Выбор двигателя постоянного тока для системы стабилизации скорости по заданной тахограмме и моменту нагрузки, страница 2

Расчет частоты вращения и момента инерции с редуктором (КПД 75%):

i_p = n_ном / n_c  = 1.676- это передаточное число редуктора.

n_c=n_ном/1.676=1431,98 об/мин.    

M_ном=M_ном*0.75/1.676=0,3132 Н*м

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

Момент сопротивления М_с, который должен преодолевать двигатель, складывается из нагрузочного момента, приведенного к валу двигателя, и момента трения самого двигателя:

М_с = М_наг + М_тр = 0,35 Н·м + 0,038 Н·м = 0,388 Н·м.

При изменении угловой скорости возникает динамический момент М_дин, обусловленный моментом инерции вращающихся частей:

М_дин = J·dW/dt.

При пуске М_дин = М_пуск - М_с = 1,05 Н·м - 0,388 Н·м = 0,662 Н·м.

Момент торможения примем

При торможении М_дин = М_торм + М_с = 1,05 Н·м + 0,388 Н·м = 1,438 Н·м.

Время пуска рассчитывается по формуле:

.

Время торможения рассчитывается по формуле:

.

Результаты расчетов приведены в табл. 3.

Таблица 3.Значения времен разгона tпускi  и времен торможения tтормi
N	1	2	3	4	5	6	7
, мс	0.051	0.102	0.153	0.102	0.051	0.051	0.102
, мс	0.023	0.047	0.07	0.047	0.023	0.023	0.047

Рис. 2. Диаграмма моментов ДПТ

Ток якоря и вращающий момент связаны соотношением М_ном = К·Ф·I_{я ном}, следовательно расчет токов при пуске, торможении и установившемся режиме:

М_ном = К·Ф·I_{я ном}

К·Ф = М_ном / I_{я ном} = 0,7 Н·м / 2,3 А = 0,304 Н·м/А

I_уст=М_уст/К∙Ф=0,388/0,304=1,28А

I_пуск=М_пуск/К∙Ф=0,662/0,304=2,18А

I_торм=М_торм/К∙Ф=4,73А

t, c

I,  A

Рис. 3. Диаграмма токов ДПТ

3. Оценка тепловой нагрузки машины

Оценка тепловой нагрузки производится методом эквивалентного момента.

         М_экв  £  М_ном

Т.к. условие выполняется, двигатель перегреваться не будет.

4. ВЫБОР СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

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.

Ухудшение энергетических характеристик системы УВ-Д при малых нагрузках, особенно ее коэффициента мощности, и отрицательное влияние высших гармоник на сеть приводит к использованию систем ШИП-Д. Широтно-импульсный преобразователь содержит неуправляемый выпрямитель, поэтому при питании от сети переменного тока коэффициент мощности такого привода увеличивается. Кроме того, повышение частоты коммутации в ШИП до 1-20 кГц, вместо 150-300 Гц в УВ, позволяет уменьшить неравномерность вращения двигателя, расширить диапазон регулирования и повысить жесткость механических характеристик замкнутых систем электропривода. Диоды служат для замыкания цепи якоря через источник напряжения в те отрезки времени, когда ток якоря течёт под действием ЭДС самоиндукции навстречу напряжению источника.

Функциональная схема преобразователя (рис. 4), содержащая четыре ключа ТК1-ТК4 (на схеме VT1-VT4) с независимыми системами управления. При этом можно реализовать симметричное, несимметричное и поочередное управление транзисторными ключами.

Симметричное управление (рис. 4б) является наиболее простым, так как в течении периода Т необходимо реализовать одновременное управление двумя диагонально расположенными ключами ТК1(VT1) и ТК4(VT4), а затем ТК2(VT2) и ТК3(VT3). Недостатком такого управления является повышение пульсации тока в якоре.