Выбор двигателя постоянного тока для системы стабилизации скорости. Расчёт основных параметров для системы стабилизации скорости вращения двигателя и выбор способа управления двигателем в этой системе, страница 2

Расчёт моментов при пуске и торможении:

Момент при пуске двигателя:
Момент при торможении двигателя:
Момент в установившимся режиме работы двигателя:

Рисунок – 2 Диаграмма моментов при работе ДПТ

Расчёт токов при пуске и торможении:

Общий электромагнитный коэффициент:
Ток в установившимся режиме работы двигателя:
Ток при запуске двигателя:
Ток при торможении двигателя:

Рисунок – 3 Диаграмма токов при работе ДПТ

4.  Проверка ДПТ по теплу, используя метод эквивалентного момента

, следовательно, в процессе работы двигатель не будет перегреваться

5.  Выбор способа управления

В качестве устройства управления двигателя будем использовать реверсивный широтно-импульсный преобразователь (ШИП-Д).

Управление осуществляется по мостовой схеме, образованной четырьмя транзисторными ключами, к одной диагонали которой подведено напряжение питающей сети, а к другой присоединён якорь двигателя. (Рисунок 4).

Диоды служат для замыкания цепи якоря через источник напряжения в те отрезки времени, когда ток якоря течёт под действием ЭДС самоиндукции навстречу напряжению источника.

Ключи работают одновременно, т.е., например, на первом интервале замкнуты ключи К1 и К3 и на левый зажим якоря подан плюс, а на втором интервале замкнуты ключи К2 и К4 и на левый зажим подан минус источника. В результате к двигателю подается напряжение . Считая g=t₁/t_ц и учитывая, что t₂=t_ц – t₁, получим Uср=(2g-1)U. Следовательно механическая характеристика определится выражением wср=((2g-1)/kэм)U – (Rя/kэм²)M. Изменяя g, можно изменить не только значение, но и направление угловой скорости. При 1³g³0,5 угловая скорость при холостом ходе положительна, при 0,5³g³0 она отрицательна.

Рисунок –4 Схема ШИП-Д

По техническим данным ДПТ СЛ-569К можно сформулировать технические требования к устройству управления:

·  устройство управления должно обеспечивать угловую скорость, как положительную, так и отрицательную. При этом диапазон изменения частоты вращения должен находиться в диапазоне ± W_max рад/сек;

·  номинальное напряжение подводимое к двигателю должно быть порядка 110В.

Выбор транзисторов VT1-VT4, а также диодов VD1-VD4 обуславливается величиной напряжения питания, максимального тока двигателя.

6.  Составление математической модели системы

Передаточная функция двигателя:                                         

Для расчёта постоянных времени использованы следующие формулы:

Номинальная частота вращения вала двигателя:           

Общий электромагнитный коэффициент:                                  

Коэффициент передачи двигателя:                                  

Индуктивность якоря:                                                        =0,386 Гн

Электромеханическая постоянная времени двигателя: =14 мс

Электромагнитная постоянная времени якоря:              =9,6 мс

Передаточная функция усилителя мощности:                     

Расчёт усилителя мощности проводиться при следующих параметрах регулятора (контроллера) , применяемого в системе для реализации способа управления (ШИМ-Д):

Входное напряжение подаваемое на двигатель:            

Коэффициент усиления:                                                   

Постоянная времени регулятора:                                     

Передаточная функция двигателя:                              

Передаточная функция усилителя мощности:         

Для моделирования процессов в двигателе будет использована модель двигателя постоянного тока при управлении скоростью его вращения за счёт изменения напряжения на якоре.

Рисунок – 5 Схема ДПТ при управлении напряжением на якоре

Рисунок – 6 Схема ДПТ, смоделированная в MathLab 2008b

Результаты моделирования:

Рисунок – 7 Угловая скорость на выходе ДПТ

Рисунок - 8 Изменение момента при работе ДПТ

Рисунок – 9 Изменение тока при работе ДПТ

7.  Механические характеристики

Механическая характеристика , строиться при U=const, R=const.

Механическая характеристика при импульсном управлении имеет вид:

Естественные характеристики можно построить по следующей формуле:

Угловая скорость при идеальном холостом ходу:

Таблица 5 Исходные данные, для построения механической характеристики

	, рад/с	n,об/мин
2	20	190,985
3	-30	-286,478
4	40	381,971
5	-50	-477,464
6	60	572,957
7	-70	-668,451
8	80	763,943
1	209,523	2000,805

Рисунок – 10 Механические характеристики

Вывод

В соответствии с техническим заданием был произведен расчёт основных параметров для системы стабилизации скорости вращения двигателя и выбран способ управления двигателем в этой системе.

Для реализации системы стабилизации были выбраны:

1.  Двигатель СЛ-569К

2.  Способ управления: широтно-импульсное

Проверка по методу эквивалентного момента, применяемого для установления возможности перегрева двигателя в процессе работы, показал, что двигатель перегреваться не будет, и система будет работать исправно.

Список литературы

1.  Волков Н. И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики. М.: Высшая школа, 1986.

2.  Сабинин Ю. А. Электромашинные устройства автоматики. Л.: Энергоатомиздат, 1988.

3.  Русаков О.П. «Технические средства систем автоматики и управления», курс лекций.