5. Лабораторная работа № 5 Моделирование электропривода ваерной лебедки стм "Атлантик-333"

Цель работы: Изучение системы автоматического управления электропривода ваерной лебедки СТМ по системе Г-Д с тиристорными возбудителями и овладение методикой имитационного моделирования режимов работы.

Общие сведения

Ваерной лебедкой типа 2x1 KLW 90 (производства фирмы "Шиффсэлектроник") оснащаются суда проекта "Атлантик-333". Эти суда предназначены для лова рыбы, а также ее разделки и заморозки.

Характеристика ваерной лебедки:
Тип лебедки	2x1 KLW 90
Тяговое усилие на ваере, кН	90
Скорость, м/с
– выборки ваера	1.4
– травление ваера	3. 0
Передаточное отношение редуктора между электродвигателем и барабаном	36
КПД передачи	0. 825
Длина ваера, м	2200
Диаметр:
– ваера, мм	26. 5
– барабана лебедки, мм	510
– реборд барабана, мм	1700
Длина барабана между ребордами, мм	1740
Емкость барабана, м	5200
Число слоев ваера на барабане	25
Максимальное удерживаемое усилие при тралении, кН	210
Разрывное усилие, кН	600

Системы электроприводов ваерных лебедок 2x1 KLW 90, сейнерной лебедки ISW 140 и поперечного подруливающего устройства 1 QRF 130 построены по принципу систем неизменного тока генератор-двигатель и состоят из валогенератора и приводного двигателя.

Валогенератор постоянного тока типа GGASР 0609-1000
номинальной мощности, кВт			322
номинальным током, А			700
номинальным напряжением, В			460
Приводной двигатель типа GMFSР 0314-760
номинальной мощностью, кВт			143
номинальным напряжением, В	230
номинальным током, А			700
номинальным числом оборотов, об/мин			760
диапазоном регулирования числа оборотов, об/мин			1002000
максимальным вращающим моментом, Нм			1797

Электродвигатели оснащены электромагнитным тормозом типа BZF 250 V1. Для регулирования тока генератора и числа оборотов электродвигателя применяются выпрямители тока возбуждения типа СТОСО-033 DGK 400/40. Питание установки осуществляется от главного распределительного щита переменным напряжением 380В, а также используется 220В для питания контакторов, 42В -для реле, 24В и ±15В – для систем регулирования и сигнализации. Функциональная схема изображена на рис. 5.1.

Каждый из барабанов траловой лебедки приводится во вращение отдельным электродвигателем М1 и М2. Якоря обоих электродвигателей включены последовательно и питаются от общего генератора G1. При всех режимах работы лебедки величина и направление тока главной цепи (тока якоря) остается неизменным.

Для принципа стабильного (неизменного тока), выбранного для данной установки, регулировка тока якоря и скоростей (числа оборотов) осуществляется через панели

Рис 5.1 – Функциональная схема электроприводалебедки 2*1 3KLW 90

соответствующих машин. В качестве исполнительных элементов применяются управляемые выпрямители, выполненные по схеме со встречным соединением.

Применяемый принцип регулирования обуславливает, независимо от нагрузки и числа оборотов соответствующих приводных двигателей в цепи якоря, протекание стабильного тока через якорь, равного 700 А. Здесь выбрано каскадное регулирование, т. е. цепь регулирования тока возбуждения подчиняется цепи регулирования тока якоря. Заданный якорный ток сравнивается с фактическим значением якорного тока. У регулятора якорного тока, как и у регулятора тока возбуждения используется изодромная характеристика.

Регулировка числа оборотов осуществляется через обмотку возбуждения соответствующего двигателя с помощью управляемого выпрямителя, выполненного на схеме со встречным соединением.

Здесь также выбрано каскадное регулирование, т. е. цепь регулирования тока возбуждения подчиняется цепи регулирования числа оборотов.

Заданное значение скорости, установленное на соответствующем командоконтролере в пульте управления, через интегральный каскад подается на регулятор скорости вращения, где оно сравнивается с фактическим значением числа оборотов. Фактическое значение числа оборотов снимается с тахогенератора, присоединенного непосредственно к приводному двигателю.

Выход регулятора числа оборотов ограничивается и подводится к подчиненной цепи регулирования тока возбуждения. Ограничением гарантируется, что определенный ток возбуждения не превышается. Для приводов, работающих на стабильном токе, это означает, что этим одновременно ограничивается и момент двигателя. Оба регулятора имеет изодромную характеристику.

При достижении номинального напряжения у машин через электронный пороговый выключатель часть напряжения якоря по обратной связи подается на интегратор заданного значения (вычитание из заданного значения числа оборотов), что при одновременном понижении числа оборотов мощность поддерживается постоянной.

Полученное по обратной связи напряжение якоря для гальванического разъединителя подается на разъединитель потенциала.

Характеристики двигателя GMFSР 0314-760

Номинальное напряжение, Uн, В	230
Номинальный ток, Iн, А	700
Номинальная мощность, Рн, кВт	143
Номинальное число оборотов, nн, об/мин	760
Максимальная частота вращения, nmax, об/мин	2000
Номинальная Э. Д. С, Eн, В	216
КПД, %	0. 904
Номинальный поток, Тл, Фн	0. 04130
Сопротивление якоря, Rя Ом	0. 00722
Сопротивление компенсационной обмотки, Rко, Ом	0. 00370
Сопротивление добавочных полюсов, Rдп, Ом	0. 00201
Число пар полюсов, 2р	6
Число проводников, N	8
Число параллельных ветвей, а	2
Напряжение возбуждения, Uв, В	110
Ток возбуждения, Iв, А	40
Число витков обмотки возбуждения, Wов	320
Индуктивность обмотки возбуждения, Lв, Гн	4. 34
Маховый момент, GD2, кг/м2	40

Рассмотрим якорную цепь двигателя постоянного тока. Уравнение якорной цепи имеет вид:

U_я = С_е·Ф_я·n+L_яц·dI/dt+R_яц·I (5.1)

где U_я -напряжение, подаваемое на якорь двигателя, В; С_е -конструктивный коэффициент пропорциональности; Ф_я -магнитный поток, Вб; n -скорость вращения якоря, об/мин; L_яц-индуктивность якорной цепи электропривода, Гн; i -ток якоря ДПТ, А; R_яц - активное сопротивление якорной цепи электропривода, Ом.

Сопротивление якорной цепи рассчитываем по формуле:

R_яц = 2·1,2·(R_я+R_дп+R_коя) (5.2)

где R_я – активное сопротивление якоря, Ом; R_дп – активное сопротивление дополнительных полюсов машины, Ом; R_коя – сопротивление компенсационной обмотки, Ом.

Индуктивность якорной цепи определяется следующим образом:

(5.3)

где Lя -индуктивность якоря, Гн, которая определяется по формуле:

(5.4)

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи:

(5.5)

Далее преобразуем уравнение (5.1), тогда с учетом генератора уравнение имеет вид:

(5.6)

где

(5.7)

(5.8)

(5.9)

(5.10)

Уравнение движения имеет вид:

(5.11)

где GD² - маховый момент электропривода, приведенный к валу двигателя, кгм2; М_с - момент сопротивления на валу ДПТ, кгм; С_м - конструктивный коэффициент пропорциональности.

Далее преобразуем уравнение (5.11). Пусть постоянная Тм, называемая механической постоянной времени, равна по определению

(5.12)

Тогда получим следующее:

(5.13)

(5.14)

где (5.15)

В результате получим два уравнения:

, (5.16)

Цепь возбуждения двигателя может быть описана следующими уравнениями:

(5.17)

где U_в – напряжение возбуждения, В; R_в – активное сопротивление цепи возбуждения, Ом; i_в – ток возбуждения, А; L_в – индуктивность цепи возбуждения, Гн.

Индуктивность цепи возбуждения определяется по формуле:

(5.18)

(5.19)

где  – коэффициент, учитывающий рассеяние;  – коэффициент рассеяния (1,121,18), W_ов – количество витков обмотки возбуждения, Ф/i – переменный коэффициент, зависящий от кривой намагничивания и определяющийся графическим путем.

Сопротивление обмотки возбуждения:

(5.20)

Электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения Тв:

(5.21)

Таким образом для цепи возбуждения:

(5.22)

Статический вентильный преобразователь в общем случае можно представить в виде апериодического и запаздывающего звеньев. В операторной форме уравнение имеют вид:

(5.23)

где Е_тп – напряжение на выходе тиристорного преобразователя, В; Т – постоянная времени системы фазового управления, сек; Ктп – коэффициент усиления преобразователя; U_у – напряжение управления тиристорным преобразователем, В;  – время запаздывания,  = 1/(f(m)) сек, f – частота сети, m – пульсность преобразователя.

Заменяем е^-р первым членом разложения в ряд 1/(1+р) и подставляем его в уравнение (5.23). Проведя дальнейшие преобразования и упрощения получаем уравнение:

(5.24)

где Т_ – постоянная времени (0,005 - 0,01) с. Примем Т_ = 0.01 с

Передаточная функция регулятора тока, имеющего ПИ закон регулирования имеет вид в относительных единицах:

(5.25)

при времени переходного процесса t₁ = 4.7Т_ и перерегулировании  = 4.39 %.

Периодическая функция регулятора скорости с ПИ-законом регулирования имеет вид в относительных единицах:

(5.26)

Составим структурную схему для моделирования (рис 5.2) на основе уравнений объектов управления:

(5.27)

Конструктивные коэффициенты С_ед, С_ег и С_м можно найти из уравнения электрического равновесия.

Коэффициенты усиления тиристорных преобразователей:

К_тп1 = 110/6.4 = 17.18

К_тп2 = 110/12 = 9.167

Коэффициент тахогенератора:

К_тг = 12/760 = 0.0158

Коэффициент датчика тока:

К_дт = 6.4/700 = 0.009

Коэффициент датчика тока возбуждения:

К_дтв1 = 6.4/110 = 0.058

К_дтв2 = 12/110 = 0.109

Задание на исследование

1. Изучить работу системы автоматического управления электроприводом.

2. Подготовить структурную схему к форме удобной к моделированию контура тока и контура скорости с расчетом параметров элементов системы.

3. Промоделировать электропривод в основных режимах (пуск, выборка, травление ваеров).

4. Оценить влияние узла ограничения мощности.