Разработка технического предложения о возможности реализации системы электропривода по требованиям технического задания. Расчет параметров и выбор наиболее подходящего двигателя постоянного тока (ДПТ), выбор и моделирование способа управления ДПТ, анализ результатов моделирования, страница 2

Таблица 3

Исходя из технических характеристик рассчитана номинальная частота вращения ДПТ, рад/с

Таким образом, выбранный двигатель будет удовлетворять требованию минимальной частоте вращения вала.

3. Построение диаграмм токов и моментов при пуске, торможении и установившемся движении

Момент пуска и торможения примем .

Время торможения для каждого момента времени рассчитывается по следующим формулам(1) и (2)::

, где , - статический момент трения; - момент инерции якоря, .

, где  – пусковой момент двигателя.

Результаты расчетов приведены в табл. 4

Таблица 4

Момент при пуске двигателя: ,

Момент при торможении двигателя: ,

Момент при установившемся движении: .

Рис. 2. Диаграмма пусковых и тормозных моментов на двигателе

Ток якоря и вращающий момент связаны соотношением , следовательно:

Рис. 3. Диаграмма пусковых и тормозных токов якоря

4. Оценка тепловой нагрузки машины

Оценка тепловой нагрузки производится методом эквивалентного момента:

Условие  выполняется, следовательно, двигатель не будет перегреваться.

5. Выбор способа управления частотой вращения двигателя

В качестве канала управления частотой вращения выберем якорное регулирование при котором можно менять напряжение на якоре.

U_я= var

Увеличение величины U_я недопустимо.

U_я <= U_я.н

U_я1>U_я2>U_я3>U_я4, следовательно при одном и том же моменте, частота вращения двигателя меняется при изменения напряжения на якоре. Это самый эффективный способ управления частотой вращения, он чаще всего применяется на практике.

Для управления частотой вращения ДПТ можно использовать следующие системы: генератор–двигатель (Г–Д), электромашинный усилитель–двигатель (ЭМУ–Д), магнитный усилитель–двигатель (МУ–Д), управляемый выпрямитель–двигатель (УВ–Д), широтно-импульсный преобразователь–двигатель (ШИП–Д).

Импульсное управление ДПТ с помощью ШИП на транзисторных ключах позволяет создавать системы управления, не уступающие по точности и диапазону регулирования системам Г–Д, ЭМУ–Д, МУ–Д, а по экономичности и массогабаритным показателям намного превосходящие их . Система ШИП–Д обладает близкими с системой УВ-Д показателями.

Систему ШИП–Д с транзисторными ключами целесообразно применять при мощности двигателя несколько сотен ватт. Большая мощность системы может быть достигнута применением ключей на тиристорах подобно системе УВ–Д. При этом система УВ–Д используется при питании от сети переменного тока, а система ШИП–Д – при питании от сети постоянного тока. Необходимо отметить, что применение тиристоров в качестве полупроводниковых элементов ШИП системы ШИП–Д требует введения устройств, предназначенных для принудительного запирания тиристора в требуемый момент размыкания ключа, что несколько усложняет техническую реализацию системы.

Учитывая, что мощность выбранного ДПТ около 100 Вт, а также указанные выше преимущества системы ШИП–Д, можно сделать вывод, что при построении системы стабилизации скорости ДПТ является целесообразным использование системы ШИП–Д с транзисторными ключами.

Импульсное управление двигателем основано на том свойстве полупроводниковых элементов, что в ключевом режиме работы этих элементов время перехода от закрытого состояния в открытое и обратно происходит за микросекунды. Управление осуществляется по якорной цепи. При этом за время включенного состояния от источника к двигателю происходит передача энергии, часть которой передается через вал двигателя к нагрузке, другая часть накапливается в виде электромагнитной энергии. За счет накопленной энергии двигатель продолжает развивать момент на валу в течение отключенного состояния.