Файл: Метпроект1_110к2005.doc

- жесткость механической характеристики двигателя [Н·м·с];- сопротивление якорной цепи [Ом],

где

- частота вращения, соответствующая номинальному крутящему моменту двигателя;

- момент холостого хода [Н·м];

- напряжение сети (номинальное питающее напряжение) [В].

Уравнение двигателя:

, (2.1.2)

где J – момент инерции.

В установившемся режиме:

- const, поэтому .

- действительная частота вращения выходного вала;

- абсолютная ошибка регулирования;

, ( 2.1.3)

где - относительная приведенная ошибка регулирования.

Необходимый общий коэффициент усиления регулятора:

, (2.1.3.1)

где .

Схема на Рис.2.1.2.1 соответствует структуре пропорционального регулятора, для которого всегда выполняются условия:

. (2.1.4)

Требуемый общий коэффициент усиления регулятора при Кд = Кз:

. (2.1.3.2)

Расчет К_у по формулам 2.1.3.1, 2.1.3.2 целесообразно проводить в любых вариантах схемы пропорционального регулятора, особенно при отсутствии подробных справочных данных по выбранному двигателю.

Если же достоверно известна жесткость механической характеристики , то расчет Ку_ можно проводить по формуле 2.1.3.3., полученной из уравнения 2.1.2:

. (2.1.3.3)

В общем случае , однако для предварительного расчетапо формуле 3.2.3 эти коэффициенты также можно приравнять:

.

Тогда:

. (2.1.3.4)

Результаты расчетов по 2.1.3.2, 2.1.3.4 должны совпадать с погрешностью не более 15%.

Для расчета по формулам (2.1.3.1 - 2.1.3.4) необходимо знать величину. Этот коэффициент зависит от типа примененного датчика частоты вращения. Так, например, при применении тахогенератора для расчетаможно воспользоваться таким его основным параметром, как удельная ЭДС:

, (2.1.5)

где - удельная ЭДС [В·с].

При применении импульсных датчиков совместно с преобразователем частота-напряжение (ПЧН) расчет можно выполнить следующим образом:

, (2.1.6)

где - максимальное выходное напряжение ПЧН;

- максимальная действительная частота вращения.

Величину максимального выходного напряжения ПЧН можно принять равной:

(2.1.7)

где - напряжение питания преобразователя частота-напряжение .

Расчет коэффициента передачи задатчика проводят по формулам, аналогичным (3.4), (3.5):

, (2.1.8)

где - максимальное выходное напряжение задатчика, которое принимают равное:

(2.1.9)

Если , то расчетпроводят по (2.1.3.2) или (2.1.3.4). В случае неравного напряжения питания узла датчика и задатчика расчетнеобходимо проводить по (2.1.3.1) или (2.1.3.3). При этом следует иметь в виду, что величина может быть и меньше ,но разница между этими коэффициентами не может быть равна или больше произведения .

2.2.Разработка и расчет электрической функциональной схемы

На этом этапе проектирования необходимо разработать полную электрическую функциональную схему устройства.

Поскольку структурная схема разработана окончательно, определены коэффициенты усиления усилителя датчика и задатчика, то остается выбрать функциональную схему РУМ, определить состав УСО и ШИМ, оценить необходимость применения ПНЧ и, наконец, определить все функциональные связи между элементами схемы.

Пример выполнения электрической функциональной схемы и временных диаграмм сигналов показаны на рис.2.2.1- 2.2.4.

2.3.Разработка и расчет электрической принципиальной схемы

2.3.1. Реверсивный усилитель мощности на биполярных транзисторах

Мостовые каскады импульсных усилителей мощности строят на основе двух нереверсивных каскадов. В виду симметричности схемы рассмотрим работу одной половины типового мостового каскада (см. рис.2.3.1).

На этой схеме транзисторы VT6 и VT8 являются замыкающими и включающими соответственно. Для увеличения коэффициента усиления по току VT5, VT6, VT7 и VT8 объединены соответственно в два составных транзистора. Надежное запирание VT6 и VT8 обеспечивается с помощью диодов VD4, VD6, когда на базах VT5, VT7 отрицательный потенциал. Насыщение составных транзисторов обеспечивается при помощи дополнительного источника питания . Аналогичный источник питания используется для насыщения составных транзисторов правой половины схемы.

Еще один дополнительный источник служит для надежного запирания транзисторов при изменении температуры в широких пределах. Так, например, притранзистор VT1 закрыт исходным уровнем выходного напряжения ШИМ; транзистор VT2 насыщен от источникачерез резистор R1 и от источникачерез открытые транзисторы VT4, VT6 и резистор R20 неглубокой ПОС, которая необходима для фиксирования устойчивого состояния схемы (точнее, половины схемы); транзисторы VT3, VT7, VT8 закрыты: VT3 падением напряжения на диоде VD9, а VT7, VT8 - падением напряжения на диоде VD9 и резисторе R10; транзисторы VT5, VT6 и VT4 насыщены от источника.

В аналогичном состоянии находится правая половина схемы, поэтому при ,якорь двигателя практически замкнут на шину.

При поступлении управляющих импульсов с выхода ШИМ (например, только на базу VT1), он открывается. При этом база транзистора VT2 соединяется с отрицательным полюсом источника . Транзистор VT2 запирается падением напряжения, примерно равным напряжению на диоде VD10; транзисторы

VT3, VT7, VT8 насыщаются от источника, а транзисторы

VT5,VT6 закрываются при помощи источника .

Благодаря рациональному выбору резистора R2 насыщение транзистора VT3, a, следовательно, запирание транзисторов VT5, VT6 форсируется. Вследствие инерционности диода VD1 процесс включения транзисторов VT7, VT8 наоборот затягивается. В результате длительность импульса сквозного тока существенно уменьшается.

В таком состоянии схемы якорь двигателя подсоединен к источнику через открытые транзисторы VT8, VT9, VT10.

По окончании действия управляющего импульса схема возвращается в исходное состояние. При этом открытие транзисторов VT5, VT6 задерживается на время рассасывания избыточного заряда на базе VT3, находившегося в состоянии глубокого насыщения. Замедлению включения VT3 способствует также близкое к нулю запирающее напряжение на его эмиттерном переходе, поскольку оно формируется как разность падений напряжений на диодах VD9 и VD1, да еще за вычетом падения напряжения на VT2. Благодаря этим мерам импульс сквозного тока может быть уменьшен до пренебрежимо малой длительности.

Для смены направления вращения двигателя управляющие импульсы следует подавать на вход правой половины схемы.