Элементы автоматизированного электропривода

Федеральное агентство по образованию

Сибирский федеральный университет

Институт цветных металлов и золота

Контрольная работа

Дисциплина: Электроснабжение предприятий

 

 

 

 

2010

ЗАДАЧА 1

Рассчитать коэффициент усиления  и ограничение выходного напряжения  усилителя, коэффициент обратной связи по напряжению  УП, обеспечивающие статизм внешней характеристики УП в нормальном режиме = 1,5 %, при условии, что УП имеет линейную характеристику управления с неизменным коэффициентом усиления , номинальный статизм без обратной связи  и жёсткую внешнюю характеристику  в диапазоне изменения тока нагрузки от 0 до двойного номинального значения  Номинальное напряжение .

Дано:

= 1,5 %;

;

.

  - ?

Решение.

Структурная схема управляемого преобразователя (УП) представлена на рис.1.

Рис.1. Структурная схема УП с входным усилителем и обратной связью по напряжению

Так как согласно исходным данным ЭДС УП без обратной связи остается неизменной при изменении тока нагрузки, то падение напряжения определяется только неизменным внутренним сопротивлением R_П и

При действии отрицательной обратной связи по напряжению внешняя характеристика становится более жесткой и

Следовательно, общий коэффициент усиления по замкнутому контуру напряжения () определится из соотношения и :

.

Так как задано , то можно определить произведение

Разделить коэффициенты  можно, если известно номинальное значение задающего напряжения U_з.ном.. Пусть U_з.ном. = 10 В, тогда

,

и, следовательно,

.

Тогда

Для определения ограничения выходного напряжения усилителя требуется найти максимальное значение ЭДС УП:

Тогда U_нас = Е_мах / К_н = 328,4 / 3,24 ≈ 100 В.

Уравнение внешней характеристики:

  Задача 2

Определить, как изменится статизм внешней характеристики УП с данным задачи 1, если ввести дополнительно с помощью положительной обратной связи по напряжению на уровне .

Решение.

Таким образом, управляемый преобразователь по условию задачи должен иметь две образные связи по напряжению: отрицательную, действующую через входной усилитель с ограничением, как это показано на рис.1, и положительную, которая вводится непосредственно на вход УП. Тогда при критической настройке обратной связи согласно К_о.н.к. = 1/ К_у К_п будет К_о.н.2 = 1/ К_п = 1/5 = 0,2.

Преобразователь, окруженный такой связью, приобретает свойства источника тока с характеристикой

I_н = U_вх / (К_о.н.2 R_П).

Для заданного токоограничения входное напряжение УП, т.е. выходное напряжение усилителя, приобретает значение

Определим внешнюю характеристику УП с учетом одновременного действия отрицательной и положительной связей:

, т.е.

;

.

Сравнивая рабочие участки внешних характеристик в задачах 1 и 2 замечаем, что введение дополнительной положительной связи с критической настройкой повышает статизм в 6,6/4,24 = 1,56 раза при снижении задающего напряжения в 100/33,4 = 3 раза. Однако одновременно обеспечивается надежное ограничение тока на уровне при условии уменьшения ограничения напряжения усилителя до

 
Задача 3

Рассчитать коэффициент усиления и минимальное сопротивление в зоне прерывистых токов ТП, имеющего следующие данные: индуктивность нагрузки  =0; максимальное значение линейно изменяющегося опорного напряжения  = 10В; угловой интервал рабочего участка опорного напряжения  =300⁰; нормальное вторичное напряжение трансформатора =208В; напряжение короткого замыкания трансформатора  = 4,75%; относительные потери мощности короткого замыкания трансформатора = 3,75%; напряжение сети  =380В; мощность трансформатора = 7,7 кВА. Схема ТП – трехфазная.

Рис.1. Трехфазная схема ТП

Самая простая схема, но самый большой уровень пульсаций, частота Гц. Ток I_dдополнительно подмагничивает трансформатор, что требует увеличение габаритов трансформатора. Для двигателей до 1-10 кВт.

Тогда

и для малых значений U_y, когда

.

коэффициент усиления ТП

k_п =

Это значение k_п соответствует касательной к синусоидальной характеристике управления ТП и дает возрастающую погрешность с увеличением U_y. Максимальная погрешность имеет место при U_y = U_ymax = 6В (

т.е. 57%. Более точна аппроксимация синусоидальной характеристики в интервале углов 0-90⁰ усредненным значением k_п, определенным для угла , т.е. для U_y = 4В.

Для данной линеаризации:

k_п = (141 sin ) / 4 = 30.5

и в диапазоне изменения U_y = 0-4.6 B погрешность по выходному напряжению не превосходит 20%.

Для определения минимального внутреннего сопротивления ТП в зоне прерывистых токов можно пользоваться выражением:

для границы прерывистых токов. Тогда с учетом  и L_d = 0

.

Сравнение последнего сопротивления с сопротивлением от перекрытия вентилей R_п показывает,

,

что  в 2 раза больше R_П.

Так как

Где

 = S_Н.тр / U_2л.ном. = 7700 / 208 = 21,4 А.

Следовательно, искомое сопротивление

Задача 4

Рассчитать коэффициент усиления и электромагнитную постоянную времени возбуждения генератора имеющего следующие данные:  = 460В;  =435А; n = 3000;  =8.15;  = 730 – на один полюс;  =16.6Ом;  =1;  =135; 2а = 2; 2р = 4; Ф = 0,0475 Вб; при F = 4750 А.

Коэффициент усиления определяется по выражению:

где w = .

Полученное значение коэффициента усиления по напряжению соответствует начальному линейному участку характеристики намагничивания и без учета дополнительного сопротивления в цепи возбуждения.

Для проверки полученного значения целесообразно воспользоваться отношением выходного напряжения к напряжению возбуждения в номинальном режиме:

Так как в номинальном режиме генератор в определенной мере насыщен, то неравенствоявляется необходимым условием справедливости результата расчета.

Согласно исходным техническим данным генератора может быть подсчитана электромагнитная постоянная времени, соответствующая начальному прямолинейному участку характеристики намагничивания:

Список литературы

1.  Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. – М: энергоатомиздат, 1987. – 224 с.

2.  Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы электроавтоматики. – М.: Высшая школа, 1985.

3.  Справочник по средствам автоматики/Под. ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика – М.: Энергоатомиздат, 1983.