Система управления скоростью (стр. 2 из 2)

Рис. 7 Зависимость скорости и момента от времени

Рис. 8 Зависимость напряжения на якоре и потока от времени

Из графиков видно что хотя напряжение на якоре и ток статора достаточно сильно колеблются, эти колебания взаимно компенсируют друг друга и колебания момента, а следовательно и скорости малы.

Проведём моделирование при изменении задания на скорость от нуля до максимального значения. При этом получаем следующие графики.

Рис. 9 Зависимость скорости и момента от времени

Рис. 10 Зависимость напряжения на якоре и потока от времени

На графиках чётко видно как изменяется ускорение двигателя при переходе скорости выше 120 рад/с. Так же видно как работает ограничение моента и как оно снижается при снижении потока, т.к. ограничение тока остаётся постоянным, а при уменьшении потока максимальный момент снижается.

Моделирование системы показало, что показатели качества регулирования соответствуют заданию. А именно перерегулирование не превышает 5%, а статическая ошибка равна нулю, так как система настроена с астатизмом по нагрузке.

4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор элементов

4.1 Реализация контура тока якоря

Регулятор тока якоря представляет из себя последовательное соединение интегратора и фильтра низких частот с Ти=0.048, К=0.48 и Тф=0.005. Выбираем R35, R36, R38, R41, R50 равным 10 кОм. R44=R36/K=20.83 кОм, C79=Ти/R36=4.8 мкФ, С75=Тф/R50=0.5 мкФ.

В качестве операционных усилителей выберем К140УД17А.

Рис. 11 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная электрическая

Для уменьшения помех от линий питания поставим на входе питающих проводников конденсаторы по 0.1 мкФ

Для реализации этой схемы нам понадобятся:

R35, R36, R38, R41, R50 C2-23-0.125-10кОм ±1%

R44 C2-23-0.125-20кОм ±1%

C79 K10-17Б-X7R-4.7мкФ ±10%

C75 K73-17Б-X7R -0.47мкФ ±10%

C71, C72, C76, C77, C74, C68 K73-17Б-X7R-0.1мкФ ±10%

4.2 Реализация контура тока возбуждения

Регулятор тока возбуждения структурно схож с регулятором тока якоря. При этом Ти=0.082, К=12.2 и Тф=0.005. Выбираем R39, R40, R38, R37, R42, R49 равным 50 кОм. R41=R39/K=4.1 кОм, C72=Ти/R39=1.64 мкФ, С89=Тф/R49=0.1 мкФ.

В качестве операционных усилителей выберем К140УД17А.

Рис. 12 Регулятор тока обмотки возбуждения. Схема принципиальная электрическая

Для уменьшения помех от линий питания поставим на входе питающих проводников конденсаторы по 0.1 мкФ

Для реализации этой схемы нам понадобятся:

R39, R40, R38, R37, R42, R49 C2-23-0.125-10кОм ±1%

R41 C2-23-0.125-4.3кОм ±1%

C72 K10-17Б-X7R -1.5мкФ ±5%

С75, C70, C71, C75, C73, C77, C68 K10-17Б-X7R-0.1мкФ ±5%

4.3 Реализация первого контура скорости

Первый регулятор скорости должен быть адаптивным, т.е. менять свой коэффициент усиления в зависимости от сигнала настройки.

Ку=127.5 из этого следует что R36/R35=127.5, принимаем R36=100 кОм, R37=100/127.5=0.78 кОм.

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему ОРА277, а в качестве аналогового перемножителя микросхему 525ПС3.

Рис. 13 Регулятор скорости адаптивный. Схема принципиальная электрическая

Для реализации нам понадобится:

R36 C2-23-0.125-100кОм ±1%

R37 C2-23-0.125-820Ом ±1%

4.4 Реализация сигнала обратной связи по скорости

В качестве дтчика обратной связи по скорости будем использовать GT3.10/405 фирмы Hunber. Датчик питается от напряжения +-15 В, максимальная скорость 6000 об/мин, с коэффициентом передачи 0.02 рад/сВ. Нам необходимо увеличить коэффициент передачи в два раза. Примем R35=20 кОм, R36=20/2=10 кОм.

Рис. 14 Усилитель инвертирующий. Схема принципиальная электрическая

Для реализации нам понадобится:

R35 C2-23-0.125-20кОм ±1%

R36 C2-23-0.125-10кОм ±1%

DA33 ОРА277

4.5 Реализация второго контура скорости

Второй регулятор скорости представляет собой интегратор. Принципиальная схема интегратора изображена на рис. 15

Рис. 15 Регулятор скорости. Схема принципиальная электрическая

Выбираем R37, R38=100 кОм. Ти=0.04 с, тогда С44=Ти/100кОм=0.4 мкФ. В качестве сигнала обратной связи воспользуемся отмасштабированным сигналом с датчика скорости.

Нам понадобитья:

R37, R38 C2-23-0.125-100кОм ±1%

C44 K10-17Б-X7R -0.47мкФ ±10%

DA33 OPA277

4.6 Реализация компенсации ЭДС

Для компенсации ЭДС нам необходимо два сигнала отмасштабировать, затем перемножить их и добавить к сигналу с выхода регулятора тока якоря.

К1=3.51, К2=1.136. Выбираем R36, R37 по 10 кОм, тогда R41= R37/(К1-1) =4 кОм, R35= R36/(К2-1) =73.5 кОм. Операционные усилители выбираем типа К140УД17А, перемножитель типа 525ПС3.

Рис. 16 Устройство компенсации ЭДС. Схема принципиальная электрическая

Нам понадобиться:

R36, R37, R42, R43 C2-23-0.125-10кОм ±5%

R41 C2-23-0.125-4.3кОм ±5%

R35 C2-23-0.125-75кОм ±5%

4.7 Реализация нелинейного звена

Реализацию нелинейного звена осуществим следующим образом:

Проинвертируем напряжение задания скорости с коэффициентом усиления равном 1.78, затем ограничим выходное напряжение на выходе на уровне 13 В, и с помощью устройства выбора минимума или максима сравнивая напряжение с 1 В выберем максимальное.

Примем R40, R42, R38, R35, R36, R37, R39 , R17 равным 10 кОм, тогда R18= R40/1.78=5.61 кОм. В качестве Стабилитрона выберем BZX55C13, а в качестве диодов КД102А. R16= R17(15-1)=140 кОм

Рис. 17 Звено нелинейное. Схема принципиальная электрическая

Нам понадобиться:

R40, R42, R38, R35, R36, R37, R39 , R17 C2-23-0.125-10кОм ±5%

R18 C2-23-0.125-5.6кОм ±5%

R16 C2-23-0.125-15кОм ±5%

4.1 Реализация задатчика интенсивности

Основой данного устройства будут два интегратора с Ти1=0.167 с, и Ти2=0.05 с. Примем R37=100 кОм, тогда С59=Ти1/ R37=1.7 мкФ. Примем R40=100 кОм, тогда С51=Ти2/ R40=0.5 мкФ. На вход VL ключей DA36 и DA33 надо подать 4.7 В. Примем R36=10 кОм, тогда R3=24 кОм. В качестве ключей DA36 и DA33 выбираем DG419, в качестве операционных усилителей возьмём ОРА277, а в качестве компараторов возьмём AD8561AN.

Рис. 18 Задатчик интенсивности. Схема принципиальная электрическая

R36, R37, R39, R35, R42 C2-23-0.125-10кОм ±1%

R38, R40 C2-23-0.125-100кОм ±1%

R3 C2-23-0.125-24кОм ±1%

C51, С59 K10-17Б-X7R-0.47мкФ ±10%

На входы питания всех микросхем подключим конденсаторы по 0.1 мкФ, Предусмотрим возможность разряда конденсаторов всех интеграторов с помощью ключей 590КН7. Ограничим выходные сигналы с регуляторов с помощью сдвоенных стабилитронов BZX55C12 в контурах скорости и 1N4747A в контуре тока якоря.

5. Список литературы.

1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энегроатомиздат, 1988, - 456 с.

2. Заборщикова, А. В., «Двигатели постоянного тока для автоматизированного электропривода»: Учебное пособие. Заборщикова, А.В., Мельников В.И. – СПб: Петербургский гос. ун-т путей сообщ., 1994. – 84 с.

3. Башарин, А.В., «Управление электроприводами» : Учебное пособие для вузов. Башарин, А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1982. – 392 с., ил.

4. Ключев, В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энегроатомиздат, 2001. – 704 с.: ил

5. Елисеев, В.А. «Справочник по автоматизированному электроприводу» Елисеев В.А., Шинянский А.В.М.1983.

6. Александров, К. К. «Электротехнические чертежи и схемы» Александров К. К., Кузьмина Е.Г. – М.: Энергоатомиздат, 1990.-288с.

7. Герман-Галкин, С.Г. «Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLAB6.0».Учебное пособие. - СПб.:КОРОНА принт 2001г. – 320с.

8. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Титце У., Шенк К., – М.:Мир 1982 – 512с.