Расчет нереверсивного магнитного усилителя при работе на исполнительный двигатель переменного тока

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный  университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра автоматического управления

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по курсу

Элементы и  устройства автоматики

на тему

«Расчет нереверсивного магнитного усилителя при работе на исполнительный двигатель переменного тока»

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                        Руководитель:

студент группы 020405                                                Ольшевский Н.И.

Трутченко А.М.

 

Минск 2002

 

Оглавление

 

1. Исходные данные………………………………………………………………………..3

2. Выбор схемы усилителя ……………………………………………………………..4

      2.1. Схема  нереверсивного магнитного усилителя  с внешней                 

             положи  тельной обратной связью …………………………………………4

      2.2. Расчёт мощности  управления и типовых исходных  данных МУ…...4

3. Этапы расчёта МУ……………………………………………………………………...5

      3.1. Расчёт выпрямителя………………………………………………………….....5

      3.2. Выбор  материала в конструкции магнитопровода……………………...5

      3.3. Определение  типоразмеров магнитопровода…………………………….6

             3.3.1 Определение типоразмеров магнитопровода (метод I)….……...6

             3.3.2 Определение типоразмеров магнитопровода (метод II)………..7

4. Расчёт цепей рабочих  обмоток, обратной связи, смещения и

     управления………………………………………………………………………………8

     4.1. Цепь рабочих обмоток………………………………………………………….8

     4.2. Цепь  обратной связи…………………………………………………………….8

     4.3. Цепь смещения……………………………………………………………………9

     4.4. Цепь  управления………………………………………………………………..10

5. Конструктивный  расчет дросселя тороидального  типа……………………..10

6. Расчёт динамических  параметров………………………………………………...12

7. Построение  статической характеристики………………………………………13

Литература…………………………………………………………………………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные  данные.

Тип двигателя: АДП-263А

Технические данные исполнительного  асинхронного двухфазного двигателя

АДП-263А

 

 Pн= 27,8 Вт; f = 500 Гц; Rsy = 34,6 Ом; Xsy = 164 Ом; Xmy = 342 Ом;

 Rky = 483 Ом; Uвн = 36 В; nн = 6000 об/мин; Uyн = 270 В; Iун = 0,55 А;

Iвн = 1,6 А; р = 3; h=33 %; nхх  = 8600 об/мин; Ump = 3 В; Tэм =0,025  с;

   Н×м; Н×м;

 

Схема замещения:

 

                      Рис 1.                                                                  Рис 2.

Эквивалентное сопротивление контура  намагничивания и цепи ротора определим  по схеме (рис 2.):

 

2. Выбор схемы  усилителя.

 

При выборе схемы усилителя учитывают  величину коэффициента усиления, назначение МУ, требования к статической характеристике, величины мощностей на входе и выходе и т.д.

В связи с тем, что  заданная величина К>10-15, необходимо вводить положительную обратную связь. Усилитель с внешней ОС обеспечивает регулировку коэффициента ОС наиболее простым способом – с помощью реостата Rш.  

 

 

2.1. Схема нереверсивного  магнитного усилителя с внешней  положительной обратной связью.

 

 

               

                                                                       рис. 3

 

2.2. Расчёт мощности управления и типовых исходных данных МУ.

 

Максимальный ток нагрузки:

 

Минимальный ток нагрузки:

 

 

Максимальная мощность нагрузки:

 

 

Мощность управления двигателем:

 

 

 

3.Этапы расчёта  МУ.

 

3.1. Расчёт выпрямителя.

Выбираем тип диода по величинам:

 

где

 

Выбираем по параметрам кремниевый диод КД 209В со следующими характеристиками(см. таблица 3.1):

                                                                                                  Таблица 3.1

Iпр.доп A	Uобр.доп В	Uпор.пр В	Iпор.пр мА
0,5	800	1	0,1

 

Определяем число диодов включаемых параллельно (n) и последовательно (m) в плечо выпрямительного моста

 

 

3.2. Выбор материала  в конструкции магнитопровода.

 

Основными факторами, влияющими на выбор сердечников, являются величина выходной мощности, частота источника питания, кратность тока нагрузки.

 

Выходная мощность: 

 

Учитывая эти факторы, материалом сердечника будет являться железоникелевый сплав 50НП. Выбираем необходимую толщину материала:

 

       

 

 

где k=1,9 для 50НП;.

Применяем торроидальный  сердечник.

 

 

 

 

 

 

3.3 Определение типоразмеров  магнитопровода.

 

3.3.1 Определение типоразмеров  магнитопровода (метод I).

 

Ток насыщения:

 

Необходимая величина напряжения питания:

где

 

 

 

 

 

Напряжение питания:

 

Для выбора габаритов магнитопровода находится произведение геометрического сечения магнитопровода на геометрическое сечение обмоточного окна:

 

где

C – коэффициент, учитывающий способ включения рабочих обмоток;                                                   С=2 – последовательное включение;

-- коэффициент  заполнения катушки по меди;

      -- коэффициент заполнения по стали;

-- коэффициент, учитывающий отношение  площади, занимаемой         рабочими обмотками, к площади всего обмоточного окна;                              

          

плотность токов в обмотках;                                                          

          

       

          

Округлим до ближайшего стандартного значения, т.е.

          

 

По данному значению определяем параметры сердечника(см. таблица 3.3).

                                                                          

                                                                                                Таблица 3.3

D1/D2/h, мм	D2/D1	h/D1	D1/	Вес, г
		0,29	1,35	515

 

 

3.3.2 Определение типоразмеров  магнитопровода (метод II).

Определяем напряжение U_c,которое необходимо подать на схему усилителя с нагрузкой по следующей формуле:

Определяем основной размер сердечника а:

 

где H_max=11,7 А/см и В_сm=1,15 Тл находятся графическим методом по кривым намагничивания для материала сердечника 50НП;

k_b=1,25 – коэффициент толщины пакета (k_b=0,5 2,0);

k_l=12,6 – коэффициент длины средней магнитной линии (для тороидального сердечника k_l=10 30).

Толщина пакета b и длина средней линии l вычисляются по формулам:

Находим основные размеры сердечника:

 

 

Получили  сердечник Dвнут/Dвнеш/h = 48/80/20 мм , что соответствует ранее полученным результатам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт цепей  рабочих обмоток, обратной связи,  смещения и управления.

 

 4.1. Цепь рабочих обмоток.

 

Число витков одной рабочей обмотки:

  где 

 

 

;

4.2. Цепь обратной связи.

 

Коэффициент обратной связи:

- коэффициент усиления по току усилителя без обратной связи;

- требуемое усиление по току.

Число витков катушки внешней обратной связи:

.

Введём регулировку коэффициента обратной связи в пределах -15..+15 % .

Для этого шунтируем 20% витков обмотки  обратной связи , создавая две согласно включённые обмотки Wос1 иWос2. Для них формула коэффициента обратной связи будет иметь вид :

 

где

 

Woc1 = 0,8Woc =282– число витков Woc1;

Woc2 = 2(0,2Woc) =  140 – число витков Woc2;

;

  - удельное сопротивление меди;

  - площадь сечения провода по меди (диаметр провода dос = dp);

 

Rб = 10 (ом) – балансное сопротивление;

Rш = 100 (ом) – сопротивление шунта.

 

4.3. Цепь смещения.

 

Ток холостого хода МУ с обратной связью:

 

Число витков обмотки смещения, необходимое  для перемещения рабочей точки  из положения, соответствующего Iх.х., в положение, соответствующее Iн.min:

                     

где на порядок меньше, чем , т.е. А.

Цепь смещения питаем от источника с Uсм = 60 В.

Для регулировки смещения в эту цепь включается сопротивление 

 Ом

где   Ом,

         В,

         

где  1,1 – коэффициент, учитывающий наложение обмоток  друг на друга;

  - удельное сопротивление меди;

- сечение провода по меди, где

 

 мм;

 

 

 

4.4. Цепь управления.

Число витков обмотки управления расчитывается  по формуле

                                  

Диаметры проводов обмоток  выбираются, исходя из максимальных токов, протекающим по этим обмоткам, и допустимой плотности тока :

мм;

 мм;

 

мм;

 

где       А.

 

 

 

 

5. Конструктивный расчет  дросселя тороидального типа.

 

 

Так как  Uраб = Uпит = 612 В > 100 В, величину напряжения, при котором испытывается изоляция, вычисляем по формуле :

.Материалом изоляции будет  плёнка из фторопласта – 4.

Определяем толщину  изоляции с наружной и внутренней сторон магнитопровода:

;

где  dиз=0,04 мм- толщина изоляционного слоя (плёнка из фторопласта – 4);

- число слоев изоляции.

Наружный и внутренний диаметры дросселя с рабочей обмоткой найдем по формулам

где ky – коэффициент укладки, для dp = 0,5 он равен 0,69;

      qр – площадь поперечного сечения провода обмотки с изоляцией, для dр = 0,5 он равен 0,2.

Толщина и перед намоткой обмотки обратной связи:

Наружный и внутренний диаметры дросселя с  обмоткой обратной связи найдем по формулам

где ky – коэффициент укладки, для dос = 0,5 он равен 0,69;

      qиз – площадь поперечного сечения провода обмотки с изоляцией, для dос = 0,5 он равен 0,2.

Толщина и перед намоткой обмотки смещения:

 

Наружный и внутренний диаметры дросселя с  обмоткой смещения найдем по формулам

где ky – коэффициент укладки, для dсм = 0,155 он равен 0,65;

      qиз – площадь поперечного сечения провода обмотки с изоляцией, для dсм = 0,155 он равен 0,02.

 

Толщина и после намотки обмотки смещения:

 

Наружный и внутренний диаметры дросселя с  обмоткой управления найдем по формулам

где ky – коэффициент укладки, для dу = 0,105 он равен 0,6;