Широтно імпульсний модулятор на базі магнітного підсилювача (стр. 1 из 2)

міністерство освіти інауки україни

ЖИТОМИРСЬКИЙ

ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧНИЙ ІНСТИТУТ

Група

Кафедра АіКТ

ЕЛЕМЕНТИ ТА ПРИСТРОЇ АВТОМАТИКИ

Курсова робота

„ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНИЙ МОДУЛЯТОР

НА БАЗІ МАГНІТНОГО ПІДСИЛЮВАЧА"

Пояснювальна записка

Керівник(

Виконавець()

Житомир 2005

1.ТЕХНИЧНЕ ЗАВДАННЯ

Тип двигуна СЛ – 521

Номінальна напруга 110 В

Номінальна потужність 77Вт

Номінальний струм 1.2А

Номінальна частота обертання 3000 об/хв

Номінальний обертальний момент 25 Н×см

Момент інерції якоря 1,7кг×см2

Пусковий момент 65Н×см

Статичний момент тертя 3.5Н×см

Опір обмотки якоря 8.5Ом

Закон регулювання n/nп = const = 0,5

2.ВСТУП

В сучасних системах автоматичного керування досить широко використовуються перетворювачі синусоїдної напруги в імпульси струму. В автоматизованому електроприводі такі джерела керування дозволяють отримати досить м'які механічні характеристики.

3.ВИБІР СХЕМИ

Одним з варіантів створення перетворювачів синусоїдної напруги в імпульси струму є використання магнітних однотактних підсилювачів (керованих дроселів) у режимі вимушеного намагнічування. В таких дроселях імпульси струму завжди мають прямокутну форму, а форма імпульсів напруги на навантаженні залежить від властивостей останнього. Звичайний керований дросель у режимі вимушеного намагнічування дозволяє отримати імпульси напруги трикутної форми на ємності (рис.3.1, а), увімкненій в ланцюг робочої обмотки.

Формування таких імпульсів напруги на ємності виникає за умови, якщо незначний сигнал управління Іу викликає насичення одного з осердь. Це призводить до того, що конденсатор С буде періодично перезаряджатись струмом з постійною амплітудою (рис. 3.1, б). З урахуванням цієї обставини напруга на конденсаторі на протязі одного півперіоду може бути визначена за формулою:

де п - порядковий номер півперіоду; Uc0 - напруга на конденсаторі на

початку півперіоду (в момент зміни напрямку струму ip).

На базі такого формувача імпульсів напруги трикутної форми можна побудувати, широтно-імпульсний модулятор (ШІМ), схема якого зображена на рис. 3.2, а.

Напруга на конденсаторі Uc випрямляється двопівперіодним випрямлячем і подається у вигляді імпульсів напруги UR трикутної форми подвоєної частоти в ланцюг база - колектор транзистора VT. Ця напруга намагається відкрити транзистор. На протязі відрізку часу ti, коли Uб < UR транзистор відкритий (рис. 3.2, б) і через якір двигуна під дією напруги UR буде протікати відповідний струм.

У відповідності до діаграми (рис. 3.2, б) напруга UR в інтервалі

0< ωt <π/2 дорівнює:

UR = kIуt

Тоді за умови Uб <UR(UR – амплітуда імпульсу напруги) тривалість імпульсу напруги, що буде прикладена до якоря двигуна,

Отже тривалістю імпульсу напруги ti на навантаженні можна керувати, змінюючи струм управління керованого дроселя або напругу Uб. Cереднє значення напруги на опорі навантаження R дорівнює:

3.3. Розрахунок параметрів електронного ключа

В схемі Ш1М (рис. 3.2) використовуємо вмикання транзистора за схемою(рис. 3.3) з загальним емітером (ЗЕ), оскільки така схема характеризується досить малою потужністю керування і в той же час має хороші формувальні властивості за рахунок коефіцієнта підсилення по напрузі Кu>> 1.

Рис 3,3

Вибір транзистора виконуємо на підставі напруги і струму якоря виконавчого двигуна:

Uke ≥ 1.2Uaном ≥1.2·110 ≥ 132B

макс ≥ Iаном ≥ 1,2А

Вибираємо транзистор типу КТ851А з такими характеристиками:

Ukeмакс = 200В > 132В; Iкмакс = 2А > 1,2А

макс =25Вт; h21eмін =40; Ікб0 ≤ 1мА;

tр ≤ 2,6мкс; Uбемакс = 5В; Ібн = 50мА.


Для забезпечення нормальних умов роботи транзистора вибираємо

Необхідну величину опору резистора Rб для забезпечення режиму відсічки транзистора отримуємо за формулою:

Потужність на опорі:

Вибираємо по стандарту Rб – типу МЛТ-0,125-3кОм

Навантаженням колекторного ланцюга є обмотка якоря двигуна, тому:

Rк = Rа = 8,5Ом

Напруга живлення:

Ежив = 1,2Uaном = 1.2·110 = 132B


3.4.Розрахунок параметрів магнітного підсилювача та транс­форматора

Посільки рівень напруги URмакс = 3В , то використовуємо розділювальний трансформатор з потужністю

Ртр = Іб2нас×Rб тр = (50×10-3)2× 3×103/0,9 = 8,4Вт

В цьому виразі можна прийняти, що коефіцієнт корисної дії трансформатора ηтр = 0,9.

Для забезпечення відповідного режиму роботи ШІМ необхідно щоб магнітний підсилювач (МП) працював в режимі вимушеного намагнічування. Варто нагадати, що такий режим роботи МП характеризується наявністю великого реактивного опору у ланцюзі керування [1], повний активний опір контуру навантаження є незначним і складається лише з активного опору робочої обмотки а напруга живлення робочої обмотки вибирається такою, що незначний струм керування почергово призводить до насичення осердя з ідеальною кривою намагнічування. Як наслідок, у робочій обмотці буде протікати періодичний змінний струм прямокутної форми.

Конструктивні параметри та характеристики магнітного підсилювача (МП) значною мірою залежать від його потужності. Останню в цій задачі можна визначити за формулою:

Рмпбтр=3/0,9=3,3 мВт

де Рб - максимальна потужність, що споживається резистором Rб;

ηтр – коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Вибір марки феромагнітного матеріалу для виготовлення осердя виконуємо з урахуванням частоти живлення робочої обмотки та потужності МП на підставі рекомендацій, зазначених в [1].

Для виготовлення осердя МП вибираємо електромагнітну сталь Э310, яка є однією із найпоширеніших в електромагнітних пристроях.

Розрахунок МП розпочинаємо з визначення об’єму його осердя за формулою: