Введення
Електроприводи грають в даний час важливу роль при вирішенні задач автоматизації у всіх галузях народного господарства. Їхні технічні параметри істотно впливають на якість і надійність автоматизованих технологічних процесів.
Розвиток силової електроніки та мікроелектроніки зробило плодотворний вплив на розробки в області електропривода та автоматики. Сучасний автоматизований електропривод включає в себе системи управління та регулювання з високим рівнем організації і одночасно сам є підсистемою в ієрархічній структурі автоматизації.
Зрослі вимоги до швидкості і точності, виконуваних електроприводом рухів, необхідність забезпечити взаємний зв'язок одночасних рухів декількох робочих органів машини або ряду агрегатів технологічного ланцюга при оптимальних показниках та заданих обмеженнях істотно ускладнили функції управління електроприводом.
1. Визначення структури і параметрів об'єкта управління
До складу об'єкта управління входять широтно-імпульсні перетворювачі і двигун постійного струму 4ПФ112L - 3,55 кВт - 425 хв -1 з параметрами:
- Номінальна потужність кВт,
- Номінальний струм якоря А,
- ККД ,
- Номінальна частота обертання хв -1,
- Напруга в якірного ланцюга В,
- Напруга в обмотці збудження В,
- Момент інерції на валу двигуна кг × м 2,
- Номінальний момент Н × м,
- Номінальний струм збудження А.
Двигун типу 4ПФ призначений для приводу механізму головного руху верстатів з ЧПК, гнучких виробничих систем і роботизованих виробничих комплексів. Двигун поставляється з вбудованими тахогенератором типу ТП80-20-0, 2 і датчиками теплового захисту - терморезистором типу СТ 14-1Б. Двигун витримує навантаження по струму при номінальній частоті обертання протягом і протягом ; При максимальній частоті обертання - протягом . [2]
Сумарний момент інерції, приведений до валу двигуна:
кг × м 2
Опір якірної обмотки:
[4]
тоді Ом
Постійна двигуна
У × з
де В × с / Вб
тоді
Вб
Номінальна кутова швидкість обертання:
с -1
Максимальна швидкість обертання:
с -1
Індуктивність розсіювання якірного ланцюга двигуна обчислимо за наближеною формулою Уманського-Лінвілля: [1]
Гн = мгн [1]
Враховуючи індуктивність трансформатора і згладжуючих дроселів, повна індуктивність
Гн
Електромагнітна постійна часу:
з
Максимальний момент при максимальній швидкості і номінальному потоці:
Н × м
Визначимо у скільки разів можна зменшити потік, щоб момент розвиває двигун не знизився менше ніж Н × м
З урахуванням запасу задамося максимальним зниженням потоку в 2 рази, тоді:
Н × м
Тоді максимально можлива швидкість:
с -1
Приймаються с -1
Знайдемо кількість витків в обмотці збудження:
Опір кола збудження:
Ом
2. Розрахунок параметрів елементів структурної схеми
В якості вихідної структурної схеми виберемо двоконтурну систему ЕП (рис.1).
Будемо налаштовувати на технічний оптимум контур струму і швидкості
Контур струму.
Ом
отже, потрібно ПІ-регулятор струму.
Ом
отже, потрібно ПІ-регулятор струму збудження.
Електроприводи грають в даний час важливу роль при вирішенні задач автоматизації у всіх галузях народного господарства. Їхні технічні параметри істотно впливають на якість і надійність автоматизованих технологічних процесів.
Розвиток силової електроніки та мікроелектроніки зробило плодотворний вплив на розробки в області електропривода та автоматики. Сучасний автоматизований електропривод включає в себе системи управління та регулювання з високим рівнем організації і одночасно сам є підсистемою в ієрархічній структурі автоматизації.
Зрослі вимоги до швидкості і точності, виконуваних електроприводом рухів, необхідність забезпечити взаємний зв'язок одночасних рухів декількох робочих органів машини або ряду агрегатів технологічного ланцюга при оптимальних показниках та заданих обмеженнях істотно ускладнили функції управління електроприводом.
1. Визначення структури і параметрів об'єкта управління
До складу об'єкта управління входять широтно-імпульсні перетворювачі і двигун постійного струму 4ПФ112L - 3,55 кВт - 425 хв -1 з параметрами:
- Номінальна потужність
- Номінальний струм якоря
- ККД
- Номінальна частота обертання
- Напруга в якірного ланцюга
- Напруга в обмотці збудження
- Момент інерції на валу двигуна
- Номінальний момент
- Номінальний струм збудження
Двигун типу 4ПФ призначений для приводу механізму головного руху верстатів з ЧПК, гнучких виробничих систем і роботизованих виробничих комплексів. Двигун поставляється з вбудованими тахогенератором типу ТП80-20-0, 2 і датчиками теплового захисту - терморезистором типу СТ 14-1Б. Двигун витримує навантаження по струму при номінальній частоті обертання
Сумарний момент інерції, приведений до валу двигуна:
Опір якірної обмотки:
Постійна двигуна
де
тоді
Номінальна кутова швидкість обертання:
Максимальна швидкість обертання:
Індуктивність розсіювання якірного ланцюга двигуна обчислимо за наближеною формулою Уманського-Лінвілля: [1]
Враховуючи індуктивність трансформатора і згладжуючих дроселів, повна індуктивність
Електромагнітна постійна часу:
Максимальний момент при максимальній швидкості і номінальному потоці:
Визначимо у скільки разів можна зменшити потік, щоб момент розвиває двигун не знизився менше ніж
З урахуванням запасу задамося максимальним зниженням потоку
Тоді максимально можлива швидкість:
Приймаються
Знайдемо кількість витків в обмотці збудження:
Опір кола збудження:
2. Розрахунок параметрів елементів структурної схеми
В якості вихідної структурної схеми виберемо двоконтурну систему ЕП (рис.1).
Будемо налаштовувати на технічний оптимум контур струму і швидкості
Контур струму.
отже, потрібно ПІ-регулятор струму.
Контур швидкості.
Контур струму збудження.
отже, потрібно ПІ-регулятор струму збудження.
|
Рис.2. Характеристика задає ланки.
На вхід ланки, зображеного на рис. 2 приходить сигнал неузгодженості (Uze-Eя).
При
Вибір елементів контуру струму якоря.
Як датчик струму якоря вибираємо ДТХ-50. На вхід цього датчика можна подавати
Так як
Тоді
Зобразимо ПІ-РТЯ.
VD2 |
Скидання |
R14 |
C2 |
R10 |
R11 |
R9 |
-Uутя |
+ Uотя |
+ Uyтя |
¥ |
Рис.9. Принципова схема ПІ-РТЯ.
Як ОУ вибираємо прецизійний ЗУ типу КР140УД17А [3].
Він має наступні параметри:
У початкове значення часу необхідно обнулити інтегратори. Для цього будимо використовувати аналоговий ключ типу КР590КН2, який містить у собі два ключі. Нехай
Використовуючи [3] вибираємо резистори, конденсатор і стабілітрон, а також користуючись стандартним поруч Е96.
Вибір елементів контуру швидкості.
Двигун 4ПФ112L поставляється з вбудованим тахогенератором типу ТП80-20-0.2.
Його параметри:
Крутизна вихідної характеристики
Номінальна швидкість обертання
Максимальна швидкість обертання
У нашому випадку при
Зобразимо принципову схему П-РС.
VD1 |
R7 |
R2 |
R3 |
+ Uус |
+ Uyтя |
¥ |
| |||||||
BR |
- |
+ |
| |||||||||
Рис.10. Принципова схема П-РС
Нам потрібно отримати
П-РС реалізуємо на ЗУ типу КР140УД17А.
Нехай
Вибір елементів ПІ-РТВ.
Зобразимо ПІ-РТВ.
VD1 |
Скидання |
R28 |
C3 |
R25 |
R26 |
R24 |
-Uутв |
+ Uотв |
+ Uyтв |
¥ |
Рис.11. Принципова схема ПІ-РТВ.
Як датчик струму збудження вибираємо датчик струму ДТХ-25, принцип дії якого базується на ефекті Холла.
При
У нас
Для ПІ-РТВ використовуємо ЗУ типу КР140УД17А. Вибираємо
Вибираємо:
3. Вибір елементів задатчика струму збудження
Контур регулювання потоку складається з датчика ЕРС на опорах R18, R19, L1M1 гальванічно розв'язує операційного підсилювача DA1 типу ISO16p.
Опір ланцюжка R18, R19, L1M1 вибираються виходячи з того щоб на вхід мікросхеми DA1 подавалося напруга 200 мВ при максимальній швидкості обертання двигуна
Враховуючи, що на виході DA1 максимальна напруга становить
Приймемо Uze = 10В і реалізуємо вичітатель на ОУ КР140УД17А. Він виробляє на виході сигнал неузгодженості (Uze-Eя).
При R1 = R3 і R2 = R4 нам потрібно
Тоді
Задаємося
Вибираємо:
Зобразимо принципову схему задатчика струму збудження.
Рис.12. Принципова схема задатчика струму збудження.
Отже, даний сигнал неузгодженості тепер надходить на вхід нелінійного елемента, який має характеристику рис.2, тому що сигнал Uze надходить на вхід ПІ-РТВ в инвертном вигляді. Ця характеристика показана на рис.2.
Для синтезу такої характеристики використовуємо обмежувач на ЗУ типу КР140УД8А.
Припустимо, що гілка, що зв'язує Uсм зі входом ОУ через R23 відсутній, а до ОУ приєднані: стабілітрон КС150А з
Вибираємо:
Тоді DA8 буде працювати, як обмежувач, якщо поставити на виході DA8 дільник R29, R30 тому стабілітронів на 1В немає.
Вибираємо:
Вибираємо:
4. Розробка конструкції блоку управління
При розробці конструкції блоку управління необхідно враховувати ряд факторів, що впливають на конструктивне виконання блоку. Будемо вважати, що плата модуля управління входить в загальний блок системи управління, тобто є окремим її модулем. Модуль управління вставляється в загальний блок по напрямних, що дозволяє точно поєднати роз'єм з відповідною частиною. Для зручності монтажу на передній панелі передбачена ручка.
Блок управління сконструйований на друкованій платі з текстоліту фольгированного марки Сф1 ГОСТ10316-78.
Розміри друкованої плати обрані виходячи з розміщення на ній усіх елементів. Спочатку були розташовані всі елементи з відповідними їм розмірами. І, виходячи з того, яку площу вони займають, були вибрані розміри плати з ряду стандартних розмірів. Площа плати становить
Розміри елементів були вибрані у відповідності зі стандартними розмірами [5].
Нижче наведені ці елементи і їх розміри [5].
Резистор.
У схемі присутні два види резисторів С2-23 з різною номінальною потужністю.
Тип резистора | Номінальна потужність | Розміри, мм | ||
D | L | L1 | ||
С2-23 | 0.125 | 2 | 6 | 20 |
1 | 6.6 | 13 | 25 |
Конденсатори.
У схемі присутні три види конденсаторів К73-9, ДО73-17 і К10-17.
Тип конденсатора | Розміри, мм | ||||
L | B | H | l | A | |
К73-9 | 20 | 8 | 11 | 25 | 12.5 |
К73-17 | 18 | 8.5 | 19 | 25 | 15 |
К10-17 | 6.8 | 4.6 | 5.5 | 20 | 2.5 |
Мікросхеми.
У схемі присутні три види мікросхем: операційні підсилювачі (КР140УД17А і КР140УД8А), а так само логічний ключ (КР590КН2).
Тип | Корпус | Розміри, мм | |||||
n | D | E | l | A | e | ||
КР140УД17А | 2101.8-2 | 8 | 12 | 7.5 | 7,5 | 5 | 2.5 |
КР140УД8А | 201.8-1 | 8 | 12 | 7.5 | 5 | 5 | 2.5 |
КР590КН2 | 238.16-8 | 16 | 20 | 7.5 | 5 | 5 | 2.5 |
Для зменшення струмів витоку по поверхнях плати її необхідно покрити з двох сторін лаком, наприклад типу К-47.
Напруга харчування схем, сигнали з датчиків, вихідні сигнали регуляторів подаються і знімаються зі схеми за допомогою роз'єму типу СНО51-30/59 * 9Р-2.
Список літератури
1. В.І. Ключів Навчальний посібник з курсу теорія автоматизованого електроприводу М. 1978.
2. І.П. Копилов Довідник по електричним машинам М. 1988.
3. М.Ю. Масколенков, Е.А. Соболєв Довідник розробника і конструктора РЕА. Елементна база. М. 1996.
4. В.А. Єлісєєв, А.В. Шінянскій Довідник з автоматизованого електроприводу М.1983.
5. А.І. Горобець, А.І. Степаненко, В.М. Коронкевіч. Довідник з конструювання радіоелектронної апаратури. Друковані вузли. Київ 1985.