівняльного реактора,
Визначимо лінійна напруга вторинної обмотки U 2л
Визначимо опір обмоток силового трансформатора R т
Знайдемо фазний струм вторинної обмотки I ф2
Повний опір обмоток силового трансформатора
Реактивний опір обмоток силового трансформатора X т
Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
Донський Державний технічний університет
Кафедра «Робототехніка та мехатроніка»
ЗАТВЕРДЖУЮ Зав. кафедрою ..
«______»_____________ 2008
ЗАВДАННЯ
на курсовий проект
Студент. Група УМ-41
Тема:
«Розробка системи управління механізму пересування візка»
Термін надання проекту до захисту «_____»____________ 2008р.
Вихідні дані для проектування: Варіант № 19
Зміст пояснювальної записки курсового проекту:
~ Введення.
~ Технічне завдання.
~ Розрахунково-конструкторська частина.
~ Опис роботи системи управління.
~ Висновок.
Перелік графічних матеріалів:
1. Система управління ТП. Схема електрична принципова.
2. Перехідні процеси.
Зміст
Введення
1 Технічне завдання
2 Розрахунково-конструкторська частина
2.1 Розрахунок статичної потужності при пересуванні візка з номінальним вантажем
2.2 Вибір двигуна
2.3 Вибір редуктора
2.4 Вибір схеми тиристорного перетворювача
2.5 Вибір силового трансформатора
2.6 Розрахунок параметрів схеми і вибір тиристорів
2.7 Розрахунок параметрів контуру навантаження ТП
2.8 Розрахунок і побудова електромеханічних характеристик
2.9 Вибір тахогенератора
2.10 Визначення параметрів структурної схеми ДПТ
2.11 Динамічний розрахунок системи приводу
3 Опис роботи системи управління приводом
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Метою даного курсового проекту є розробка мехатронного пристрої - візка мостового крюкові крана.
Смислова її реалізації полягає у створенні універсальних, надійних і довговічних пристроїв, які тим чи іншим чином допомагали б людині вирішувати поставлені перед ним завдання. Для високоточних виробництв дуже важливо мати хорошу точність позиціонування робочого органа. Як і будь-яка інша МС складається з електромеханічної системи, яка являє собою сукупність електродвигунні і перетворювального пристроїв, системи управління, механічної передачі і робочого органу, призначена для приведення робочого органу в рух і керування цим рухом по заданому алгоритму посредствам мікро ЕОМ чи мікроконтролера. Властивості електромеханічної системи визначаються взаємопов'язаними характеристиками елементів і утворюють її підсистем (механічної, електричної та магнітної). Тому при етапному проектуванні електромеханічної системи особлива увага приділяється вибору електромеханічної елементної бази, електродвигунів та інформаційних і силових напівпровідникових перетворювачів, статичних і динамічних характеристик, як силових виконавчих елементів, так і системи управління при дослідженні якості регулювання електромеханічної системи з використанням мікроконтролерів або ЕОМ.
Метою управління може бути рішення двох узагальнених завдань - підтримка деяких параметрів у певних діапазонах і регулювання значень вихідних змінних за необхідним законом.
У кожній з цих завдань керуючої системі потрібно сформувати вихідну вплив, реалізація якого компенсує утворилася помилку управління.
1 Технічне завдання
Розробити систему управління механізмом пересування візка мостового крюкові крана (мехатронного об'єкта) з технічними характеристиками:
| Варіант .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 19 |
| Режим роботи механізму ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Е3 |
| Номінальна вантажопідйомність, G н, т ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4,9 |
| Сила тяжіння самого механізму пересування (візки), G 0, кН ... ... ... ... ... ... 1,9 |
| Швидкість пересування візка, V т, м / с ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 0,53 |
| Діаметр ходового колеса візка, D кт, м ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .0,4 |
| Діаметр цапфи ходового колеса, d цьк, м ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0,058 |
| Відносна тривалість включення механізму, ПВ, %..................... 600 |
| Номінальна швидкість обертання двигуна, n н, об / хв ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3,0 |
| Число включень у годину, z ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... 240 |
| Швидкість обертання вала робочого органу кранового механізму, Ω м, рад / с ... ... .2,7 |
| Значення перерегулювання, σ, %............................................ ................................ 18 |
| Допустима статична похибка, δ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .0,03 |
| Час перехідного процесу, t пп, з ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .0,15 |
Малюнок 1.1-Візок мостового крюкові крана
2 Розрахунково-конструкторська частина
2.1 Визначимо статичну потужність при пересуванні візка з номінальним вантажем
де G - сила тяжіння переміщуваного вантажу, Н;
g - прискорення вільного падіння, м / с 2;
G 0 - сила тяжіння самого механізму пересування, Н;
v - швидкість пересування, v = 0,53 м / с;
R k - радіус ходового колеса з циліндричним ободом, м;
d - діаметр шийки осі ходового колеса, d = 0,058 м;
k - коефіцієнт, що враховує збільшення опору руху через тертя реборд ходових коліс об рейки, k = 2,0.
μ - коефіцієнт тертя ковзання в підшипниках опор валу ходового колеса, μ = 0,02 для підшипників кочення;
η - ККД механізму пересування
f - коефіцієнт тертя кочення ходових коліс по рейках, f = 0.0004 м.
Визначаємо попередню номінальну потужність електродвигуна
де k t - коефіцієнт, що залежить від номінального режиму роботи, k t = 1,15 для важкого режиму;
2.2 Вибір двигуна
Попередній вибір двигуна роблять за результатами розрахунку номінальної потужності.
Остаточно потрібно вибрати тільки один з чотирьох двигунів. Для цього необхідно побудувати енергетичні характеристики кожного, а потім (за необхідним умовам і параметрам) вибрати відповідний тип.
Таблиця 2.1-Номінальні параметри вибраних двигунів
| Тип двигуна | U ном | n ном | Р н | R я | I ном | η | J дв |
| У | об / хв | кВт | Ом | А | --- | кг · м 2 | |
| П11 | 220 | 3000 | 0,7 | 3,56 | 4,3 | 0,735 | 0,012 |
| П21 | 220 | 1500 | 0,7 | 5,33 | 4,3 | 0,735 | 0,045 |
| П31 | 220 | 1000 | 0,7 | 5 | 4,25 | 0,75 | 0,085 |
| П32 | 220 | 750 | 0,7 | 4,4 | 4,2 | 0,76 | 0,105 |
· Номінальну кутову швидкість двигуна:
де n - номінальна частота обертання двигуна.
· Номінальний обертаючий момент двигуна:
Так як двигун постійного струму допускається перевантажувати по струму в
Побудова характеристик виконується в координатах Ω (М), Р енерг (М)
Малюнок 2.1 - Енергетичні характеристики вибраних двигунів
o Необхідний момент
o Необхідна кутова швидкість
Розрахунок орієнтовного значення передаточного числа редуктора
Визначення очікуваної лінійної швидкості на виході редуктора з орієнтовним передавальним числом
Отримані значення задовольняють прийнятому умові:
Виходячи з масогабаритних параметрів, вимог, обмежень, пов'язаних з вибором редуктора, вибираємо двигун з номінальною потужністю 700 Вт і частотою обертання 750 об / хв, тобто двигун П32
Визначення реального передавального числа і перерахунок лінійної швидкості з урахуванням редуктора.
Реальне передавальне число вибирається з ряду (для двоступеневих співвісних редукторів): 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 28, 31.5, 40, 50.
Відповідно вибираємо для двигуна П32 найближчим найбільшу
передавальне число,
Перераховуємо лінійну швидкість
Отримана швидкість повинна задовольняти умові:
2.3 Вибір редуктора
Вибір редуктора здійснюється за параметрами обраного двигуна і розрахованим характеристиками:
Вибираємо редуктор двоступінчастий співвісний типу Ц2С-100 з основними параметрами:
1. Крутний момент на тихохідному валу, Н · м ... ... ... .. ... .. ... ... .500
2. Міжосьова відстань, мм ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 100
3. Передаточне число ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 31,5
4. Допустима радіальне навантаження на вихідних кінцях валів, кН:
· Швидкохідного ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1,0
· Тихохідного ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 5,6
5. ККД,% ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 0,98
Маса, кг ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 45
2.4 Вибір схеми тиристорного перетворювача
Таблиця 2.2 - Номінальні параметри схеми перетворювача
| Схема перетворювача | К о | К 0 | До ic | До ТЕ | До т | До i1 | До тр | До i2 | m | λ гр. ел. |
| Трифазна мостова схема Y / λ | 0,42 | 1,04 | 0,33 | 0,58 | 1,05 | 0,81 | 0,81 | 1,05 | 6 | 60 |
2.5 Вибір силового трансформатора
Визначимо фазну ЕРС вторинної обмотки силового трансформатора
де К з - коефіцієнт запасу, враховує можливе зниження напруги мережі,
Визначимо діюче значення струму вторинної обмотки силового трансформатора
де К i - коефіцієнт непрямокутності, враховує відхилення форми кривої струму від прямокутної,
Визначимо діюче значення струму первинної обмотки
Розрахункова типова потужність трансформатора
За розрахункової параметрами потужності Р тр підбираємо трансформатора типу ТС-1 з наступними основними:
~ Номінальна потужність трансформатора, S 1н, кВт ... ... ... ... ... ... 1,0
~ Номінальна лінійна напруга вторинної обмотки трансформатора, U 2н, У ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 170
~ Напруга короткого замикання, U кз,% ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
~ Потужність при короткому замиканні, ΔР кз / S 1н,% .. ... ... ... ... ... ... ... 5
2.6 Розрахунок параметрів схеми і вибір тиристорів
Визначимо середнє значення струму тиристора
Визначимо максимальну величину зворотного напруги
де К α - коефіцієнт запасу за кутом управління тиристорів,
Короткочасний допустимий струм, що проходить через тиристор, не повинен перевищувати 15-кратного значення номінального струму тиристора I ТН
де I кз - величина струму, що проходить через тиристор при короткому замиканні на стороні постійного струму,
Визначимо максимальну напругу для вибору класу тиристорів
Вибираємо тиристори КУ211Ж 5-го класу, що мають основні параметри:
· Середній струм у відкритому стані, I t = 10А;
· Максимальне зворотна напруга, U tmax = 500 В;
· Отпирающие постійна напруга управління,
2.7 Розрахунок параметрів контуру навантаження ТП
Знаходимо розрахунковий опір ланцюга якоря двигуна, що живиться від тиристорного перетворювача через силовий трансформатор
де R ур - опір зрівняльного реактора,
Визначимо лінійна напруга вторинної обмотки U 2л
Визначимо опір обмоток силового трансформатора R т
Знайдемо фазний струм вторинної обмотки I ф2
Повний опір обмоток силового трансформатора
Реактивний опір обмоток силового трансформатора X т
Наведена до ланцюга постійного струму індуктивність силового трансформатора L т буде визначена, як
Визначення опір щіткового контакту
Визначимо опір, що вноситься за рахунок комутації тиристорів в схемі
Визначимо еквівалентну індуктивність якірного ланцюга
Визначимо індуктивність згладжуючих дроселів L ур
де К ур = 0,65 - коефіцієнт зрівняльного реактора.
Знайдемо індуктивність якірного ланцюга L я
де С = 0,6 для компенсованій машини; р - число пар полюсів, р = 1.
Визначимо електромагнітну постійну часу ланцюга якоря
Знайдемо постійну двигуна по ЕРС
2.8 Розрахунок і побудова електромеханічних характеристик
Електромеханічна характеристика двигуна є залежністю W = f (I я) при куті регулювання α напруги тиристорного перетворювача. При зміні
Визначимо значення граничної ЕРС ТП
де
Визначимо граничне значення швидкості
Визначимо значення граничного струму
Змінюючи кут провідності тиристорів λ т в межах від 0 до 2π / m, розраховуємо електромеханічну характеристику двигуна в зоні переривчастих струмів, для кутів
Будуємо природну електромеханічну характеристику електропривода в зоні безперервних струмів для
Малюнок 2.2 - Природна електромеханічна характеристика при
ΔΩ = 95,877-23,515
Будуємо природну електромеханічну характеристику
електропривода в зоні безперервних струмів для
Малюнок 2.3 - Електромеханічна характеристика при
ΔΩ = 119,857-63,603
2.9 Вибір тахогенератора
Умови, необхідні для вибору тахогенератора:
Ø
Ø
Ø
Виходячи з таких умов, вибираємо тахогенератор типу ДПР-52Н1-01 з наступними параметрами:
© потужність на валу, Р НТГ, Вт ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9,4
© швидкість обертання, Ω НТГ, рад / с ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .942
© напруга живлення, U НТГ, У ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
© струм якоря, I НТГ, А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0,53
© опір обмотки якоря, R НТГ, Ом ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3,6
© момент інерції, J НТГ, кгм 2 · 10 -6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1,7
© маса, m тг, кг ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0,26
2.10 Визначення параметрів структурної схеми ДПТ
Номінальні параметри двигуна характеризуються коефіцієнтами:
Електромагнітна постійна двигуна визначається, як
Визначимо електромеханічну постійну часу двигуна
Коефіцієнт посилення двигуна
Вибір постійних часу
| Електромеханічна | |
| Електромагнітна | |
| Тиристорний перетворювач | |
| Тахогенератор | |
| Датчик струму | |
| Регулятор струму | |
| Регулятор швидкості |
Визначимо коефіцієнт підсилення розімкнутої системи
де ΔΩ - зміна швидкості; D - діапазон регулювання, D = 1000.
Визначимо коефіцієнт передачі тахогенератора
де R н - опір входу підсилювача,
Визначимо коефіцієнт передачі тиристорного перетворювача
Визначимо коефіцієнт посилення підсилювача
Визначимо коефіцієнт підсилення регулятора струму і швидкості
2.11 Динамічний розрахунок системи приводу
Розглянемо динамічну модель розробленої приводний системи:
Вихідні дані для розрахунку:
Передавальні функції ланок мають вигляд:
Ø регулятор швидкості
Ø регулятор струму
Ø двигун
Ø ТП
Ø тахогенератор
Ø датчик струму
Для визначення стійкості щодо задає впливу за критерієм Найквіста необхідно розірвати ланцюг зворотного зв'язку та визначити передавальну функцію в розімкнутому стані.
Схема розімкнутої динамічної системи приводу має вигляд
Передавальна функція розімкнутої системи буде мати вигляд
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ вихідної розімкнутої системи
Малюнок 2.4 - ЛАЧХ і ЛФЧХ вихідної системи
Визначимо частоту зрізу
Побудуємо бажану ЛАЧХ і визначимо форму коригуючого ланки.
Для побудови бажаної ЛАЧХ визначимо бажану частоту зрізу.
Введення
Властивості електромеханічної системи визначаються взаємопов'язаними характеристиками елементів і утворюють її підсистем (механічної, електричної та магнітної). Тому при етапному проектуванні електромеханічної системи особлива увага приділяється вибору електромеханічної елементної бази, електродвигунів та інформаційних і силових напівпровідникових перетворювачів, статичних і динамічних характеристик, як силових виконавчих елементів, так і системи
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ вихідної розімкнутої системи
Малюнок 2.4 - ЛАЧХ і ЛФЧХ вихідної системи
Визначимо частоту зрізу
Побудуємо бажану ЛАЧХ і визначимо форму коригуючого ланки.
Для побудови бажаної ЛАЧХ визначимо бажану частоту зрізу.
Рисунок 2.5 - Бажане ЛАЧХ
Коригувальна ланку можна реалізувати наступним ланкою:
У результаті передавальна функція скоригованої системи буде мати вигляд:
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ розімкнутої системи
Малюнок 2.6 - ЛАЧХ і ЛФЧХ скоригованої системи
Запас стійкості по фазі
Запас стійкості по амплітуді
Побудуємо речову частотну характеристику вихідної системи.
Малюнок 2.7 - речова частотна характеристика системи
Малюнок 2.8 - Уявна частотна характеристика
Побудуємо перехідний процес
Малюнок 2.9 - Перехідний процес системи
З малюнка 2.9 видно:
~ Час перехідного процесу по точці переходу кривої через лінію сталого значення складає 0,007 с і не перевищує заданого значення, порівняно з вихідними даними для проектування, t п.п. = 0,15.
~ Очікуване значення перерегулювання становить 5% і не
перевершує встановленого рівня 18% для проектованого електроприводу.
3 Опис роботи системи управління приводом
Електропривод тиристорний, - реверсивний, з роздільним керуванням, шестіімпульсной силовою схемою. Діапазон потужностей 0,5-18,5 кВт, струм до 200 А і напругу до 440 В. Перетворювачі мають три типи виконання: за вихідного току 40, 100 і 200 А і два діапазони регулювання 1:1000 та 1:10 000.
Електропривод складається з регулятора швидкості (РС), регулятора струму (РТ), керованого випрямляча (УВ), двигуна (Д), тахогенератора (ТГ), датчика струму (ДТ). Регулятори струму і швидкості охоплені ланцюгами корекції RI, С1 і R2, С2. Між регулятором струму та тиристорним випрямлячем є нелінійне ланка ІЗ, що служить для забезпечення якості регулювання при переході із зони переривчастих в зону безперервних струмів. У схемі відсутні зрівняльні реактори, що обумовлено застосуванням роздільного управління групами тиристорів.
Функціональна схема містить силову частину, що складається з трифазного мостового випрямляча, що підключається до мережі через узгоджувальний трансформатор Т5 і автоматичний вимикач F6. Якір двигуна М приєднується до випрямлячів через згладжує дросель L.
Система управління - двоконтурна за принципом підлеглого регулювання, розміщена на двох друкованих платах Е1 і Е2. На платі Е1 розміщені система СІФУ, регулятори швидкості та струму (PC і РТ), функціональний перетворювач ЕРС двигуна (ФПЕ), нелінійне ланка (Н3), блок живлення (БП), датчик струму (ДТ), вузол захисту та сигналізації.
Плата Е2 має дві модифікації - для діапазонів 1:1000 та 1:10000. На платі розміщені логічний пристрій системи роздільного управління групами тиристорів ВУЛ з перемикачем характеристик ПХ і датчиком провідності вентилів ДПВ, вузол залежного токоограніченія УЗТ.
Пропорційно-інтегральні регулятори швидкості та струму виконані на операційних підсилювачах А1 і А2. Вихідний сигнал регулятора швидкості є задає для внутрішнього токового контуру. Резистор R17 служить для регулювання ступеня обмеження максимально можливого струму якоря в перехідних режимах і при перевантаженнях.
Для забезпечення сталості коефіцієнта посилення тиристорного випрямляча в режимі безперервного і переривчастого струмів в канал регулювання введено нелінійне ланка (НЗ) з характеристикою, зворотної регулювальної характеристиці в режимі переривчастого струму. Воно виконане на операційному підсилювачі, охопленому нелінійним зворотним зв'язком.
Перемикач характеристик ПХ служить для узгодження однополярної регулювальної характеристики СІФУ двохполярні сигналом керування U y. Обмеження кутів запалювання тиристорів і установка початкового кута запалення здійснюється підсилювачем і резистором R41. Максимальний кут (150 °) виставляється резистором R49, мінімальний (5-10 °) - R50.
Залежне від частоти обертання токоограніченіе, необхідне при використанні високомоментних двигунів, здійснюється вузлом УЗТ, принцип дії якого грунтується на обмеження вихідної напруги регулятора швидкості в залежності від напруги тахогенератора. Максимальна вихідна напруга УЗТ встановлюється резистором R6, мінімальне - R5. Резистор R3 визначає крутизну характеристик вхід - вихід УЗТ.
Сигнал зворотного зв'язку по струму формується за допомогою датчика струму ДТ, що живиться від трансформаторів струму Т2, Т4. Реверсування його забезпечується транзисторними ключами «Вперед» (В) і «Назад» (Н). V16 Підключення виходу СІФУ до необхідного комплекту тиристорів здійснюється логічним пристроєм ВУЛ. Воно ж керує ключами «Вперед» і «Назад».
ВУЛ складається з нуль-органу (ПЗ), тригера Т1 заданого напрямку струму, тригера Т2 істинного напряму струму, схеми станів тригерів (СС), елементу відліку витримки часу, датчика провідності вентилів (ДПВ).
Робота ВУЛ відбувається наступним чином: при зміні знаку керуючого напруги змінюється сигнал на виході нуль-органу. Після досягнення струмом в ланцюзі якоря нульового значення на виході датчика провідності вентилів формується 1 і тригер T1 перекидається в новий стан. Схема збігу СС фіксує невідповідність стану тригерів. Цим забезпечується блокування видачі керуючих імпульсів СІФУ, а також запускається елемент відліку часу. Через 1 мс на його виведенні формується 1 і при відсутності блокуючого сигналу ДПВ тригер Т2 перекидається в новий стан.
Якщо під час відліку витримки часу на вхід АЛЕ не надходить команда на включення в початкове положення, то тригер Т1 повертається у вихідне положення, відповідне тригеру Т2. При цьому миттєво дозволяється видача керуючих імпульсів на відповідну групу тиристорів.
Датчик провідності ДПВ працює за принципом контролю напруги на тиристорах і складається з діодних мостів, оптронів, резисторів і нуль-органу на транзисторах. При наявності напруги на всіх тиристорах входи транзисторів шунтується, в результаті чого вони замикаються і на виході ДПВ формується 1.
СІФУ складається з двох ідентичних каналів фазосмещенія та керуючого органу (УО). Кожен з каналів виконаний за принципом одноканального управління двома протифазних вентилями випрямного мосту. СІФУ включає в себе наступні вузли: джерело синхронізуючого напруги ІСН, три формувача імпульсів ФІ, керуючого органу УО, шести підсилювачів імпульсів УІ, 12 ввідних пристроїв.
ФІ складається з фільтру (Ф), двох порогових елементів ПЕ1 ПЕ2, формувача синхронизирующих імпульсів F, генератора пилкоподібної напруги Г, нуль-органу АЛЕ, тригера Т, формувача тривалості імпульсів S.
Робота СІФУ: синхронізуючі напруги з ІСН зсувається фільтром Ф на 30 °. Після ПЕ1, ПЕ2 напруга має форму протифазних прямокутних імпульсів. При сигналі 0 на. виході формувача імпульсів F формується синхроимпульс (сигнал 1), яким здійснюється розряд інтегруючої ємності генератора пилкоподібної напруги Г до нуля. У момент зникнення синхроімпульса конденсатор починає заряджатися й напруга на виході Г лінійно зростає від 0 до 10 В. Момент перевищення напруги Г над керуючою напругою фіксується нуль-органом АЛЕ, який змінює свій стан з 1 на 0. При цьому тригер Т перемикається і на його виході формується 0. Це викликає появу на виході S керуючого імпульсу. Імпульс приходить на вхід одного з підсилювачів відповідно до сигналів ПЕ1 і ПЕ2. Після УІ посилений імпульс надходить на ввідний пристрій УВ комплекту тиристорів «Вперед» або «Назад».
Тиристор (Т) після появи 0 на виході АЛЕ зберігає свій стан до тих пір, поки з F на інший його вхід не надійде синхроимпульс, який готує тригер для видачі чергового керуючого імпульсу. Вузол захисту забезпечує максимально - струмовий відсічення; захист від перегріву двигуна при перевантаженнях; усунення «повзучої» швидкості при відключенні задатчика частоти обертання; захист від зниження напруги мережі живлення.
Висновок
В результаті виконання курсової роботи була розроблена система управління для візка мостового крюкові крана з заданими параметрами. Були побудовані і досліджені енергетичні характеристики ряду двигунів постійного струму, що дозволило обрати прийнятний тип двигуна і перевірити його реальні можливості на забезпечення заданих швидкісних параметрів системи. Зроблено розрахунок основних параметрів і здійснено вибір основних елементів тиристорного перетворювача. ТП розрахований і спроектований на основі сучасних перемикаючих пристроїв, які забезпечують гарні технічні показники при допустимому тепловому балансі робочого режиму ключових елементів схеми ТП.
Проведено статичний і динамічний розрахунки системи. Побудовано статичні характеристики ДПТ, логарифмічні частотні і фазові характеристики системи з визначенням запасів стійкості по амплітуді і фазі. Для корекції перехідних процесів в системі був застосований регулятор, включення якого забезпечило бажаний перехідний процес в замкнутій системі електроприводу. Аналіз перехідного процесу показав, що система відпрацьовує керуючий вплив в заданий пусковий час.
Для управління тиристорним перетворювачем і приводом у цілому була розроблена схема управління з вибором елементів інформаційного каналу: датчиків струму і швидкості (тахогенератора), а також визначені параметри інших необхідних елементів схеми управління.
Список використаних джерел
1. Карнаухов Н.Ф. Електромеханічні модулі мехатронних систем. Основи розрахунку і проектування: Навчальний посібник. - Ростов н / Д: Видавничий центр ДДТУ, 2001.
2. Ануров В.І. Довідник конструктора машинобудівника. 3 тому - 7-е вид., Перераб. і доп. М.: Машинобудування, 1992.
3. Довідник з автоматизованого електроприводу / Под ред. Єлісєєва В.А. і Шінявского А.В. - М.: Вища школа, 1986.
4. Карнаухов Н.Ф. Електромеханічні системи. Основи розрахунку: Навчальний посібник. Ростов н / Д: Видавничий центр ДДТУ, 1998.