Учебная работа. Проектирование схемы управления регулятором хода бесколлекторного электродвигателя

Учебная работа. Проектирование схемы управления регулятором хода бесколлекторного электродвигателя

Содержание

Введение

систематизация электродвигателей

Систематизация систем автоматического управления

Главные функции систем управления

Устройство бесколлекторного электродвигателя неизменного тока

Применение бесколлекторного электродвигателя неизменного тока
Создание печатной платы
Главные элементы схемы
Заключение
Перечень литературы

Введение

Без электроники сейчас никуда. С каждым деньком количество устройств, работающих от электро энергии, всё увеличивается. к примеру, электродвигатели, еще в XVIII веке электромоторы существовали лишь в теории. Фабрики и мануфактуры этого времени употребляли лишь ручной труд. Но в наше время без электродвигателя невозможна работа какого-нибудь производства. Электродвигатели — получили обширное применение не только лишь в почти всех отраслях индустрии, да и в предметах и устройствах, окружающих нас любой денек. Фены, вентиляторы, насосы, некие виды транспорта — вот только некий список устройств, работающих не без помощи электродвигателей.

Электродвигатель является главным элементом электронного привода производственного механизма. Соответствие его конструктивных и технических данных условиям работы механизма является нужным требованием, выполнение которого обеспечивает наивысшую стоимость электрооборудования, высшую надежность работы и меньшие утраты электроэнергии в эксплуатации.

Современный автоматический электропривод (АЭП) — непростая система автоматического управления (САУ)

Автоматическое управление в технике, совокупа действий, направленных на поддержание либо улучшение функционирования управляемого объекта без конкретного роли человека в согласовании с данной целью управления.

Система автоматического управления (САУ) поддерживает либо улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде всевозможных случаев вспомогательные для САУ операции (запуск, остановка, контроль, наладка и т.д.) также могут быть автоматизированы. САУ работает в главном в составе производственного либо какого-нибудь другого комплекса.

Эти системы должны собирать информацию о ходе технологического процесса, обработать ее на основании данного метода, производить и выдавать управляющие действия на устройство, обеспечивающее целесообразный ход технологического процесса.

В данной работе проектируется схема электронного регулятора хода бесколлекторного электродвигателя неизменного тока.

Систематизация электродвигателей

Зависимо от вида тока, применяемого в электронной машине, все движки разделяются на движки неизменного и переменного тока.

Движок неизменного тока — электронная машинка неизменного тока, модифицирующая электронную энергию неизменного тока в механическую энергию.

движок неизменного тока классифицируется

1. по наличию щёточно-коллекторного узла:

1.1 коллекторные движки;

1.2 бесколлекторные движки.

Щёточно-коллекторный узел — узел электронной машинки, обеспечивающий электронное соединение цепи ротора с цепями, расположенными в недвижной части машинки. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору).

2 По типу возбуждения

2.1 Движки с параллельным возбуждением;(обмотка якоря врубается параллельно обмотке возбуждения)

2.2 Движки поочередного возбуждения;(обмотка якоря врубается поочередно обмотке возбуждения)

2.3 Движки смешанного возбуждения.(обмотка возбуждения врубается отчасти поочередно отчасти параллельно обмотке якоря)

Движки переменного тока — электронный движок, питание которого осуществляется переменным током.

Движки переменного тока классифицируются

1 По механизму работы

1.1 синхронные

1.2 асинхронные

2 По количеству фаз

2.1 однофазные — запускаются вручную, либо имеют пусковую обмотку, либо имеют фазосдвигающую цепь;

2.2 двухфазные

2.3 трехфазные

2.4 многофазные

систематизация систем автоматического управления

Развитие технологического прогресса в разных отраслях индустрии связана с усложняющейся технологией производства, с увеличением требований к качеству продукции при наиболее сложных действиях технического производства, что привело к большенному количеству различных систем управления электроприводами. В связи с сиим возникает необходимость их систематизации, позволяющая наиболее рациональное их исследование.

системы управления различают по предназначению:

· поддержания всепостоянства регулируемой переменной, системы программного управления

· следящие системы

Эта систематизация относится к замкнутым системам. Она не содержит в себе простых систем и не учитывает систем, обеспечивающих оптимизацию, самонастройку и всеохватывающую автоматизацию.

Системы управления различают по роду аппаратуры:

· релейно-контакторные

· с электромашинными усилителями

· с магнитными усилителями

· с электрическими и полупроводниковыми преобразователями

системы управления различают по виду сигналов инфы и управления:

· непрерывные (аналоговые)

· дискретные (импульсные, цифровые, релейные системы).

Системы управления подразделяют время от времени по виду силового преобразователя либо главный аппаратуры:

· системы электромашинного управления либо системы Г-Д, ЭМУ-Д;

· системы тиристорный преобразователь — движок (ТП-Д);

· Системы дроссельного управления;

· системы магнитный усилитель — движок (МУ-Д);

· Система преобразователь частоты — движок (ПЧ-Д);

· системы релейно-контакторного управления;

· системы «бесконтактного» управления.

Схема автоматической системы управления представлена на рис. 1

Набросок 1 — Схема автоматической системы управления

В главный прямой части системы имеем: КО — командный орган; ФЧ -функциональная часть (может включать электрический блок, в каком идет обработка и преобразование оборотных связей); ПУ — промежный усилитель; М— электронная машинка; П — преобразователь; ТМ — технологический механизм; 1 — основная оборотная связь (ОС), жёсткая; 2-4 — вспомогательные ОС, (гибкие); ЭЭ —электронная энергия; ОУ — объект управления. ОУ, П, АУУ в собственном содействии можно разглядывать как электромеханическую автоматическую систему управления ЭП, либо СУ.

АУУ состоит из КО, подающего сигналы управления на задание либо изменение режима работы, ФЧ, которая конвертирует командные сигналы, формируя требуемый законуправления и делает основную функцию АУУ, ПУ, усиливающего сигнал управления до требуемого значения управления преобразователем П. Перевоплощенная ЭЭ в силовом преобразователе П поступает на электродвигатель М и дальше в виде механической энергии поступает по кинематическим связям на технологическую машинку ТМ. Элементы структуры охвачены оборотными связями 1-4 для поддержания либо конфигурации режима работы ТМ.

Главные функции систем управления

1. Управление системами запуска, торможения и реверсирование ЭП;

2. Поддержание всепостоянства (стабилизация) данной величины (скорости, мощности, момента и др.) в статике и динамике;

3. Слежение за вводимыми в систему произвольно меняющихся входными сигналами (следящее управление);

4. Отработка заданий программки (программное управление);

5. Выбор целесообразных режимов работы ЭП (адаптивное регулирование);

6. Автоматическое управление комплексами машин и устройств, определённых общим технологическим действием.

Устройство бесколлекторного электродвигателя неизменного тока

При управлении с внедрением датчиков БКЭПТ состоит, как правило, из 3-х главных частей: статор, ротор и датчики Холла.

Статор

Статор традиционного трехфазного БКЭПТ содержит три обмотки. В почти всех движках обмотки делятся на несколько секций, что дозволяет уменьшить пульсации крутящего момента.

Электронная схема замещения статора показана на Рис.2

Набросок 2. Электронная схема замещения статора (три фазы, три обмотки)

Он состоит из 3-х обмоток, любая из которых содержит три поочередно включенных элемента: индуктивность, сопротивление и оборотная э.д.с

Ротор

Ротор БКЭПТ состоит из четного числа неизменных магнитов. количество магнитных полюсов в роторе также оказывает воздействие на размер шага вращения и пульсации крутящего момента. Чем большее количество полюсов, тем меньше размер шага вращения и меньше пульсации крутящего момента. Могут употребляться неизменные магниты с 1..5 парами полюсов. В неких вариантах число пар полюсов возрастает до 8. Статор и ротор трехфазного, трехобмоточного БКЭПТ показаны на рис. 3

Набросок 3. Статор и ротор трехфазного, трехобмоточного БКЭПТ

Датчик Холла

Для оценки положения ротора в корпус мотора встраиваются три датчика Холла. Датчики установлены под углом 120° по отношению друг к другу. При помощи данных датчиков может быть выполнить 6 разных переключений.

Коммутация фаз зависит от состояния датчиков Холла.

Подача напряжений питания на обмотки меняется опосля конфигурации состояний выходов датчиков Холла. При правильном выполнении синхронизированной коммутации крутящий момент остается примерно неизменным и высочайшим.

Сигналы датчиков Холла в процессе вращения показаны на рис.4

Набросок 4. Сигналы датчиков Холла в процессе вращения

Коммутация фаз

В целях облегченного описания работы трехфазного БКЭПТ разглядим лишь его версию с 3-мя обмотками. Как было показано ранее, коммутация фаз зависит от выходных значений датчиков Холла. При корректной подаче напряжения на обмотки мотора создается магнитное поле и инициируется вращение. Более всераспространенным и обычным методом управления коммутацией, применяемый для управления БКЭПТ, является схема включения-отключения, когда обмотка или проводит ток, или нет. В один миг времени могут быть запитаны лишь две обмотки, а 3-я остается отключенной. Подключение обмоток к шинам питания вызывает протекание электронного тока. Данный метод именуется трапецеидальной коммутацией либо блочной коммутацией.

Для управления БКЭПТ употребляется силовой каскад, состоящих из 3 полумостов.

Схема силового каскада показана на рис. 5.

Набросок 4. Силовой каскад

По считанным значениям датчиков Холла определяется, какие ключи должны быть замкнутыми.

У движков с несколькими полями электронное вращение не соответствует механическому вращению. к примеру, у четырехполюсных БКЭПТ четыре цикла электронного вращения соответствуют одному механическому вращению.

От силы магнитного поля зависит мощность и частота вращения мотора. Регулировать частоту вращения и крутящий момент мотора можно за счет конфигурации тока через обмотки. Более всераспространенный метод управления током через обмотки является управление средним током. Для этого употребляется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), рабочий цикл которой описывает среднее
Применение бесколлекторного электродвигателя неизменного тока

Основное преимущество бесколлекторных движков — отсутствие крутящихся и переключающихся контактов, как следствие, главные плюсы бесконтактных движков:

· высочайшая надежность работы, так как отсутствует щеточный узел,

· большенный ресурс электродвигателя ограничен, фактически, лишь ресурсом подшипников.

· линейность регулировочной свойства и наименьший уровень электромагнитного шума по сопоставлению с коллекторными движками неизменного тока

· применение в конструкции электродвигателя балансировочных колец потенциально может обеспечить стабильность работы при весьма больших скоростях вращения (10-ки тыщ оборотов в мин).

области внедрения БКЭПТ:
Нефтегазовая индустрия — отсутствие искрообразующих частей и, как следствие, высочайшая взрывобезопасность делают бесколлекторные безупречным силовым элементом в запорном оборудовании нефте- и газопроводов
Городская ветвь — низкая стоимость бесколлекторных движков и их обслуживания, надежность и долговечность делают их применение очень симпатичным в критериях ограниченного бюджета
Авто индустрия — внедрение бесколлекторных движков при производстве авто фурнитуры (стеклоподъемники, стеклоочистители, подъем и опускание кресел и т.д.) дозволяет значительно понизить габариты и массу таковых устройств.
Внешняя реклама — автоматические жалюзи, презентационная техника, крутящиеся витрины с приводом на базе бесколлекторных движков малогабаритны и бесшумны
Мед оборудование — бесшумность и маленький уровень электромагнитных излучений делают его неподменным в медицинскомоборудовании, высочайшие скорости вращения делают эти движки очень нужными в стоматологическом оборудовании.
системы автоматического управления и робототехника — наличие встроенного датчика угла поворота дозволяет создавать оборотную связь движков и систем управления, что делает бесколлекторный движок комфортным при построении систем автоматического управления.

регулятор электродвигатель автоматический ток

Создание печатной платы

Моя задачка состоял в разработке схемы электронного регулятора хода бесколлекторного электродвигателя.

Создание макета печатной платы выполнялось в программке Geda

Фактически, весь процесс сотворения самой платы был разбит на 5 главных шагов:

подготовительная подготовка заготовки (чистка поверхности, обезжиривание);

нанесение тем либо другим методом защитного покрытия;

удаление излишней меди с поверхности платы (травление);

чистка заготовки от защитного покрытия;

сверление отверстий, покрытие платы флюсом, лужение.

· Подготовительная подготовка заготовки

Данный шаг является исходным и заключается в подготовке поверхности будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. В целом за длительный просвет времени разработка чистки поверхности не перетерпела сколько-нибудь значимых конфигураций. Весь процесс сводится к удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с внедрением разных абразивных средств и следующему обезжириванию.

Для удаления мощных загрязнений можно употреблять тонкодисперсную наждачку («нулевку»), мелкодисперсный абразивный порошок либо хоть какое другое средство, не оставляющее на поверхности платы глубочайших царапин. Время от времени можно просто вымыть поверхность печатной платы твердой мочалкой для мытья посуды с моющим средством либо порошком (для этих целей комфортно употреблять абразивную мочалку для мытья посуды, которая похожа на войлок с маленькими вкраплениями какого-то вещества; нередко таковая мочалка бывает наклеена на кусочек поролона). Не считая того, при довольно незапятанной поверхности печатной платы можно совершенно пропустить шаг абразивной обработки и сходу перейти к обезжириванию.

В случае наличия на печатной плате лишь толстой оксидной пленки ее можно просто удалить методом обработки печатной платы в течение 3-5 секунд веществом хлорного железа с следующим промыванием в прохладной проточной воде. Следует, но, отметить, что лучше или создавать данную операцию конкретно перед нанесением защитного покрытия, или опосля ее проведения хранить заготовку в черном месте, так как на свету медь стремительно окисляется.

Заключительный шаг подготовки поверхности заключается в обезжиривании. Для этого можно употреблять кусок мягенькой ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология), не оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином либо ацетоном. Опосля обезжиривания плату следует помыть в проточной прохладной воде. Свойство чистки можно надзирать, следя за степенью смачивания водой поверхности меди. На сто процентов смоченная водой поверхность, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем обычного уровня чистки. Нарушения в данной пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

· Нанесение защитного покрытия

Нанесение защитного покрытия является самым принципиальным шагом в процессе производства печатных плат, и конкретно им на 90 % определяется свойство сделанной платы

.Внедрение «технологии лазерного принтера и утюга». Данная разработка возникла сравнимо не так давно, но сходу получила широчайшее распространение в силу собственной простоты и высочайшего свойства получаемых плат. Базу технологии составляет перенос тонера (порошка, применяемого при печати в лазерных принтерах) с какой-нибудь подложки на интегральную схему.

1-ый шаг использования данной технологии заключается в печати зеркального изображения рисунка печатной платы на подложке. характеристики печати принтера при всем этом должны быть установлены на наибольшее свойство печати (так как в этом случае происходит нанесение слоя тонера большей толщины). В качестве подложки употребляется рядовая бумага для факсов.

Подложка за ранее размачивается в воде и позже равномерно отделяется Перенос тонера на плату заключается в прикладывании подложки с тонером к за ранее чистой плате с следующим нагревом до температуры, мало превосходящей температуру плавления тонера. Может быть большущее количество вариантов как это создать, но более обычным является прижим подложки к плате жарким утюгом. При всем этом для равномерного распределения давления утюга на подложку рекомендуется проложить меж ними несколько слоев плотной бумаги. Весьма принципиальным вопросцем является температура утюга и время выдержки. : тонер должен успеть довольно расплавиться, чтоб прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтоб края дорожек не расплющились. Опосля «приварки» тонера к плате нужно отделить подложку.

· Травление

Понятно много составов для хим стравливания меди. Они все различаются скоростью протекания реакции, составом выделяющихся в итоге реакции веществ, также доступностью нужных для изготовления раствора хим реактивов.

В нашем случае употреблялся раствор хлорного железа.

.Хлорное железо (FeCl) — пожалуй, самый узнаваемый и пользующийся популярностью реактив. Сухое хлорное железо растворяется в воде до того времени, пока не будет получен насыщенный раствор золотисто-желтого цвета (для этого будет нужно порядка 2-ух столовых ложек на стакан воды). Процесс травления в этом растворе занял приблизительно полчаса. время зависит от концентрации раствора, температуры и перемешивания. Перемешивание существенно ускоряет протекание реакции. Также реакция ускоряется при подогревании раствора. По окончании травления плату нужно помыть огромным количеством воды (для нейтрализации остатков кислоты).

· Чистка заготовки, сверление, нанесение флюса, лужение

Опосля окончания травления и промывки платы нужно очистить ее поверхность от защитного покрытия. Создать это можно любым органическим растворителем. В моем случае это выполнялось ацетоном

Дальше нужно просверлить все отверстия. созодать это необходимо остро заточенным сверлом. Прижимное усилие в процессе сверления не обязано быть очень огромным, чтоб на оборотной стороне платы не создавались бугорки вокруг отверстий.

Последующим шагом является покрытие платы флюсом с следующим лужением. Можно употреблять особые флюсы промышленного производства (лучше всего смываемые водой либо совершенно не требующие смывания) или просто покрыть плату слабеньким веществом канифоли в спирте. В моем случае лужение выполнялось погружением в расплав припоя в ванночке заполненной маленьким количеством сплава Розе. Расплав должен быть стопроцентно покрыт сверху слоем глицерина во избежание окисления припоя. Для нагревания ванночки использовалась электроплитка. Плата погружается в расплав, а потом вынимается с одновременным удалением излишков припоя.

Главные элементы схемы

Главными элементами схемы являются резисторы конденсаторы полевые транзисторы в количестве 6 штук , которые нужны для преобразования из неизменного тока в переменный, так же в данной схеме находятся драйвера.

Заключение

На данном шаге была спроектирована схема управления регулятора хода бесколлекторного электродвигателя. Была сотворена силовая часть данной схемы, которая в предстоящем будет дорабатываться и модернизироваться.

Перечень литературы

Справочник по электронным машинкам В 2-ух томах Под общей редакцией доктора технических наук И. П. Копылова и кандидата технических наук

Б. К. Клокова Том 1 МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1988

системы управления электроприводами Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, Селиванов В.А.

системы управления электроприводов, Терехов В. М., 2005.

Выбор электродвигателей для производственных устройств, Кючев В.И.

Выбор электродвигателей к производственным механизмам, Кузнецов Б.В. Издательство: Беларусь. 1984

веб ресурсы

http://electro-motors.net/stati/proiz_prim_eldv.html Создание и применение электродвигателей

http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/avr/AVR492.htm Управление бесколлекторным электродвигателем

HTTP://ra3ggi.qrz.ru/PCB/make_pcb.htm Разработка производства печатных плат

]]>