Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

6 Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

Структурная схема СУ ЭП типа ЭПУ1 приведена на рисунке 6.1. СУ содержат в своем составе: регулятор ЭДС (РЭ) и управляющий орган (УО), предназначенный для реализации токовой отсечки, на который подается сигнал обратной связи по току якорной цепи.

Для нахождения передаточной функции регулятора ЭДС необходимо предварительно свернуть внутренний контур электродвигателя по формуле:

W_З(Р) = ,

Где W_З(Р) – передаточная функция замкнутого контура;

W_ПР(Р) – передаточная функция прямой ветви;

W_ОБР(Р) – передаточная функция обратной ветви.

При этом целесообразно произвести условный перенос цепи обратной связи как показано прерывистой линией.

W_ПР(Р) = *Се*.

W_ОБР(Р) = С_Е.

W_ЗК(Р) == ,

Где Т_М – механическая постоянная времени электродвигателя.

Т_М = .

Т_М = = 0,067 с.

Полученное выражение с достаточной степени точности можно преобразовать в выражение:

W_ЗК(Р) =

Для синтеза регулятора ЭДС /6/, влиянием отсечки по току можно условно пренебречь и полученный разомкнутый контур регулирования ЭДС, состоящий из передаточной функции преобразователя и оптимизированной свернутой передаточной функции электродвигателя, приравнять к желаемой передаточной функции разомкнутого контура регулирования настраиваемого на симметричный оптимум:

W_ЖР(Р) =

При выборе желаемой передаточной функции замкнутой системы, Т_m принимают равной некомпенсируемой малой постоянной времени объекта регулирования, которую невозможно компенсировать принципиально или нецелесообразно компенсировать из соображений помехоустойчивости системы.

W_РАЗ.Э(Р) = W_РЭ(Р) **Се*К_ОЭ.

W_РЭ(Р) *Се*К_ОЭ = .

В полученном уравнении только суммарная постоянная времени Т_Я + Т_М подлежит компенсации, так как постоянная времени Т_ТП не может быть скомпенсирована потому, что тиристорный преобразователь является дискретным звеном и его динамические свойства зависят только от свойств силовых вентилей, входящих в силовую схему. Поэтому Т_m = Т_Я + Т_М.

Из полученного уравнения находим передаточную функцию регулятора:

W_РЭ(Р) =

Полученная передаточная функция соответствует ПИ-регулятору.

Особенностью моделирования СУ ЭП типа ЭПУ1 (с регулятором ЭДС (РЭ) и управляющим органом (УО)) является необходимость ограничения допустимого значения тока якоря путем ограничения выходного сигнала регулятора ЭДС U_ВЫХ.Р, в дополнение к собственному ограничению регулятора, исходя из условия:

если ABS(I_ЯЦ) ³ I_ДОП.ЯЦ , то U_ВЫХ.Р =

где w_ДВ – текущая скорость вращения электродвигателя;

I_ДОП..ЯЦ – допустимый ток якорной цепи с учетом перегрузочной способности электродвигателя.

При моделировании регулятора следует производить учет нелинейностей, возникающих при работе реальных операционных усилителей (ОУ), обусловленных ограничением уровня выходного сигнала уровнем напряжения питания (в общем случае U_ПИТ.ОУ = ±10 В). В связи с этим в программе следует задавать условия ограничения, соответствующие зоне изменения выходного сигнала ОУ, а при наличии в составе регулятора интегральной составляющей, при достижении выходным сигналом ОУ предельных значений, производится условное размыкание интегральной ветви регулятора. Для реверсивных регуляторов зона изменения выходного сигнала: +10.0 ...–10.0.

Для представления структурной схемы (рисунок 6.1) в удобном виде для описания на языке программирования необходимо произвести разбиение передаточных функций отдельных элементов на элементарные звенья, а также учесть влияние нелинейностей. При этом получим математическую модель, приведенную на рисунке 6.2.

Параметры математической модели:

А[1] = =

= = 0,003;

А[2] = =

= = 0,3;

А[3] = К_П = 23.

А[4] = = = 100.

А[5] = = = 10,62;

А[6] = = = 14,7;

А[7] = С_Е = 3,269;

А[8] = С_Е = 3,269;

А[9] = = = 0,13;

А[10] = К_ОЭ = 0,04871;

А[11] = U_З;

А[12] = I_ЯДОП = I_ЯН*l = 195,5*3 = 586,5;

А[13] = I_ЯДОП R_ЯЦ= 586,5*0,0941 = 55,18;

А[14] = К_П = 23.

А[15] = М_С;

А[16] = = = 0,04371.

Рассчитаем напряжение задания по формуле:

U_ЗАД = w*Се*К_ОЭ.

Для скорости w = 57,18 с^-1:

U_ЗАД = 57,18*3,269*0,04871 = 9,1 В.

Для скорости w = 2,9463 с^-1:

U_ЗАД = 2,9463*3,269*0,04871 = 0,469 В.

Моделирование производится по следующим режимам:

1) пуск на номинальную скорость (U_ЗАД = 9,1 В; М_С = 907,47 Н*м);

2) торможение до пониженной скорости (U_ЗАД = 0,469 В; М_С = 907,47 Н*м);

3) торможение до 0 (U_ЗАД = 0 В; М_С = 907,47 Н*м);

4) пуск на номинальную скорость (U_ЗАД = - 9,1 В; М_С = 655,84 Н*м);

5) торможение до пониженной скорости (U_ЗАД = - 0,469 В; М_С = 655,84 Н*м);

6) торможение до 0 (U_ЗАД = 0 В; М_С = 655,84 Н*м).

Графики переходных процессов и таблицы результатов находятся в приложении.

Анализируя графики переходных процессов делаем вывод, что спроектированный электропривод обеспечивает динамические режимы спуска-подъема с соблюдением допустимого ускорения. Процесс торможения до 0 имеет затянутый характер, что незначительно влияет на весь цикл работы лифта в целом.

7 Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

Для проверки электродвигателя по нагреву воспользуемся формулой для определения эквивалентного тока за цикл подъема-спуска:

I_ЭКВ = Ö .

I_ЭКВ = Ö

= 266,54 А.

Определим продолжительность включения двигателя:

ПВ_Р = *100% = 24,5%.

Произведем перерасчет на стандартное значение ПВ_СТ = 100%:

I_ЭКВ(ПВ_СТ) = I_ЭКВ*Ö .

I_ЭКВ(100%) = 266.54*Ö = 132.159 А.

Как видно из полученного значения, электродвигатель проходит по нагреву, так как:

I_Н.ДВ > I_ЭКВ(100%).

195,5 А > 132,159 А.

Имеющийся запас по мощности необходим для обеспечения динамических режимов, так как система имеет значительный момент инерции.