Возможность реализации системы электропривода по требованиям технического задания

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра Автоматики

Возможность реализации системы

электропривода по требованиям

технического задания

(техническое предложение)

Группа: АА-28                                                                Преподаватель:

Студент: Мальцев А.С.                                                  Кондратьев В.А.

Вариант: 08                             

Дата сдачи: 27.04.06

Новосибирск

2006 г.

1. Введение

Значительное место в современных системах автоматического управления и регулирования занимают электромашинные элементы, которые в сочетании с полупроводниковыми, магнитными и электронными элементами образуют электрическую ветвь технических средств автоматики.

Двигатели постоянного тока (ДПТ) применяются в приводах, требующих плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. Свойства двигателей определяются способом возбуждения и схемой включения обмоток возбуждения.

Предлагаемая к разработке система стабилизации скорости ДПТ позволит обеспечить выполнение требований технического задания. При разработке системы электропривода особое внимание будет уделено выбору ДПТ и способу управления двигателем.

2. Общие требования к системе

Двигатель и система управления должны соответствовать следующим требований:

-  обеспечивать отработку тахограммы, заданной в табл.1 при постоянном моменте нагрузки 0.5 Н·м и длительности пауз в работе двигателя 1с;

-  учитывать токовые ограничения и ресурс управления;

-  обеспечивать положительную и отрицательную угловую скорость вращения до ±80 рад/c;

-  обеспечивать номинальное напряжение на двигателе в соответствии с его паспортными данными;

-  обеспечивать подведение к двигателю полной требуемой мощности;

-  пусковые токи и токи торможения на порядок превышают номинальный ток якоря.

Таблица 1

Тахограмма работы двигателя

Наименование, размерность	Данные
Частота вращения, рад/с	20	-30	40	-50	60	-70	80
Временной интервал работы, с	1	3	5	7	5	3	1

3. Выбор двигателя и способы реализации системы управления

Предварительный выбор ДПТ может быть произведен на основании требуемой мощности, частоты вращения и момента нагрузки. Дополнительно требуется проверка двигателя по теплу для повторно-кратковременного режима работы.

Требуемая среднеквадратичная мощность двигателя, Вт

, где  - среднеквадратичная скорость, рад/с

.

Максимальная скорость вращения равна, об/мин

.

Выбирается двигатель СЛ-621, удовлетворяющий всем требуемым показателям.        Для проверки выбранного двигателя по теплу используется метод эквивалентных моментов. Значения моментов при пуске, торможении двигателя и в установившемся режиме:

пусковой момент двигателя равен, Н^. м

=1.25;

момент торможения, Н·м

=3M_нагр=1.5;

установившийся момент, Н·м

М_уст= М_нагр =0.5.

Диаграмма моментом показана на рис.1.

Времена разгона и торможения двигателя, приведенные в табл.2,  найдены по формулам:

.

Таблица 2

Значение времени разгона  и времени торможения двигателя

Наименование	Данные
Время пуска, с	0.0111	0.0167	0.0223	0.0279	0.0334	0.0389	0.0446
Время торможения, с	0.088	0.0132	0.0176	0.0219	0.0263	0.0307	0.0351

t, c   M, Нм

Рис.1. Диаграмма моментов

Эквивалентный момент двигателя равен, Н·м

.

Эквивалентный момент меньше номинального, таким образом двигатель не будет перегреваться при требуемом режиме работы.

Существуют различные способы управления двигателем постоянного тока [1-2]. К таким способам относятся:

1.  Система генератор-двигатель (Г-Д). Имеет очень большую установленную мощность, очень невысокий коэффициент обратной связи, и не требуется никакого электронного оборудования.

2.  Электромашинный усилитель (ЭМУ). ЭМУ - компактный каскадный двигатель (все элементы в одном корпусе). Генераторы размещены так, что и поля взаимно перпендикулярны (не влияют друг на друга). Коэффициент передачи достигает 10000. Однако данное устройство требует регулярного обслуживания и может работать не в каждой среде.

3.  Магнитные усилители (МУ-Д) – работают от сети переменного тока и в любых средах, но это достаточно громоздкие устройства и выпускаются в малом количестве.

4.  Управляемый выпрямитель (УВ-ДПТ). Имеют очень широкое применение.

5.  Широтно-импульсный преобразователь (ШИМ, ШИП) – строится на электронных ключах. Используется торможение путем противовключения (на обмотке якоря двигателя энергия преобразуется в тепловую). Если двигатель не опускает такую возможность, то ставят дополнительное устройство (сопротивление), куда эта энергия сбрасывается – способ динамического торможения. Применяется достаточно часто.

6.  Мощный усилитель постоянного тока (МУПТ-ДПТ) – используется для двигателей малой мощности (порядка 10 Вт).

Так как мощность двигателя СЛ-621 порядка сотни ватт, и необходимо обеспечивать положительную и отрицательную угловую скорость вращения, а также учитывая достоинства импульсного управления, для построения системы стабилизации скорости ДПТ используется система с ШИП.

4. Описание и обоснование выбранной системы управления

Реверсное управление двигателем при импульсном методе осуществляется по мостовой схеме ШИП (рис.2.), образованной четырьмя транзисторными ключами, к одной диагонали которой подведено напряжение питающей сети, а к другой присоединен якорь двигателя