Математическое описание САУ траловой лебедки.

Уравнение якорной цепи:

U_{я =} C_eФn+L_яцdI/dt+R_яцI, (4.1)

где

R_{яц =} R_я+R_дп+R_р (4.2)

L_яц = L_я+L_р (4.3)

(4.4)

Электромагнитная постоянная времени:

Т_{я =} L_яц/R_яц (4.5)

Уравнение движения:

, (4.6)

где общий маховый момент двигателя и трала

GD^{2 =} GD_д²+GD_тр² = 200+486,3 = 686,3 Н·м² , (4.7)

где GDтр² = 4G(v/2pn)² (4.8)

Механическая постоянная времени:

(4.9)

При расчете систем регулирования скорости воздействия на возбуждение двигателя удобно пользоваться структурной схемой, показанной на рис. 4.4.

При определении постоянной времени обмотки возбуждения используется формула:

Т_в=L_в/R_в, (4.10)

где,

L_в=2рxW_ов´(DФ_н/DI_в)

гдеx – коэффициент, учитывающий рассеяние:

x=1+(0.5/0.7)´(s-1) (4.11)

где s-коэффициент рассеяния (1,12-1,18)

I_в = U_в/R_в (4.12)

К_в = Ф_н/I_вн (4.13)

Постоянная времени вихревых токов

Т_вт = (0.2 ¸ 0.3)Т_в (4.14)

Передаточная функция тиристорного преобразователя как звена системы автоматического управления имеет вид

W_тп(р)=Е_тп(р)/U_y(р) » К_вп/(Т_mр+1) (4.15)

где Т_m=(0,003-0,004) с – постоянная времени, учитывающая запаздывание системы управления и самого преобразователя.

Для силового преобразователя коэффициенты усиления:

К_вп = Е_тп/U_y (4.16)

Для регулятора тока, имеющего ПИ закон регулирования, который выбирается из условия "технического оптимума" систем подчиненного регулирования и имеет вид:

W_рт(р) = R_яц(Т_яр+1)/(К_впК_татТ_mр), (4.17)

где коэффициент передачи датчика тока при максимальном рабочем токе

К_т = К_шя´К_дтя = 10/(К_рп´I_н), (4.18)

где К_рп - коэффициент максимальной перегрузки, а_т = 2 – отношение постоянной времени интегрирования контура тока к некомпенсированной постоянной времени.

Передаточная функция регулятора скорости имеет ПИ закон регулирования, что соответствует двукратной интегрирующей системе

W_рс(р)=(р×b_c×a_c×T_т+1)´Т_м/(р×b_с×а_с²×Т_т²) (4.19)

При этом на входе устанавливается фильтр с передаточной функцией

W_ф(р)=(рb_ca_cT_т+1)^-1,

где T_т = 2Т_m = 2´0,003 = 0,006 с; a_c = b_c = 2, К_с = U_3Cmax/n_max

Передаточная функция регулятора скорости для П-закона регулирования:

W_рс(р) = (T_м/а_с×Т_т)´(К_т×С_е×Ф)/(К_с×R_яц) (4.20)

Передаточная функция регулятора тока возбуждения имеет вид

W_ртв(р) = R_в[(Т_во+Т_вт)р+1]/(Т_вт×р×К_тпв×К_тв) (4.21)

где К_тв - коэффициент передачи датчика тока возбуждения, К_тв = U_{ЗАД.ТВmax}/I_вн, К_тпв – коэффициент усиления тиристорного преобразователя цепи возбуждения:

К_тпв = Е_ТПВmax/U_ymax

Т_тв – постоянная времени интегрирования контура тока возбуждения:

Т_тв = 2Тm

Передаточная функция регулятора ЭДС принимается обычно И законом регулирования, так как переходные процессы в контуре регулирования соизмеримы со скоростью изменения частоты вращения двигателя:

W_Рэдс = 1/(р×а_эТ_тв(К_вК_э/К_т)n₀) (4.22)

Структурная схема САУ траловой лебедки БАТ СП пр. В-400 приведена на рис. 4.5.

Задание на исследование:

1. Изучить работу системы автоматического управления тиристорным электроприводом траловой лебедки БАТ СП пр. В-400, построенную по принципу систем подчиненного регулирования параметров.

2. Рассчитать параметры регуляторов токов якоря возбуждения скорости и ЭДС с различными законами регулирования.

3. Исследовать влияние параметров настройки регуляторов на качество переходных процессов при их отклонения.

4. Составить модель регулируемого токоограничения и исследовать его влияние на работу системы.

5. Исследовать влияние задатчика интенсивности на работу системы при различных параметрах его настройки.

6. Предложить электронную схему реализации законов регулирования.

7. Проанализировать кривые переходных процессов, полученных при моделировании.

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
Скорость, м/с
– выборки ваера	1.4
– травление ваера	3. 0
Передаточное отношение редуктора между электродвигателем и барабаном
КПД передачи	0. 825
Длина ваера, м
Диаметр:
– ваера, мм	26. 5
– барабана лебедки, мм
– реборд барабана, мм
Длина барабана между ребордами, мм
Емкость барабана, м
Число слоев ваера на барабане
Максимальное удерживаемое усилие при тралении, кН
Разрывное усилие, кН

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
номинальным током, А
номинальным напряжением, В
Приводной двигатель типа GMFSР 0314-760
номинальной мощностью, кВт
номинальным напряжением, В
номинальным током, А
номинальным числом оборотов, об/мин
диапазоном регулирования числа оборотов, об/мин	100¸2000
максимальным вращающим моментом, Нм

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
Номинальный ток, Iн, А
Номинальная мощность, Рн, кВт
Номинальное число оборотов, nн, об/мин
Максимальная частота вращения, nmax, об/мин
Номинальная Э. Д. С, Eн, В
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
Число проводников, N
Число параллельных ветвей, а
Напряжение возбуждения, Uв, В
Ток возбуждения, Iв, А
Число витков обмотки возбуждения, Wов
Индуктивность обмотки возбуждения, Lв, Гн	4. 34
Маховый момент, GD2, кг/м2

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 x – коэффициент, учитывающий рассеяние; s – коэффициент рассеяния (1,12¸1,18), W_ов – количество витков обмотки возбуждения, DФ/Di – 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; Тm – постоянная времени системы фазового управления, сек; Ктп – коэффициент усиления преобразователя; U_у – напряжение управления тиристорным преобразователем, В; t – время запаздывания, t = 1/(f(m)) сек, f – частота сети, m – пульсность преобразователя.

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

(5.24)

где Т_m – постоянная времени (0,005 - 0,01) с. Примем Т_m = 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_m и перерегулировании s = 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.

6. Лабораторная работа № 6.
Моделирование тиристорного электропривода ваерной лебедки
РТМСК "Атлантик 488"

Цель работы : Изучение системы автоматического управления тиристорного электропривода ваерной лебедки и овладение методикой имитационного моделирования режимов работы

Общие сведения: Ваерные лебедки типа 1T W 480 РТМС "Атлантика 488" состоит из следующих узлов: барабан с опорой, насаживаемая передача с тормозом, двигатель с тормозом и охлаждением, наматывающее приспособление с приводом.

Привод лебедки осуществляется двигателем постоянного тока типа GMRSO 0814-430. Оба привода лебедок питаются от отдельных валогенераторов трехфазного тока. В случае выхода из строя одного валогенератора электропитание лебедок осуществляется от судовой сети.

Управление лебедок осуществляется от пульта управления или с промысловой рубки, которые расположены в помещении обслуживания лебедок либо на мостике.

Установка измерения длины ваера программируется и обслуживается с пульта управления. Сигналы тягового усилия обрабатываются в электронном блоке.