скачать doc
МПС РФ
МГУПС
Кафедра «Управление и информатика в технических системах»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: “Электромеханические системы”
На тему: «Электромеханическая следящая система повышенной точности с двухфазным асинхронным двигателем»
Выполнил студент гр. АУИ-411: Орлов М.А.
Принял: Давыдюк В.Б.
МОСКВА 2001
Введение
В системах автоматического управления технологическими процессами широко применяются электромеханические системы.
В связи с этим специалисты в области управления техническими системами должны владеть принципами построения электромеханических систем , методами расчета и анализа их статических и динамических характеристик , при которых достигается экономия электроэнергии .
Для обеспечения высоких технико-экономических показателей проектируемой системы необходимо выбрать структуру системы, элементы, входящие в неё, таким образом , чтобы они функционировали в оптимальном режиме.
Разработка приборной электромеханической следящей системы потребует изучения известных реализаций электромеханических систем.
Задачей курсового проектирования является использование сведений и данных, содержащихся в научно-технической и справочной литературе. Итогом работы над курсовым проектом должно быть решение, основанное на использовании современной элементарной базы.
СОДЕРЖАНИЕ
Задание...........................................................................................…….4
Исходные данные..........................................................................……..5
Выбор ДАД................................................................... ...........………6
1.1Проверка правильности выбора двигателя......... ..……...6
1.2Механическая характеристика............................. ..……..7
1.3Регулировочная характеристика........................... ...……8
Проектирование редуктора............................................. ........……9
2.1 Выбор количества ступеней..... ..... ..... ..... ..... ..... ..…...9
2.2 Разработка кинематической схемы редуктора..... .….11
2.3 Расчет приведенного момента инерции редуктора ....11
Выбор типовых элементов............................................. ........……12
3.1 Выбор тахогенератора ............................................. ….12
Выбор СКТ............................................. ...................……12
Проверка правильности выбора двигателя ...........................……13
Проверка по моменту........................................... ...……13
Проверка по скорости........................................... ..……13
Проверка по нагреву........................................... ......…...13
Определение коэффициентов усиления УМ,ТГ,ПУ.................…...15
5.1 Коэффициент усиления ТГ...........................................….15
Коэффициент усиления ПУ.........................................….15
Коэффициент усиления УМ.......................................…...15
6. Передаточные функции элементов...........................................….16
6.1 Передаточная функция ТГ.............................................16
6.2 Передаточная функция двигателя.............................….16
6.3 Передаточная функция РС..........................................….16
6.4 Передаточная функция УМ.........................................….16
7. Передаточная функция разомкнутой системы и разгонные характеристики....................................................... ..................……..17
8. Принципиальная электрическая схема....................................……20
Список используемой литературы...........................................….21
Задание
- Выбрать типовые элементы системы (ДАД, тахогенератор, СКТ), рассчитать и построить механическую и регулировочную характеристику привода;
- Определить передаточное отношение силового редуктора РС;
- Рассчитать оптимальные передаточные числа РС по скорости и моменту;
- Определить коэффициенты усиления УМ, ТГ, ПУ;
- Вывести передаточные функции элементов и разработать структурную схему всей системы;
- Рассчитать и построить для разомкнутой системы графики изменения во времени скорости и угла поворота объекта с граничными условиями:,;
- Разработать кинематическую схему РС;
- Разработать принципиальную электрическую схему системы и описать её принцип действия.
Исходные данные
Вариант 3
Следящие системы повышенной точности с ДАД
| М0 | I0 | 0 | | | тип усилителя |
| 3,3 | 0,13 | 1,2 | 0,286 | 5,0 | Электронный усилитель |
| | | рад/с | рад/с2 | угл. с | - |
М0 - статический момент нагрузки
I0 - момент инерции нагрузки
0 - максимальная скорость
- максимальное ускорение
- погрешность воспроизведения угла , н/б
Блок-схема системы
кго СКТ-Д СКТ-П
ПУ СУ УМ ДАД РС О
кто СКТ-Д СКТ-П
ТГ
Рис. 1
Обозначения элементов схемы :
ПУ - предварительный усилитель ; СУ - синхронизирующее устройство ;
УМ - усилитель ; ДАД - двухфазный асинхронный двигатель ;
РС - редуктор силовой ; ТГ - тахогенератор ; О - объект ;
1. Выбор ДАД (двухфазного асинхронного двигателя).
(1.1)
где Тд=(0,02 0,2)с- электромеханическая постоянная двигателя
Выбираем Тд=0,1 с
Из каталога выбираем двигатель , номинальная мощность которого близка к мощности , рассчитанной по формуле (3.1)
Из каталога выбираем двигатель с номинальной мощностью Рн = 9,5 Вт.
Это двигатель АДП-262
Параметры АДП-262 :
Частота питающего напряжения : 50 Гц
Номинальная мощность : 9,5 Вт
Номинальная скорость ном = 1850 об/мин = 193 рад/с
Пусковой момент Мп = 9 = 0,09
Напряжение :
Обмоток возбуждения : 110 В
Обмоток управления : 125 В
Ток :
Обмоток возбуждения : 0,23 А
Обмоток управления : 0,58 А
Момент инерции Iд =
Номинальный момент Мн =
Скорость холостого хода = 277 рад/с
1.1.Проверка правильности выбора двигателя
(1.1.1)
где : -электромагнитный вращающий момент, -момент инерции двигателя
(1.1.2)
(1.1.3)
- условие выполнено
1.2.Механическая характеристика
Основное уравнение баланса моментов действующих на валу
двигателя:
(1.2.1)
где i – передаточное число редуктора;
- момент инерции двигателя;
Iр -момент инерции редуктора;
Iо- момент инерции объекта;
- коэффициент по перегрузке;
Механическая характеристика - зависимость скорости от момента нагрузки при
Для двухфазных асинхронных двигателей Rа выполнено большим, по этому с небольшой погрешностью можно аппроксимировать механическую характеристику в первом квадранте (двигательный режим) по двум точкам Мпуск и .
Аппроксимированная характеристика приведена на рис 1.2.1.
Расчет коэффициентов аппроксимации:
МД=а+в*+с*
Пусть тогда МД=МП=а=0,09 Нм,
Пусть МД=0 тогда 0=МП+в*хх+с*
Пусть МД=Мном=0,049=Мп+в*ном+с*ном=0,09+в*149+с*1492
Найдем коэффициенты аппроксимации: (1.2.2)
(1.2.3)
= -1,29*10-4
= -3*10-7
График механической характеристики строится по полученной зависимости: МД=Мп-1,29*10-4*-3*10-7*
Рис 1.2.1. Аппроксимированная механическая характеристика
Таблица 1.2.1.
Таблица данных графика механической характеристики
| | 0 | 0,02 | 0,04 | 0,06 | 0,09 |
| | 277 | 230 | 178 | 115 | 0 |
1.3 Регулировочная характеристика
Зависимость скорости от напряжения на ОУ при постоянном моменте нагрузки, т.е. при , она квадратичная и выражается для максимального момента Ммакс=U2упр макс:
, (1.3)
где Sk-критическое скольжение;
S-скольжение;
-коэффициент пересчета сопротивления;
Характеристика после квадратичной аппроксимации будет выглядеть так:
Рис.1.3 Регулировочная характеристика
2. Проектирование редуктора
2.1 Выбор количества ступеней
Общее передаточное отношение редуктора рассчитывается , исходя из заданной максимальной скорости нагрузки и номинальной скорости исполнительного двигателя , соответствующей заданному моменту нагрузки, приведенному к валу двигателя.
(2.1)
При этом должно выполнятся условие выбора исполнительного двигателя по отношению к объекту:
(2.2)
- условие выполнено
Определим число n кинематических пар из условия
И
звестно:
Следовательно ;
Для исключения подрезания зубьев колеса, число шестерни должно удовлетворяться условию
Возьмем .
ip4=261.67
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
Проверка: (2.7)
Это означает ,что редуктор выбран правильно.
Диаметр ведомого колеса определяется минимально допустимым модулем и числом зубьев. Модуль выходной пары можно принять:
(2.8)
где Мо - момент нагрузки равный 120 Н/мм;
КВ=(8..10)- коэффициент ширины зуба;
- допустимое напряжение при расчете зубьев на выносливость от 40 до 60КГ/мм2
dКВ примем 50 мм
Рассчитанное значение модуля выходной пары округляется до ближайшего стандартного 0,3
По таблице 4.2 [2] определим момент инерции ведущей шестерни для модуля 0,3 и zш=22 как Iш=1,11*10-8 нГм2
.
2.2 Разработка кинематической схемы редуктора
Момент инерции зубчатого колеса i-й пары с учетом инерции вала и ведущего зубчатого колеса
. (2.2.1)
Редуктор с четырьмя парами шестерен представлен на рис.2.2
рис.2.2 Кинематическая схема редуктора с 4-мя парами шестерен
2.3 Расчет приведенного момента инерции редуктора.
Определим приведенный к валу двигателя момент инерции системы нагруженного привода с 4-х парной передачей:
(2.3)
3. Выбор типовых передаточных звеньев
3.1 Выбор тахогенератора
В следящем приводе ТГ выполняет роль стабилизирующего элемента .
Для того , чтобы не включать в схему дополнительный источник питания , выберем ТГ, у которого частота питающего напряжения равна 50 Гц (как у двигателя) . Из каталога выбираем ТД- 1
Параметры ТД- 1
Напряжение обмоток возбуждения Uов = 110 В
Ток обмоток возбуждения Iов = 0,15 А
Частота 50 Гц
Крутизна характеристики «вход-выход» 0,008 В/(об/мин) = 0,08 В/(рад/сек)
Максимальная скорость max = 2400 об/мин = 251 рад/сек
3.2 Выбор СКТ
Т.к. в данном курсовом проекте разрабатывается следящая система повышенной точности , то погрешность СКТ должна быть минимальной .
Из каталога выберем СКТ с наименьшей погрешностью .
Это БСКТ-18865Д - БСКТ-2201П (для канала ТО)
и СКТ-64-65-Д-П (для канала ГО)
| Технические данные | Параметры БСКТ-18865Д - БСКТ-2201П | Параметры СКТ-64-65-Д-П |
| Напряжение питания, В Частота питания, Гц Максимальное выходное напряжение, В Крутизна(мВ/град) Фазовый сдвиг Погрешность Число пар полюсов :
| 36 400 0,52 9,3 ( В/с) 460 0,3 0,7 угл. мин. 64 1 | 36 400 0,6 5 (В/с ) 600 1 2 угл. мин. 32 32 |
4. Проверка правильности выбора двигателя
4.1 Проверка правильности выбора двигателя по моменту
Проверка правильности выбора двигателя по отношению к объекту по моменту:
, (4.1)
где Мо –момент нагрузки;
МНД –номинальный момент двигателя
- условие выполнено
4.2 Проверка правильности выбора двигателя по скорости
Проверка по скорости:
(4.2)
231*1,2<1.1*277
277,1<304,7
Условие выполнено.
4.3 Проверка правильности выбора двигателя по нагреву
Проверка по нагреву для следящей системы:
(4.3)
Условие выполнено.
5.Определение коэффициентов усиления УМ,ТГ,ПУ
Общий коэффициент усиления
(5.1)
где: - номинальное напряжение на ОУ двигателя;
- максимальное выходное напряжение СКТ
- остаточное напряжение тахогенератора
погрешность ТДП
5.1 Коэффициент усиления ТГ
Определяется крутизной его выходной характеристики
5.2 Коэффициент усиления ПУ
Так как , то коэффициент усиления ПУ выбираем исходя из , произвольно распределив коэффициенты усиления между предварительным усилителем и усилителем мощности.
В качестве ПУ выбираем операционный усилитель общего назначения К-140УД5А с
ПУ и СУ
КГО
КТО
ПУ СУ
Определим коэффициент усиления СУ .
Возьмем диод КД103А, ВАХ которого представлена на рис. 4.1.
ВАХ диода КД103А
Iпр ,mA
Uпр , B
1 2
Из ВАХ найдем сопротивление диода :
1) Ом
2) Ом
Выберем сопротивление R : Пусть R = 0,1 Rд
Рассмотрим 2 ситуации :
Угол рассогласования - малая величина => Работает канал ТО
Тогда Ксу = =
Угол рассогласования - большая величина ( > ) => Работает канал ГО
Тогда Ксу = = =0,09
Ксу =
5.3 Коэффициент усиления УМ
Т.к. Кобщ = КсуКпуКум , то =
В качестве УМ используется операционный усилитель.
6.Передаточные функции элементов
6.1 Передаточная функция ТГ
Тахогенератор считается безынерционным звеном, его передаточная функция имеет вид идеального дифференциатора, тогда за входную величину берется угол поворота ротора.
(6.1.1)
где: - крутизна ТГ
W(p)= 0,08*р
6.2 Передаточная функция двигателя
WДАД(P) =
Кдв =
Где Кu = = - коэффициент управления по напряжению
К = - коэф-т управления по скорости
Кдв = =
Тдв =
WДАД(P) = =
6.3 Передаточная функция PC
Передаточная функция силового редуктора имеет вид:
(6.3.1)
6.4 Передаточная функция УМ
Тиристорный усилитель считается безынерционным звеном , передаточная функция которого имеет вид передаточной функции
идеального статистического звена:
Отсюда:
7.Передаточная функция разомкнутой системы
и разгонные характеристики
Структурная схема системы
-
WСКТ WПУ WСУ WУМ WДАД WРС О
WТГ
Рис 7,1
а)График разгона до максимальной скорости
W(P) = WСКТ(P) WПУ(P) WСУ(P) WРС(P)=
==
P1 = 0 P2 = -41700
(t)=+= (см Рис 6.2.)
б)График изменения угла поворота во времени
вых(t) = ==
1,96Т+e -41700T -(см Рис. 6.3)
| t, мкс | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
| (t) | 0 | 1,1 | 1,59 | 1,79 | 1,89 | 1,93 | 1,94 | 1,96 | 1,96 | 1,96 | 1,96 |
| , 10-5 | 0 | 1,26 | 4,02 | 7,44 | 11,1 | 14,9 | 18,8 | 22,7 | 26,6 | 30,5 | 34,5 |
График разгона до максимальной скорости
, рад/сек
3
2
1
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t, мкс
Рис. 7.2
График изменения угла поворота во времени
,10-5 град
25
20
15
10
5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t, мкс
Рис. 7.3.
8. Принципиальная электрическая схема системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «ЭУА и СУ» , Давыдюк В.Б. - М. : МИИТ , 1994
Волков Н.И. , Миловзоров В.П. «Электромашинные устройства автоматики» М. : Высшая школа , 1975
Башарин А.В. «Примеры расчетов автоматизированного электропривода» Л. : Энергия , 1972
под ред. Чемоданова Б.К. «Следящие приводы» - М. : Энергия , 1972