Разработка электропривода прошивного стана трубопрокатного агрегата

border="0" />−передаточная функция объекта компенсации:

, (6.9)

где−передаточная функция разомкнутого контура тока без учета регулятора тока;

;

;

;

; (6.10)

Таким образом, очевидно, что регулятор тока представляет собой пропорционально интегрирующий (ПИ) регулятор.

Передаточная функция замкнутого контура тока имеет следующий вид:

; (6.11)

Настройку регулятора скорости будем производить по симметричному оптимуму. Контур, настроенный по симметричному оптимуму, исходя из теории, изначально является двукратно замкнутым, причем "первый" контур настраивается по модульному оптимуму. Следовательно, вначале следует провести оптимизацию контура скорости по модульному оптимуму. Структурная схема контура скорости для этого случая представлена на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3−Контур скорости с настройкой по модульному оптимуму

Статический момент нагрузки учитываться не будет, так как и на динамику влияния оказывать не будет.

Исходя из структурной схемы, передаточная функция объекта компенсации имеет следующий вид:

; (6.12)

Передаточная функция регулятора скорости, настроенного по модульному оптимуму, имеет следующий вид:

; (6.13)

, (6.14)

где−коэффициент демпфирования контура скорости.

Для получения симметричного оптимума сделаем систему двукратно замкнутой, добавив дополнительное звено в прямую цепь, где −коэффициент демпфирования контура скорости при настройке по симметричному оптимуму.

Полученная структурная схема изначально имеет вид, изображенный на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4− Контур скорости с настройкой по симметричному оптимуму (изначально)

Переносим сумматор №1 к сумматору №2 по правилам преобразования структурных схем и объединяем обратные связи, в результате получаем структурную схему, изображенную на рисунке 6.5:

Рисунок 6.5− Контур скорости с настройкой по симметричному оптимуму (преобразования)

Далее оставляем в звене обратной связи лишь , а оставшуюся часть переносим через сумматор.

Полученная структурная схема изображена на рисунке 6.6.

Рисунок 6.6−Контур скорости, настроенный по симметричному оптимуму

Из полученной структурной схемы можно записать передаточную функцию регулятора скорости, настроенного по симметричному оптимуму:

(6.15)

Очевидно, что полученный регулятор является пропорционально интегральным (ПИ). Запишем передаточную функцию замкнутого контура скорости:

(6.16)

Это передаточная функция без учета фильтра с передаточной функцией , а с учетом оного, передаточная функция будет иметь следующий вид:

(6.17)

При построении структурной модели учтем, что в реальной системе на выходе с регуляторов, представленных, как правило, операционным усилителем, и тиристорного преобразователя нельзя получить напряжение, больше, порогового значения. Это учитывается путем введения в систему нелинейность типа "ограничение". Структурная модель изображена на рисунке 6.7.

Для ограничения максимально допустимого тока двигателя, а, следовательно, и момента в динамике и в статике. Сделаем это следующим образом:

При условии В на входе регулятора тока будет нулевое напряжение. Однако , т.е. ограничивая , подбирая требуемый

. А,

Тогда В/А.

Докажем, что механические характеристики замкнутой системы являются абсолютно жесткими. Для статического режима можно записать:

; (6.18)

Тогда для статики , следовательно . Очевидно, что скорость не зависит от момента.

6.3 Расчет переходных процессов

Расчет переходных процессов за цикл работы выполнен при помощи пакета Matlab 5.0. Структурная схема модели приведена на рисунке 6.7.

Рассчитаем параметры системы:

Ом−полное эквивалентное сопротивления якорной цепи, приходящееся на один двигатель;

мГн− полная индуктивность якорной цепи, приходящаяся на один двигатель;

кг*м2− суммарный момент инерции привода, приведенный к скорости вала двигателя;

−конструктивный коэффициент, связывающий скорость двигателя с противо-ЭДС;

−конструктивный коэффициент, связывающий ток якорной цепи двигателя с моментом на валу;

−коэффициент усиления тиристорного преобразователя;

с−суммарная эквивалентная постоянная времени тиристорного преобразователя;

В/А− коэффициент передачи датчика тока;

В*с−коэффициент передачи датчика скорости;

Далее произведем расчет оставшихся необходимых значений:

с−электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя постоянного тока;

Нагрузка в виде момента холостого хода, приходящаяся на один двигатель, равна: Н*м.

Нагрузка в виде момента прокатки, приходящаяся на один двигатель, равна: Н*м.

Параметры регуляторов:

;

;

.

Задающие воздействие для номинальной скорости 10 В, для минимальной скорости 2 В. Задание осуществляется при помощи задающего резистора.

7. Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

Для проверки двигателя по нагреву воспользуемся методом эквивалентного тока, описанного в разделе №4. Этот метод можно применять вместо метода средних потерь, так как: двигатель работает с постоянством потока, следовательно, "постоянные" потери принимаем постоянными, а "переменные" активные потери, которые нагревают двигатель, при условии постоянства сопротивления якорной цепи полностью пропорциональны квадрату тока якорной цепи.

Формула, которой можно воспользоваться в этом случае выглядит следующим образом:

;

Для обеспечения точного подсчета в структурной схеме модели возьмем ток якоря, перемножим его на самого себя, проинтегрируем, разделим на время цикла (30 с) и извлечем корень. Получено значение эквивалентное значение тока, равное:

А.

Номинальный ток двигателя равен: А, тогда соответственно загрузка двигателя составляет:

.

Двигатель загружен на 96,2%, следовательно, двигатель выбран правильно.

8. Разработка схемы электрической принципиальной

Разработаем схему электрическую принципиальную. Подключение к промышленной сети напряжением 6,3 кВ, частотой 50 Гц будет осуществляться при помощи автоматического выключателя с защитой от короткого замыкания и защитой от перегрузок. Выбираем автоматический выключатель МГГ-6,3-3150-45У3, ГОСТ 687-78. Напряжение подается па понижающий трансформатор TV1. С него напряжение подается на управляемый выпрямитель UZ1, к которому подключены последовательно оба двигателя. На валу двигателей так же находится тахогенератор, поставляемый в комплекте с двигателями. Обмотки возбуждения подключаются параллельно к специальным выводам управляемого выпрямителя. Так же к специальным выводам подключается привод независимого вентилятора (асинхронный 3-х фазный двигатель с КЗ ротором на Uф=220 В). Схема электрическая принципиальная находится в приложении В.

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта были выполнены все пункты задания по курсовому проектированию. Был спроектирован привод прошивного стана трубопрокатного агрегата ан основе привода постоянного тока системы "УВ-Д". В электроприводе использованы два двигателя, которые обеспечивают: во-первых, почти полную загрузку двигателей; во-вторых, получаем меньше суммарный момент инерции системы.

Список литературы

1. Теория электрического привода. Методические указания по курсовому проектированию Часть I. Могилев: ММИ, 1991,-65с.

2. Справочник по автоматизированному электроприводу/ Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

3. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 550 с.

4. Комплектные тиристорные преобразователи / Под ред. В.М. Перельмутера. М.: Энергоатомиздат. 1988. - 318 с.

5. Конспект лекций и практических занятий по курсу ТЭП / Под ред. Слуки М.П. и Скарыно Б.Б. - Могилев: Самиздат. 2000. страниц не считал (почти три общих тетрадки).

Приложения

Приложение А

Расчет характеристик выполнен в программе Mathcad 2000.

Построение механической характеристики для углов управления и :

Расчет

зоны прерывистых токов для углов управления и :

Графики механической и электромеханической характеристик в зоне прерывистых токов:

Рисунок П. А.1- Механическая характеристика (для двух двигателей вместе) в зоне прерывистых токов для угла управления

Рисунок П. А.2- Механическая характеристика (для двух двигателей вместе) в зоне прерывистых токов для угла управления

Рисунок П. А.3- Электромеханическая характеристика в зоне прерывистых токов для угла управления

Рисунок П. А.4- Электромеханическая характеристика в зоне прерывистых токов для угла управления

Рисунок П. А.5- Механическая характеристика (для двух двигателей вместе) для угла управления

Рисунок П. А.6- Механическая характеристика (для двух двигателей вместе) для угла управления

Электромеханическая характеристика (для двух двигателей вместе) выглядит аналогично, но с другим масштабом по оси абсцисс.

Приложение Б

Рисунок П. Б.1- График скорости при набросе нагрузки

Расчет характеристик выполнен в программе Matlab5.0.

Рисунок П. Б.2- График тока при набросе нагрузки

Рисунок П. Б.3- График момента при набросе нагрузки

Рисунок П. Б.4- График скорости при сбросе нагрузки

Рисунок П. Б.5- График тока при сбросе нагрузки

Рисунок П. Б.6- График момента при сбросе нагрузки

Наброс нагрузки:

Время	Ток	Скорость	Момент
0	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
5,00E-03	1,82E+02	1,09E+02	1,11E+03
1,00E-02	1,93E+02	1,09E+02	1,18E+03
1,50E-02	2, 19E+02	1,09E+02	1,34E+03
2,00E-02	2,61E+02	1,09E+02	1,59E+03
2,50E-02	3, 19E+02	1,09E+02	1,95E+03
3,00E-02	3,91E+02	1,09E+02	2,39E+03
3,50E-02	4,75E+02	1,09E+02	2,90E+03
4,00E-02	5,66E+02	1,09E+02	3,46E+03
4,50E-02	6,62E+02	1,09E+02	4,05E+03
5,00E-02	7,58E+02	1,09E+02	4,63E+03
5,50E-02	8,52E+02	1,09E+02	5,21E+03
6,00E-02	9,41E+02	1,09E+02	5,75E+03
6,50E-02	1,02E+03	1,09E+02	6,24E+03
7,00E-02	1,09E+03	1,09E+02	6,69E+03
7,50E-02	1,16E+03	1,09E+02	7,06E+03
8,00E-02	1,21E+03	1,09E+02	7,38E+03
8,50E-02	1,25E+03	1,09E+02	7,62E+03
9,00E-02	1,28E+03	1,09E+02	7,80E+03
9,50E-02	1,29E+03	1,09E+02	7,91E+03
1,00E-01	1,30E+03	1,09E+02	7,97E+03
1,05E-01	1,30E+03	1,09E+02	7,97E+03
1,10E-01	1,30E+03	1,09E+02	7,93E+03
1,15E-01	1,28E+03	1,09E+02	7,85E+03
1, 20E-01	1,27E+03	1,09E+02	7,73E+03
1,25E-01	1,24E+03	1,09E+02	7,60E+03
1,30E-01	1,22E+03	1,09E+02	7,44E+03
1,35E-01	1, 19E+03	1,09E+02	7,27E+03
1,40E-01	1,16E+03	1,09E+02	7,10E+03
1,45E-01	1,13E+03	1,09E+02	6,92E+03
1,50E-01	1,10E+03	1,09E+02	6,75E+03
1,55E-01	1,08E+03	1,09E+02	6,58E+03
1,60E-01	1,05E+03	1,09E+02	6,43E+03
1,65E-01	1,03E+03	1,10E+02	6,28E+03
1,70E-01	1,01E+03	1,10E+02	6,14E+03
1,75E-01	9,85E+02	1,10E+02	6,02E+03
1,80E-01	9,67E+02	1,10E+02	5,91E+03
1,85E-01	9,52E+02	1,10E+02	5,82E+03
1,90E-01	9,38E+02	1,10E+02	5,73E+03
1,95E-01	9,27E+02	1,10E+02	5,67E+03
2,00E-01	9,18E+02	1,10E+02	5,61E+03
2,05E-01	9,10E+02	1,10E+02	5,56E+03
2,10E-01	9,04E+02	1,10E+02	5,53E+03
2,15E-01	9,00E+02	1,10E+02	5,50E+03
2, 20E-01	8,96E+02	1,10E+02	5,48E+03
2,25E-01	8,94E+02	1,10E+02	5,47E+03
2,30E-01	8,93E+02	1,10E+02	5,46E+03
2,35E-01	8,93E+02	1,10E+02	5,46E+03
2,40E-01	8,93E+02	1,10E+02	5,46E+03
2,45E-01	8,94E+02	1,10E+02	5,46E+03
2,50E-01	8,95E+02	1,10E+02	5,47E+03
2,55E-01	8,97E+02	1,10E+02	5,48E+03
2,60E-01	8,98E+02	1,10E+02	5,49E+03
2,65E-01	9,00E+02	1,10E+02	5,50E+03
2,70E-01	9,02E+02	1,10E+02	5,51E+03
2,75E-01	9,04E+02	1,10E+02	5,52E+03
2,80E-01	9,05E+02	1,10E+02	5,53E+03
2,85E-01	9,07E+02	1,10E+02	5,54E+03
2,90E-01	9,09E+02	1,10E+02	5,55E+03
2,95E-01	9,10E+02	1,10E+02	5,56E+03
3,00E-01	9,11E+02	1,10E+02	5,57E+03
3,05E-01	9,13E+02	1,10E+02	5,58E+03
3,10E-01	9,14E+02	1,10E+02	5,58E+03
3,15E-01	9,15E+02	1,10E+02	5,59E+03
3, 20E-01	9,15E+02	1,10E+02	5,59E+03
3,25E-01	9,16E+02	1,10E+02	5,60E+03
3,30E-01	9,17E+02	1,10E+02	5,60E+03
3,35E-01	9,17E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,40E-01	9,18E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,45E-01	9,18E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,50E-01	9,18E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,55E-01	9,18E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,60E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,65E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,61E+03
3,70E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03
3,75E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03
3,80E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03
3,85E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03
3,90E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03
3,95E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03
4,00E-01	9, 19E+02	1,10E+02	5,62E+03

Сброс нагрузки:

Время	Ток	Скорость	Момент
1,80E+01	9,18E+02	1,10E+02	5,61E+03
1,80E+01	9,16E+02	1,10E+02	5,60E+03
1,80E+01	9,05E+02	1,10E+02	5,53E+03
1,80E+01	8,79E+02	1,10E+02	5,37E+03
1,80E+01	8,37E+02	1,10E+02	5,12E+03
1,80E+01	7,79E+02	1,10E+02	4,76E+03
1,80E+01	7,07E+02	1,10E+02	4,32E+03
1,80E+01	6,23E+02	1,10E+02	3,81E+03
1,80E+01	5,32E+02	1,10E+02	3,25E+03
1,80E+01	4,36E+02	1,10E+02	2,67E+03
1,81E+01	3,40E+02	1,10E+02	2,08E+03
1,81E+01	2,46E+02	1,10E+02	1,51E+03
1,81E+01	1,58E+02	1,10E+02	9,64E+02
1,81E+01	7,65E+01	1,10E+02	4,68E+02
1,81E+01	4,41E+00	1,10E+02	2,70E+01
1,81E+01	-5,74E+01	1,10E+02	-3,51E+02
1,81E+01	-1,08E+02	1,10E+02	-6,63E+02
1,81E+01	-1,48E+02	1,10E+02	-9,07E+02
1,81E+01	-1,77E+02	1,10E+02	-1,08E+03
1,81E+01	-1,96E+02	1,10E+02	-1, 20E+03
1,81E+01	-2,05E+02	1,10E+02	-1,25E+03
1,81E+01	-2,06E+02	1,10E+02	-1,26E+03
1,81E+01	-1,99E+02	1,10E+02	-1,22E+03
1,81E+01	-1,86E+02	1,10E+02	-1,13E+03
1,81E+01	-1,67E+02	1,10E+02	-1,02E+03
1,81E+01	-1,45E+02	1,10E+02	-8,85E+02
1,81E+01	-1, 19E+02	1,10E+02	-7,29E+02
1,81E+01	-9, 19E+01	1,10E+02	-5,62E+02
1,81E+01	-6,34E+01	1,10E+02	-3,88E+02
1,81E+01	-3,47E+01	1,10E+02	-2,12E+02
1,82E+01	-6,42E+00	1,10E+02	-3,92E+01
1,82E+01	2,09E+01	1,10E+02	1,28E+02
1,82E+01	4,68E+01	1,10E+02	2,86E+02
1,82E+01	7,10E+01	1,09E+02	4,34E+02
1,82E+01	9,32E+01	1,09E+02	5,69E+02
1,82E+01	1,13E+02	1,09E+02	6,92E+02
1,82E+01	1,31E+02	1,09E+02	8,01E+02
1,82E+01	1,47E+02	1,09E+02	8,96E+02
1,82E+01	1,60E+02	1,09E+02	9,78E+02
1,82E+01	1,71E+02	1,09E+02	1,05E+03
1,82E+01	1,81E+02	1,09E+02	1,10E+03
1,82E+01	1,88E+02	1,09E+02	1,15E+03
1,82E+01	1,94E+02	1,09E+02	1, 19E+03
1,82E+01	1,99E+02	1,09E+02	1,21E+03
1,82E+01	2,02E+02	1,09E+02	1,23E+03
1,82E+01	2,04E+02	1,09E+02	1,25E+03
1,82E+01	2,05E+02	1,09E+02	1,25E+03
1,82E+01	2,05E+02	1,09E+02	1,26E+03
1,82E+01	2,05E+02	1,09E+02	1,25E+03
1,82E+01	2,04E+02	1,09E+02	1,25E+03
1,83E+01	2,03E+02	1,09E+02	1,24E+03
1,83E+01	2,02E+02	1,09E+02	1,23E+03
1,83E+01	2,00E+02	1,09E+02	1,22E+03
1,83E+01	1,98E+02	1,09E+02	1,21E+03
1,83E+01	1,96E+02	1,09E+02	1, 20E+03
1,83E+01	1,95E+02	1,09E+02	1, 19E+03
1,83E+01	1,93E+02	1,09E+02	1,18E+03
1,83E+01	1,91E+02	1,09E+02	1,17E+03
1,83E+01	1,90E+02	1,10E+02	1,16E+03
1,83E+01	1,88E+02	1,10E+02	1,15E+03
1,83E+01	1,87E+02	1,10E+02	1,14E+03
1,83E+01	1,86E+02	1,10E+02	1,14E+03
1,83E+01	1,85E+02	1,10E+02	1,13E+03
1,83E+01	1,84E+02	1,10E+02	1,12E+03
1,83E+01	1,83E+02	1,10E+02	1,12E+03
1,83E+01	1,82E+02	1,10E+02	1,11E+03
1,83E+01	1,82E+02	1,10E+02	1,11E+03
1,83E+01	1,81E+02	1,10E+02	1,11E+03
1,83E+01	1,81E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,83E+01	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,80E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,79E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,79E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,79E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,79E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,79E+02	1,10E+02	1,10E+03
1,84E+01	1,79E+02	1,10E+02	1,10E+03

Приложение В