Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
52 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Функциональная схема систем стабилизации скорости вращения двигателя

Частотное регулирование асинхронного двигателя

Частотное регулирование угловой скорости вращения электропривода с асинхронным двигателем в настоящее время широко применяется, так как позволяет в широком интервале плавно изменять обороты вращения ротора как выше, так и ниже номинальных значении.

Частотные преобразователи являются современными, высокотехнологичными устройствами, обладающими большим диапазоном регулирования, имеющими обширный набор функций для управления асинхронными двигателями. Высочайшее качество и надежность дают возможность применять их в различных отраслях для управления приводами насосов, вентиляторов, транспортеров и т.д.

Частотные преобразователи по напряжению питания подразделяются на однофазные и трехфазные, а но конструктивному исполнению на электромашинные вращающиеся и статические. В электромашинных преобразователях переменная частота получается за счет использования обычных или специальных электрических машин. В статических частотных преобразователях изменение частоты питающего тока достигается за счет применения не имеющих движения электрических элементов.

Схема частотного преобразователя асинхронного двигателя

Выходной сигнал преобразователя частоты

Преобразователи частоты для однофазной сети позволяют обеспечить электропривод производственного оборудования мощностью до 7,5 кВт. Особенностью конструкции современных однофазных преобразователей является то, что на входе имеется одна фаза с напряжением 220В, а на выходе — три фазы с тем же значением напряжения, что позволяет подключать к устройству трехфазные электродвигатели без применения конденсаторов.

Преобразователи частоты с питанием от трехфазной сети 380В выпускаются в диапазоне мощностей от 0,75 до 630 кВт. В зависимости от величины мощности устройства изготавливаются в полимерных комбинированных и металлических корпусах.

Самой популярной стратегией управления асинхронными электродвигателями является векторное управление. В настоящее время большинство частотных преобразователей реализуют векторное управление или даже векторное бездатчиковое управление (этот тренд встречается в частотных преобразователях, первоначально реализующих скалярное управление и не имеющих клемм для подключения датчика скорости).

Исходя из вида нагрузки на выходе, преобразователи частоты подразделяются по типу исполнения:

для насосного и вентиляторного привода;

для общепромышленного электропривода;

эксплуатируется в составе электродвигателей, работающих с перегрузкой.

Механические характеристики типичных нагрузок

Современные преобразователи частоты обладают разнообразным набором функциональных особенностей, например, имеют ручное и автоматическое управление скоростью и направлением вращения двигателя, а также встроенный потенциометр на панели управления. Наделены возможностью регулирования диапазона выходных частот от 0 до 800 Гц.

Преобразователи способны выполнять автоматическое управление асинхронным двигателем по сигналам с периферийных датчиков и приводить в действие электропривод по заданному временному алгоритму. Поддерживать функции автоматического восстановления режима работы при кратковременном прерывании питания. Выполнять управление переходными процессами с удаленного пульта и осуществлять защиту электродвигателей от перегрузок.

Связь между угловой скоростью вращения и частотой питающего тока вытекает из уравнения

При неизменном напряжении источника питания U1 и изменении частоты изменяется магнитный поток асинхронного двигателя. При этом для лучшего использования магнитной системы при снижении частоты питания необходимо пропорционально уменьшать напряжение, иначе значительно увеличатся намагничивающий ток и потери в стали.

Аналогично при увеличении частоты питания следует пропорционально увеличивать напряжение, чтобы сохранить магнитный поток постоянным, так как в противном случае (при постоянном моменте на валу) это приведет к нарастанию тока ротора, перегрузке его обмоток по току, снижению максимального момента.

Рациональный закон регулирования напряжения зависли от характера момента сопротивления.

При постоянном моменте статической нагрузки (Mс = const) напряжение должно регулироваться пропорционально его частоте U1/f1 = const. Для вентиляторного характера нагрузки соотношение принимает вид U1/f 2 1 = const.

При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости U1/ √ f1 = const.

На рисунках ниже представлены упрощенная схема подключения и механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании угловой скорости.

Схема подключения частотного преобразователя к асинхронному электродвигателю

Характеристики для нагрузки с постоянным статическим моментом сопротивления

Х арактеристики для нагрузки вентиляторного характера

Характеристики при статическом моменте нагрузки обратно пропорциональном угловой скорости вращения

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять угловую скорость вращения в диапазоне — 20. 30 к 1. Регулирование скорости асинхронного двигателя вниз от основной осуществляется практически до нуля.

При изменении частоты питающей сети верхний предел частоты вращения асинхронного двигателя зависит от ее механических свойств, тем более что на частотах выше номинальной асинхронные двигатель работает с лучшими энергетическими показателями, чем на пониженных частотах. Поэтому, если в системе привода используется редуктор, это управление двигателем по частоте следует производить не только вниз, но и вверх от номинальной точки, вплоть до максимальной частоты вращения, допустимой но условиям механической прочности ротора.

При увеличении оборотов вращения двигателя выше указанного значения в ею паспорте частота источника питания не должна превышать номинальную не более чем 1,5 — 2 раза.

Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности мри гаком регулировании невелики, поскольку не сопровождаются увеличением скольжения. Получаемые при этом механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

techspirit.ru

Главное

Функциональная схема устройства стабилизации

Рисунок 1.1 — Функциональная схема устройства.

Устройство стабилизации скорости перемещения схвата манипулятора промробота состоит из:

датчика, служащего для измерения скорости;

усилителя, служащего для усиления сигнала от датчика и передачи сигнала на электродвигатель;

двигателя постоянного тока;

редуктора, для уменьшения частоты вращения вала электродвигателя;

неподвижного блока с противовесом для преобразования вращения вала редуктора в линейное перемещение схвата.

стабилизация скорость автоматический робот

Математическое описание составных элементов САР

Используя функциональную схему устройства, найдем дифференциальные уравнения для каждого элемента и выведем их передаточные функции.

Датчик измерения скорости

В качестве датчика измерения скорости используем такое устройство как тахогенератор, преобразующий частоту вращения вала в напряжение.

Рисунок 1.2 — Схема тахогенератора принципиальная

Составляем уравнение тахогенератора:

,

Где Uтг — выходное напряжение тахогератора;

k — коэффициент пропорциональности;

— крутизна характеристики тахогенератора;

Перейдем к уравнению для изображений:

Тогда передаточная функция примет вид:

Рисунок 1.3 — Схема усилителя принципиальная

Составляем уравнение усилителя:

,

где Uтг — напряжение, получаемое с тахогенератора,

Uу — напряжение на выходе усилителя,

Kу — коэффициент усиления.

Тогда передаточная функция примет вид:

Примем ky=20, тогда

.2.3 Двигатель постоянного тока

Рисунок 1.4 — Схема двигателя постоянного тока принципиальная

Входная величина — напряжение на якоре Uя, выходная величина — угол поворота вала электродвигателя φ.

Составляем уравнение электрической цепи якоря электродвигателя:

Уравнение вращения якоря электродвигателя:

,

где I — момент инерции якоря электродвигателя,

Mдв = kм ∙ i — движущий момент электродвигателя.

— момент сопротивления.

Читать еще:  В чем отличия датчиков температуры на 405 двигателе

Составляем систему уравнений динамики электродвигателя:

Решая систему уравнений относительно φ и Uя получим:

, где

Перейдем к уравнению для изображений:

Тогда передаточная функция примет вид:

Выбираем двигатель постоянного тока ДПУ 200-550. Технические характеристики этого двигателя приводятся в таблице 1.1

Таблица 1.1 — Технические характеристики двигателя ДПУ 200-550

Другие статьи по теме

Микропроцессорная система управления объектом
Микропроцессорные и информационно-управляющие системы, в настоящее время, стали одним из наиболее дешевых и быстрых способов обработки информации. Практически ни одна область современно .

Диспетчерская централизация на базе комплекса технических средств Неман
Диспетчерская централизация (ДЦ) — это комплекс устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, состоящий из автоблокировки на перегонах, электрической централизации стрелок .

4-канальный логический анализатор на PIC микроконтроллере
Микроконтроллер — компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии .

Автоматические системы стабилизации частоты вращения вала

Автоматические системы стабилизации частоты вращения вала — раздел Философия, Автоматическое управление пуском и остановкой оборудования, коммутационные операции и т.д. 1. Объект Регулирования.Объектом Регулирования Является Двигате.

1. Объект регулирования.Объектом регулирования является двигатель постоянного тока независимого возбуждения, для которого справедливы следующие уравнения

,

, ( 3.14)

,

где Е — э.д.с. вращения; w — частота вращения вала; М — момент двигателя; — коэффициенты передачи двигателя соответственно по частоте вращения и по току якоря.

Одной из статических характеристик двигателя является его механическая характеристика, , которую легко получить из уравнений (3.14)

, (3.15)

где – частота вращения вала в режиме холостого хода, .

Статизм механической характеристики двигателя будет равен

(3.16)

и так как он больше нуля то по механической характеристике двигатель относится к статическим системам.

2. Система стабилизации частоты вращения «статическая» (рис. 3.5). Устройство управления состоит из источника регулируемого эталонного напряжения Uз, усилителя, измерительного устройства в виде тахогенератора и цепи обратной связи.

При изменении скорости вращения вала происходит изменение напряжения тахогенератора и изменение ошибки регулирования. Под действием этой ошибки происходит стабилизация выходного параметра системы.

Математическая модель системы представлена следующими уравнениями:

для элемента сравнения

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

Механическая характеристика системы . Решение системы уравнений (3.17–3.20) относительно w и М дает

(3.21)

где – частота вращения системы без нагрузки, , , .

Статизм механической характеристики системы.

показывает, что данная система стабилизации является “статической”.

Вывод. Примеры приведенных схем статических и астатических систем показывает, что астатические свойства система приобретает при установке в цепь управления исполнительного двигателя угол поворота вала которого определяет положение регулирующего органа (движка потенциометра). Как будет показано дальше, это обусловлено тем, что двигатель в этих системах выполняет математическую операцию интегрирования.

Эта тема принадлежит разделу:

Автоматическое управление пуском и остановкой оборудования, коммутационные операции и т.д.

Теория автоматического регулирования это наука о принципах построения автоматических систем и о закономерностях..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Автоматические системы стабилизации частоты вращения вала

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Начальные сведения о системах автоматического регулирования
Любую автоматическую систему можно условно разделить на две части – объект управления и управляющее устройство. Взаимодействие этих частей между собой схематично показано на рис.1.1.

Понятие о линейных, нелинейных и линеаризованных моделях
Для любого физического объекта может быть составлена математическая модель, которая представляет собой набор определенных математических соотношений между переменными величинами это

Принципы автоматического управления
Несмотря на большое разнообразие технических процессов и объектов, в которых используется автоматическое управление, организация управления основывается на небольшом числе общих принципов это:

Интегральные преобразования Лапласа
В исследовании динамики автоматических систем широко применяются интегральные преобразования Лапласа, Хевисайда-Карсона, Фурье. Одна из привлекательных сторон этих преобразований в том, что они пон

Понятие о статических характеристиках
Под статической характеристикой физического объекта понимают уравнение вида (3.1)

Понятие о статическом и астатическом регулировании
По виду статических характеристик все автоматические системы делятся на статические и астатические, или говорят о статическом и астатическом регулировании. Пр

Автоматические системы стабилизации напряжения
1. Объект регулирования (рис.3.2). Объектом регулирования является генератор постоянного т

Понятие динамического звена
Автоматические системы состоят из разнообразных элементов, среди которых могут быть генераторы, двигатели, термопары, реостаты, редукторы и многие другие конструкции. Но при математ

Динамические характеристики звена
Автоматические системы относятся к классу динамических систем, потому что процессы регулирования, протекающие в них, сопровождаются постоянными изменениями во времени. Математическое описание этих

Типовые динамические звенья
Понятием типовое звено в теорию введен еще один исключительно удобный расчетно-аналитический инструмент. Из всего многообразия возможных динамических звеньев выделена группа

Безынерционное звено
Уравнение динамики этого звена описывается алгебраическим уравнением

Инерционное звено второго порядка
Уравнение динамики звена , (4.20) где Т –постоянная времени,

Интегрирующие звенья
Интегрирующим называется звено, в котором производится интегрирование входного воздействия, и поэтому в выходном воздействии обязательно присутствует интеграл

Дифференцирующие звенья
Дифференцирующие звенья реагируют на скорость изменения входного воздействия, и поэтому в их дифференциальных уравнениях в правой части содержатся производные от входной переменной.

Запаздывающее звено
Запаздывающим называется звено в котором выходное воздействие повторяет входное воздействие без искажений, но с некоторым постоянным запаздыванием во времени на величину t. Эти условия определяют у

Частотные характеристики безынерционного звена
Апериодическое звено. АФХ этого звена определяется выражением

Логарифмические частотные характеристики типовых звеньев
Покажем технику построения ЛЧХ на примере двух динамических звеньев. Безынерционное звено. Логарифмируя частотную передаточную функцию (4.15) , найдем

Определение начальных условий
Под начальными условиями дина­мического процесса понимается его со­стояние в момент времени, принятый за начало процесса. Начальные усло­вия задаются совокупностью значений выходной координаты иссл

Понятие устойчивости
Под устойчивостью понимают способность системы самостоятельно приходить к установившемуся состоянию после приложения воздействия, которое вывело ее из состояния равновесия.

Устойчивость линейных систем
Свободное движение линейной системы описывается однородным дифференциальным уравнением . (6.1)

Методы определения устойчивости
Для того, чтобы система была устойчивой, должны выполняться определенные условия, которые называются условиями устойчивости. Все условия устойчивости разделяются на необходимые и достаточные

Критерии устойчивости
Все критерии устойчивости делятся на алгебраические и частотные. Если для работы с алгебраическими критериями необходимо иметь, по крайней мере, характеристическое ура

Запас устойчивости
Запас устойчивости – это количественная оценка, определяющая удаление расчетных параметров системы от зоны, опасной с точки зрения устойчивости. Формулировка запаса

Об устойчивости нелинейных систем
Рассмотренные выше вопросы устойчивости, строго говоря, справедливы только для линейных систем. Но почти все реальные системы являются нелинейными, и поэтому возникает вопрос — наск

Читать еще:  Виброплита своими руками с бензиновым двигателем от мотокосы

Показатели качества регулирования
Из предыдущей главы мы знаем, что автоматическая система, прежде всего, должна быть устойчивой. В устойчивой системе переходный процесс затухает, однако для практики вовсе не безразлично то, как эт

Косвенные методы оценки качества регулирования
Метод распределения корней.Этот метод дает возможность приближенно оценить характер переходного процесса по расположению корней относительно мнимой оси. В основу ме

Формирование динамических характеристик
Процесс проектирования автоматической системы можно условно разбить на два этапа. На первом этапе закладывается функциональная схема системы, выбираются ее элементы, задаются законы

Законы регулирования
Предположим, что в системе появилось рассогласование, то есть действительное значение регулируемой величины стало отличаться от заданного значения. Как должна реагировать система на эту ситуацию? Р

Коррекция характеристик АС
Понятие о коррекции. В автоматических системах, которые состоят только из основных функционально необходимых элементов, обычно не удается получить требуемые показат

Стабилизации
Расчет системы автоматического регулирования (САР) представляет собой задачу, имеющую, как правило, многозначное решение. Выбор оптимальной кон­фигурации САР зависит от требований, предъявляемых ка

Компоновка функциональной схемы
Выбор параметров объекта управления. Так как в техническом задании уже определен тип исполнительного двигателя, то остается только выбрать его каталожные данные и согласовать их с техническими данн

Статическая модель САР
Статическая модель описывает систему в установившемся режиме и по­этому используется для расчета параметров настройки ее элементов, при ко­торых будут обеспечены заданные в ТЗ параметры статических

Динамическая модель САР
В уравнениях динамической модели присутствует координата времени, и поэтому модель представляет собой систему дифференциально-алгебраичес­ких уравнений. Примечание. Так как решен

Анализ динамики САР
9.3.3.1. Динамические характеристики САР. Динамической характерис­тикой САР является функциональная зависимость между переменными моде­ли. Последовательность получения х

Заключение
В методических указаниях показаны основные принципы начального эта­па разработки автоматической системы. Это первичная компоновка схемы, оп­ределение параметров настройки и расчеты статических и ди

Библиографический список
1. В.А.. Бесекерский, Теория систем автоматического регулиро­вания. В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. – М. : Наука, 1975. — 457 с. 2.Куропаткин, П.В. Теория автоматического управления./ П.В.

Система скалярного управления АД с обратной связью по скорости.

Билет 12

Система Г-Д, регулирование скорости.

Система электропривода, в которой для питания цепи якоря двигателя постоянного тока используется отдельный электромашинный генератор, обеспечивающий возможность изменения ЭДС в широких пределах, называется системой генератор — двигатель или сокращенно Г — Д. Принципиальная схема системы Г — Д показана на рис. 2.1. Якорь двигателя Д, скорость которого необходимо регулировать, подключен непосредственно к зажимам якоря генератора Г. Последний приводится во вращение с помощью двигателя переменного тока ДГ, в качестве которого может быть «использован асинхронный или син­хронный двигатель.

Рис. 2.1.

Обмотки возбуждения двигателя и генератора получают питание от сети с неизменным напряжением UВ. В тех случаях, когда нет сети постоянного тока, для питания цепей возбуждения используется отдельный генератор-возбудитель В, который приводится во вращение двигателем ДГ основного генератора (рис. 2.2.). В ряде случаев обмотки возбуждения генератора и двигателя имеют отдельные источники питания.

Для э. д. с. генератора можно записать:

Из приведенного выражения следует, что для изменения Ег необходимо изменять поток возбуждения генератора Фг. Поток в свою очередь определяется намагничивающей силой fbг, создаваемой обмоткой возбуждения генератора, а значит, и током в этой обмотке IВГ Таким образом, для изменения Ер необходимо осуществлять изменение IВГ. С целью регулирования ЕГ в широких пределах необходимо, чтобы в цепи обмотки возбуждения генератора было предусмотрено устройство, обеспечивающее изменение IВГ от нуля до номинального значения. Кроме того, обычно бывает необходимо изменять полярность ЭДС генератора, что позволяет осуществить реверс двигателя Д, не прибегая к переключениям в цепи якорей. В связи с этим предусматривается возможность изменения направления тока в ОВГ. На рис. 2.1. показана простейшая схема включения ОВГ, в которой с помощью потенциометра RПВГ осуществляется регулирование тока возбуждения генератора от IВГ = 0 до UВГ.макс = UВ/RОВГ, а для изменения направления IВГ служит реверсивный контактный мостик, состоящий из контакторов В и Н.

Т.о. для регулирования скорости в системе Г-Д необходимо изменять величину тока возбуждения генератора, изменяя тем самым напряжение на зажимах якоря двигателя при номинальном токе возбуждения двигателя (первая зона). Либо для регулирования скорости вверх от номинальной необходимо при номинальном напряжении на якоре двигателя понижать, с помощью RПВД (рис. 2.1.) понижать ток в обмотке возбуждения двигателя ОВД.

Система скалярного управления АД с обратной связью по скорости.

Увеличение диапазона регулирования по скорости АД возможно за счет применения в системах управления электроприводом отрицательной обратной связи по скорости. Функциональная схема подобной системы дана на рис. 6.4.

Здесь, к каналам обратных связей по току АД, используется канал отрицательной обратной связи по скорости. Он включает в себя тахогенератор BV, как датчик обратной связи, узел суммирования å5 сигналов управления скоростью АД uу и обратной отрицательной связи по скорости uос , регулятор абсолютного скольжения А4, блок ограничения АQ его выходного сигнала uрс , а так же узел суммирования å4 сигнала uрс и результирующего сигнала uу1 с выхода сумматора å1.

По мере увеличения нагрузки на валу АД (моменты М1, М2 на рис. 6.5) за счет уменьшения скорости АД и, соответственно сигнала uос , увеличивается сигнал рассогласования ds = uуuос º w0.0 — w º sa , пропорциональный абсолютному скольжению двигателя.

Здесь: w0.0 — заданная скорость идеального холостого хода АД, соответствующая исходному сигналу управления uу ; w — реальная скорость АД при заданной нагрузке на его валу. При ds ¹ 0 сигнал uрс на выходе регулятора скольжения, суммируясь с сигналом uу1 = uу (при I1

При превышении максимально допустимого тока статора АД (при I1 ³ I1max и, соответственно, М ³ М max), регулятор скольжения должен быть исключен из работы, например ограничением его выходного сигнала uрс на уровне uрс.max (рис. 6.5, в). При этом вступают в работу отрицательные обратные связи по току статора с регулятором А3, обеспечивая за счет одновременного уменьшения частоты и напряжения статора АД до их минимальных значений f1min и U1min ограничение момента АД при w = 0 на уровне М max (линия 2 на рис. 6.5,а). При этом минимальная синхронная скорость двигателя w0.minбудет соответствовать значениям f1min и U1min , а механическая характеристика линии 3(рис. 6.5,а).

Устойчивость и динамические показатели качества регулирования скорости АД определяются выбором коэффициента пропорциональной и постоянной времени интегральной составляющих передаточных функций регуляторов А4 и А3.

Читать еще:  Возможные неисправности асинхронного двигателя и способы их устранения

Система регулирования частоты вращения вала дизеля

КУРСОВАЯ РАБОТА

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДИЗЕЛЯ»

«Математическое моделирование систем»

Задание на курсовую работу

1.1. Изучить систему автоматического регулирования частоты вращения (САРЧ) вала дизеля и описать ее работу.

1.2. Построить статические характеристики эффективной мощности дизеля при частичной топливоподаче 0,25×hн, 0,5×hн, 0,75×hн, hн.

1.3. Построить нагрузочную характеристику для заданного закона.

1.4. Определить динамические параметры комплекса “дизель — нагрузка”: дифференциальное уравнение, передаточную функцию, фактор устойчивости дизеля, постоянную времени дизеля и коэффициент усиления по положению топливорегулирующего органа. Перечисленные параметры определяются для указанных выше четырех режимов работы дизеля.

1.5. Определить динамические характеристики центробежного чувствительного элемента регулятора: дифференциальное уравнение, передаточную функцию, постоянные времени и коэффициент усиления.

1.6. Построить структурную схему системы регулирования частоты вращения вала дизеля с изодромным регулятором. Определить передаточную функцию системы и дифференциальное уравнение изодромного регулятора. Определить передаточную функцию замкнутой САРЧ и дифференциальное уравнение переходного процесса в системе.

1.7. Построить структурную схему САРЧ вала дизеля в программном комплексе MATLAB / Simulink.

1.8. Построить логарифмические частотные характеристики САРЧ вала дизеля для номинального режима, сделать вывод об устойчивости, определить запасы устойчивости.

1.9. Построить графики переходного процесса в САРЧ вала дизеля для номинального режима и определить качество регулирования.

КУРСОВАЯ РАБОТА

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДИЗЕЛЯ»

«Математическое моделирование систем»

Задание на курсовую работу

1.1. Изучить систему автоматического регулирования частоты вращения (САРЧ) вала дизеля и описать ее работу.

1.2. Построить статические характеристики эффективной мощности дизеля при частичной топливоподаче 0,25×hн, 0,5×hн, 0,75×hн, hн.

1.3. Построить нагрузочную характеристику для заданного закона.

1.4. Определить динамические параметры комплекса “дизель — нагрузка”: дифференциальное уравнение, передаточную функцию, фактор устойчивости дизеля, постоянную времени дизеля и коэффициент усиления по положению топливорегулирующего органа. Перечисленные параметры определяются для указанных выше четырех режимов работы дизеля.

1.5. Определить динамические характеристики центробежного чувствительного элемента регулятора: дифференциальное уравнение, передаточную функцию, постоянные времени и коэффициент усиления.

1.6. Построить структурную схему системы регулирования частоты вращения вала дизеля с изодромным регулятором. Определить передаточную функцию системы и дифференциальное уравнение изодромного регулятора. Определить передаточную функцию замкнутой САРЧ и дифференциальное уравнение переходного процесса в системе.

1.7. Построить структурную схему САРЧ вала дизеля в программном комплексе MATLAB / Simulink.

1.8. Построить логарифмические частотные характеристики САРЧ вала дизеля для номинального режима, сделать вывод об устойчивости, определить запасы устойчивости.

1.9. Построить графики переходного процесса в САРЧ вала дизеля для номинального режима и определить качество регулирования.

Система регулирования частоты вращения вала дизеля

Система автоматического регулирования частоты вращения вала дизеля (САРЧ) обеспечивает управление топливоподачей дизеля в зависимости от частоты вращения его вала с целью стабилизации частоты вращения независимо от нагрузки на валу. Исследуется система с универсально-статическим (изодромным) регулятором.

Схема системы приведена на рисунке 1. Подача топлива в цилиндры дизеля 1 осуществляется топливным насосом высокого давления (ТНВД) 2. Изменение цикловой подачи топлива происходит при перемещении h(t) рейки 3 ТНВД. Вал дизеля в каждый момент времени вращается с угловой скоростью w(t). Для контроля скорости вращения вала с ним соединен центробежный чувствительный элемент регулятора, который имеет подвижные грузы 8. При увеличении угловой скорости вала w(t) грузы 8 под действием возросшей центробежной силы расходятся, что приводит к перемещению z(t) тяги чувствительного элемента и к сжатию задающей пружины 6.

Перемещение рейки топливного насоса осуществляется гидравлическим сервомотором, в состав которого входит золотниковый гидрораспределитель 7 и гидроцилиндр двойного действия 4. Рабочая жидкость под давлением Po подается через золотниковый гидрораспределитель в гидроцилиндр. Изменение положения золотника гидрораспределителя 7 приводит к перепаду давления в полостях гидроцилиндра 4 и поршень последнего начинает перемещаться, перемещая, связанную с его штоком, рейку 3 ТНВД. Это перемещение будет происходить до тех пор, пока золотник гидрораспределителя 7 не вернется в нейтральное состояние за счет изменения угловой скорости вала и соответствующего этому изменению перемещению z(t) тяги центробежного чувствительного элемента.

В регуляторе имеется изодромная обратная связь, в которую входят рычаг обратной связи 5, изодромное устройство 10 с регулируемым дросселем 9 и пружина изодрома 11. Изодромное устройство 10 заполнено рабочей жидкостью. Задание угловой скорости вращения вала дизеля осуществляется изменением усилия задающей пружины 6.

Качество автоматического регулирования угловой скорости вала дизеля будет определяться качеством переходных процессов в системе регулирования и зависит от правильности настроек регулятора. Для исследования качества САРЧ вала дизеля необходимо построить функциональную схему системы (рис.2) и ее динамическую модель.

Рис. 2. Функциональная схема САРЧ вала дизеля:

Д – дизель (объект управления); Р – регулятор; ЧЭ – чувствительный элемент; wз(t), w(t) – заданная и текущая величина угловой скорости вала дизеля, соответственно; Dw(t) – ошибка управления; z(t) – положение муфты регулятора; h(t) – положение рейки ТНВД.

3. Дифференциальное уравнение комплекса «дизель — нагрузка»

Объектом управления в САРЧ является комплекс «дизель — нагрузка» и характеристики комплекса, в первую очередь, определяют динамику системы. Неустановившийся (динамический) режим дизеля описывается дифференциальным уравнением [1]:

, (1)

где J – приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся частей (коленчатый вал и присоединенные к нему движущиеся массы); w(t) – угловая скорость вращения вала; Me – эффективный вращающий момент на валу, Mc – момент сопротивления на валу; h – относительная координата положения топливорегулирующего органа; lр – характеристика нагрузки.

Это уравнение нелинейно. Для упрощения его линеаризируют, используя разложение нелинейных функций в ряд Тейлора и записывая в отклонениях

(2)

Обозначим:
– фактор устойчивости дизеля, Н×м×с;
— постоянная времени дизеля, с; wо — скорость в рабочей точке;
— коэффициент преобразования (усиления) дизеля по поло-жению топливорегулирующеего органа, с -1 ;
— коэффициент преобразования (усиления) по нагрузке;
где – мощность, Вт; w – угловая скорость, рад/с; M – момент, Н×м.

После подстановки введенных обозначений получим:

. (3)

Поскольку при регулировании частоты вращения вала дизеля входным воздействием является перемещение h(t) рейки ТНВД, то примем h(t) в качестве входного сигнала и перепишем уравнение в операторной записи, обозначив p = d/dt,

, (4)

где Tд – постоянная времени дизеля, с; Kh – коэффициент усиления дизеля по перемещению рейки ТНВД, с -1 ; w(t) – угловая скорость вращения вала дизеля, рад/с; h(t) – относительная величина перемещения рейки ТНВД.

Полученное уравнение описывает реакцию дизеля на перемещение рейки топливного насоса. Передаточная функция дизеля

, (5)

следовательно, дизель обладает инерционными свойствами и описан типовым инерционным (апериодическим) структурным звеном.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector