Реферат: Высокомоментные двигатели

ВВЕДЕНИЕ

Электрическиемоментные двигатели постоянного тока широко используются в качествеисполнительных элементов в современных системах автоматики, телемеханики,измерительной техники.

Теория, разработка и применение этихдвигателей в последние годы получили значительное развитие.

Разработчики различных системуправления при выборе исполнительного двигателя сталкиваются с рядом задач. Это–определение целесообразности применения моментных двигателей, которые наряду скрупными достоинствами нередко имеют значительно большие энергопотребление имассу, чем быстроходные двигатели с редуктором. Кроме того, это выбор структурыи значений параметров системы управления приусловии сравнительнобольшой электромеханической постоянной времени. При проектировании моментныхдвигателей для конкретной системы необходимо выбирать технические данные на егоразработку по известным характеристикам нагрузки и входного воздействия, атакже, исходя из требований к системе, выбирать конструкцию двигателя,выполнять необходимые расчеты.

Целью настоящего проектаявляется разработка универсального лабораторного стенда для исследованиявысокомоментного двигателя.

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Моментным двигателем (МД)называется электромеханический преобразователь, на вход которого подаетсяэлектрический сигнал постоянного или переменного тока, а выходом являетсяэлектромагнитный момент, при котором в рабочем режиме ротор либо неподвижен,либо вращается с весьма малой скоростью.

Рисунок 1

1.1 Область применения МД

1.1.1 В коррекционных устройствахгидросистем (для компенсации возмущающих моментов, вызывающих прецессию осигироскопа).

1.1.2 В стабилизирующих устройствах(система управления положением разных более крупных объектов: антенна, прицел ит.п.).

1.1.3 В устройствах силовой компенсации (всистемах с отрицательными о.с.).

1.1.4 Используются в качестве электрическихпружин.

1.1.5 Используют в качестве натяжныхустройств, чтобы регулировать или сохранять неизменной силу натяжения провода,ленты, цепи и т.п.

1.1.6 В качестве поворотных электромагнитовуправляющих заслонками, клапанами, тормозными устройствами и т.п.

1.1.7 В тиристорных, транзисторныхэлектроприводах (далее ЭП) и в приводах подач металлорежущих станков.

1.2 Основныетребования к МДПМ

1.2.1 Заданный диапазон углов поворотаротора[1].

1.2.2 Заданная зависимость момента от положенияротора1.

1.2.3 Заданная зависимость момента отсигнала, подаваемого в ОУ. В большинстве случаев эта зависимость линейная.

1.2.5 Отношение/>,что особенно важно при маломощных источниках питания. С увеличением Mэми размеров МДПМ потребляемая мощность на единицу момента обычно уменьшается.

1.2.6 При отсутствии тока в ОУ, остаточныймомент должен быть весьма мал (вообще отсутствовать).

1.2.7 Tэм, Tэ должныбыть как можно меньше. Большие постоянные времени снижают быстродействие имогут привести к неустойчивости следящей системы.

1.2.8 Чувствительность, определяемаянаименьшей мощностью сигнала, на которую система начинает реагировать, должнабыть высокой.

1.2.9 Масса и габариты ® min.

1.2.10 Устойчивость поотношению к внешним воздействиям (температура, вибрация, удары, давление,влажность, ускорение, радиация и т.п.).

1.3 Достоинствавысокомоментного двигателя

1.3.1 Благодаря отсутствию обмоткивозбуждения (ОВ) и потерь в этих обмотках машины с постоянными магнитами имеютпо сравнению с машинами электромагнитного возбуждения более высокий КПД,облегченные условия охлаждения.

1.3.2 Малые габариты и масса.

1.3.3 Более стабильное возбуждение (потокпостоянных магнитов не зависит ни от частоты вращения ни от напряжения ни оттемпературы).

1.3.4 Простота конструктивного исполнения,когда магнитная система представляет собой намагниченное определенным образомкольцо из магнитотвердого материала.

1.3.5 Наличие постоянных магнитов (ПМ)обеспечивает высокие значения углового ускорения в переходных режимах работы.

1.3.6 Наличие ПМ обеспечивает равномерныйход при малых частотах вращения.

1.3.7 Наличие ПМ обеспечивает способностьвыдерживать большую перегрузку по току без размагничивания магнитной системы.

1.4 Недостаткивысокомоментного двигателя

1.4.1 Напряжение генераторов и частотувращения двигателей невозможно регулировать изменением поля возбуждения.

1.4.2 При мощности более десятков ватт ониуступают по габаритным размерам, массе и стоимости машинам электромагнитноговозбуждения.

1.4.3 Материалы, входящие в состав сплавовдля ПМ дефицитны.

1.4.4 Технология изготовления инамагничивания ПМ отличается большой сложностью.

1.4.5 Существенное размагничивающеедействие МДС якоря.

1.4.6 Запрещается в МДПМ вытаскивать роторбез замены его на какое-нибудь металлическое тело таких же размеров.

1.5 Конструктивныеразновидности высокомоментного двиателя

Следует отметить, что у некоторых МДс неограниченным углом поворота ротора частота вращения в установившемся режимеможет оказаться довольно значительной (в таких случаях нельзя провести четкуюгрань между МД и тихоходным двигателем). Однако если этот МД используется в следящейсистеме, и он, работая в режиме частых пусков и реверсов, в основном вращаетсяс малой частотой; следовательно, и в этом случае также можно считать, чтоэнергия, подводимая из сети, почти полностью выделяется в виде тепла вобмотках. МД постоянного тока широко применяются в качестве исполнительныхэлементов в современных системах автоматики, телемеханики, измерительнойтехники. Эти двигатели используются в гироскопах и акселерометрах, в приводахантенн, телескопов, фотоаппаратов, солнечных и звездных датчиков, роботов иманипуляторов; в автоматических построителях графиков; в качестве силовыхкомпенсаторов в измерительных системах; в качестве элементовэлектрогидравлических и электропневматических приводов; в качествеэлектрических пружин поворотных электромагнитов и т. д. .

Если МД работает в режиме слежения,то его роль аналогична роли быстроходного исполнительного двигателя в сочетаниис редуктором. Однако МД, нередко обладая большими, чем у редукторного привода,энергопотреблением, массой и электромеханической постоянной времени, имеет посравнению с редукторным приводом весьма существенные преимущества. К нимотносятся высокая разрешающая способность МД вследствие отсутствия неизбежных вредукторе МД постоянного тока широко применяются в качестве исполнительныхэлементов в современных системах автоматики, телемеханики, измерительнойтехники. Эти двигатели используются в гироскопах и акселерометрах, в приводахантенн, телескопов, фотоаппаратов, солнечных и звездных датчиков, роботов иманипуляторов; в автоматических построителях графиков; в качестве силовыхкомпенсаторов в измерительных системах; в качестве элементовэлектрогидравлических и электропневматических приводов; в качествеэлектрических пружин поворотных электромагнитов и т. д. .

МД выпускаются на моменты отнескольких десятитысячных до нескольких тысяч ньютон-метров при потребляемоймощности от долей ватт до десятков киловатт, массе до сотен килограммов, длинедо 0,3 м и выше и диаметре до 1,2 м.

Качество МД тем выше, чем большеотношения момента, развиваемого МД, к объему, массе, потребляемой мощности,мощности управления, чем меньше электромагнитная и электромеханическаяпостоянные времени, а также чем меньше остаточный момент (момент трогания) принулевом сигнале, возникающий в МД вследствие трения, гистерезиса,неравномерности воздушного зазора, неоднородности магнитных материалов инесбалансированности ротора.

МД могут классифицироваться по ихназначению, принципу действия, роду тока, а также по конструктивномувыполнению: одноименнополюсные или разноименнополюсные, с радиальным воздушнымзазором или торцевые, с неподвижной (барабанной, кольцевой) или подвижнойобмоткой, с зубцовопазовой зоной или беспазовые (с гладким якорем),коллекторные или вентильные, с ограниченным или неограниченным углом поворотаи т. д. .

Ниже приведены классификация МД взависимости от их назначения и краткие сведения об областях их применения.

В гироскопах, акселерометрах и вдругих устройствах широко применяются коррекционные МД. В указанныхустройствах, находящихся, например, на борту летательного аппарата (ЛА), осьротора гироскопа под влиянием механических сопротивлений, изменения в процессеполета географических координат положения летательного аппарата и из-завращения Земли может изменить свое положение относительно заданного. Задачакоррекционного МД заключается в том, чтобы компенсировать соответствующиемоменты, вызывая прецессию оси гироскопа, или создать прецессию оси,обеспечивающую неизменность положения оси гироскопа относительно неподвижнойсистемы координат. Момент коррекционных МД невелик и обычно составляет отнескольких десятитысячных до нескольких тысячных, а иногда до нескольких сотыхньютон-метра. Для уменьшения компонента остаточного момента, вызванногогистерезисом, коррекционные МД постоянного тока с электромагнитным возбуждениемв некоторых гироскопических системах снабжаются размагничивающими обмоткамипеременного тока.

В многочисленных системах управленияположением различных более крупных объектов (антенны, телескопа, фотоаппарата,солнечного или звездного датчика, роботов, манипуляторов и т. д.) применяютсястабилизирующие МД, развивающие значительно большие моменты. При отклоненииобъекта от заданного положения МД создает момент, воздействующий на какую-либоось или платформу н возвращающий объект в нужное положение. Иногда такие МДодновременно выполняют функции поворотных элементов при переводе объекта изодного углового положения в другое.

Нередко МД используются в качествесиловых компенсаторов в измерительных системах с отрицательной обратной связью.Так, в некоторых манометрах изменение положения мембраны под влиянием повышенияили понижения контролируемого давления преобразуется в электрический сигнал,который после усиления подается в обмотку управления (ОУ). При этом в МДвозникает момент, удерживающий мембрану в нейтральном положении. По величинетока подаваемого в ОУ, можно судить о значении контролируемого давления.

В некоторых системах измерения иавтоматики МД используются в качестве электрических пружин, заменяя собоймеханические. Нередко МД применяются в качестве натяжных устройств, позволяющихрегулировать или сохранять неизменной силу натяжения ленты, пленки и т. д.Некоторые МД используются в автоматических построителях графиков.

МД широко применяются в различныхпневмо- и гидросистемах, где oни обычно работают в пропорциональном режиме (наротор МД помимо электромагнитной силы влияет противодействующая сила,создаваемая механической пружиной или электромагнитным способом, так чтокаждому значению сигнала, подаваемого в ОУ, соответствует определенноеположение ротора).

Нередко МД используются в качествеповоротных (или линейных) электромагнитов, управляющих различными кранами,защелками и т. д. При подаче сигнала в ОУ такие МД обычно осуществляютперемещения, строго зафиксированные по значению.

Наконец, к МД относятсяэлектромеханические узлы многих измерительных, оптических и других приборов, укоторых момент, развиваемый двигателем, уравновешивается механической пружиной,а выходом прибора является угол поворота, зависящий от сигнала, подаваемого вОУ.

В зависимости от принципа действия МДмогут выполняться как момент двигатели с постоянными магнитами(магнитоэлектрические), как реактивные (с электромагнитным или комбинированнымвозбуждением) и как электродинамические. Принцип работы моментного двигателя спостоянными магнитами (МДПМ) основан на взаимодействии между током в ОУ и полемпостоянного магнита (ПМ). Существенным достоинством МДПМ является сравнительномалое потребление мощности на единицу момента, так как основной магнитный потокэтого двигателя обеспечивается с помощью ПМ. Зависимость электромагнитного момента МДПМ от сигнала, подаваемого в ОУ, близка к линейной. Обмоткауправления МДПМ питается постоянным током; при изменении полярности питающегонапряжения меняется знак момента. МДПМ без магнитно-мягких полюсныхнаконечников постоянных магнитов обладает малой электромагнитной постояннойвремени, так как поток ОУ должен проходить через зоны большого магнитногосопротивления; в целях уменьшения электромагнитной постоянной времени (а такжезубцовой пульсации момента) используют гладкий статор с беспазовой активнойзоной. К недостаткам МДПМ следует отнести некоторую сложность конструкции.

Электромагнитный МД имеетявнополюсный ротор, выполненный из магнитно-мягкого материала, и по принципудействия является реактивным. При подаче тока в ОУ такого электродвигателяротор начинает поворачиваться в сторону максимальной проводимости магнитномупотоку. Принцип действия электромагнитного МД налагает ограничения на значениеуглового смещения ротора относительно статора, хотя при соответствующем конструктивномисполнении оно может достигать 150 градусов. Потребление мощности на единицумомента такого МД обычно больше, чем у МДПМ (за исключением электромагнитов свесьма малым углом поворота ротора). Конструктивно электромагнитный МДдостаточно прост, однако обеспечить линейную зависимость его момента отсигнала, подаваемого в ОУ, невозможно. Нельзя осуществить и строгое постоянствомомента по углу поворота ротора. Индуктивность ОУ велика, вследствие чеговелика и электромагнитная постоянная времени. Знак момента не зависит отнаправления тока в ОУ, поэтому МД нередко нуждается в возвратной пружине или всдвоенной конструкции. Питание ОУ может выполняться как постоянным, так нпеременным током.

У поляризованного МД поток в зонахвзаимодействия статора и ротора создается совместно с ПМ и ОУ. Явнополюсныйротор выполняется магнитно-мягким или же содержит ПМ. В одних воздушных зазорахмоментных двигателей МДС ПМ и ОУ, а следовательно, и соответствующие индукциинаправлены согласно, а в других—встречно; в результате возникает реактивныйвращающий момент, направленный в сторону уменьшения магнитного сопротивлениятех воздушных зазоров, в которых индукции складываются. Питание ОУосуществляется постоянным током: для реверсирования МД надо изменитьнаправление тока в ОУ. Диапазон углов поворота ротора обычно составляетнесколько градусов. При небольших отклонениях ротора от среднего положениямомент пропорционален току ОУ и мало зависит от угла поворота ротора. Так какосновная доля в суммарном потоке такого МД приходится на поток постоянногомагнита, потребляемая мощность на единицу момента, а также электромагнитнаяпостоянная времени значительно меньше, чем у электромагнитного МД.

Принцип действия электродинамическихМД основан на взаимодействии двух обмоток с током, при этом если хотя бы однаиз обмоток размещена на сердечнике из магнитно-мягкого материала, то МДназывают ферродинамическими. Эти МД отличаются сравнительно большимпотреблением мощности на единицу момента. Обмотки таких МД могут питаться какпостоянным, так и переменным током. Зависимость момента от тока ОУ линейна. Дляизменения знака момента МД, питаемого постоянным током, надо изменить полярность напряжения, подаваемого наОУ, а момента МД, питаемого переменным током, — фазу этого напряжения.

Наибольшеераспространение среди МД постоянного тока получили МДПМ.

МДПМ с ограниченным углом поворотаротора характеризуется тем, что ось МДС обмотки управления при различныхположениях ротора меняет свое положение по отношению к оси ПМ.

КонструктивноМДПМ могут выполняться как нормального (ОУ размещается под индуктором), так иобращенного исполнения, при этом ОУ может находиться как на роторе, так и настаторе. Зависимость электромагнитного момента от сигнала, подаваемого в ОУ,достаточно близка к линейной. За счет полюсных наконечников или геометриивоздушного зазора можно в случае необходимости получить требуемуюзакономерность изменения момента по углу поворота ротора. В частности, можнодобиться практической независимости момента от положения ротора при данномсигнале в ОУ. При разнополярном симметричном потоке в воздушном зазоре в МДПМ ср парами полюсов и условии независимости момента от положения ротора диапазонуглов поворота ротора не может превышать 360°/2p (практически при р=1 не более120— 130 градусов). При однополярном потоке соответствующий диапазон угловможет достигать 260—270 градусов. Если угол поворота ротора не превышаетнескольких градусов, то МДПМ может быть выполнен по типу обычного двигателяпостоянного тока, но с питанием якорной обмотки через гибкие токопроводы.

МДПМ снеограниченным углом поворота ротора характеризуется тем, что ось МДС обмоткиуправления при различных положениях ротора сохраняет

почти неизменное положение поотношению к оси ПМ за счет коммутации токов в секциях ОУ. Момент линейно зависит от сигнала в ОУ и почтине зависит от положения ротора.

Примером МДПМ с неограниченным угломповорота ротора может служить многополюсная магнитоэлектрическая коллекторнаямашина с обмоткой якоря волнового типа. Недостатки коллекторных электродвигателей,которые, как правило, связывают с малой надежностью щеточно-коллекторного узлаи радиопомехами, вызываемыми искрением из-под щеток при коммутации секций, вотношении коллекторных МДПМ, работающих в заторможенном режиме, не так явновыражены. Применение волновой обмотки позволяет установить любое (вплоть до р)число пар щеток, что обеспечивает достаточно высокую надежность МД даже призначительных вибрациях и тряске. Естественная многофазность коллекторных МДПМ делает их самымиточными (с точки зрения угловой стабильности момента) среди моментных приводовна постоянном токе.

В тех случаях, когда по условиямэксплуатации применение коллекторных МДПМ недопустимо, находят широкоеприменение вентильные МД, секции которых подключаются к сети с помощьюполупроводниковых ключей (вентилей). Указанные электродвигатели имеют, какправило, обращенное исполнение с размещснием индуктора на роторе. Коммутациятоков в секциях ОУ вентильных МДПМ может осуществляться как дискретно, так инепрерывно. Дискретная МДПМ может осуществляться как дискретно, так инепрерывно. Дискретная коммутация осуществляется с помощью датчиков положенияротора (датчиков Холла, трансформаторных, индукционных и др.), управляющихполупроводниковыми ключами,которые подключают к сети постоянного тока трех- или четырехфазную статорнуюобмотку. Однако у таких МД имеют место значительные пульсации момента по углуповорота ротора (достигающие 10—15 %), вызываемые как коммутационнымипроцессами при переключении фаз, так и дискретными ми поворотами МДС статора.При увеличении количества тактов за один оборот ротора пульсации моментауменьшаются, однако возрастает число датчиков положения или усложняется схема.Непрерывная коммутация осуществляется с помощью синусно-косинусных вращающихсятрансформаторов (СКВТ), управляющих токами ОУ МДПМ через фазочувствительныеусилители-преобразователи (ФЧУП). В некоторых случаях для непрерывнойкоммутации используются датчики Холла или емкостные датчики.

Ротором МДПМ с ограниченным илинеограниченным углом поворота может быть сама ОУ, размещенная на каркасе изнемагнитного материала; в этом случае электромеханическая, а такжеэлектромагнитная постоянные времени МДПМ весьма малы, а момент, обусловленныйгистерезисом или неравномерностью воздушногозазора, отсутствует. При этом в связи с большим воздушным зазоромуменьшается индукция в зазоре и возрастает поток рассеяния.

1.6 Математическоеописание ВМД в электромеханических системах

1.7 Принцип действияВМД

Источником поля возбуждения в ВМД ПТ(МДПМ) является постоянный магнит. На обмотку статора (ротора) подводятпостоянное напряжение.

Ток, протекающий вобмотке двигателя, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита,создает вращающий момент. Когда Mэ>Mс двигатель начнетвращаться.

1.8 НАГРЕВ ДПТ.

При работе двигателя из-за потерь повышается еговнутренняя температура. После запуска ЭД и приложения к нему постояннойнагрузки его температура возрастает по закону, близкому к экспоненциальному идостигает установившегося значения, как это показано на рисунке 1.8.1 .

Время, за котороетемпература достигает 63 процента от своего максимального значения называетсятепловой постоянной времени.

Превышение температуры DТ определяется разностью между Тдви Тохл.ср.:

Рисунок 1.8.1 — График роста температуры во времяработы электродвигателя.

При значительном увеличении температуры ЭД происходитускоренное старение его изоляции, а также могут выйти из строя подшипники иколлектор. Предельное DТопределяется классом изоляции двигателя согласно таблице 1.8.1.

Свойства изоляцииухудшаются по трем основным причинам:

– За счет нагрева.

Связь между температуройи сроком службы изолятора апроксимируется следующими выражениями:

/>,

где L – срок службы, лет;

Q – температура изоляции,°С

а,m – константы,зависящие от материала.

– За счет нагрева.

Коэффициентповерхностного сопротивления уменьшается, а утечка тока увеличивается, когдаповерхность электроизоляционного материала впитывает воду. При впитывании водыдиэлектриком, уменьшается коэффициент его объемного сопротивления, а потериувеличиваются. Высокая влажность вызывает также химическую деформацию материалаиз-за растяжения, разбухания и роста плесени, что в свою очередь, способствуетдальнейшему ухудшению свойств изоляции.

Таблица 1.8.1– Классы изоляции

Класс изоляции DТ,°С Предельно допустимая температура, °С Материал изоляции A 50-60 105 Хлопок, шелк, бумага, поливинил E 65-75 120 Эмалевая или полистирольная пленка B 70-80 130 Слюда, стекловолокно с соответствующим клеем F 85-100 155 Стекловолокно и др. с температурно-резистивным клеем H 105-125 180 Стекловолокно и др. с кремниевой смолой или с хорошо клеящимся материалом C - свыше 180 Керамические материалы

–За счет циклического охлаждения и нагрева.

Прициклическом нагреве и охлаждении свойства изоляции ухудшаются гораздо быстрееза счет механических напряжений от растяжения и сжатия, а также от нагрева.

Повышение температурыработающего двигателя продолжается до тех пор, пока выделяемое тепло не станетравным рассеиваему теплу.

Обозначим переменные:

Q – тепло, выделяемоедвигателем;

С – средняя мощностьдвигателя;

Н – коэффициент тепловогорассеивания;

DТ – превышение температуры;

t – время с момента пускаЭД.

Уравнение тепловогобаланса:

(1.8.1),

где Q×dt – количество тепла, выделяемогодвигателем за dt,

C×dDТ – количество тепла на нагрев двигателя,

H×DТ×dt – количество тепла, рассеиваемого в охлаждающую среду.

Решением уравнения(1.8.1) является:

(1.8.2).

Постоянная интегрированияA определяется из начальных условий:

Тогда уравнение (1.8.2)за время t

/> или />/>

1.9 Регулированиескорости

1.9.1 Реостатное регулирование скорости.

(1.9.1.1),

(1.9.1.2).

Рисунок 1.9.1.1/> <td/>

(1.9.1.3),

(1.9.1.4),

(1.9.1.5).

/>/>/>

Рисунок 1.9.1.2

Подставим (1.9.1.5) в(1.9.1.3):

/>.

Отсюда:

(1.9.1.6).

Подставим (1.9.1.2) и(1.9.1.6) в (1.9.1.4):

/>.

Выразим скорость

(1.9.1.7),

(1.9.1.8).

Рисунок 1.9.1.3 — Механические характеристики

Изображенные на рисунке1.9.1.3 величины woe и woи равны соответственно

/> , />.

Способ используют, где надо снизитьскорость, но сохранить жесткость на искусственных характеристиках.

Рисунок 1.9.1.4 – Искусственные механическиехарактеристики

1.9.2 Импульсное реостатное регулированиескорости.

Рисунок 1.9.2.1

Рисунок 1.9.2.2 — Механические характеристики

Рисунок 1.9.2.3

e — скважность управляющих импульсов:

/>.

Соответственно eможет принимать значения 0...1.

/>,

где

/>.

Для осуществления способаиспользуют транзисторные или тиристорные ключи.

1.9.3 Регулирование скорости изменением Ua .

Рисунок 1.9.3.1 — Механические характеристики

Скорость

/>,

Причем />и />.

1.9.4 Регулирование скоростипутем изменения потока возбуждения.

В связи с тем, что полевозбуждения создается постоянным магнитом, регулирование скорости путемуменьшения потока Ф неосуществимо.

1.10 Расчет потерь энергии.

Потери энергии вустановившемся режиме определяются

/>.

Потери энергии во времяпереходных процессов определяются

/>.

1.10.1 Пускдвигателя.

Рисунок 1.10.1.1

При Mc=0.

Значение динамическогомомента

/>.

/>,

/>.

Рисунок 1.10.1.2

При Mc=const.

/>; />.

/>/>

Если Мс – мал,то

1.10.2 Динамическоеторможение.

Мс=0 .

Mc=const.

2 ВЫБОР ВМД И ТАХОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГОСТЕНДА. РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ. ВЫБОР ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

2.1 Выбор вмд и тахогенератора для лабораторного стенда

В зависимости от поставленной цели (задачи) определяемнеобходимую мощность, величину момента, который развивает двигатель и доступныек использованию источники питания, а также конструктивное исполнениевысокомоментного двигателя, отвечающего требованиям данной задачи. Исходя изуказанных параметров, а также учитывая располагаемое разработчикамиоборудование, был выбран коллекторный моментный двигатель с неограниченнымуглом поворота ротора серии PIVT 6/3A.

Поскольку в данной лабораторной работе предусмотрен рпытснятия механических характеристик, то необходим тахогенератор. Достоинствомвыбранной машины является то, что ее конструкция содержит тахогенератор в одномкорпусе с двигателем.

2.2 Требуется рассчитать основныепараметры широтно-импульсного модулятора, нагрузкой которого является цепьякоря двигателя постоянного тока. Номинальное напряжение якорной цепи двигателя30 вольт.

Широтно-импульсныйпреобразователь предназначен для преобразования входного сигнала впрямоугольные импульсы. Схема ШИПа представлена в приложении.На вход генератора пилообразного напряжения (далее ГПН),изображенного в приложении 3, подается напряжение минус 15 вольт. В основе ГПНлежит компаратор. При подаче сигнала емкость С9 начинает заряжаться и на выходекомпаратора DA5 формируется линейно нарастающий сигнал. В начальный моментвремени транзистор VT9 заперт. Далее этот нарастающий сигнал поступает на входкомпаратора DA6, где он сравнивается с напряжением задания (оно задается R36).В момент совпадения напряжений, на выходе компаратора DA6 появится импульсотрицательной полярности, который ограничивается стабилитронами VS1 и VS2.Этот импульс подается на базу транзистора VT12, который в начальный моментвремени был открыт. Транзистор VT12 при поступлении сигнала закроется.Вследствие этого база транзистора VT9 окажется подключенной к источнику плюс 15вольт. Транзистор VT9 откроется и емкость С9 окажется зашунтированной черезVT9. В результате ГПН перестанет вырабатывать линейно нарастающий сигнал.Компаратор DA6 поменяет сигнал на выходе и откроется транзистор VT12.Транзистор VT9 снова окажется закрытым и ГПН опять начнет вырабатывать «пилу».Далее процесс повторяется.

Пилообразное напряжение сГПН подается на компаратор DA7, где оно сравнивается с напряжением управления(скважность) и на выходе компаратора DA7 формируется сигнал положительной иотрицательной полярности. Эти разнополярные сигналы будут отпирать транзисторыVT10 и VT11. В результате напряжения плюс и минус 15 вольт подаются насветодиоды гальванической развязки, основанной на оптоэлектронной интегральноймикросхеме. С фотоприемника этот сигнал поступает на составной транзистор(схема Уилтона) VT18, VT22; VT21, VT17; VT23, VT19; VT24, VT20, где онусиливается и подается на базы транзисторов VT13, VT16 и VT15, VT14. ТранзисторыVT13, VT16 и VT14, VT15 открываются попарно, подключая цепь якоря двигателя кисточнику питания. С помощью изменения скважности сигнала (это делается переменным резистором R32) можно регулировать продолжительность по времениположительных и отрицательных импульсов.

2.3 Выбор элементов ШИПа

В качестве операционныхусилителей DA6и DA7 возьмем микросхему К157УД2.Операционный усилитель DA7 возьмемтипа К140УД7.

Гальваническая развязка в силовойчасти осуществляется с помощью оптоэлектрических интегральных микросхем типаК262КП1Б (оптронный повторитель). Транзисторы в силовой цепи VT13¸VT16 выбираем типа КТ503В с данными:

Iкmax и=350mA,

h21э=40…120,

Uкэmax=40В,

n-p-n – типа.

Выбираем диоды типа Д7А а данными:

Imax=300mA,

Uобрmax=50В.

Все нерегулируемыерезисторы типа МЛТ, регулируемые резисторы типа СПО-2.Конденсаторы типа К10У-5.

2.4 Выбор приборов и устройств измеренияи контроля

В лабораторном стенде для снятиянеобходимых характеристик требуется наличие приборов измерения и контроля:

– амперметр на двапредела измерения (1,5 и 15 ампер);

– вольтметр спределом измерения 30 вольт;

– индикаторскорости на 3000 оборотов в минуту.

2.4.1 Для изготовления амперметра двух пределовизмерения, берем за основу измерительную головку микроамперметра. Включаядобавочные сопротивления, как это показано на рисунке 2.4.1, получаемнеобходимое измерительное устройство.

Рисунок2.4.1Расчет добавочных сопротивлений производится по формуле

(2.4.1)

где RД – величина добавочного сопротивления;

В – требуемый пределизмерения;

Д – число делениймикроамперметра;

RВН – внутреннее сопротивление прибора.

Рассчетпредела на 15 ампер

Данное сопротивление изготовлено из манганиновойпроволоки.

Рассчет предела на 1,5ампера

Это сопротивление изготовлено из хромалевой проволоки.

Для обеспечения точностипоказаний, в схему включены подстроечные переменные резисторы, как это показанона рисунке 2.4.1 .

2.4.2 Вольтметр и измерительскорости были изготовлены на базе измерительной головки микроамперметра,аналогично тому, что применен для изготовления амперметра.

Включая добавочныесопротивления, как это показано на рисунке 2.4.2, получили необходимыеизмерительные устройства.

Рисунок 2.4.2

Расчетдобавочных сопротивлений производится по формуле 2.4.1

Эти сопротивления набраны из резисторов типа ОМЛТ,укаанных в приложении 1.

Для обеспечения точностипоказаний, в схему включены подстроечные переменные резисторы, как это показанона рисунке 2.4.2 .

2.4.3 Величина момента,развиваемого двигателем, фиксируется с помощью проградуированной шкалы истрелки.

3 РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Под изготовлением печатной платыподразумевается ряд действий, посредством которых, при наличии электрическойпринципиальной схемы необходимого устройства (или его части), выбранныхэлементах схемы и известных источниках питания, получаем печатную плату этогоустройства (или его части), работающая в соответствии с расчетными параметрами.Изготовление печатной платы было произведено в соответствии со следующимпланом.

1. Разработка схем электрическихпринципиальных.

2. Трассировка плат (прокладка электропроводящихдорожек, соединяющих навесные элементы платы).

Для трассировки былиспользован автоматический трассировщик печатных плат PCAD 8.51. Разработаннуюсхему набираем в редакторе схем программы PCAD 8.51 с указанием заранеерассчитанных типов и номиналов навесных элементов и подводимого питания.Результатом работы автотрассировщика являются чертежи лицевых и обратных сторондвухсторонних печатных плат с произведенной разводкой дорожек.3. Подготовкаподложки плат.Всоответствии с размерами будущих печатных плат (выясняется по чертежам,полученным автотрассировщиком), изготовляются заготовки из текстолитафольгированного двухстороннего. Эти заготовки тщательно обрабатываются мелкойнаждачной бумагой. При этом преследуются две цели. Во-первых, необходимо снятьокислы с медной фольги, покрывающей стеклотекстолит и во-вторых это делаетсядля того, чтобы нанести микроцарапины на поверхность этой фольги. Зачем этонужно, будет понятно из дальнейшего описания.

4. Следующим шагомявляется изготовление штампов, по которым будут изготовлены платы.

Даннаятехнология подразумевает использование одноразовых бумажных штампов. Ониизготавливаются следующим образом. Готовые чертежи плат с произведеннойразводкой печатаются лазерным принтером на плотной глянцевой бумаге, имеющейнекоторую прозрачность (для возможности совмещения лицевых и обратных сторон).При этом необходимо учесть, что лицевые стороны должны быть распечатаны взеркальном отображении. Распечатка должна производиться именно на лазерномпринтере. У такого типа принтеров используется тонер, который имеет свойстваразмягчаться при высокой температуре. При падении температуры он спекается и втаком состоянии может долго сопротивляться агрессивным средам. Эти его свойстваиспользуются в данной технологии изготовления печатных плат. Затем распечаткитщательно совмещают на просвет и скрепляют с двух-трех сторон.

5. Подготовказаготовки для травления.

Помещаем в скрепленные штампыстеклотекстолитовую заготовку платы, протертую медицинским спиртом, и проводимтермическую обработку полученного пакета. Это делается для того, чтобы тонер наштампах размягчился и перешел на поверхность медной фольги, покрывающейстеклотекстолит. Такую обработку удобно производить утюгом, положив пакет нагладкую поверхность. При этом бумага плотно склеивается с фольгой спекшимсятонером. Этот пакет кладут в воду на 20-30 минут. По прошествии этого временибумага размякает и свободно отстает от фольги, оставив на ней четкий рисунокдорожек, контактных площадок и надписей будущих плат.

6. Травление.

Травление это удаление лишней фольгис заготовки химическим способом. При этом используется реакция замещения

FeCl3+Cu®CuСl3+Fe

Продукты химической реакции осадкомвыпадают на дно ванны, в которой производится травление и в результате мы имеемплату, на которой медная фольга осталась только на тех участках, где онапокрыта тонером лазерного принтера. Этот тонер смывается растворителем и мыполучаем готовую печатную плату.

4 МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТЕНДА

Механическая часть стендапредставлена в приложении 1.

Исследуемый двигатель 17типа PIVT 6 – 25 / 3 A. Нагрузочный генератор 7 типа СЛ 525.

Электрические машинызакреплены на корпусе лабораторного стенда с помощью стоек 4,12,17,19. При этомнагрузочный генератор установлен на стойках таким образом, что его статор можетсвободно поворачиваться. Это достигнуто следующим образом: к корпусунагрузочного генератора крепятся фланцы 2,9. На фланцы надеты подшипники 6,10.В свою очередь на подшипники надеты крышки 5,11 , которые крепятся к стойкам.

Испытуемый двигатель инагрузочный генератор соединены между собой с помощью двух полумуфт 13,15.Полумуфты разъединены между собой резиновой прокладкой 14.

Статор и роторнагрузочного генератора могут фиксироваться между собой с помощью винта.

В качестве противовеса приизмерениях момента использован груз 19, прикрепленный к корпусу нагрузочногогенератора с помощью хомута 8.

Величина моментафиксируется проградуированной шкалой 3 и стрелкой 1, закрепленной на фланце.

Корпус лабораторногостенда представляет собой параллелепипед со стеклотекстолитовым основанием.

Электрические машины,измерительные приборы и элементы управления расположены на лицевой сторонестенда.

Внутренняя часть корпусасодержит электрические приборы защиты, электрические платы, соединительные провода.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

5.1 Расчеткапитальных затрат

Расчет материальныхзатрат состоит из расчета затрат на приобретение сырья и основных материалов,комплектующих изделий, а также из расчета заработной платы производственныхрабочих, непосредственно связанных с технологическим процессом изготовленияизделия.

Расчеты затрат наприобретение сырья, основных материалов, комплектующих изделий, а такжестоимость электромонтажных работ сведены в таблице – 5.1 .

(5.1.1)

Расходы на доставку ихранение покупного сырья и материалов составляют 35 процентов от стоимостипокупного сырья. Стоимость материалов, с учетом расходов на доставку и хранениерассчитываются по формуле

где Спм – стоимость материалов из таблицы — 5.1, Спм=639,5 рублей;

Кмат – транспортные искладские расходы, Кмат =35 %;

К – коэффициент переводавосстановительной стоимости в ценах на 01.01.2000 г., К=6,776.

еще рефераты

Еще работы по технологии

Реферат по технологии

ГОСТы

26 Июня 2015

Реферат по технологии

ГРЭС 1500 Мвт

1 Сентября 2013

Реферат по технологии

Газоочистка №2 ОАО АВИСМА

26 Июня 2015

Реферат по технологии

Газоперекачивающие агрегаты

26 Июня 2015