 |
Широтно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования входного сигнала в прямоугольные импульсы. Схема ШИПа представлена в приложении.
|
|
|
|
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
| 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.
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.
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.
|
|
|
12 |
