Система регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока, страница 2

2.3 Тиристорный преобразователь

Широкое применение получили устройства с использованием тиристоров в качестве регуляторов. Если использовать для управления тиристором магнитный усилитель, то изменяя ток управления усилителя, можно изменять угол насыщения магнитопровода и момент появления напряжения на нагрузке, которое открывает тиристор. Таким образом, можно получать широтно-импульсное регулирование тока в нагрузке. Тиристор в схеме (рисунок 2) является управляемым выпрямителем. Управление тиристором производится напряжением, создаваемым на резисторе R_н током нагрузки магнитного усилителя (МУС). Магнитодвижущая сила обмотки смещения w_см выбирается такой, чтобы при токе управления МУС, равным нулю, ток нагрузки через резистор R_н был минимальным. Диод  Д₂  служит для того, чтобы тиристор Т не открывался током холостого хода МУС (напряжение холостого хода на резисторе R_н меньше порогового напряжения диода Д₂). При подаче тока управления в МУС напряжение, создаваемого на резисторе R_н, открывает тиристор, через двигатель протекает ток i_a. Из-за наличия индуктивности цепи якоря тиристор закрывается не в нуле напряжения, а в момент t₂, когда ток становится равным нулю. Регулируя ток управления МУС, можно менять угол открытия тиристора a и средний ток, протекающий через якорь.

 

Рисунок 2 - Тиристорная схема управления ДПТ

Выбираем усилитель с широкоимпульсным управлением, с предварительным коэффициентом усиления k_у=1. Определим постоянную времени тиристорного преобразователя Т_ф :

                                                     (3)

где f=50 Гц – промышленная частота.

 Мощность двигателя велика, поэтому выбираем тиристорный усилитель со следующей передаточной функцией:

                                                     (4)

2.4 Двигатель

Выбирая двигатель  постоянного тока, будем исходить из следующих соображений. В техническом задании указана частота вращения. Поскольку она невелика, мы можем выбрать микродвигатель, предназначенный для преобразования электрического сигнала в угол поворота или частоту вращения вала. В настоящее время наибольшее распространение получили асинхронные двухфазные двигатели, двигатели постоянного тока с независимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов, шаговые двигатели.

Выбираем двигатель постоянного тока  2ПО132LУХЛ4 [3, 358]:

  - полезная мощность, P_{p ном}……………...……………………………0,37 кВт;

  - частота вращения вала………………………………………………100 об/мин;

  - напряжение питания, U_ном……..…………...………………………..110 B;

  - ток питания, I _ном………………………..……………………………4,2 A;

  - сопротивление обмотки якоря R _a………….....…………………….1,46 Ом;

  - отношение массы двигателя к его полезной мощности,  g*.……..34 г/Вт;

  - КПД, h……..……………………………………………………..…..71 %;

  - номинальный момент М_ном…………………...………………….….3,6 Н×м;

  - динамический момент нагрузки J_н………..………………………...22 кг×м²; 

  - момент инерции вращающихся масс двигателя, J_д………..………135×10^-4кг×м;

           Допустим, что:

 - частота вращения нагрузки W_н………………………………………..2,1 рад/с;

 - ускорение нагрузки E_н…………………………………………………2,8 рад/с²;

 - номинальный момент нагрузки М_н………………………………..…….17 Н×м.

Требования, предъявляемые к двигателям, вытекают из специфических условий работы двигателей в устройствах автоматики. Основные из них: высокое быстродействие (малая инерционность); возможность регулирования частоты вращения двигателя в широком диапазоне, отсутствие самопроизвольного вращения (самохода) при отсутствии управляющего сигнала; высокая линейность регулировочных и механических характеристик; малый момент трения (малое напряжение трогания). Немаловажными для двигателей  являются и такие параметры, как пусковой момент, габариты, масса, мощность управления; КПД и cos j имеют второстепенное значение. Когда требуется строго постоянная частота вращения,  используют  синхронные  двигатели.

Рассчитаем передаточную функцию:

Определим необходимую мощность двигателя:

;                   (5)

Проверим подбор двигателя:

                                           (6)

                                                                     (7)

                                                          (8)

Поскольку , то двигатель проходит по скорости.

                                                                                                                       (10)

Поскольку , то двигатель проходит по моменту.

Проведем расчет статических характеристик. Находим коэффициент противо-ЭДС С_е и коэффициент момента С_м:

                                      (11)

                                                                  (12)

Определяем коэффициент демфирования F:

                                           (13)

Определяем момент инерции:

                                      (14)

Определяем механическую постоянную времени двигателя:

                                                                                                      (15)

Определяем коэффициент усиления двигателя k_д:

                                                                                (16)

Таким образом, передаточная функция двигателя постоянного тока будет  иметь  следующий  вид:

                                      (17)

2.5 Тахогенератор

Тахогенераторами называют электрические микромашины, предназначенные для преобразования угловой скорости контролируемого вала  в  электрический  сигнал.

Тахогенераторы постоянного тока имеют ряд преимуществ: выходной сигнал на постоянном токе позволяет создавать простую схему управления; при изменении направления вращения меняет полярность сигнала, что является дополнительной информацией для схемы управления; небольшие габариты  и масса,  проще схема  компенсации  температурной  погрешности.