Файл: Метпроект1_110к2005.doc

110

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Коломенский институт (филиал) мгоу

Кафедра автоматики и электроники в машиностроении

Утверждено

Учебно-методическим

Советом КИ МГОУ

Председатель Совета:

проф. А.М.Липатов

Кузин В.Е.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Учебное пособие по курсовому проектированию

Коломна

2005 г

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. КОМПЛЕКТ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ 4

1.1 Пояснительная записка 4

2. АНАЛОГОВАЯ МИКРОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 5

2.1.Разработка и расчет электрической структурной схемы 5

2.1.1. Расчет мощности двигателя. 7

2.1.2. Расчет общего коэффициента усиления УСО 7

2.1.2.1.Расчетная структурная схема 7

2.2.Разработка и расчет электрической функциональной схемы 11

2.3.Разработка и расчет электрической принципиальной схемы 16

2.3.1. Реверсивный усилитель мощности на биполярных транзисторах 16

2.3.1.1 Обеспечение режимов пуска и реверса 18

2.3.2. Расчет электрической принципиальной схемы РУМ 19

2.3.3.Расчет охладителей для силовых полупроводниковых приборов схемы РУМ 25

2.3.4 Расчет и оптимизация на ПЭВМ охладителя для силового транзистора 34

2.3.4.1.Назначение программы, списки входных и выходных величин 34

2.3.5.Разработка электрической принципиальной схемы РУМ на IGBT модулях 36

2.3.5.1.Технические характеристики полумостовых драйверов IHD580FI/FN. 38

2.3.5.2.Функциональное описание 40

2.3.5.3.Функциональное назначение выводов 42

2.3.5.4.Подсоединение к источнику питания 48

2.3.5.5.Расчет элементов схемы 49

2.3.5.6.Пример расчёта электрической принципиальной схемы РУМ 50

2.3.5.7.Расчёт охладителей для IGBT-модулей 53

2.3.6 Расчет элементов схемы ШИМ и УСО 54

2.3.6.1.Выбор элементной базы 54

2.3.6.2.Расчет элементов схемы УСО 56

2.3.6.3.Расчет элементов схемы ШИМ 56

3.Микропроцессорная система регулирования электродвигателя 59

3.1.Схема электрическая функциональная 59

3.2. Расчет мощности двигателя. 64

3.3. Расчет общего коэффициента усиления 64

3.3.1 Расчетная структурная схема 64

3.4. Алгоритм программы измерения периода вращения вала электродвигателя 68

4.5. Программа измерения периода вращения 70

4.Разработка конструкции печатного узла 72

4.1.Печатная плата 72

4.1.1.Материалы для печатной платы 74

4.1.2.Ширина печатных проводников и расстояние между ними. 75

4.1.3.Топологическое конструирование печатной платы. 76

4.2. Сборочный чертеж печатного узла 76

ЛИТЕРАТУРА 78

ПРИЛОЖЕНИЕ 80

1.Форма титульного листа. 80

2. Форма основной надписи для первого листа пояснительной записки курсового проекта. 81

3.Заполнение основной надписи 81

4. Форма основной надписи для второго и всех последующих листов пояснительной записки. 81

5. Общие требования к выполнению электрических схем 82

5.1. Правила выполнения электрических структурных схем 84

5.2. Правила выполнения электрических функциональных схем 85

5.3. Правила выполнения электрических принципиальных схем 86

5.4. Правила выполнения электрических схем соединений 93

6.IGBT-модуль SK45GB063. Геометрические размеры 96

7.Драйвер IHD580FI. Геометрические размеры. 97

8.Охладитель К0,55. Общий вид 98

9.Охладитель К1,1. Общий вид 99

10.Охладитель К3. Общий вид 100

11.Охладитель К5. Общий вид 101

12.Охладитель К9. Общий вид 102

13. УГО в электрических структурных, функциональных и принципиальных схемах 103

14. Условные графические обозначения электрорадиоэлементов 109

Введение

Курсовой проект выполняется каждым студентом, обучающимся по специальности УИТС, после изучения дисциплины "Проектирование управляющих устройств". Выполнение курсового проекта преследует цель закрепления и углубление полученных знаний по вопросам разработки и создания современных информационно-управляющих технических средств автоматики, включающих силовую электронику.

Расчетная часть настоящих методических указаний составлена применительно к проекту на тему: "Микроэлектронное устройство регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока". Эта тема имеет 30 вариантов исходных данных. Каждый студент должен выполнить задание, номер которого определен порядковым номером фамилии студента в групповом журнале.

Допускается выполнение курсовых проектов по индивидуальным заданиям, согласованным с преподавателем учебной дисциплины. В таких заданиях предпочтение отдается темам по цифровым и цифроаналоговым информационным и управляющим устройствам автоматики с применением в них микропроцессорных и компьютерных технических средств.

Методическое пособие может оказаться полезным и при работе над дипломным проектом.

1. Комплект конструкторской документации

Комплект конструкторской документации курсового проекта должен содержать следующие документы:

• пояснительную записку;

• электрическую функциональную схему изделия;

• электрическую принципиальную схему изделия;

• временные диаграммы сигналов;

• алгоритм работы;

• программное обеспечение;

• чертеж конструкции изделия.

1.1 Пояснительная записка

Пояснительная записка должна иметь объем 15-25 листов писчей бумаги формата А4 (210х297мм).

Пояснительная записка должна быть отпечатана через два интервала на одной стороне листа. С левой стороны листа необходимо оставлять поле для подшивки. Не рекомендуется использовать для подшивки пояснительной записки скоросшиватель.

Пояснительная записка должна содержать следующие разделы:

• титульный лист (см. приложение 1);

• оглавление, содержащее название всех разделов записки с указанием соответствующих им страниц;

• задание на курсовой проект;

• введение, в котором должно быть всесторонне проанализировано задание и определены возможные пути для его выполнения известными способами и техническими средствами

• разработка и расчет электрической структурной и (или) функциональной схемы изделия;

• разработка и расчет элементов электрической принципиальной схемы изделия, включая временные диаграммы, алгоритмы программ, программы;

• разработка конструкции изделия или его узла;

• заключение;

• список использованной литературы.

На каждом листе пояснительной записки (кроме титульного) должна быть выполнена рамка формата. Она наносится на расстоянии 20 мм от левого края листа и на расстоянии 5 мм от всех остальных краев.

В нижней части лита должна быть выполнена основная надпись по установленной форме (см. приложение 2).

2. Аналоговая микроэлектронная система регулирования электродвигателя

2.1.Разработка и расчет электрической структурной схемы

На рис.2.1.1. представлен один из возможных вариантов аналогового устройства регулирования частоты вращения (УРЧВ)двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Структурная электрическая схема включает в себя: задатчик частоты и направления вращения (ЗЧВ ), датчик частоты вращения (ДЧВ), широтно - импульсный модулятор (ШИМ ), реверсивный усилитель мощности (РУМ).

Назначение элементов следующее: ЗЧВ и ДЧВ формируют сигналы, удобные для обработки в схеме УРЧВ (например, в

виде постоянного напряжения); УСО усиливает разность между напряжениями, пропорциональными заданной и действительной частоте вращения двигателя.

Усиленный сигнал рассогласования преобразуется ШИМ в последовательность импульсов, частота следования которых постоянна, а скважность (или коэффициент заполнения) изменяется и зависит от величины рассогласования между действительной и заданной частотой вращения.

Реверсивный усилитель мощности предназначен для усиления импульсов управления по мощности и изменения направления вращения (реверсирования) двигателя путем изменения направления тока якоря.

2.1.1. Расчет мощности двигателя.

[ Bт ] , (2.1.1)

где Мс - максимальный заданный момент сопротивления, Н*м;

- максимальная частота вращения, [рад/с]

- к.п.д. редуктора (если есть в нем необходимость).

При расчете следует учесть, что  = 2n/60, где n – частота вращения [мин]; а = 0,85…0,9.

Выбор типа двигателя проводят по расчетной мощности и заданному диапазону частоты вращения.

2.1.2. Расчет общего коэффициента усиления усо

2.1.2.1.Расчетная структурная схема

Для определения коэффициента усиления УСО структурную электрическую схему на рис. 2.1.1. целесообразно представить в более удобном виде, как, например, на рис.2.1.2.1.

Для схемы на рис.2.1.1 справедливы следующие зависимости:

- = - абсолютная статическая ошибка регулирования [рад/с]

- относительная приведенная ошибка регулирования;

- напряжение на выходе датчика [В];

- напряжение на выходе задатчика [В];

- напряжение, подаваемое в цепь якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения [B];

- крутящий момент, развиваемый двигателем [Н*м], где

- электромеханическая постоянная двигателя, определяемая отношением номинального крутящего момента двигателя - к номинальному току якоря -;