Курсовой проект по дисциплине «Электромеханические системы» Двухканальная электромеханическая следящая система с исполнительным двигателем постоянного тока Выполнил студент группы ауи-412 Подкопаев Д. В. Проверил

скачать doc

Министерство Путей Сообщения Российской Федерации
Московский Государственный университет

Путей Сообщения (МИИТ)

Курсовой проект

по дисциплине

«Электромеханические системы»

Двухканальная электромеханическая следящая система с исполнительным двигателем постоянного тока

Выполнил студент

группы АУИ-412

Подкопаев Д.В.

Проверил:

Давыдюк В. Б.

Москва 2000

Содержание

Содержание 2

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 3

2. ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 3

3. ВЫБОР ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА 5

Выбор исполнительного двигателя 5

Выбор тахогенератора 6

Выбор сельсинов точного и грубого отсчетов 6

Расчет и построение механических характеристик привода 7

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ
СИЛОВОГО РЕДУКТОРА 8

5. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ 9

Выбор коэффициентов усиления 9

Передаточные функции 9

Структурная схема системы 9

Построение графика разгона системы до максимальной скорости 11

Построение графика изменения во времени угла поворота объекта 12

6. РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 12

7. Список использованной литературы 14

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.ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тема. “Двухканальная электромеханическая следящая система

с исполнительным двигателем постоянного тока”
Таблица 1.1.

Исходные данные

М₀	I₀	Ω₀	ε₀	Δθ	Тип УМ
50,1	5,1	1	8,1	5	Магнитный усилитель

– статический момент нагрузки – М₀ [н∙м];

– момент инерции нагрузки – I₀ [кг∙м²];

– максимальная скорость – Ω₀ [рад/с];

– максимальное ускорение – ε₀ [рад/с²];

– погрешность воспроизведения угла (не более) – Δθ [угл.мин];

– блок-схема системы приведена на рис. 1.1.

Задание

выбрать типовые элементы ЭМС (ИД, ТГ, сельсины ТО и ГО), рассчитать и построить механические и регулировочные характеристики привода;
определить передаточные отношения силового редуктора РС и редукторов Р_Д и Р_П между сельсинами ТО и ГО на задающей и приемной оси;
рассчитать передаточные числа РС, обеспечивающие максимальный момент и скорость двигателя;
определить коэффициенты усиления УМ, ФЧУ, ПУ, СУ, ТГ;
вывести передаточные функции элементов системы и разработать структурную схему всей системы;
рассчитать и построить для разомкнутой системы график разгона системы до максимальной скорости, график изменения во времени угла поворота объекта;
разработать принципиальную электрическую схему и описать принцип действия системы.

Рис. 1.1. 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;

МУ – магнитный усилитель;

ТГ – тахогенератор;

ИД – исполнительный двигатель;

РС – силовой редуктор;

О – объект.

3.ВЫБОР ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА

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.

– мощность исполнительного двигателя постоянного тока,

где

– максимальная скорость привода [рад/с];

К_Р = (1

2) – коэффициент запаса по мощности;

η_М = (2,5

3) – коэффициент перегрузки двигателя по моменту.

[Вт].

По приложению 3 выбираем двигатель СЛ – 361.

Технические данные двигателя СЛ – 361:

Мощность Р_НОМ = 50 Вт;

Напряжение U_ЯНОМ = 110 В;

Скорость вращения Ω_НОМ = 3000 об/мин = 314 рад/с;

Ток якоря I_ЯНОМ = 0,85 А;

Момент инерции якоря J_Д = 0,7·10^-4 кг/м²;

R_Я = 20,5 Ом; L_Я = 0,87·10^-2 Гн;

U_ОВ = 110 В; I_ОВ = 0,8 А.

Проверочное условие правильности выбора двигателя:

, где

условие выполняется.

Произведем проверку двигателя по нагреву.

Условие проверки:

M_эo,

где

,

где

Проверка:

Mo; 0,2<50,1==> 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 ТГ СЛ – 162.

Технические данные ТГ СЛ – 162:

Напряжение U_ОВ = 110 В;

Ток I_ОВ = 0,08 А;

Крутизна = 0,025

Максимальный ток нагревания I_Н = 0,2 А;

Сопротивление обмотки якоря R_Я = 51 Ом;

Момент инерции якоря J_Я = 2·10^-5 кг·м²;

Индуктивность обмотки якоря L_Я = 0,43 Гн;

Максимальная скорость якоря Ω_НОМ = 3600 об/мин = 377 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 = 5/60 = 0,08^о.

По приложению 10 выберем контактные сельсины ДИ – 404 и СС – 404.

Технические данные сельсинов ДИ – 404 и СС – 404:

Частота питания f = 50 Гц;

Напряжение питания U = 110 B;

Ток возбуждения I_B = 0,42 A;

Вторичное напряжение U_ВТОР = 49 В;

Момент трения = 0,075 Н·см = 7,5·10^-4 Н·м;

Скорость вращения Ω = 500 об/мин = 52,36 рад/с.

Расчет и построение механических характеристик привода

Механической характеристикой называется зависимость скорости от момента двигателя при постоянном напряжении на якоре.

Механическая характеристика:

=f(M_Д)

Пусковой момент:

Скорость холостого хода:

Уточним передаточное отношение силового редуктора:

График механической характеристики привода

4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ
СИЛОВОГО РЕДУКТОРА

Общее передаточное отношение редуктора рассчитывается, исходя из заданной максимальной скорости нагрузки Ω_О и номинальной скорости исполнительного двигателя Ω_НД:

.

Это значение должно удовлетворять следующему условию:

0,16  0,12  0,15;  условие выполняется.

Определим число n кинематических пар редуктора из условия:

т.е. получаем 4 кинематические пары редуктора.

Определим передаточное отношение Р_Д и Р_П 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 0,08. Определим передаточное отношение Р_Д и Р_П:

i_Д = 0,25/0,08 = 3.

i_П = 0,75/0,08 = 9.

n = i_Д∙ i_П = 3∙9 = 27.

Расчет оптимальных передаточных чисел по ускорению и моменту

По ускорению:

По моменту:

5.ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

Выбор коэффициентов усиления

– общий коэффициент усиления,

где U_ВЫХ.С – напряжение на выходе сельсинов.

Коэффициенты усиления:

Предварительный усилитель К_ПУ = 1;

Синхронизирующее устройство К_СУ = 1;

Фазочувствительный усилитель К_ФЧУ = 4;

Магнитный усилитель К_МУ = 2;

Коэффициент тахогенератора определяется крутизной характеристики:

Передаточные функции

Сельсины

W_C(p) =

Фазочувствительный усилитель

W_ФЧУ(р) = К_ФЧУ = 6.

Магнитный усилитель

W_МУ(р) = К_МУ = 2.

Исполнительный двигатель:

Тахогенератор

;

Редуктор

Структурная схема системы

Рис. 5.1. Структурная схема системы.

Передаточная функция системы

Построение графика разгона системы до максимальной скорости

В(р) = 0  (0,032р + 4,892)р = 0

р₁ = 0; р₂ =– 153,875

B`(p) = 0,032p + 4,892

Рис. 5.2. График разгона системы до максимальной скорости.

Построение графика изменения во времени угла поворота объекта

Рис. 5.3. График изменения во времени угла поворота объекта.

6.РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Принципиальная схема системы включает в себя двухканальную следящую систему сельсинов, устройство синхронизации, фазочувствительный усилитель и магнитный усилители, 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, работающих в трансформаторном режиме, подается на фазочувствительный усилитель, который, в зависимости от амплитуды и фазы напряжения, на выходе выдает напряжение соответствующей полярности.

Затем напряжение поступает на вход усилителя мощности, к выходу которого подключен исполнительный двигатель. На вход УМ подается и напряжение с тахогенератора с учетом того, что ТГ – элемент отрицательной обратной связи.

Принципиальная электрическая схема представлена на рис. 6.

7.Список использованной литературы

Давыдюк В. Б. Электромеханические системы. Методические указания к курсовому проектированию. – М., Типография МИИТ, 1998.
Волков Н. И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики. М., Высшая школа, 1986.
Рабинович Л. В. и др. Проектирование следящих систем. М., Машиностроение, 1969.
Башарин А. В. и др. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. Л., Энергия, 1972.

Регулировочная характеристика:

=f(U_Я)

Учащимся

Учителям

Содержание

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ