Реферат: Высокомоментные двигатели

В тех случаях, когда по условиям эксплуатации применение коллекторных МДПМ недопустимо, находят широкое применение вентильные МД, секции которых подключаются к сети с помощью полупроводниковых ключей (вентилей). Указанные электродвигатели имеют, как правило, обращенное исполнение с размещснием индуктора на роторе. Коммутация токов в секциях ОУ вентильных МДПМ может осуществляться как дискретно, так и непрерывно. Дискретная МДПМ может осуществляться как дискретно, так и непрерывно. Дискретная коммутация осуществляется с помощью датчиков положения ротора (датчиков Холла, трансформаторных, индукционных и др.), управляющих полупроводниковыми ключами, которые подключают к сети постоянного тока трех- или четырехфазную статорную обмотку. Однако у таких МД имеют место значительные пульсации момента по углу поворота ротора (достигающие 10—15 %), вызываемые как коммутационными процессами при переключении фаз, так и дискретными ми поворотами МДС статора. При увеличении количества тактов за один оборот ротора пульсации момента уменьшаются, однако возрастает число датчиков положения или усложняется схема. Непрерывная коммутация осуществляется с помощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ), управляющих токами ОУ МДПМ через фазочувствительные усилители-преобразователи (ФЧУП). В некоторых случаях для непрерывной коммутации используются датчики Холла или емкостные датчики.

Ротором МДПМ с ограниченным или неограниченным углом поворота может быть сама ОУ, размещенная на каркасе из немагнитного материала; в этом случае электромеханическая, а также электромагнитная постоянные времени МДПМ весьма малы, а момент, обусловленный гистерезисом или неравномерностью воздушного зазора, отсутствует. При этом в связи с большим воздушным зазором уменьшается индукция в зазоре и возрастает поток рассеяния.

1.6  Математическое описание  ВМД в электромеханических системах

1.7     Принцип действия ВМД

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

Ток, протекающий в обмотке двигателя, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, создает вращающий момент. Когда Mэ>Mс двигатель начнет вращаться.

1.8     НАГРЕВ ДПТ.

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

Время, за которое температура достигает 63 процента от своего максимального значения называется тепловой постоянной времени.

Превышение температуры DТ определяется разностью между Тдв и Тохл.ср.:

Рисунок 1.8.1 - График роста температуры во время работы электродвигателя.

При значительном увеличении температуры ЭД происходит ускоренное старение его изоляции, а также могут выйти из строя подшипники и коллектор. Предельное DТ определяется классом изоляции двигателя согласно таблице 1.8.1 .

Свойства изоляции ухудшаются по трем основным причинам:

– За счет нагрева.

Связь между температурой и сроком службы изолятора апроксимируется следующими выражениями:

,

где L – срок службы, лет;

Q – температура изоляции, °С

а,m – константы, зависящие от материала.

– За счет нагрева.

Коэффициент поверхностного сопротивления уменьшается, а утечка тока увеличивается, когда поверхность электроизоляционного материала впитывает воду. При впитывании воды диэлектриком, уменьшается коэффициент его объемного сопротивления, а потери увеличиваются. Высокая влажность вызывает также химическую деформацию материала из-за растяжения, разбухания и роста плесени, что в свою очередь, способствует дальнейшему ухудшению свойств изоляции.

Таблица 1.8.1 – Классы изоляции

– За счет циклического охлаждения и нагрева.

При циклическом нагреве и охлаждении свойства изоляции ухудшаются гораздо быстрее за счет механических напряжений от растяжения и сжатия, а также от нагрева.

Повышение температуры работающего двигателя продолжается до тех пор, пока выделяемое тепло не станет равным рассеиваему теплу.

Обозначим переменные:

Q – тепло, выделяемое двигателем;

С – средняя мощность двигателя;

Н – коэффициент теплового рассеивания;

DТ – превышение температуры;

t – время с момента пуска ЭД.

Уравнение теплового баланса:

где Q×dt – количество тепла, выделяемого двигателем за dt,

C×dDТ – количество тепла на нагрев двигателя,

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

Решением уравнения (1.8.1) является:

Постоянная интегрирования A определяется из начальных условий:

Тогда уравнение (1.8.2) за время t

  или   

1.9     Регулирование скорости

1.9.1     Реостатное регулирование скорости.

Рисунок 1.9.1.1

Рисунок 1.9.1.2

Подставим (1.9.1.5) в (1.9.1.3):

.

Отсюда:

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

.

Выразим скорость

Рисунок 1.9.1.3 - Механические характеристики

Изображенные на рисунке 1.9.1.3 величины woe и woи равны соответственно

 ,  .

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

Рисунок 1.9.1.4 – Искусственные механические характеристики

1.9.2     Импульсное реостатное регулирование скорости.

Рисунок 1.9.2.1

Рисунок 1.9.2.2 - Механические характеристики

Рисунок 1.9.2.3

e - скважность управляющих импульсов:

.

Соответственно e может принимать значения 0...1.

,

где

.

Для осуществления способа используют 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 скорости путем изменения потока возбуждения.

В связи с тем, что поле возбуждения создается постоянным магнитом, регулирование скорости путем уменьшения потока Ф неосуществимо.

1.10     Расчет потерь энергии.

Потери энергии в установившемся режиме определяются

.

Потери энергии во время переходных процессов определяются

.

1.10.1     Пуск двигателя.

Рисунок 1.10.1.1

При Mc=0.

Значение динамического момента

.

,

.

Рисунок 1.10.1.2

При Mc=const.

; .

Если Мс – мал, то

1.10.2     Динамическое торможение.

Мс=0 .

Mc=const.

2     ВЫБОР ВМД И ТАХОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА. РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ. ВЫБОР ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

2.1     Выбор вмд и тахогенератора для лабораторного стенда

В зависимости от поставленной цели (задачи) определяем необходимую мощность, величину момента, который развивает двигатель и доступные к использованию источники питания, а также конструктивное исполнение высокомоментного двигателя, отвечающего требованиям данной задачи. Исходя из указанных параметров, а также учитывая располагаемое разработчиками оборудование, был выбран коллекторный моментный двигатель с неограниченным углом поворота ротора серии PIVT 6/3A.

Поскольку в данной лабораторной работе предусмотрен рпыт снятия механических характеристик, то необходим тахогенератор. Достоинством выбранной машины является то, что ее конструкция содержит тахогенератор в одном корпусе с двигателем.

2.2 Требуется рассчитать основные параметры широтно-импульсного модулятора, нагрузкой которого является цепь якоря двигателя постоянного тока. Номинальное напряжение якорной цепи двигателя 30 вольт.

Широтно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования входного сигнала в прямоугольные импульсы. Схема ШИПа представлена в приложении.

На вход генератора пилообразного напряжения (далее ГПН), изображенного в приложении 3, подается напряжение минус 15 вольт. В основе ГПН лежит компаратор. При подаче сигнала емкость С9 начинает заряжаться и на выходе компаратора DA5 формируется линейно нарастающий сигнал. В начальный момент времени транзистор VT9 заперт. Далее этот нарастающий сигнал поступает на вход компаратора  DA6, где он сравнивается с напряжением задания (оно задается R36). В момент совпадения напряжений, на выходе компаратора DA6 появится импульс отрицательной полярности, который ограничивается стабилитронами  VS1 и  VS2. Этот импульс подается на базу транзистора VT12, который в начальный момент времени был открыт. Транзистор VT12 при поступлении сигнала закроется. Вследствие этого база транзистора VT9 окажется подключенной к источнику плюс 15 вольт. Транзистор VT9 откроется и емкость С9 окажется зашунтированной через VT9. 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 с ГПН подается на компаратор DA7, где оно сравнивается с напряжением управления (скважность) и на выходе компаратора DA7 формируется сигнал положительной и отрицательной полярности. Эти разнополярные сигналы будут отпирать транзисторы VT10 и VT11. В результате напряжения плюс и минус 15 вольт подаются на светодиоды гальванической развязки, основанной на оптоэлектронной интегральной микросхеме. С фотоприемника этот сигнал поступает на составной транзистор (схема Уилтона) VT18, VT22; VT21, VT17; VT23, VT19; VT24, VT20, где он усиливается и подается на базы транзисторов VT13, VT16 и VT15, VT14. Транзисторы VT13, VT16 и VT14, VT15 открываются попарно, подключая цепь якоря двигателя к источнику питания. С помощью изменения скважности сигнала (это делается  переменным резистором R32) можно регулировать продолжительность по времени положительных и отрицательных импульсов.

2.3     Выбор элементов ШИПа

В качестве операционных усилителей DA6 и DA7 возьмем микросхему К157УД2. Операционный усилитель DA7 возьмем типа К140УД7.

Гальваническая развязка в силовой части осуществляется с помощью оптоэлектрических интегральных микросхем типа К262КП1Б (оптронный повторитель). Транзисторы в силовой цепи VT13¸VT16 выбираем типа КТ503В с данными:

Iк max и=350mA,

h21э=40…120,

Uкэ max=40В,

n-p-n – типа.

Выбираем диоды типа Д7А а данными:

Imax=300mA,

Uобр max=50В.

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

2.4     Выбор приборов и устройств измерения и контроля

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

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

–    вольтметр с пределом измерения 30 вольт;

–    индикатор скорости на 3000 оборотов в минуту.

2.4.1     Для изготовления амперметра двух пределов измерения, берем за основу измерительную головку микроамперметра. Включая добавочные сопротивления, как это показано на рисунке 2.4.1, получаем необходимое измерительное устройство.

Рисунок 2.4.1

Расчет добавочных сопротивлений производится по формуле

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5