Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Кафедра ПБС

Курсовая работа по курсу: «Электропривод». Вентильный электропривод эпб – 2.

Выполнила:

ст-ка группы БМС-41

Квасова Т.В.

Проверил:

Плотников П.К.

Саратов 2001 Аннотация.

В данной работе рассматривается принцип действия и устройство вентильного электропривода ЭПБ-2.

Приводится структурная и электрическая схемы электропривода.

Строится математическая модель электропривода; рассчитываются параметры математической модели; рассчитываются и строятся АЧХ и ФЧХ; рассчитываются параметры переходного процесса с помощью ЭВМ. Производится расчет момента трения; расчет и построение реактивного момента.

Содержание

Аннотация. 2

Введение. 4

1.УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. 5

2. СТРУКТУРНАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЭМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭПБ – 2. 13

3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА. 17

, получили линейное уравнение с постоянными коэффициентами на основе критерия Гурвинца: 19

19

910^-35.110^-5>5.110^-8 . По критерию Лебедева, если неравенство выполняется, то обеспечен большой запас устойчивости. 19

5. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ АЧХ И ФЧХ ЭП. 19

6. РАСЧЕТ МОМЕНТА ТРЕНИЯ. 23

7.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА С ПОМОЩЬЮ ЭВМ. 24

Реактивный момент при U=0.1В 28

Реактивный момент при U=1B 28

Реактивный момент при U=10B 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 30

ЛИТЕРАТУРА 31

Введение.

Электропривод ЭПБ – 2 относится к новому поколению электроприводов, экономичных по энергопотреблению и массе, с большим удельным вращающим моментом. Расширяется область их использования в приборостроении, например, в электроэрозионных станках. Вентильный миниатюрный ЭПБ электропривод других марок находит широкое применение в приводах дисков, компакт-дисков компьютеров, в электрофонах, магнитофонах и других маломощных приборах. Главным достоинством, обусловливающим широкое применение вентильного электропривода, является высокая стабильность скорости вращения ротора, в т.ч. при малых угловых скоростях.

1.Устройство и принцип действия электропривода.

Электропривод ЭПБ – 2 выполнен на базе трехфазного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов и транзисторного инвертора, управляемого в функции положения ротора по схеме вентильного двигателя. Инвертор регулирует величину и фазу тока таким образом, что на валу двигателя создается момент, обеспечивающий поддержание заданного значения угловой скорости.

Регулировочные и нагрузочные характеристики электропривода аналогичны характеристикам регулируемых транзисторных электроприводов постоянного тока.

Принципиальная схема управляемого инвертора приведена на рис. 1.

Рис.1 Принципиальная схема инвертора.

Инвертор состоит из транзисторных ключей VT1 – VT6, зашунтированных обратными диодами VД1 – VД6. На зажимы постоянного тока подается выпрямленное напряжение питающей силовой сети U_n, поступающее из блока питания (60 или 520 В, в зависимости от типа электропривода). К зажимам переменного тока инвертора подключаются зажимы обмотки двигателя М, соединенной в звезду. Система, управляемая датчиком положения ротора ДПР, обеспечивает одновременное открывание не более чем двух транзисторов ключей – одного из группы VT1 – VT3 и другого из группы VT4 – VT6.

Рассмотрим режим работы, когда открыты, например, ключи VT1 и VT6. При этом ток от источника напряжения U_n протекает через эти ключи, зажимы U и W, также соответствующие фазы обмотки двигателя М. При этом в обмотке двигателя создается результирующая намагничивающая сила F₁ (рис. 2), которая при взаимодействии с потоком постоянных магнитов ротора Ф₀ создает вращающий момент М, величина и направление которого определяются углом рассогласования  между векторами F₁ и Ф₀.

Рис.2 Векторная диаграмма.

Если условно принять за положительное направление момента направление по часовой стрелке, а за положительное направление угла  - направление против часовой стрелки, отсчитываемое от вектора F₁, то получим, что

М = М_max sin , (1)

где М_max – максимальный момент двигателя при заданном постоянном значении тока обмоток.

Наибольшее значение момент, развиваемый двигателем, достигает при угле

Поэтому при вращении ротора для обеспечения максимального вращающего момента необходимо поочередно переключать ток с одной фазы двигателя на другую таким образом, чтобы величина угла была как можно ближе к значениям

или

в зависимости от необходимого направления момента.

Из схем рис. 1 и рис. 2 видно, что существует 6 возможных комбинаций подключения фаз обмотки двигателя. Эти комбинации, а также результирующие намагничивающие силы обмотки двигателя показаны в табл. 1 и на рис. 3.

Таблица 1

Номер комбинации	Открыты ключи	Обтекаются током фаз двигателя	Действует результирующая намагничивающая сила
1	VT1, VT2	U, W	F1 = Fu – Fw
2	VT2, VT6	V, W	F2 = Fv – Fw
3	VT2, VT4	V, U	F3 = Fv – Fu
4	VT3, VT4	W, U	F4 = Fw – Fu
5	VT3, VT5	W, V	F5 = Fw – Fv
6	VT1, VT5	U, V	F6 = Fu – Fv

Рис.3 Результирующие намагничивающие силы статорной обмотки при переключении фаз.

Здесь F_u1, F_v1, F_w – векторы намагничивающих сил фазных обмоток, имеющие направления, указанные на рис. 3 при протекании тока от начала к концу фазной обмотки.

При вращении ротора по часовой стрелке необходимо соблюдать прямое чередование комбинаций, указанных в таблице 1. При этом, для обеспечения двигательного режима работы для случая начального положения ротора (положения вектора Ф₀), указанного на рис. 3, комбинации должны следовать, начиная с №3, а при работе в тормозном (генераторном) режиме – начиная с №6.

На рис. 4а для этого случая построены диаграммы изменения момента двигателя при постоянном токе в обмотках (верхняя кривая – двигательный режим, нижняя - тормозной). На рис. 4б и 4в показаны зоны включенного состояния ключей инвертора соответственно для двигательного и тормозного режимов. Кривые моментов построены по уравнению (1) с учетом того, что угол  для каждой комбинации определяется по формуле:

(2)

где n – номер комбинации и соответственно индекс в обозначении момента.

Так, для обеспечения максимально среднего момента в двигательном режиме _n должно изменяться в пределах от до , а в тормозном – от до , то из (2) следует, что переключение комбинаций должно происходить при углах поворота ротора , указанных в таблице 2.

Таблица 2

Изменение комбинаций	Значение угла, при котором происходит смена комбинаций
	Двигательный режим	Тормозной режим
с 1 на 2	; (–60; 300)	(120)
с 2 на 3	0; 2 (0; 360)	 (180)
с 3 на 4	(60)	(240)
с 4 на 5	(120)	(300)
с 5 на 6	 (180)	0; 2 (0; 360)
с 6 на 7	(240)	(60)

При вращении ротора против часовой стрелки необходимо соблюдать обратное чередование функций, указанных в таблицах 1 и 2, с той лишь разницей, что двигательный и тормозной режимы в табл. 2 меняются местами, а угол  на рис. 3 и 4 меняет знак на обратный.

Как и в двигателе постоянного тока, в синхронном двигателе, при вращении его ротора в контуре протекания силового тока, возникает противо ЭДС, направленная в двигательном режиме встречно напряжению источника питания, а в тормозном – согласно. Эта противо ЭДС складывается из ЭДС двух фаз обмотки статора, по которым в данный момент времени протекает ток.

Величина ЭДС фазных обмоток при равномерном вращении ротора по часовой стрелке и неизменном токе фазных обмоток может быть определена по формулам:

(3)

где С_e = E_m – максимум фазной ЭДС обмотки;

 – угловая скорость ротора;

С_е – коэффициент пропорциональности между скоростью и максимумом фазной ЭДС.

Кривые фазных ЭДС для направления вращения по часовой стрелке приведены на рис. 4г, при направлении вращения против часовой стрелки – на рис. 4д. Изменения угла  во времени на рис. 4г направлено вправо, а на рис. 4д – влево, что и соответствует противоположным направлениям вращения.

Кривые суммарной противо – ЭДС двигателя для двигательного и тормозного режимов приведены на рис. 4е, 4ж. Они получены на каждом интервале работы ключей как разность мгновенных значений ЭДС фаз двигателя, подключенных к источнику открытыми ключами.

Выше кратко была рассмотрена работа инвертора в качестве бесконтактного коммутатора вентильного двигателя. В электроприводе ЭПБ-2 на инвертор возможна также функция регулирования тока. Для обеспечения регулирования тока в межкоммутационном интервале движение происходит периодическое включение и отключение ключей таким образом, чтобы поддержать ток на заданном уровне. При этом возможны три режима. Условно будем классифицировать их по количеству включенных транзисторных ключей:

Режим Р2 – открыты два ключа, один из группы VT1 … VT3, второй из группы VT4 … VT6;

Режим Р1 – открыт ключ одной из групп;

Режим Р0 – все ключи закрыты.

Режим Р2 напряжение питания подается на две последовательно включенные обмотки фаз двигателя и процессы в обмотке могут быть описаны уравнением:

(4)

где U_n – напряжение источника питания;

i – ток двигателя;

R_дв – сопротивление двух фаз обмотки двигателя;

L_дв – индуктивность двух фаз обмотки двигателя;

 Е – суммарная ЭДС двигателя. Знак «+» соответствует двигательному режиму, а «–» – тормозному.

Рис.4 Временная диаграмма вентильного двигателя.

В режиме Р2, в рабочем диапазоне скоростей, всегда происходит нарастание тока через обмотку, поскольку напряжение источника выбирается выше ЭДС. Меняется лишь , уменьшаясь в двигательном режиме и возрастая в тормозном (рис. 5а).

При переходе с режима Р2 в режим Р1 выключается один из ключей, например, VT6. Тогда ток продолжает протекать под действием ЭДС самоиндукции через обмотки, ключ VT1 диод VД3.

Уравнение (4) приобретает вид:

(5)

При этом в двигательном режиме («+» при ЭДС) обеспечивается спадание тока (рис. 5) под действием ЭДС и падение напряжения на сопротивлении R_дв в тормозном режиме («–» при ЭДС) возможно как спадание тока (при значениях ЭДС меньших, чем падение напряжения на R_дв).

При отключении второго ключа (режим РО), например, VT1, ток продолжает протекать по фазам двигателя под действием ЭДС самоиндукции VД4, VД3 навстречу напряжению источника. При этом всегда происходит спадание тока в соответствии с уравнением:

(6)

Спадание тока происходит интенсивно в двигательном режиме («+» при ЭДС) и менее интенсивно в тормозном («–» при ЭДС).

Для поддержания постоянства заданного тока в двигательном режиме и в тормозном при малых скоростях достаточно чередовать режим Р2 и Р1 (рис. 5б), а в тормозном режиме при больших скоростях и токах достаточно чередовать режимы Р1 и Р0 (рис. 5в).

Рис.5 Кривые тока.

а) при переходе из режима 2 в режим 1 и режим 0;

б) поддержание постоянства тока в двигательном режиме;

в) поддержание постоянства тока в тормозном режиме;