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/n_п = 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 i_p).

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 U_R трикутної форми подвоєної частоти в ланцюг база - колектор транзистора VT. Ця напруга намагається відкрити транзистор. На протязі відрізку часу t_i, коли U_б < U_R транзистор відкритий (рис. 3.2, б) і через якір двигуна під дією напруги U_R буде протікати відповідний струм.

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

0< ωt <π/2 дорівнює:

U_R = kI_уt

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

Отже тривалістю імпульсу напруги t_i на навантаженні можна керувати, змінюючи струм управління керованого дроселя або напругу U_б. 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 К_u>> 1.

Рис 3,3

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

U_ke ≥ 1.2Ua_ном ≥1.2·110 ≥ 132B

Iк_макс ≥ Iа_ном ≥ 1,2А

Вибираємо транзистор типу КТ851А з такими характеристиками:

Uke_макс = 200В > 132В; Iк_макс = 2А > 1,2А

Pк_макс =25Вт; h_21eмін =40; Ікб₀ ≤ 1мА;

t_р ≤ 2,6мкс; Uбе_макс = 5В; І_бн = 50мА.

Для забезпечення нормальних умов роботи транзистора вибираємо

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

Потужність на опорі:

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

Навантаженням колекторного ланцюга є обмотка якоря двигуна, тому:

R_к = R_а = 8,5Ом

Напруга живлення:

Е_жив = 1,2Ua_ном = 1.2·110 = 132B

3.4.Розрахунок параметрів магнітного підсилювача та трансформатора

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

Р_тр = І_б²_нас×R_б /η_тр = (50×10^-3)²× 3×10³/0,9 = 8,4Вт

В цьому виразі можна прийняти, що коефіцієнт корисної дії трансформатора η_тр = 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:

Р_мп=Р_б/η_тр=3/0,9=3,3 мВт

де Р_б - максимальна потужність, що споживається резистором R_б;

η_тр – 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.