Выбор и обоснование способа управления двигателем постоянного тока. Разработка функциональной схемы управления двигателем

1 Введение

2 Назначение и область применения разрабатываемого изделия

2.1 По заданным числовым значениям тахограммы и момента нагрузки сделать предварительный выбор типа и мощности двигателя постоянного тока. При необходимости применить редуктор с КПД, равным 0,75. Принять значение момента торможения равным трём значениям момента нагрузки. Выбрать и обосновать способ управления двигателем. Разработать функциональную схему управления двигателем.

3 Технические характеристики

3.1 Значения длительности временных интервалов  и соответствующие им значения угловой скорости вращения приведены в Таблица 3.1.

Таблица 3.1 – Значения продолжительности временных интервалов и угловой скорости вращения

3.2 Длительность паузы  между временными интервалами – 1,5 с.

Рисунок 3.1 – Тахограмма ДПТ

3.3 Момент нагрузки  – момент сухого трения, равен .

3.4 Длительность цикла, с:

.                                           (1)

Цикл повторяется многократно.

3.5 В качестве номинальной примем максимальную угловую скорость вращения , равную 150 рад/с.

3.6 В качестве исполнительного используем двигатель постоянного тока СЛ-571К.

Основные технические данные двигателя СЛ-571К:

номинальное напряжение, В................................................................ 24;

номинальная мощность, Вт................................................................. 95;

номинальный ток якоря, А.................................................................... 7;

номинальная частота вращения, рад/с.............................................. 230;

номинальный вращающий момент, ........................................ 0,42;

момент инерции якоря, ................................................... 0,00027;

пусковой момент, .................................................................... 0,75;

статический момент трения, ................................................. 0,035;

сопротивление обмотки возбуждения, Ом......................................... 29;

сопротивление обмотки якоря, Ом.................................................. 0,31;

коэффициент самоиндукции якоря....................................................... 2.

3.7 Пусковой момент  – . Момент торможения, :

.                                           (2)

Установившееся значение момента, :

,                                         (3) где  – статический момент трения, .

Рисунок 3.2 – Временная диаграмма динамического момента

3.8 Электромагнитный коэффициент, Вб/рад:

,                                                (4)

где M_ном – номинальный момент, ;

I_{я ном} – номинальный ток якоря, А.

Ток пуска, А:

.                                              (5)

Ток торможения, А:

.                                             (6)

Установившееся значение тока, А:

.                                             (7)

Рисунок 3.3 – Временная диаграмма тока якоря

3.9 Время пуска для постоянного момента пуска, с:

.                                          (8)

Время торможения для постоянного момента торможения, с:

.                                          (9)

Таблица 3.2 – Значения времени пуска и торможения

3.10 Значение эквивалентного момента, :

,                   (10)

где      – суммарное время пуска за цикл, с;  

 – суммарное время торможения за цикл, с;

 – суммарное время работы в установившемся режиме за цикл, с.

Используем значение эквивалентного момента в качестве оценки тепловой нагрузки. Для предотвращения перегрева двигателя необходимо, чтобы номинальный вращающий момент был не меньше эквивалентного: . Данное условие выполняется, следовательно, двигатель не испытывает тепловой перегрузки.

3.11 При пуске напряжение питания равно 24 В. Для различных значений угловой скорости вращения значение напряжения питания якоря, В:

.                           (11)

Для различных значений угловой скорости вращения (Таблица 3.1) справедливы различные значения напряжения питания якоря (Таблица 3.3).

Таблица 3.3 – Значения напряжения питания якоря для различной угловой скорости вращения в установившемся режиме

При торможении напряжение питания якоря зависит от ЕДС, индуцируемой в обмотке якоря, которая, в сою очередь, зависит от угловой скорости вращения якоря.

;                                                  (12)

.                                           (13)

Таблица 3.4 – Значения напряжения питания якоря при торможении для различной угловой скорости вращения

4 Описание и обоснование выбранной конструкции

4.1 Разработка виртуальной модели ДПТ НВ

4.1.1 Для ДПТ НВ справедлива система уравнений:

                                       (14)

где   – относительное напряжение питания обмотки возбуждения, о.е.;

 – напряжения питания обмотки возбуждения, В;

 – номинальное напряжения питания обмотки возбуждения, В;

 – относительное напряжение питания обмотки о.е.;

 – напряжения питания обмотки якоря, В;

 – номинальное напряжения питания обмотки якоря, В;

 – относительный ток в обмотке возбуждения, о.е.;

 – ток в обмотке возбуждения, А;

 – сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

 – относительный ток в обмотке якоря, о.е.;

 – ток в обмотке якоря, А;

 – сопротивление обмотки якоря, Ом;

 – относительный магнитный поток обмотки возбуждения, о.е.;

 –магнитный поток обмотки возбуждения, Вб;

 – номинальный магнитный поток обмотки возбуждения, Вб;

 – относительная угловая скорость вращения, о.е.;

 – угловая скорость вращения, рад/с;

 – номинальная угловая скорость вращения холостого хода, рад/с;

 – относительный механический момент, о.е.;

 – механический момент, развиваемый на валу двигателя, ;

 – номинальный механический момент, ;

T_в – постоянная времени цепи обмотки возбуждения;

T_я – электромагнитная постоянная времени;

T_м – электромеханическая постоянная времени.

Рисунок 4.1 – Блок схема ДПТ НВ

Рисунок 4.2 – Блок схема реализации нагрузочного момента

Приблизительное значение индуктивности обмотки якоря, Гн:

,                                       (15)

где 2p – число полюсов;

n_ном – номинальная частота вращения, об/мин;

c_x – эмпирический коэффициент ( для  машин без компенсационной обмотки,  для  машин с компенсационной обмоткой).

Электромагнитная постоянная времени:

.                                             (16)

Электромеханическая постоянная времени:

.                                           (17)