Категория
Авиация и космонавтика
Тип
реферат
Страницы
9 стр.
Дата
26.06.2013
Формат файла
.doc — Microsoft Word
Архив
716473.zip — 20.69 kb
  • proektirovanie-i-raschet-jelektronnogo-ustrojstva-dlja-upravlenija-dvigatelem-postojannogo_716473_1.DOC — 80 Kb
  • Readme_docus.me.txt — 125 Bytes
Оцените работу
Хорошо  или  Плохо


Текст работы

Файл 1
Российская коллекция рефератов (с) 1996. Данная работа является неотъемлемой частью универсальной базы знаний, созданной Сервером российского студенчества - .

М А И
(Технический университет)

КАФЕДРА 702

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
по курсу

"Аналоговые, дискретные и микропроцессорные устройства"

Проектирование и расчет электронного устройства для управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением и реверсом по обмотке возбуждения

Выполнили студенты группы 07-407
Акишина С.
Бородкина Ю.
Игошина О.
Молчанов М.
Сергеев О.
Сысой Д.
Руководитель Толмачев В.И.

Москва 1999

Расчетно-пояснительная записка предназначена для изучения принципа работы электронного устройства и правильной его эксплуатации, содержит описание принципа действия всего устройства в целом и его составных частей и их расчет (в системе Си).

Назначение устройства

Данное устройство предназначено для управления двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением в контуре следящего привода. Схема устройства представлена на рис. 1.

Технические характеристики

- Алгоритм управления ДПТ:
Uдв=Uвых=15(Uвх1 + 30(Uвх2 + 60(Uвх3
- Входное сопротивление по каждому входу не менее 100 кОм
- КПД 98 %
- Величина пускового тока 120 А
- Величина номинального тока 60 А
- Напряжение источника питания Uпит=27 В
- Диапазон рабочих температур -40..+40 С
- Электронное устройство (ЭУ) имеет защиту от сквозных токов, токов короткого замыкания
- Нелинейность регулировочной характеристики не более 5%
- Частота модулятора длительности импульсов (МДИ) f =2000 Гц

Принцип действия всего устройства в целом.

Входные сигналы Uвх1, Uвх2, Uвх3, складываются согласно закона управления Uвых = 15Uвх1 + 30Uвх2 + 60Uвх3 и усиливаются до уровня, достаточного для управления ДПТ с независимым возбуждением. Для повышения КПД в устройстве применяется импульсный режим работы выходных транзисторов силовой части, который обеспечивается модулятором длительности импульсов. Для упрощения схемы и исключения сквозных токов используется реверс по обмотке возбуждения, что достигается включением схемы выделения модуля и схемы выделения знака. Для повышения быстродействия силовой каскад, реализующий реверс по ОВ, выполнен в виде генератора токов. Для упрощения схемы используется оптронная развязка.

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 1.

Можно выделить:
1. Информационную часть (DA1-DA4), обеспечивающую сложение входных сигналов с заданными весовыми коэффициентами.
2. Схема выделения модуля (DA5, DA6), обеспечивающая определения величины управляющего сигнала.
3. Промежуточный каскад (DA7-DA10), образованный модулятором длительности импульсов с внешней синхронизацией генератором пилообразных колебаний.
4. Схема выделения знака (DA11-DA13), обеспечивает определение знака управляющего сигнала, для задания направления вращения двигателя.
5. Силовую часть (ОП1-ОП4, VТ3-VТ9, КТ1-КТ3, DА14, D5-D10), непосредственно осуществляющую управление двигателем постоянного тока по обеим обмоткам.

Характеристика устройств используемых в проектируемой схеме.

Во всех усилительно- преобразующих устройствах схемы используется глубокая отрицательная обратная связь, которая компенсирует разброс их технологических параметров.
Операционный усилитель - усилитель с непосредственными гальваническими связями, с высоким коэффициентом усиления, с малым уровнем собственных шумов, способный устойчиво работать при замкнутой цепи обратной связи. Предназначены для усиления сигнала по напряжению до требуемой величины.
Повторитель - операционный усилитель с глубокой отрицательной обратной связью и с коэффициентом усиления равном единице. Обычно предназначены для согласования входных сопротивлений датчиков сигнала с входом электронного устройства и обеспечения высокой стабильности работы электронного устройства.
Сумматор - устройство, предназначенное для суммирования и усиления электрических сигналов, поступающих с нескольких датчиков
Интегратор - устройство, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала. Включение емкости в цепь обратной связи обуславливает потенциальное заземление инвертирующего входа и, следовательно, разделяет преобразование напряжения в ток от последующего интегрирования.
Компаратор - устройство, производящее сравнение двух сигналов: входного и эталонного с одновременным выделением большего из них. Если в качестве эталонного сигнала используется сигнал нулевого уровня, то такой компаратор называется нуль-органом.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) - устройство информационной части системы, обеспечивает преобразование аналогового сигнала управления в последовательность прямоугольных импульсов с регулируемым во времени соотношением длительностей устойчивых состояний. ШИМ реализуется за счет сравнения на выходе порогового элемента сигнала управления с периодическим сигналом треугольной формы (пилы).

1. Расчет информационной части.

1.1 Расчет повторителей и сумматора.

Повторитель - операционный усилитель с глубокой отрицательной обратной связью и с коэффициентом усиления равном единице. Предназначен для обеспечения требуемого входного сопротивления.
Сумматор - устройство на основе ОУ, служащее для масштабирования сигналов с заданными весовыми коэффициентами.

Примем входные сопротивления повторителей R1 = R2 = R3 = 100кОм. Т.к. повторитель имеет коэффициент усиления равный единице, то сопротивления ОС повторителей также равны Rос =R4 =R5 =R6 =100 кОм.

Минимальное сопротивление нагрузки повторителей 100 кОм( R7- R9)(5,1 кОм.
Чтобы колебания сопротивлений усилителя были незначительными, выберем сопротивление нагрузки исходя из уравнений
Uвых = 15Uвх1+ 30Uвх1+ 60Uвх3 = K(K1Uвх1+ K2Uвх2+ K3Uвх3)

Коэффициенты усиления входных сигналов
K=15, K1 = 1, K2 = 2, K3 = 4

Тогда
R7=10 кОм. R8=20 кОм, R9=40 кОм.

R( = R9 + R8 + R7 = 70 кОм

Исходя из условия равенства проводимостей ,
откуда R10 = 41,2кОм. Ближайшее - R10=43 кОм

Сигнал рассогласования U(, используемый в дальнейшем для расчета схемы выделения модуля и ШИМа. По исходным данным находим
U( max = Uп ( ( / K = 27 ( 0,98 / 15 = 1,764В
R11=40 кОм

2.Расчет схем выделения знака и модуля.
2.1 Схема выделения знака.

Исходя из требований к линейности определим абсолютную величину отклонения U( max *5%=0,088В
Схема выделения знака реализуется за счет компараторов (DA12, DA13).
R38=R44=10 кОм
RОС=R39=R45=300кОм
R13=7,5кОм
Смещение компаратора и погрешность сравнения должны быть ( 5%

UВЫХ
( = 0,008 (треб=0,08/2=0,04В
UСМ=0,008+0,04=0,048В

UВХ UВЫХ МАХ=UПИТ/2=13,5В

Погрешность реальная
(реал= UВЫХ МАХ*R38/(R39+R38)=0.44В
Необходим дополнительный усилитель с К=(реал/(треб=11
R36=R13*K=82.5 кОм.
R36=85 кОм.
Отсюда Креал=85/7,5=11,3
Uсм=0,008*11,3=0,09В для DA12
Uсм=13,5*R43/(R43+R42); 150*R43=R43+R42
R42 больше R43 раз в десять эдак :)
Отсюда R42=149*R43
Пусть R43 =1кОм, R42=149кОм (Подбирается из серии 150кОм-ных резисторов)
Из условия равенства проводимостей считаем R41.
0.99"1кОм
Аналогично рассчитываем DA13.
Uсм=13,5*R47/(R47+R48); 150*R47=R47+R48
R48 больше R47 раз в десять эдак :)
Отсюда R48=149*R47
Пусть R47 =1кОм, R48=149кОм (Подбирается из серии 150кОм-ных резисторов)
Из условия равенства проводимостей считаем R46.
0.99"1кОм

2.2. Схема выделения модуля.

Ку=1.
Принцип работы ???
R14=R16=R18=R20=24кОм
R17=12кОм.
Из условия равенства проводимостей, находим R15 и R19.

3. Расчет промежуточного каскада.
3.1 Расчет МДИ.
3.1.1. Расчет сумматора DA9 и компаратора DA10.
Сигнал рассогласования U(, проходя через схему выделения модуля, получает вид: |U(|. Сигнал пилообразной формы и сигнал со СВМ складываются на сумматоре DA9.
Компаратор - устройство с положительной ОС на основе ОУ предназначенное для сравнения входного сигнала с эталонным и, одновременно, выделяющее больший из них. ОС вводится для стабилизации порога срабатывания.

Примем R30 =5,1 кОм, Rос = R31 =300 кОм,
; .
Амплитуда пилы должна лежать в пределе 10% UВЫХ MAX (1,35В) Пусть Uпилы =1,14В - для обеспечения минимального количества каскадов.
Требуемая погрешность сравнения компаратора определяется как 5% от Uпилы.
,
.
- дополнительный коэффициент усиления МДИ.
R21=10кОм. Необходимое дополнительное усиление реализуется за счет соотношения сопротивлений R22=1,3(R21=13 кОм, R28=4 R22=52кОм
Из равенства проводимостей находим R29
Далее определяем:
Uсм=Кдоп (Uпилы + U(MAX 5%)=1.228 4=4.912В

1.8 R35 = R34

Rэкв= R34/2.8; R33+Rэкв=5.1кОм
R33=1кОм.
Rэкв=4,1кОм => R34=11.48 кОм Берем R34=12кОм.

3.1.2. Расчет ГПК
Генератор пилообразных колебаний служит для формирования пилообразных колебаний с заданной частотой и амплитудой.
ГПК состоит из нуль-органа DA6 и интегратора DA7.
Нуль-орган - это компаратор, использующий в качестве эталонного сигнала сигнал нулевого уровня.
Интегратор - устройство сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала.
Исходными данными для расчета ГПК являются Uпилы = 1,14В и частота следования импульсов f = 2000 Гц.

Принимаем R26'= 20 кОм
Частота на выходе ГПК :

74,01(10-9 " 74 нФ

270=1,14 R25 + 22.8
R25=247.2/1.14=216.8 кОм " 220 кОм
R27' из условия проводимостей:

R23=R24, отсюда R22=R23/2 => R23=R22 2=26кОм"27кОм.

3.2 Расчет усилителя мощности промежуточного каскада.
Исходные данные для расчета.
Входной ток оптронов ОП1-ОП4 Iоп=60мА. Напряжение питания Uп=27В.

Исходя из этого, выбираем транзисторы управления оптронами VT1 - КТ3102Б и VT2 - КТ361Д.
Так как далее усилители мощности для пар ОП1, ОП2 и ОП3, ОП4 одинаковы - произведем расчет для одной из них - ОП1, ОП2
U
Рассчитываем сопротивление R51:

т.к. (= , то
Iб = 30/ = <1мА

Uст = 13,5В, Iст = 1мА.
Подбираем стабилитрон по минимальному току -

Рассчитываем сопротивление R32

4. Расчет силовой части.
4.1 Выбор транзисторов.
Транзисторы выбираются исходя из значения максимального напряжения и тока поступающих на них. Транзистор должен выдерживать напряжение равное 2(Uпит = 54В
Сигнал, поступающий с компаратора преобразуется в последовательность импульсов изменяемой длительности. Для управления двигателем по обмотке якоря используются транзисторы марки КТ 819 В.
Так как в силовом каскаде нужно придерживаться строгого значения КПД транзисторы запараллеливаются.

3.1.1 Расчет составного транзистора.
Uп = 27 В; ( = 0,99; Im = 30 А; In = 10 А
1. Отбор транзисторов по максимальному напряжению.
Uкп ( 27(2 = 54 В
Выбираем транзистор КТ819В.
3.1.2 Определение количества транзисторов ( по максимальному току)
где
n - количество транзисторов в силовом ключе
Im - максимальный ток
Ini - коллекторный ток одного транзистора из группы
3.1.3 Напряжение коллектор-эмитер в режиме насыщения = 0,18 В (Iк=3,33А).
3.1.4 Потребное значение напряжения насыщения :
Uкэн ( (1-() Uп = 27(0,01 = 0,27 В > имеющегося 0,18В. Имеем КПД = 99,993%.

Рассчитываем сопротивление в эмиттерной цепи КТ819В :
Iк = 3,33А, ?I = 9,85, ?U = 0,89, R = ?U/?I =0,9Ом
для Iк=3,33 (= ( Iбэ = . Общий базовый ток I(бэ = 3(Iбэ=

Исходя из общего тока базы выберем в качестве питающего транзистора, транзистор КТ817В. Этот транзистор имеет ток коллектора Iк = достаточный для запитки базы силовых транзисторов КТ819В и рабочее напряжение до 60В.

Рассчитываем сопротивление в эмиттерной цепи КТ817В :

4.2 Оптопары, диоды.
Оптопары. Исходя из величины тока базы (Iбазы) выбираем оптопару АОТ 110А.
Диоды. Выбираем 2 диода серии КД519А.<</p>



Ваше мнение



CAPTCHA