T1 Badania symulacyjne zamkniętego układu sterowania silnikiem

T1
Badania symulacyjne zamkniętego układu sterowania silnikiem
obcowzbudnym prądu stałego
Badanie prowadzone są w oparciu o program symulacyjny Tcad. W programie tym
zamodelowano silnik prądu stałego wraz z obciążeniem oraz sterowany, 6-pulsowy
prostownik tyrystorowy, którego zadaniem jest generowanie odpowiedniej wartości napięcia
zasilającego obwód twornika silnika. Wartość napięcia zasilającego silnik wyznaczona jest w
kaskadowym układzie sterowania z nadrzędnym regulatorem prędkości oraz podrzędnym
regulatorem prądu.
Podstawy obsługi programu symulacyjnego Tcad
- wczytanie topologii badanego układu
Menu: Schemat ® Otwórz ® nazwa.sch
- ustawienie parametrów symulacji (czas symulacji, krok całkowania itp.):
Menu: Edycja® ....Parametrów Symulacji
- Edycja parametrów bloków tworzących topologię badanego układu:
Dwukrotne kliknięcie lewym klawiszem myszki na wybranym elemencie
otwiera okienko edycji jego parametrów.
-Rejestracja przebiegów na ekranie /na dysku:
Dwukrotne kliknięcie lewym klawiszem myszki na wybranym elemencie
pomiarowym otwiera okienko edycji, w którym można wybrać parametry rejestracji.
Topologia układu przekształtnikowego
Opis:
1) Uproszczony model sieci zasilającej trójfazowej
2) Sterowany prostownik tyrystorowy. Tyrystory są załączane impulsami generowanymi w
bloku sterownika 3)
3) Sterownik tyrystorowy – układ generujący impulsy załączające poszczególne tyrystory
prostownika.. Zmienną sterującą jest kąt załączenia - kąt opóźnienia impulsów tyrystorowych
względem chwili synchronizacji z siecią zasilającą
4) Dławik – pełni rolę elementu wygładzającego tętnienia prądu płynącego przez twornik
silnika
5) Model silnika obcowzbudnego (Obwód wzbudzenia zasilony jest z niesterowalnego źródła
napięcia). Blok
modeluje skokową zmianę momentu obciążającego wał maszyny
6) Blok pomiarowy – pomiar napięć sieci - synchronizacja kątów załączenia tyrystorów
prostownika z siecią zasilającą
7) Blok pomiarowy – pomiar prądu twornika oraz prędkości obrotowej. Zmienne te są
wykorzystane w zamkniętym, kaskadowym układzie sterowania prędkością silnika.
8) Kaskadowy układ sterowania prędkością maszyny. Układ składa się z nadrzędnego
regulatora PI prędkości oraz podrzędnego regulatora PI prądu. Zmienną wyjściową regulatora
jest zadana wartość prądu twornika silnika prądu stałego. UWAGA – PRĄD OBWODU
TWORNIKA JEST PROPORCJONALNY DO MOMENTU GENEROWANEGO PRZEZ
MASZYNĘ!!!
Zmienną wyjściową regulatora podrzędnego (regulatora prądu twornika) jest zadana wartość
napięcia zasilającego obwód twornika (napięcia generowanego w układzie prostownika
sterowanego).
UWAGA!!! – Należy zwrócić uwagę na ograniczenia zmiennych wyjściowych obu
regulatorów. Ograniczenie zmiennej wyjściowej z regulatora prędkości ogranicza wartość
zadaną prądu twornika a nie wartość prędkości. Podobnie, ograniczenie zmiennej wyjściowej
w regulatorze prądu – ogranicza wartość napięcia zasilającego maszynę a nie wartość prądu
płynącego przez jej uzwojenia.
9) Zadaniem bloku 9) jest przeliczenie zmiennej wyjściowej z regulatora prądu (napięcie w
V) na kąt opóźnienia załączenia tyrystorów prostownika tyrystorowego.
Program ćwiczenia
1. Zapoznać się z obsługą programu.
2. Zapoznać się z topologią i parametrami badanego układu (plik STALY.sch);
3. Dobrać empirycznie nastawy regulatorów i filtru wejściowego do zadanych wymagań.
Szczególną uwagę zwrócić na ograniczenia regulatorów.
4. Dla dobranych nastaw zarejestrować przebiegi (prąd twornika i prędkość kątowa oraz
przebieg zmiennych wyjściowych z regulatorów prędkości i prądu) przy rozruchu silnika do
zadanej wartości prędkości dla dwóch różnych wartości momentu obciążenia. Określić
parametry rozruchu.
5. Dla dobranych nastaw regulatorów oraz przy zmniejszonych (np. o połowę) wartościach
ograniczenia poszczególnych regulatorów (każda rejestracja przy zmianie wartości
ograniczenia zmiennej wyjściowej tylko w jednym z regulatorów) zarejestrować przebiegi
(prąd twornika i prędkość kątowa oraz przebieg zmiennych wyjściowych z regulatorów
prędkości i prądu) przy rozruchu silnika i hamowaniu silnika. Wartości prędkości zadanej w
czasie rozruchu przyjąć takie same jak dla punktu 4. Określić parametry rozruchu. Porównać
je z parametrami określonymi w punkcie 4.
6. Zarejestrować powyższe przebiegi przy zmniejszaniu prędkości silnika dla dwóch różnych
wartości momentu obciążającego jego wał. Przyjąć wartości ograniczeń zmiennych
wyjściowych regulatorów takie jak w punkcie 4.
7. Zarejestrować powyższe przebiegi przy skokowej zmianie momentu obciążenia (obciążenie
i odciążenie maszyny). Określić parametry procesu przejściowego, zwrócić uwagę na uchyb
ustalony. Dokonać analizy działania kaskadowego układu sterowania silnikiem prądu stałego
8. Poprzez zmianę wartości momentu oporowego doprowadzić sytuacji, w której kaskadowy
układ regulacji będzie pracował w trybie sterowania wartością prądu (momentu
elektromagnetycznego). W trybie tym wartość wyjściowa z regulatora prędkości równa jest
wartości ograniczenia tego regulatora (regulator nie reaguje na uchyb wejściowy).
Zarejestrować przebiegi zmiennej wyjściowej z regulatora prądu i prędkości oraz przebiegi
prądu i napięcia przekształtnika przy odciążeniu maszyny dla dwóch różnych wartości
ograniczenia zmiennej wyjściowej w regulatorze prędkości. Uwaga – przyjąć wartość
momentu, która doprowadzi do nasycenia regulatora prędkości dla obu zadanych wartości
ograniczenia.
9. Zarejestrować przebiegi: prądu twornika, napięcia twornika oraz napięcia i prądu
zasilającego przekształtnik w stanie ustalonym napędu; dokonać analizy harmonicznych
wybranych wielkości.
10. Zbadać wpływ podanego parametru na działanie układu oraz przebiegi zmiennych
elektrycznych: momentu bezwładności (zmiana momentu bezwładności w bloku zadajnika
momentu oporowego), dławika wygładzającego, dławika komutacyjnego