Реферат: Широтно-імпульсний модулятор на базі магнітного підсилювача

міністерство освіти інауки україни

ЖИТОМИРСЬКИЙ

ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧНИЙ ІНСТИТУТ

Група

Кафедра АіКТ

ЕЛЕМЕНТИ ТА ПРИСТРОЇ АВТОМАТИКИ

Курсова робота

„ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНИЙ МОДУЛЯТОР

НА БАЗІ МАГНІТНОГО ПІДСИЛЮВАЧА"

Пояснювальна записка

Керівник(

Виконавець()

Житомир 2005

1.ТЕХНИЧНЕ ЗАВДАННЯ

Тип двигуна СЛ – 521

Номінальна напруга 110В

Номінальна потужність 77Вт

Номінальний струм 1.2А

Номінальна частота обертання 300 об/хв

Номінальний обертальний момент 25Н×см

Момент інерції якоря 1,7кг×см2

Пусковий момент 65Н×см

Статичний момент тертя 3.5Н×см

Опір обмотки якоря 8.5Ом

Закон регулювання n/nп = const = 0,5

2.ВСТУП

В сучасних системах автоматичного керування досить широко використовуються перетворювачі синусоїдної напруги в імпульси струму. В автоматизованому електроприводі такі джерела керування дозволяють отримати досить м'які механічні характеристики.

3.ВИБІР СХЕМИ

Одним з варіантів створення перетворювачів синусоїдної напруги в імпульси струму є використання магнітних однотактних підсилювачів (керованих дроселів) у режимі вимушеного намагнічування. В таких дроселях імпульси струму завжди мають прямокутну форму, а форма імпульсів напруги на навантаженні залежить від властивостей останнього. Звичайний керований дросель у режимі вимушеного намагнічування дозволяє отримати імпульси напруги трикутної форми на ємності (рис.3.1, а), увімкненій в ланцюг робочої обмотки.

/>

Формування таких імпульсів напруги на ємності виникає за умови, якщо незначний сигнал управління Іу викликає насичення одного з осердь. Це призводить до того, що конденсатор С буде періодично перезаряджатись струмом з постійною амплітудою (рис.3.1,б). З урахуванням цієї обставини напруга на конденсаторі на протязі одного півперіоду може бути визначена за формулою:

/>

де п-порядковий номер півперіоду; Uc-напруга на конденсаторі на

початку півперіоду (в момент зміни напрямку струму ip).

На базі такого формувача імпульсів напруги трикутної форми можна побудувати, широтно-імпульсний модулятор (ШІМ), схема якого зображена на рис.3.2, а.

Напруга на конденсаторі Ucвипрямляється двопівперіодним випрямлячем і подається у вигляді імпульсів напруги URтрикутної форми подвоєної частоти в ланцюг база-колектор транзистора VT.Ця напруга намагається відкрити транзистор. На протязі відрізку часуti, колиUб< URтранзистор відкритий (рис.3.2,б) і через якір двигуна під дією напруги URбуде протікати відповідний струм.

/>

У відповідності до діаграми (рис. 3.2, б) напруга URв інтервалі

0< ωt <π/2 дорівнює:

UR = kIуt

Тоді за умови Uб <UR(UR– амплітуда імпульсу напруги) тривалість імпульсу напруги, що буде прикладена до якоря двигуна,

/>/>

Отже тривалістю імпульсу напруги tiна навантаженні можна керувати, змінюючи струм управління керованого дроселя або напругу Uб. Cереднє значення напруги на опорі навантаження Rдорівнює:

/>

3.3.Розрахунок параметрів електронного ключа

Всхемі Ш1М (рис.3.2)використовуємо вмикання транзистора за схемою(рис.3.3)з загальним емітером (ЗЕ), оскільки така схема характеризується досить малою потужністю керування і в той же час має хороші формувальні властивості за рахунок коефіцієнта підсилення по напрузі Кu>> 1.

--PAGE_BREAK--

/>

Рис 3,3

Вибір транзистора виконуємо на підставі напруги і струму якоря виконавчого двигуна:

Uke≥ 1.2Uaном ≥1.2·110 ≥ 132B

Iкмакс ≥ Iаном≥ 1,2А

Вибираємо транзистор типу КТ851А з такими характеристиками:

Ukeмакс= 200В >132В; Iкмакс = 2А > 1,2А

Pкмакс =25Вт; h21e мін=40; Ікб0 ≤ 1мА;

tр≤ 2,6мкс; Uбемакс= 5В; Ібн = 50мА.

3.4.Розрахунок параметрів магнітного підсилювача та транс­форматора

Посільки рівень напруги URмакс= 3В, то використовуємо розділювальний трансформатор з потужністю

Ртр = Іб2нас×Rб /ηтр = (50×10-3)2× 3×103/0,9 =8,4Вт

В цьому виразі можна прийняти, що коефіцієнт корисної дії трансформатора ηтр= 0,9.

Для забезпечення відповідного режиму роботи ШІМ необхідно щоб магнітний підсилювач (МП) працював в режимі вимушеного намагнічування. Варто нагадати, що такий режим роботи МП характеризується наявністю великого реактивного опору у ланцюзі керування [1], повний активний опір контуру навантаження є незначним і складається лише з активного опору робочої обмотки а напруга живлення робочої обмотки вибирається такою, що незначний струм керування почергово призводить до насичення осердя з ідеальною кривою намагнічування. Як наслідок, у робочій обмотці буде протікати періодичний змінний струм прямокутної форми.

Конструктивні параметри та характеристики магнітного підсилювача (МП) значною мірою залежать від його потужності. Останню в цій задачі можна визначити за формулою:

Рмп=Рб/ηтр=3/0,9=3,3 мВт

де Рб— максимальна потужність, що споживається резистором Rб;

ηтр – коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Вибір марки феромагнітного матеріалу для виготовлення осердя виконуємо з урахуванням частоти живлення робочої обмотки та потужності МП на підставі рекомендацій, зазначених в [1].

Для виготовлення осердя МП вибираємо електромагнітну сталь Э310, яка є однією із найпоширеніших в електромагнітних пристроях.

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

/>

/>

/>/>

/>

Розрахунок МП розпочинаємо з визначення об’єму його осердя за формулою:

    продолжение
--PAGE_BREAK--

/>

де Hmaxкз– напруженість в режимі короткого замикання (див.рис 3,5)

Вибравши точку А на ділянці перегібу основної кривої намагнічування, знаходимо індукцію Вхх= 1,45Тл та відповідну їй

напруженість магнітного поля Нхх= 5 А/см.

Коефіцієнт кратності струму ккрдля малопотужних МП, що використовуються як регулюючий елемент в ШІМ рекомендується:

ккр = 5

Максимальне значення напруженості в режимі короткого замикання (насичення) визначаємо за формулою:

Hmax = ккрНхх = 5×5 = 25А/см =0,25А/м

Графічним шляхом за допомогою рис.3.5 визначаємо індукцію короткого замикання Вmкз= 0,1Тл.

Кутова швидкість двигуна

ω = 2πn= 2×3,14×3000 =18840рад/хв

Таким чином:

/>

Згідно нормального ряду осердь (додаток 1 в [2]) вибираємо найближче осердя з геометрічними розмірами D1/ D2/ h типу ОЛ 16/20-2 (2шт)

Тоді уточнений об’єм осердя становить

/>/>

Середня лінія осердя:

/>

Тоді площа поперечного перерізу осердя

/>

де Кзос =0,9 – коефіцієнт заповнення загального перерізу осердя сталлю.

Середнє значення довжини одного витка робочої обмотки lр срта обмотки управління lу ср(див. рис. 3.6)визначаємо за формулами:

/>

/>

/>

де χ = 5мм – припуск на кути.

Кількість витків робочої обмотки змінного струму розраховуємо за формулою:

/>

де />=0,0175 Ом×мм2/м (для меди)/>

J=2 – нормована щільність струму [1].

Приймаємо початкове значення струму Іу макс =1мА. Тоді число витків обмотки управління визначаємо за формулою:

/>

Напруженість Нумаксзнаходимо графічним методом (рис. 3.5) як напруженість управління, що зумовлює режим Нмакскз.

Струм робочої обмотки знаходимо за формулою

/>

Площу поперечного перерізу дроту для кожної з обмоток визначаємо через максимальний струм, що протікатиме через неї, та нормовану щільність струму:

/>

Відповідні діаметри дротів кожної обмотки:

/>

Обираємо відповідно марки проводів:

Для робочої обмотки ПЕВ-I-0,05мм;

Для обмотки управління ПЕВ-I-0,03мм.

Опір одного метра вибраних проводів відповідно дорівнюють:

R1М 0,05= 9,3 Ом/м R1М 0,03= 24,7 Ом/м

Довжина обмотки управління:

lУ = lУср × wУ =0,03×6 = 0,18м

Довжина робочої обмотки:

lР = lРср × wУ =0,021×28 = 0,59м

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Активний опір обмотки управління:

RУ =R1М× lУ = 24,7 ×0,18 = 4,45Ом

Активний опір робочої обмотки :

RР =R1М× lР = 9,3 × 0,59 = 5,48Ом

Приведений до ланцюга управління опір робочої обмотки:

R/Р = 2RР(WУ / WР)2 = 2×5,48(6/28)2=0,5Ом.

Реактивний опір ХУ, який необхідно увімкнути в контур управління для подавлення парних гармонік, знаходимо з формули повного опіру обмотки управління ZУ,що повинен задовольняти наступній умові:

ZУ =/>

Звідси :

ХУ = />

Знаходимо індуктивність дроселя:

/>

Визначаємо падіння напруги на індуктивній ланці робочої обмотки:

UL= 4.44×f×WP×S×BXX =4.44×28×50×0,016×1,45 =144В,

де f =50Гц – частота живлення робочої обмотки;

S= (D2– D1)h= (20 -16)4 = 16мм2— площа поперечного перерізу стрижня магнітопроводу;

Вхх — індукція в магнітопроводі на ділянці перегину основної кривої намагнічування.

Напруга джерела живлення робочої обмотки без урахування впливу ємності в режимі вимушеного намагнічування:

/>

Значення ємності С, яка є нагрузкою робочої обмотки знаходимо за

формулою:

/>

Вибираємо за стандартом С = 0,22мкФ.

ЛІТЕРАТУРА

1. Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики: Учебник для вузов. -4-е изд., перераб. й доп. -М.: Высш.школа, 1983. -408 с.

2. Боярченков М.А., Черкашина А.Г. Магнитные злементы автоматики й вычислительной техники. Учеб. Пособие для специальности «Автоматика й телемеханика» вузов. М., «Высш. школа», 1976. -383 с.

3. Изьюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборый устройства промышленной злектроники. Учебник для вузов. -М.: Высш.школа, 1986.-398с.

4. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. Изд. 8-е, перераб. Киев, «Техніка», 1977. 376 с.

5. Подлипенский В.С., Петренко В.И. Злектромагнитные и злектромашинные устройства автоматики. -К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987.-592 с.

6. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Злектромашинные устройства автоматики: Учеб. для вузов для спец. „Автоматика й телемеханика". -2-е изд. й доп. -М.: Вьісш. шк.., 1986. — 335 с.

7. Желєзна А.О. Дипломні (курсові) проекти. Вимоги до оформлення документації: Навчальний посібник. — Житомир: ЖІТІ, 2000. -244с.

/>/>

/>/>/>/>/>