Высокомоментные двигатели

максимального значения называется тепловой постоянной времени.

Превышение температуры (Т определяется разностью между Тдв и Тохл.ср.:

[pic]

[pic]

Рисунок 1.8.1 - График роста температуры во время работы электродвигателя.

При значительном увеличении температуры ЭД происходит ускоренное

старение его изоляции, а также могут выйти из строя подшипники и коллектор.

Предельное (Т определяется классом изоляции двигателя согласно таблице

1.8.1 .

Свойства изоляции ухудшаются по трем основным причинам:

– За счет нагрева.

Связь между температурой и сроком службы изолятора апроксимируется

следующими выражениями:

[pic],

где L – срок службы, лет;

Q – температура изоляции, (С

а,m – константы, зависящие от материала.

– За счет нагрева.

Коэффициент поверхностного сопротивления уменьшается, а утечка тока

увеличивается, когда поверхность электроизоляционного материала впитывает

воду. При впитывании воды диэлектриком, уменьшается коэффициент его

объемного сопротивления, а потери увеличиваются. Высокая влажность вызывает

также химическую деформацию материала из-за растяжения, разбухания и роста

плесени, что в свою очередь, способствует дальнейшему ухудшению свойств

изоляции.

Таблица 1.8.1 – Классы изоляции

|Класс изоляции |(Т,(С |Предельно |Материал изоляции |

| | |допустимая | |

| | |температура, | |

| | |(С | |

|A |50-60 |105 |Хлопок, шелк, |

| | | |бумага, поливинил |

|E |65-75 |120 |Эмалевая или |

| | | |полистирольная |

| | | |пленка |

|B |70-80 |130 |Слюда, стекловолокно|

| | | |с соответствующим |

| | | |клеем |

|F |85-100 |155 |Стекловолокно и др. |

| | | |с |

| | | |температурно-резисти|

| | | |вным клеем |

|H |105-125 |180 |Стекловолокно и др. |

| | | |с кремниевой смолой |

| | | |или с хорошо |

| | | |клеящимся материалом|

|C |- |свыше 180 |Керамические |

| | | |материалы |

– За счет циклического охлаждения и нагрева.

При циклическом нагреве и охлаждении свойства изоляции ухудшаются

гораздо быстрее за счет механических напряжений от растяжения и сжатия, а

также от нагрева.

Повышение температуры работающего двигателя продолжается до тех пор,

пока выделяемое тепло не станет равным рассеиваему теплу.

Обозначим переменные:

Q – тепло, выделяемое двигателем;

С – средняя мощность двигателя;

Н – коэффициент теплового рассеивания;

(Т – превышение температуры;

t – время с момента пуска ЭД.

Уравнение теплового баланса:

[pic]

где Q(dt – количество тепла, выделяемого двигателем за dt,

C(d(Т – количество тепла на нагрев двигателя,

H((Т(dt – количество тепла, рассеиваемого в охлаждающую среду.

Решением уравнения (1.8.1) является:

[pic]

Постоянная интегрирования A определяется из начальных условий:

[pic]

Тогда уравнение (1.8.2) за время t

[pic] или [pic][pic]

1.9 Регулирование скорости

1.9.1 Реостатное регулирование скорости.

[pic]

[pic]

Рисунок 1.9.1.1

[pic]

[pic]

[pic]

Рисунок 1.9.1.2

Подставим (1.9.1.5) в (1.9.1.3):

[pic].

Отсюда:

[pic]

Подставим (1.9.1.2) и (1.9.1.6) в (1.9.1.4):

[pic].

Выразим скорость

[pic]

[pic]

[pic]

Рисунок 1.9.1.3 - Механические характеристики

Изображенные на рисунке 1.9.1.3 величины (oe и (oи равны

соответственно

[pic] , [pic].

Способ используют, где надо снизить скорость, но сохранить

жесткость на искусственных характеристиках.

[pic]

Рисунок 1.9.1.4 – Искусственные механические характеристики

1.9.2 Импульсное реостатное регулирование скорости.

[pic]

Рисунок 1.9.2.1

[pic]

Рисунок 1.9.2.2 - Механические характеристики

[pic]

Рисунок 1.9.2.3

( - скважность управляющих импульсов:

[pic].

Соответственно ( может принимать значения 0...1.

[pic],

где

[pic].

Для осуществления способа используют транзисторные или тиристорные

ключи.

1.9.3 Регулирование скорости изменением Ua .

[pic]

Рисунок 1.9.3.1 - Механические характеристики

Скорость

[pic],

Причем [pic]и [pic].

1.9.4 Регулирование скорости путем изменения потока возбуждения.

В связи с тем, что поле возбуждения создается постоянным магнитом,

регулирование скорости путем уменьшения потока Ф неосуществимо.

1.10 Расчет потерь энергии.

Потери энергии в установившемся режиме определяются

[pic].

Потери энергии во время переходных процессов определяются

[pic].

1.10.1 Пуск двигателя.

[pic]

Рисунок 1.10.1.1

При Mc=0.

Значение динамического момента

[pic].

[pic],

[pic].

[pic]

Рисунок 1.10.1.2

При Mc=const.

[pic]; [pic].

[pic]

[pic]

[pic]

Если Мс – мал, то

[pic]

1.10.2 Динамическое торможение.

Мс=0 .

[pic]

[pic]

Mc=const.

[pic]

[pic]

2 ВЫБОР ВМД И ТАХОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА. РАЗРАБОТКА

ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ. ВЫБОР ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И

КОНТРОЛЯ

2.1 Выбор вмд и тахогенератора для лабораторного стенда

В зависимости от поставленной цели (задачи) определяем необходимую

мощность, величину момента, который развивает двигатель и доступные к

использованию источники питания, а также конструктивное исполнение

высокомоментного двигателя, отвечающего требованиям данной задачи. Исходя

из указанных параметров, а также учитывая располагаемое разработчиками

оборудование, был выбран коллекторный моментный двигатель с

неограниченным углом поворота ротора серии PIVT 6/3A.

Поскольку в данной лабораторной работе предусмотрен рпыт снятия

механических характеристик, то необходим тахогенератор. Достоинством

выбранной машины является то, что ее конструкция содержит тахогенератор в

одном корпусе с двигателем.

2.2 Требуется рассчитать основные параметры широтно-импульсного

модулятора, нагрузкой которого является цепь якоря двигателя постоянного

тока. Номинальное напряжение якорной цепи двигателя 30 вольт.

Широтно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования

входного сигнала в прямоугольные импульсы. Схема ШИПа представлена в

приложении.

На вход генератора пилообразного напряжения (далее ГПН), изображенного

в приложении 3, подается напряжение минус 15 вольт. В основе ГПН лежит

компаратор. При подаче сигнала емкость С9 начинает заряжаться и на выходе

компаратора DA5 формируется линейно нарастающий сигнал. В начальный момент

времени транзистор VT9 заперт. Далее этот нарастающий сигнал поступает на

вход компаратора DA6, где он сравнивается с напряжением задания (оно

задается R36). В момент совпадения напряжений, на выходе компаратора DA6

появится импульс отрицательной полярности, который ограничивается

стабилитронами VS1 и VS2. Этот импульс подается на базу транзистора VT12,

который в начальный момент времени был открыт. Транзистор VT12 при

поступлении сигнала закроется. Вследствие этого база транзистора VT9

окажется подключенной к источнику плюс 15 вольт. Транзистор VT9 откроется и

емкость С9 окажется зашунтированной через VT9. В результате ГПН перестанет

вырабатывать линейно нарастающий сигнал. Компаратор DA6 поменяет сигнал на

выходе и откроется транзистор VT12. Транзистор VT9 снова окажется закрытым

и ГПН опять начнет вырабатывать «пилу». Далее процесс повторяется.

Пилообразное напряжение с ГПН подается на компаратор DA7, где оно

сравнивается с напряжением управления (скважность) и на выходе компаратора

DA7 формируется сигнал положительной и отрицательной полярности. Эти

разнополярные сигналы будут отпирать транзисторы VT10 и VT11. В результате

напряжения плюс и минус 15 вольт подаются на светодиоды гальванической

развязки, основанной на оптоэлектронной интегральной микросхеме. С

фотоприемника этот сигнал поступает на составной транзистор (схема Уилтона)

VT18, VT22; VT21, VT17; VT23, VT19; VT24, VT20, где он усиливается и

подается на базы транзисторов VT13, VT16 и VT15, VT14. Транзисторы VT13,

VT16 и VT14, VT15 открываются попарно, подключая цепь якоря двигателя к

источнику питания. С помощью изменения скважности сигнала (это делается

переменным резистором R32) можно регулировать продолжительность по времени

положительных и отрицательных импульсов.

2.3 Выбор элементов ШИПа

В качестве операционных усилителей DA6 и DA7 возьмем микросхему

К157УД2. Операционный усилитель DA7 возьмем типа К140УД7.

Гальваническая развязка в силовой части осуществляется с помощью

оптоэлектрических интегральных микросхем типа К262КП1Б (оптронный

повторитель). Транзисторы в силовой цепи VT13(VT16 выбираем типа КТ503В с

данными:

Iк max и=350mA,

h21э=40…120,

Uкэ max=40В,

n-p-n – типа.

Выбираем диоды типа Д7А а данными:

Imax=300mA,

Uобр max=50В.

Все нерегулируемые резисторы типа МЛТ, регулируемые резисторы типа СПО-

2.Конденсаторы типа К10У-5.

2.4 Выбор приборов и устройств измерения и контроля

В лабораторном стенде для снятия необходимых характеристик требуется

наличие приборов измерения и контроля:

- амперметр на два предела измерения (1,5 и 15 ампер);

- вольтметр с пределом измерения 30 вольт;

- индикатор скорости на 3000 оборотов в минуту.

2.4.1 Для изготовления амперметра двух пределов измерения, берем

за основу измерительную головку микроамперметра. Включая добавочные

сопротивления, как это показано на рисунке 2.4.1, получаем необходимое

измерительное устройство.

[pic]

Рисунок 2.4.1

Расчет добавочных сопротивлений производится по формуле

[pic]

где RД – величина добавочного сопротивления;

В – требуемый предел измерения;

Д – число делений микроамперметра;

RВН – внутреннее сопротивление прибора.

Рассчет предела на 15 ампер

[pic]

Данное сопротивление изготовлено из манганиновой проволоки.

Рассчет предела на 1,5 ампера

[pic]

Это сопротивление изготовлено из хромалевой проволоки.

Для обеспечения точности показаний, в схему включены подстроечные

переменные резисторы, как это показано на рисунке 2.4.1 .

2.4.2 Вольтметр и измеритель скорости были изготовлены на базе

измерительной головки микроамперметра, аналогично тому, что применен для

изготовления амперметра.

Включая добавочные сопротивления, как это показано на рисунке 2.4.2,

получили необходимые измерительные устройства.

[pic]

Рисунок 2.4.2

Расчет добавочных сопротивлений производится по формуле 2.4.1

[pic]

[pic]

Эти сопротивления набраны из резисторов типа ОМЛТ, укаанных в

приложении 1.

Для обеспечения точности показаний, в схему включены подстроечные

переменные резисторы, как это показано на рисунке 2.4.2 .

2.4.3 Величина момента, развиваемого двигателем, фиксируется с помощью

проградуированной шкалы и стрелки.

3 РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Под изготовлением печатной платы подразумевается ряд действий,

посредством которых, при наличии электрической принципиальной схемы

необходимого устройства (или его части), выбранных элементах схемы и

известных источниках питания, получаем печатную плату этого устройства (или

его части), работающая в соответствии с расчетными параметрами.

Изготовление печатной платы было произведено в соответствии со следующим

планом.

1. Разработка схем электрических принципиальных.

2. Трассировка плат (прокладка электропроводящих дорожек, соединяющих

навесные элементы платы).

Для трассировки был использован автоматический трассировщик печатных

плат PCAD 8.51. Разработанную схему набираем в редакторе схем программы

PCAD 8.51 с указанием заранее рассчитанных типов и номиналов навесных

элементов и подводимого питания. Результатом работы автотрассировщика

являются чертежи лицевых и обратных сторон двухсторонних печатных плат с

произведенной разводкой дорожек.

Подготовка подложки плат.

В соответствии с размерами будущих печатных плат (выясняется по

чертежам, полученным автотрассировщиком), изготовляются заготовки из

текстолита фольгированного двухстороннего. Эти заготовки тщательно

обрабатываются мелкой наждачной бумагой. При этом преследуются две цели. Во-

первых, необходимо снять окислы с медной фольги, покрывающей

стеклотекстолит и во-вторых это делается для того, чтобы нанести

микроцарапины на поверхность этой фольги. Зачем это нужно, будет понятно из

дальнейшего описания.

Следующим шагом является изготовление штампов, по которым будут изготовлены

платы.

Данная технология подразумевает использование одноразовых бумажных

штампов. Они изготавливаются следующим образом. Готовые чертежи плат с

произведенной разводкой печатаются лазерным принтером на плотной глянцевой

бумаге, имеющей некоторую прозрачность (для возможности совмещения лицевых

и обратных сторон). При этом необходимо учесть, что лицевые стороны должны

быть распечатаны в зеркальном отображении. Распечатка должна производиться

именно на лазерном принтере. У такого типа принтеров используется тонер,

который имеет свойства размягчаться при высокой температуре. При падении

температуры он спекается и в таком состоянии может долго сопротивляться

агрессивным средам. Эти его свойства используются в данной технологии

изготовления печатных плат. Затем распечатки тщательно совмещают на просвет

и скрепляют с двух-трех сторон.

Подготовка заготовки для травления.

Помещаем в скрепленные штампы стеклотекстолитовую заготовку платы,

протертую медицинским спиртом, и проводим термическую обработку полученного

пакета. Это делается для того, чтобы тонер на штампах размягчился и перешел

на поверхность медной фольги, покрывающей стеклотекстолит. Такую обработку

удобно производить утюгом, положив пакет на гладкую поверхность. При этом

бумага плотно склеивается с фольгой спекшимся тонером. Этот пакет кладут в

воду на 20-30 минут. По прошествии этого времени бумага размякает и

свободно отстает от фольги, оставив на ней четкий рисунок дорожек,

контактных площадок и надписей будущих плат.

Травление.

Травление это удаление лишней фольги с заготовки химическим способом.

При этом используется реакция замещения

FeCl3+Cu(CuСl3+Fe

Продукты химической реакции осадком выпадают на дно ванны, в которой

производится травление и в результате мы имеем плату, на которой медная

фольга осталась только на тех участках, где она покрыта тонером лазерного

принтера. Этот тонер смывается растворителем и мы получаем готовую печатную

плату.

4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТЕНДА

Механическая часть стенда представлена в приложении 1.

Исследуемый двигатель 17 типа PIVT 6 – 25 / 3 A . Нагрузочный

генератор 7 типа СЛ 525.

Электрические машины закреплены на корпусе лабораторного стенда с

помощью стоек 4,12,17,19. При этом нагрузочный генератор установлен на

стойках таким образом, что его статор может свободно поворачиваться. Это

достигнуто следующим образом: к корпусу нагрузочного генератора крепятся

фланцы 2,9. На фланцы надеты подшипники 6,10. В свою очередь на подшипники

надеты крышки 5,11 , которые крепятся к стойкам.

Испытуемый двигатель и нагрузочный генератор соединены между собой с

помощью двух полумуфт 13,15. Полумуфты разъединены между собой резиновой

прокладкой 14.

Статор и ротор нагрузочного генератора могут фиксироваться между собой

с помощью винта.

В качестве противовеса при измерениях момента использован груз 19 ,

прикрепленный к корпусу нагрузочного генератора с помощью хомута 8.

Величина момента фиксируется проградуированной шкалой 3 и стрелкой 1 ,

закрепленной на фланце.

Корпус лабораторного стенда представляет собой параллелепипед со

стеклотекстолитовым основанием.

Электрические машины, измерительные приборы и элементы управления

расположены на лицевой стороне стенда.

Внутренняя часть корпуса содержит электрические приборы защиты,

электрические платы, соединительные провода.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

5.1 Расчет капитальных затрат

Расчет материальных затрат состоит из расчета затрат на приобретение

сырья и основных материалов, комплектующих изделий, а также из расчета

заработной платы производственных рабочих, непосредственно связанных с

технологическим процессом изготовления изделия.

Расчеты затрат на приобретение сырья, основных материалов,

комплектующих изделий, а также стоимость электромонтажных работ сведены в

таблице – 5.1 .

Расходы на доставку и хранение покупного сырья и материалов составляют

35 процентов от стоимости покупного сырья. Стоимость материалов, с учетом

расходов на доставку и хранение рассчитываются по формуле

[pic]

где Спм – стоимость материалов из таблицы - 5.1, Спм =639,5 рублей;

Кмат – транспортные и складские расходы, Кмат =35 %;

К – коэффициент перевода восстановительной стоимости в ценах на

01.01.2000 г., К=6,776.

[pic]

Таблица 5.1 – Локальная смета на приобретение и монтаж лабораторного стенда

«Исследование высокомоментного

двигателя»

Сметная стоимость

1620,7 рублей

В том числе:

оборудование

867,2 рублей

монтажные работы:

482,9 рублей

сметная заработная

плата: 270,57 рублей

Стоимость

оборудования в ценах 1994 года

|Наименование |Еди-ниц|Ко-лич|Стоимость единицы, р |Общая стоимость, р |

|оборудования и|ы |е-ство| | |

|монтажных |изме-ре|, ед | | |

|работ |ния | | | |

| | | |Обо-ру|Монтажных работ |Обо-руд|Монтажных работ |

| | | |до-ван| |о-вания| |

| | | |ия | | | |

| | | | |Трудоем-к|Часовая |Заработ-н| |Трудоем-к|Часовая |Заработ-н|

Страницы: 1, 2, 3, 4