МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Кафедра «Автоматики и телемеханики»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету

«ЭиУСУ»

на тему

Расчет реверсивного магнитного усилителя на постоянном токе

ВЫПОЛНИЛА: ПРОВЕРИЛ:

студентка группы 302401

____________ А.П.Толкач

Минск 2006

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..………..

1. Исходные данные для расчета МУ…………………………..………….

2. Расчет МУ……………………………………………………..……..…….

2.1. Выбор схемы усилителя…………………………………………………

2.2. Расчет выпрямителя………………………………….…………………

2.3. Выбор материала и конструкции магнитопровода…………………………………………………………..

2.4. Определение типоразмера магнитопровода…………………………………..…………………...…

2.5. Расчет цепей рабочих обмоток, обратной связи, смещения и управления……………………………………………….

2.5.1. Цепь рабочих обмоток………………………………………………...

2.5.2. Цепь обратной связи…………………………………………….……..

2.5.3. Цепь смещения……………………………………………….…………

2.5.4. Цепь управления……………………………………………………….

2.6. Конструктивный расчет дросселя тороидального типа…………….

2.7. Расчет динамических параметров……………………………………..

2.8. Построение статической характеристики…………………………….

ЛИТЕРАТУРА

1. Исходные данные для расчета РМУ при работе на исполнительный двигатель постоянного тока

Выберем двигатель постоянного тока с якорным управлением типа МИ-31/2.

Таблица 1.1

Технические данные двигателей постоянного тока МИ

Тип двигателя		Uн, В	nн, об/мин	Pн, Вт	Iян, А	Iвн, А	η, %	rя при 20­­­оС, Ом	rв при 20­­­оС, Ом	Мн х 9,81·102 н·м	Мс х 9,81·102 н·м	GD2 кг·м2	J кг·м2
МИ-31	2	60	2000	370	8,2	0,41	70	0,405	145	12,9	2,5	0,036	0,009

Нагрузка МУ будет активной и при якорном управлении можно найти ее по формуле:

Ом. (1.1)

Для последовательной схемы реверсивного МУ нагрузка будет равна:

Ом. (1.2)

А. (1.3)

Ом. (1.4)

Максимальная мощность нагрузки равна

Вт. (1.5)

Минимальная мощность нагрузки:

Вт, (1.6)

где ток I_{н мин} примем в 20 раз меньше тока управления двигателя.

Максимальную мощность управления МУ P_{y макс} найдем исходя из заданного коэффициента усиления по току K_I = 20, т.е.

Вт. (1.7)

Входное сопротивление усилителя R_y примем равным 50 Ом.

Частота источника питания рабочих обмоток МУ для двигателей МИ-1132 равна 500 Гц.

Значение постоянной времени магнитного усилителя не должно превышать величины электромеханической постоянной двигателя T_эм, которая для двигателей якорного управления будет равна:

, (1.8)

где M_K1 – пусковой момент при α = 1, ;

n₀ – скорость идеального холостого хода примем равной n_н;

α – коэффициент сигнала, равный .

2. Расчет му

2.1. Выбор схемы усилителя

В связи с тем, что заданная величина K_I превышает 1015, т.е. равна 20, введем положительную обратную связь, при этом будем иметь в виду, что усилитель с внешней обратной связью обеспечивает получение требуемой мощности в нагрузке при большем объеме стали сердечников, чем усилитель с внутренней обратной связью.

Выберем последовательную схему реверсивного магнитного усилителя с выходом на постоянном токе и балластными сопротивлениями. Она изображена на рисунке 1.1. На рисунке 1.2 изображена эквивалентная схема замещения половины усилителя.

Выберем коэффициент кратности k. Чтобы нелинейные искажения, а также нестабильность коэффициента усиления были минимальными, величину коэффициента кратности примем равной 100.

Зададимся коэффициентов модуляции m = 0,8. Проверим: .

Таким образом, полученное решение k не превышает выбранного.

Рисунок 1.1 – Реверсивный магнитный усилитель с выходом на постоянном токе и балластными сопротивлениями: последовательная схема

Z₁

I_э

R_э

U_пит

Рисунок 1.2 – Эквивалентная схема замещения половины усилителя

2.2. Расчет выпрямителя

По величинам I_{н макс} и U_{н макс} = 1,57 I_{н макс} R_н = 1,57 · 27,3 · 3,65 = 156,4 В выберем тип диода 2Д2993А и определим число диодов, включаемых параллельно (n) и последовательно (m) в плечо выпрямительного моста:

, (2.2.1)

, (2.2.2)

округлив полученные расчетные значения n и m в сторону увеличения до целых чисел.

2.3. Выбор материала и конструкции магнитопровода

Материал магнитопровода и его конструкцию определим по величинам выходной мощности и частоты источника питания.

Т.к. частота питания f_пит = 500 Гц, а мощность P_н = 370 Вт, то целесообразно применить тородоидельный сердечник их железоникелевых сплавов.

Необходимую толщину магнитного материала выберем по формуле:

мм. (2.3.1)

По максимальному значению толщины различных материалов выберем материал марки Э320 (σ = 0,15 мм).

2.4. Определение типоразмера магнитопровода

Предварительно найдем величину тока насыщения. Для обеспечения линейности статической характеристики усилителя примем:

А. (2.4.1)

Ориентировочная величина напряжения питания:

В. (2.4.2)

Коэффициент, равный 1,3  1,5, учитывает активные сопротивления обмоток w_~ и w_oc, а также прямое сопротивление выпрямителя.

Для выбора габаритов магнитопровода найдем произведение геометрического сечения магнитопровода s_r на геометрическое сечение обмоточного окна Q_r:

(2.4.3)

где P = U_пит ·1,11·I_{н макс} = 201,4·1,11·27,3 = 6103 Вт;

с – коэффициент, учитывающий способ включения рабочих обмоток. При последовательном соединении с = 2;

- коэффициент заполнения катушки по меди, равный отношению активного сечения меди ко всему сечению рабочей обмотки. Его величину определим по графику его зависимости от диаметра провода и виду изоляции. Для провода диаметром 0,2 мм с изоляцией ПШД коэффициент равен 0,25;

- коэффициент заполнения по стали, равный отношению активного сечения сердечника к геометрическому. Для ленточных сердечников из холоднокатаной стали Э320, толщина ленты которого составляет 0,15 мм, он будет равен 0,85-0,9;

- коэффициент, учитывающий отношение площади, занимаемой рабочими обмотками, к площади всего обмоточного окна. Значение коэффициента a_p для тороидальных сердечников при внутренней обратной связи равно 0,35-0,45.

- плотность тока в обмотках, определяемая отношением наибольшего тока (действующее значение) к площади сечения обмотки. Примем ее равной 7 А/мм²;

B_m0 – амплитудное значение переменной индукции при отсутствии сигнала управления. Величину B_m0 определим из равенства:

Тл, (2.4.4)

где B_s – амплитудное значение индукции насыщения. Для стали Э320 оно равно 2 Тл.

Найденное произведение S_rQ_r округлим в большую сторону до ближайшего значения, приведенного в приложении 8. Т.е. S_rQ_r = 2,18 ≈ 2,58 см.

Из ряда сердечников выберем нужный типоразмер.

Таблица 2.1

D1 / D2 / R, мм	D2 / D1	h / D1		Вес, кг	SrQr, см4
28 / 40 / 7	1,43	0,25	1,71	35,6	2,58

D₁ – внутренний диаметр; D₂ – внешний диаметр;

h – высота сердечника;

S_r – площадь окна (S_r = πR² = 3,14·14² = 615,4 мм² = 0,0006154 м²);

Q_r – площадь поперечного сечения; V_c1 – объем сердечника.

Средняя длина сердечника:

(2.4.5)