EMS

Основная цель расчета – обеспечение минимального приведенного к

валу двигателя момента инерции редуктора.

J ред min

J b D4

32

Где b - толщина колеса

- плотность материала колеса

D - диаметр

Из механики известно, что минимум приведенного момента инерции редуктора обеспечивается, если каждые предыдущие и последующие передаточные числа пар зацеплений связаны между собой соотношением:

Последнюю ступень выбираем сами, используя ограничение:

in 1,n (10 15)

По ней рассчитываем остальные передаточные числа пар:

При этом передаточное число первой пары желательно, чтобы не превышало двух и было бы не меньше чем 1.1

Выбор модуля зуба.

Нужно выбрать модуль зуба m. Для него существует стандартная шкала. Стандартная шкала модулей [мм]

По определению модуль m входит в соотношение:

D mz

z - число зубьев

D - диаметр (в мм)

Эвольвентный профиль зуба позволяет зубьям обкатываются, а не проскальзывают, за счет этого уменьшается трение и износ.

Модуль задается в миллиметрах и может быть дробным. На его размеры, определяемые инструментами, используемыми при резки, существуют ГОСТы. Модуль выбирается из соблюдения обеспечения прочности зубьев.

y - коэффициент формы зуба (0,12);

b (5 10) m m

Усилие на зуб в последнем к нагрузке зацеплении:

P M 2M н

Rn Dn

Итак,

Dn берется предварительно из условия, что диаметры всех ведущих шестеренок D1 D3 D5 ... Dn 1 будут взяты не менее чем 2d

Dn in 1,n Dn 1

D1 m z

z1 D1 - на первой шестеренке (если дробное число, округляем по правилам m

округления);

z1 15 не допускается маленькое число

Если z1 15 , необходимо увеличить диаметр. Можно задаться меньшим модулем, но при этом надо оценить, на сколько увеличится Dn

z1 15

z1 z3 ... zn 1.

Уточняется получившееся передаточное число редуктора и проводится оценка приведенного момента инерции его к валу двигателя.

Обычно постоянная времени двигателя в нашем типовом проекте оказывается в пределах

0.05с Тдв 0.15с

Структурная схема двигателя выглядит следующим образом:

Структурная схема для асинхронного двигателя не содержит блока с моментом собственных потерь двигателя.

В самом дела, система линеаризованных уравнений, описывающая динамику двухфазного двигателя имеет вид:

M дв b U y a

M дв J d M н dt

Решая их совместно получаем дифференциальное уравнение, получаем:

1

Лекция 4

Усилители мощности в электромеханических системах

Основная задача усилителей мощности в электромеханических системах подготовка сигнала, получаемого от усилительно-

преобразовательного устройства, по форме и мощности для исполнительного двигателя. Рассмотрим сначала усилитель мощности для систем с двигателем постоянного тока.

Усилители мощности для двигателей постоянного тока

Усилитель мощности для двигателя постоянного тока представляет большую проблему, так как наиболее эффективное, в силу линейности характеристик, управление происходит по ротору, а этот способ управления приводит к большим токам в роторной обмотке, которые необходимо регулировать. Можно осуществлять полюсное управление, через обмотку статора, но оно будет существенно ограничено при реализации следящих систем, за счет нелинейных характеристик.

Сравнение разных способов управления исполнительными двигателями показывает преимущество якорного управления двигателем при независимом возбуждении. Однако этот способ управления нуждается в мощном усилителе, позволяющем регулировать в широких пределах относительно большие токи якоря. С середины ХХ в. в качестве такого усилителя повсеместно применялся электромашинный усилитель (ЭМУ), представляющий собой связку: трехфазный асинхронный двигатель, вращавший от сети переменного тока управляемый генератор постоянного тока. Усилитель обладал линейными нагрузочными характеристиками и управлялся относительно маломощным сигналом.

2

Электромашинный усилитель (ЭМУ)

По существу, ЭМУ — это управляемый генератор постоянного тока, приводимый во вращение с постоянной скоростью внешним двигателем. Генератор и приводной двигатель встраивались в единый корпус. ЭМУ изготавливались на различные предельные мощности управления и обладали хорошими статическими характеристиками. Однако большой вес и габариты этих усилителей, ограниченный моторесурс механических элементов,

наличие коллектора и щеточных контактов, а значит и невысокий КПД, постепенно привели к вытеснению ЭМУ другими типами усилителей. ЭМУ перестали выпускать только с появление силовой электроники.

С появлением мощных тиристоров, а затем силовых транзисторов были разработаны компактные и надежные усилители мощности для регулировки тока в якорной цепи двигателей постоянного тока. Наибольшее

распространение в итоге получили усилители мощности на силовых транзисторах, среди которых часто используют усилители постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Усилитель мощности с ШИМ-модуляцией

Токовые импульсы фиксированной амплитуды на выходе ШИМ – усилителя следуют с постоянной и относительно высокой частотой. Ширина импульса равна мгновенной величине входного сигнала в момент подачи очередного импульса.

3

Этот усилитель на самом деле нелинейный, но можно сделать переход на линейное описание при большой частоте дискретизации (если частота дискретизации>> частоты среза разомкнутой системы).

Например, пусть частота следования импульсов 400 Гц 6, 28 2500 рад / с Если полоса пропускания до 100 1с , то на столь высокую частоту следования

импульсов двигатель не будет реагировать в силу своей инерционности.

Такой усилитель состоит из силовой и управляющей части. Силовая часть обеспечивает питание обмотки управления двигателя постоянного тока. Именно ее элементы подвергаются большим токовым перегрузкам, особенно при пуске двигателя. Управляющая часть осуществляет управление силовой частью на основе входного сигнала, поступающего в усилитель мощности.

Силовая часть усилителя мощности

Силовая часть этих усилителей строится по мостовой схеме. Одна диагональ моста из транзисторов VT1—VT4 подключается к источнику постоянного напряжения U0, а к другой диагонали подключена цепь якоря с

добавочным резистором для ограничения пускового тока. Вращение ротора двигателя в одну сторону осуществляется одновременным открытием транзисторов VT1 и VT3, а в другую — одновременным открытием VT2 и VT4. В последнем случае ток, протекающий через якорь, поменяет свое направление. Транзисторы моста работают в ключевом режиме. За

открывание или закрывание транзисторов отвечает блок управления усилителя мощности.