Данный html-документ является вспомогательным файлом к лабораторной работе по теме "Системы релейного действия" дисциплины ТАУ (ищи в Яндексе УМК Клиначёва по ТАУ). В таблице представлены паспортные данные двигателей постоянного тока малой мощности. Руководствуясь инструкциями можно выполнить расчет требуемого привода.

Столб. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Параметры двигателей постоянного тока малой мощности
Тип Рн, Вт Uн, В Iн, А Jд, кг·м2 Rя, Ом Lя, Гн Мн, Н·м D, Н/кг–2 КПД
01 UGSM-02B 44 28 2,6 4,00E-06 3,4 1,30E-03 0,211 105 0,6044
02 UGIM-03MB 44 24,4 3,15 2,35E-05 1,59 1,27E-03 0,24 50 0,####
03 TS902N 60 30,8 3 2,84E-05 1,7 2,72E-03 0,157 30 0,6494
04 TS668N4 80 31,3 4,1 3,92E-05 1,3 1,69E-03 0,196 31 0,6234
05 H1008 85 28 5,05 4,90E-06 0,7 1,19E-04 0,177 80 0,6011
06 H1009 90 28 5,15 3,50E-06 0,55 7,70E-05 0,265 142 0,6241
07 UGI-10M 100 64 2,5 6,00E-04 5 3,00E-02 1 40 0,6250
08 UGSM-12B 114 28 6,2 4,65E-06 0,67 1,07E-04 0,36 167 0,6567
09 UGSM-03A 120 28 6,4 3,30E-06 0,68 1,02E-04 0,28 154 0,6696
10 UGI-40M 160 44 5 1,60E-03 1,05 1,30E-02 1,53 38 0,7273
11 UGM-60 185 40 6 5,70E-04 0,84 9,00E-04 0,59 78 0,7708
12 TS668N4 200 43 6,6 2,34E-04 1,05 1,47E-03 0,638 42 0,7047
13 ПЯ-250 250 30 12 3,50E-04 0,24 5,00E-05 0,8 43 0,####
14 UGI-40L 250 60 6 2,00E-03 1,3 2,00E-02 2,4 60 0,6944
15 UGM-13 400 68 8 1,40E-03 1,03 1,60E-03 1,3 110 0,7353
16 ДПУ-250 550 92 7,4 7,40E-04 1,53 5,00E-04 1,7 62 0,8079
17 UCM-25 771 70 14 2,80E-03 0,47 6,00E-04 2 148 0,7867
18 ДПУ-240 1100 122 11 1,88E-03 0,53 2,00E-04 3,5 80 0,8197
19 H1420 150 28 7,65 7,65E-05 0,7 2,10E-04 1,32 151 0,7003

Примечание. Подписи под чертежами ("Чертеж 1..5") интерактивные – являются строками встроенного калькулятора. Завершив ввод формулы щелкните мышью вне этой строки.

Типовой расчет электроприводов на двигателе постоянного тока из серии П22 с релейным регулятором

Выполнил: Клиначёв Н.В.
преподаватель каф. ...
Вариант: xx

Опыт прямого включения двигателя постоянного (ДПТ) тока в сеть – это реакция на типовое возмущающее воздействие (на единичную ступенчатую функцию). Он позволяет идентифицировать динамическое звено, которым описывается двигатель и его основные параметры (коэффициент усиления и постоянные времени). ДПТ соответствует апериодическое звено второго порядка. Однако рассматриваемая модель более простая (в ней не учтена индуктивность якоря машины). В результате форму переходного процесса определяет лишь механическая постоянная времени $T_м=R_я·J_д/(C_е·Φ_н)^2$. Но электрическая постоянная времени $T_я=L_я/R_я$ у любого двигателя существенно меньше (в 2..50 раз) и почти не влияет на вид переходного процесса. В модель двигателя представленную на чертежах с 1 по 5 можно добавить индуктивность якоря и убедиться в отсутствии значимых изменений.

Сравнивая динамику изменения координат рассчитанных приводов (см. чертежи 2..5) и параметры переходного процесса в опыте прямого включения двигателя в сеть можно оценить, не совершена ли грубая ошибка в расчетах.

Чертеж 1

Примечание 1. Если момент инерции якоря двигателя не удается найти в паспорте, то его можно вычислить по формуле момента инерции свойственного сплошному цилиндру (диску) радиусом $R$ и массой $m$: $J=1/2·m·R^2$, [кг·м2].

Примечание 2. Модель машины постоянного тока упрощена. В инкапсулирующем субпространстве удалена цепь обмотки возбуждения. Предполагается, что в машинах создан номинальный магнитный поток.

Типовой расчет САР частоты вращения ДПТ

  1. В модели САР частоты вращения ДПТ установить: параметры двигателя – в соответствии паспортными данными (по вариантам); в задатчике – номинальную частоту вращения; ротационную нагрузку – соответствующую двигателю. Приведенный к валу момент инерции механизмов допустимо учесть (по дополнительному указанию преподавателя) увеличением момента инерции якоря ДПТ свыше паспортной величины.
  2. На интегрирующее звено, управляющее источником питания цепи якоря машины, подать константу (5 или 10 В). Подобрать коэффициент усиления звена, дабы потребляемый машиной ток установился на 20..40% больше номинального (ДПТ, согласно паспортным данными, выдерживают существенно большие пусковые токи). Произвести измерение времени tн, за которое напряжение на якоре увеличивается до номинальной величины. Установить в параметр "B" релейного регулятора величину равную Uя.н/tн (±100%). Восстановить блок-схему.
  3. Установить "параметры по умолчанию" в релейном регуляторе: Kx=0.707; Kdy=0.707; C=0.1; B=Uя.н/tн – в соответствии с пунктом 2; Limit=5||10 – в соответствии с пунктом 2.
  4. Установленный между главным сумматором и регулятором блок gain выполняет функцию приведения координаты к нормированному диапазону. Параметр этого блока (коэффициент масштабирования) допустимо менять, выбирая мантиссу из фиксированного ряда: 1, 2, 5 (например: ..., 0.5, 0.2, 0.1, 0.05, 0.02, 0.01, ...). Следует найти масштабный коэффициент, при котором двигатель разгонится максимально быстро, и, желательно, без перерегулирования.
  5. Произвести тонкую настройку системы – подобрать коэффициенты усиления релейного регулятора Kx и Kdy, дабы выходная координата САР (угловая скорость) максимально быстро и без перерегулирования достигала установившегося значения (геометрическая сумма коэффициентов должна сохраняться равной единице).
  6. Подобрать половину ширины петли гистерезиса в релейном регуляторе (параметр "C"), дабы амплитуда пульсаций сигнала производной (на нижнем входе регулятора) составляла 7..10% от её же максимального уровня.

Чертеж 2

САР частоты вращения ДПТ с наблюдателем

Чертеж 3

Типовой расчет САР угла поворота вала ДПТ (следящего привода)

Исходными данными к типовому расчету следящего электропривода являются инерционные массы, которые необходимо перемещать. Цель расчета – требуемая мощность двигателя и коэффициент передачи редуктора. В лабораторной работе сценарий расчета изменен. Даны – двигатель и приведенная к валу номинальная нагрузка. Коэффициент передачи редуктора – свободная (уточняемая) величина.

  1. В модели следящего привода установить параметры двигателя в соответствии с вариантом.
  2. Установить приведенный к валу ДПТ момент инерции механизмов Jм.пр в 20 раз большим момента инерции якоря.
  3. Установить коэффициент усиления источника ЭДС таким, чтобы обеспечить номинальное напряжение на якоре при управляющем сигнале равном 5 или 10 В.
  4. На интегратор, управляющий источником питания цепи якоря машины, подать константу и подобрать её величину, дабы потребляемый машиной ток установился равным номинальному. Восстановить блок-схему. Перенести константу в параметр "B" релейного регулятора.
  5. Установить "параметры по умолчанию" в релейном регуляторе: Kx=0.707; Kdy=0.707; C=0.05; B – в соответствии с пунктом 4; Limit – в соответствии с пунктом 3.
  6. Подобрать коэффициент передачи редуктора, дабы выходная координата САР (угол) максимально быстро, и, желательно, без перерегулирования достигала установившегося значения. Коэффициент передачи редуктора допустимо менять, выбирая его мантиссу из фиксированного ряда: 1, 2, 5 (например: ..., 0.5, 0.2, 0.1, 0.05, 0.02, 0.01, ...). Для удобства настройки рекомендуется выбрать величину задающего сигнала, чтобы время разгона / торможения следящего привода было в 1.5..3 раза меньше времени перемещения с максимальной скоростью.
  7. Произвести тонкую настройку системы – подобрать коэффициенты усиления релейного регулятора Kx и Kdy, дабы выходная координата САР (угол) максимально быстро и без перерегулирования достигала установившегося значения (геометрическая сумма коэффициентов должна сохраняться равной единице).
  8. Подобрать половину ширины петли гистерезиса в релейном регуляторе (параметр "C"), дабы пульсации тока якоря составляли 5..7% от номинальной величины.

Примечание: В пунктах 6 и 7 описан способ настройки следящего привода с релейным регулятором предполагающий приведение масштаба сигнала ошибки к нормированному диапазону указанному в паспорте регулятора (±5 В или ±10 В). Если в конкретном случае допустимо дополнительное масштабирование сигнала в канале ошибки, то, сохраняя обратную пропорциональность, можно масштабировать коэффициент передачи редуктора.

Чертеж 4

Следящий привод с наблюдателем

Чертеж 5

Контрольные вопросы

1. Допустимо ли уменьшение / увеличение приведенного к валу момента инерции для приводов представленных на чертежах 2(3) и 4(5)?

2. Допустимы ли активная или вентиляторная механические нагрузки для тех же приводов?

3. Допустимо ли построение следящего привода лифта по представленной на чертеже 4(5) блок-схеме?

4. Как повлияет прогрев обмотки якоря на работу приводов с наблюдателями (чертежи 3 и 5)?

5. Будут ли коммутационные процессы на коллекторе ДПТ в значимой степени влиять на релейную систему управления приводами?

23.01.2009