скачать doc
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
(МИИТ)
Кафедра: «Управление и информатика в технических системах»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«Электромеханические системы»
Силовая следящая электромеханическая система
с электромашинным усилителем
Выполнил: ст. гр. АУИ-411
Акчурин Р.С.
Проверил: Давыдюк В. Б.
Москва 2003
Содержание
1. Цель и задачи курсового проектирования 3
2. Исходные данные 3
3. Выбор типовых элементов системы 5
3.1. Выбор исполнительного двигателя 5
3.2. Выбор тахогенератора 6
3.3. Выбор сельсинов точного и грубого отсчетов 6
3.4. Выбор электромашинного усилителя 6
4. Расчет механической передачи системы 7
5. Передаточные функции элементов системы 9
6. Построение характеристик системы 11
7. Описание принципиальной схемы системы 15
Список использованной литературы 16
1. Цель и задачи курсового проектирования
В системах автоматического управления технологическими процессами широко применяются электромеханические системы. Почти две трети всей энергии, вырабатываемой электрическими станциями, преобразуется в механическую электромеханическими системами.
Для обеспечения высоких технико-экономических показателей проектируемой системы необходимо выбрать структуру системы, элементы, входящие в нее, таким образом, чтобы они функционировали в оптимальном режиме.
Задачей курсового проектирования является использование студентами сведений и данных, содержащихся в научно-технической и справочной литературе. Итогом работы над курсовым проектом должно быть решение, основанное на использовании современной элементной базы и отвечающее требованиям технического прогресса.
2. Исходные данные
Тема Силовая следящая электромеханическая система с электромашинным усилителем.
Исходные данные
G0= 840 [н] – вес объекта
R0 = 0,25 [м] –радиус центра тяжести масс относительно оси вращения
I0 = 6184 [кг∙м2] – момент инерции относительно оси вращения
0 = 0,95 [рад/с] – максимальная скорость;
0 = 0,0285 [рад/с2] – максимальное ускорение;
= 3 [угл.мин] - погрешность воспроизведения угла (не более);
Блок-схема системы приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Блок-схема системы.
СД–ГО, СД–ТО – сельсин-датчик грубого и точного отсчетов;
СП–ГО, СП–ТО – сельсин-приемник грубого и точного отсчетов;
ПУ – предварительный усилитель;
СУ – синхронизирующее устройство;
ФЧУ – фазочувствительный усилитель;
ЭМУ – электромашинный усилитель;
ТГ – тахогенератор;
ИД – исполнительный двигатель;
РС – силовой редуктор;
О – объект.
Задание
Выбрать типовые элементы ЭМС (ИД, ЭМУ, ТГ, сельсины ТО и ГО), рассчитать и построить механические и регулировочные характеристики привода.
Определить передаточные отношения силового редуктора РС и редукторов РД и РП между сельсинами ТО и ГО на задающей и приемной оси.
Рассчитать оптимальные передаточные числа РС по скорости и моменту.
Определить коэффициенты усиления ЭМУ, ФЧУ, СУ, ПУ, ТГ.
Вывести передаточные функции элементов привода и разработать структурную схему системы.
Рассчитать и построить для разомкнутой системы график разгона привода до максимальной скорости, график изменения во времени угла поворота объекта.
Разработать принципиальную электрическую схему и описать принцип действия системы.
3. Выбор типовых элементов системы
3.1. Выбор исполнительного двигателя
Исполнительный двигатель является ключевым элементом электромеханической системы (ЭМС). Выбор мощности двигателя производится исходя из необходимости обеспечения заданной работы при условии нормального температурного режима и допустимых механических перегрузок. Затем производится уточненная проверка динамических возможностей и энергетических характеристик самого привода.
Рассчитаем мощность исполнительного двигателя постоянного тока:
M0= G0* R0 =840*0,25=210 [Н*м]
[кВт]
где 
– максимальная скорость привода [рад/с];КР = 1.8 – коэффициент запаса по мощности;
ηМ = 0,9 – коэффициент перегрузки двигателя по моменту.
По приложению [1] выберем
Двигатель ПН – 10.
Технические данные:
| Мощность РНОМ | 1000 Вт |
| Напряжение UЯНОМ | 110 В |
| Скорость вращения ΩНОМ | 1420 об/мин =149 рад/с |
| Ток якоря IЯНОМ | 12,2 А |
| Момент инерции якоря JД | 0,8 кгм2 |
| RЯ | 0,9 Ом |
| LЯ | 0,18·10-2 Гн |
| UВ | 110 В |
| IВ | 1,3 А |
Проверим основные параметры выбранного двигателя:
, где
[Н*м]
56,1 54,36 условие выполняется.
Выбор тахогенератора
Так как исполнительный двигатель постоянного тока, то целесообразно выбрать тахогенератор постоянного тока, у которого номинальная скорость вращения не меньше номинальной скорости вращения исполнительного двигателя. Исходя из этих соображений по приложению [13] выбираем:
Тахогенератор ТД – 101.
Технические данные:
Напряжение UОВ = 110 В;
Ток IОВ = 0,065 А;
Крутизна = 0,021 В/об/мин=0.2 В/рад/с
Максимальный ток нагревания IН = 0,1 А;
Сопротивление обмотки якоря RЯ = 330 Ом;
Момент инерции якоря JЯ = 0,62·10-5 кг·м2;
Индуктивность обмотки якоря LЯ = 2,8 Гн;
Максимальная скорость якоря ΩНОМ = 1500 об/мин = 157,08 рад/с.
Выбор сельсинов точного и грубого отсчетов
Для повышения точности передачи угла применяют двухканальные системы, состоящие из каналов грубого (ГО) и точного (ТО) отсчетов.
Для заданной погрешности:.
Δθ = 3/60=0,05 =0.00087 [рад]
По приложению [10] выберем
Контактные сельсины ДИ – 500 и СС – 500.
Технические данные:
Частота питания f = 50 Гц;
Напряжение питания U = 110 B;
Ток возбуждения IB = 1.0 A;
Вторичное напряжение UВТОР = 57 В;
Момент трения = 0,075 Н·см = 0.22 Н·м;
Скорость вращения Ω = 500 об/мин = 52,36 рад/с.
Порядок точности I, максимальный угол рассогласования 0,75
Выбор ЭМУ
По приложению [7] выберем ЭМУ-12A
Технические данные:
Мощность номинальная Mн - 1.2 кВт
Напряжение номинальное U = 115 B;
Ток номинальный I = 10.4 A;
Постоянная времени обмотки управления –0.06 с
Постоянная времени короткозамкнутой обмотки – 0.05 с
Коэффициент усиления по напряжению –10-17
Коэффициент усиления по мощности – 2500
Расчет оптимальных передаточных чисел по ускорению и моменту
По ускорению:
По моменту:
Пусть iР =130
Предварительная проверка правильности выбора двигателя
А).По скорости : iР * ΩО =< (1.05-1.1)* ΩД
130*0,95 =< (1.05-1.1)* 149
123,5 < (156,5 – 163.9) условие выполняется.
Б).По моменту : MД НОМ >= 1.1*Mo/( iР*0.8)
6,7>= 2.22 условие выполняется.
В).По нагреву : MД НОМ > =
6,7 >= 3.5 условие выполняется.
4.Расчет механической передачи системы
Определим передаточное отношение РД и РП между сельсинами ТО и ГО на задающей и приемной оси. Выберем сельсины 1-го класса точности; для заданного класса точности погрешность передачи угла составляет 0,25. Заданная погрешность 0,066667. Определим передаточное отношение РД и РП:
iД = 0,75/0.05= 15.
iП = 0,75/0.05= 15.
Определим число n кинематических пар редуктора из условия:
т.е. получаем 4 кинематические пары редуктора.
Zш=20 Zш1=20
Проверка :
Число зубьев ведущих шестерен : Zвед = 20
Диаметр вала двигателя : d = 12(мм) =12*10-3 (м)
Диаметры ведущих шестерен : Dвед = 2*d=24 (мм) =24*10-3 (м)
Расчет значения модуля:
m = Dвед / Zвед =24/20=1.2 (мм)=1.2*10-3 (м)
Выберем значения модуля равным 1.25 (мм)=1.25*10-3 (м)
Число зубьев ведомых шестерен :
Zведом1 = i1* Zвед = 36
Zведом2 = i2* Zвед = 44
Zведом3 = i3* Zвед = 72
Zведом4 = i4* Zвед = 180
Диаметры ведомых шестерен :
Dведом1 =m* Zведом1 = 45 (мм)= 45*10-3 (м)
Dведом2 =m* Zведом2 = 55 (мм)= 55*10-3 (м)
Dведом3 =m* Zведом3 = 90 (мм)= 90*10-3 (м)
Dведом4 =m* Zведом4 = 225 (мм)=225*10-3 (м)
Проверка зубьев на прочность :
Примем
=5
0.1 <= 1.25 –условие выполняетсяКинематическая схема редуктора :
Двигатель i3 Объект
i1 i2 i4
Расчет моментов инерции шестерен:
==4.847*(24*10-3) 4=1.6*10-6 [кг*м2]
1.98*10-5 [кг*м2]
4.44*10-5 [кг*м2]
3.18*10-4 [кг*м2]
0.0124 [кг*м2]Расчет момента инерции редуктора :
=1.35*10-5 [кг*м2]Окончательная проверка правильности выбора двигателя :
А). По моменту
MД НОМ >=0 * iР (Jд+Jр+Jo/(
*0.8))+ Mo/( iР*0.8)6.7>= 6.6 условие выполняется.
Б).По скорости : iР * ΩО =< 1.1* ΩД
130*0.95 =< 1.1* 149
123.5 < 163.9 условие выполняется.
В).По нагреву : MД НОМ > =
6.7 >= 3.16 условие выполняется.
5. Передаточные функции элементов системы
Расчет добротности:
Коэффициент усиления тахогенератора определяется крутизной его характеристики:
[В/рад/с]Передаточная функция тахогенератора :
Исполнительный двигатель
[рад/(В*с)]
[кг*м2]В формуле неучтен JР т.к. он пренебрежительно мал и равен 1.35*10-5 [кг*м2]
[c] 
[Гн/Ом]
Редуктор
ЭМУ
Сельсины
D=Кобщ= КС*КПУ*КСУ*КФЧУ* КР*
728=57* КПУ*КСУ*КФЧУ*0.00775*
КПУ*КСУ*КФЧУ = 405
= 405Структурная схема системы.
Передаточная функция системы.
6. Построение характеристик системы
6.1. Построение графика разгона системы до максимальной скорости
С помощью программы PEREHOD1 получим:
 | 0 | 0,3 | 0,6 | 0,9 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 2,4 |
 | 0 | 0,315 | 0,643 | 0,807 | 0,884 | 0,92 | 0,937 | 0,945 | 0,949 |
График разгона системы до максимальной скорости приведен на рис 6.1.1
Рис 6.1.1. График разгона системы до максимальной скорости.
6.2. Построение графика изменения во времени угла поворота
объекта
С помощью программы PEREHOD1 получим:
| | 0 | 0,3 | 0,6 | 0,9 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 2,4 | 2,7 |
 | 0 | 0,035 | 0,184 | 0,404 | 0,659 | 0,931 | 1,21 | 1,492 | 1,777 | 2,062 |
График изменения во времени угла поворота объекта приведен на рис 6.1.2
Рис.6.1.2. График изменения во времени угла поворота объекта.
7. Описание принципиальной схемы системы.
Принципиальная схема системы включает в себя двухканальную следящую систему сельсинов, устройство синхронизации, фазочувствительный усилитель и электромашинный усилитель, исполнительный двигатель постоянного тока, тахогенератор в цепи отрицательной обратной связи.
Двухканальная система сельсинов имеет каналы точного (ТО) и грубого (ГО) отсчетов. При подаче на вход системы задающего угла сначала отрабатывается угол из канала ГО, а затем на канале ТО до заданной точности.
Коммутация каналов осуществляется с помощью устройства синхронизации. Угол ,преобразованный в напряжение на двухканальной системе сельсинов подается на фазочувствительный усилитель , который , в зависимости от амплитуды и фазы напряжения, на выходе выдает напряжение соответствующей полярности.
Затем напряжение поступает на вход электромашинного усилителя, к выходу которого подключен исполнительный двигатель. На вход электромашинного усилителя подается и напряжение с тахогенератора с учетом того, что ТГ – элемент отрицательной обратной связи .
Список использованной литературы
Давыдюк В. Б. Электромеханические системы. Методические указания к курсовому проектированию. – М., Типография МИИТ, 1998.