Расчет двигателя

1. Техническое задание 3
2. Выбор двигателя 3
3. Выбор датчика 6
3.1. Параметры для выбора датчика 6
3.2. Датчики, основанные на эффекте Холла 7
4. Расчёты параметров и характеристик двигателя 12
5. Выбор компонентов системы управления 16
6. Алгоритм и принципиальная схема работа системы 18
Выводы 21
Список использованной литературы 22

Информация об абсолютном положении, напротив, передаётся только потоком двоичных данных через последовательные интерфейсы RS-482 или RS-422.
Из-за неблагоприятных рабочих условий пути передачи данных должны быть помехоустойчивыми и надёжными. Высокий уровень электромагнитных помех оправдывает использование дифференциальных пар для передачи сигналов. Также обычной является работа при повышенных температурах, что связано с близостью электродвигателя.
Широкая номенклатура микросхем интерфейсов RS-485/RS-422 и PROFIBUS компании Maxim предназначена как раз для систем управления электродвигателями. Интерфейсные микросхемы, подобные высокоскоростному приёмопередатчику RS-485 MAX14840E показывают высокую целостность передаваемых данных и надёжность, соответствующие строгим требованиям безопасности. Применение таких микросхем позволяет обеспечить длительную непрерывную работу устройств.
В приложениях, в которых шины питания и линии передачи данных проложены в одном кабеле, всегда существует опасность возникновения аварийных ситуаций из-за ошибок разводки, коротких замыканий между проводами внутри кабеля или появления вызванных наводками бросков напряжения в коммуникационных линиях. Семейства защищённых приёмопередатчиков RS-485 MAX13448E, MAX3440E, MAX13442E и MAX3430 от компании Maxim имеют встроенную защиту от бросков напряжений до ±80 В.
Встроенная защита от перенапряжений ±80 В позволяет создавать энкодеры меньших размеров:
‒ уменьшение размеров платы и стоимости за счёт исключения схем защиты на дискретных компонентах;
‒ выполнение требований к высокоскоростному интерфейсу RS-485, несмотря на наличие защиты;
‒ снижение числа возвратов из-за ошибок при подключении.
Наличие нескольких конфигураций увеличивает гибкость конструкции:
‒ наличие вариантов микросхем, рассчитанных на питание 3,3 или 5 В, позволяет использовать современные низковольтные источники питания;
‒ возможность дуплексного и полудуплексного обмена данными позволяет подобрать вариант микросхемы для любых энкодеров;
‒ варианты микросхем на 250 Кбит/с и 10 Мбит/с обеспечивают поддержку современных требований к скорости передачи данных от энкодеров.
6. Алгоритм и принципиальная схема работа системы
Двигатели постоянного тока были среди первых типов двигателей, которые стали использовать на практике. Они всё ещё популярны там, где требуется невысокая начальная стоимость и превосходная управляемость. В самом простом виде статор (то есть стационарная часть электродвигателя) представляет собой постоянный магнит, а на роторе (то есть на вращающейся части электродвигателя) размещены обмотки якоря, подключённые к механическому коммутатору, который замыкает/размыкает цепь подачи тока в обмотку. Магнит является источником магнитного поля, которое взаимодействует с током якоря, генерируя электромагнитную силу, тем самым позволяя двигателю выполнять работу. Скорость вращения электродвигателя определяется величиной постоянного напряжения, приложенного к обмоткам якоря.
В зависимости от приложения, для подачи напряжения на обмотку якоря используют мостовые, полумостовые или просто повышающие преобразователи. Для получения желаемого напряжения применяют ШИМ-управление ключами преобразователей. Для управления полевыми транзисторами в мостовой или полумостовой схеме могут использоваться выпускаемые компанией Maxim микросхемы драйверов верхнего плеча или драйверов моста, такие как MAX15024/MAX15025 (рис. 12).
Рис. 12. Блок-схема типичной системы управления электродвигателями.
Микросхемы MAX9918/MAX9919/MAX9920 ‒ это токоизмерительные усилители, способные работать с входным синфазным напряжением от –20 до +75 В. Усилители обеспечивают измерение одно/двунаправленного тока в самых жёстких условиях работы, когда входное синфазное напряжение может становиться отрицательным. Так как усилители способны работать и с одно-, и с двунаправленными токами, это позволяет измерять в системе токи заряда и разряда.
MAX9621 ‒ микросхема двойного двухпроводного интерфейса датчиков Холла с аналоговыми и цифровыми выходами. Она позволяет микропроцессору следить за состоянием двух датчиков Холла либо через аналоговый выход, повторяя ток датчика, либо с помощью отфильтрованного сигнала с цифрового выхода. Пороговое значение входного тока может быть привязано к магнитному полю. Микросхема MAX9621 обеспечивает током питания два двухпроводных датчика Холла и работает в диапазоне напряжений питания от 5,5 до 18 В. Измерение тока производится в верхнем плече (рис. 13).
Рис. 13. Типовая схема включения интерфейса датчиков Холла.
Микросхемы интерфейса VR- или индукционных датчиков MAX9924…MAX9927 идеально подходят для измерения положения и скорости вращения валов электродвигателей, распределительных и трансмиссионных валов и других вращающихся деталей. В состав этих приборов входят прецизионный усилитель и компаратор с адаптивно выбираемым порогом пикового значения, а также детекторы перехода через ноль, которые надёжно генерируют выходные импульсы даже при значительных шумах системы или при чрезвычайно слабых сигналах VR-датчиков. Микросхемы MAX9924…MAX9927 обеспечивают интерфейс как к обычным, так и к дифференциальным VR-датчикам.
Выводы
В ходе выполнения курсового проекта было составлено техническое задание, подобраны компоненты, удовлетворяющие ТЗ. Проведена настройка ПИД- регулятора по методу обратной задачи динамики, построение переходного процесса системы с учетом регулятора и нелинейности типа ограничения. Было выявлено, что смоделированная система отвечает требованиям ТЗ. Разработана принципиальная схема системы управления двигателем, подобраны компоненты системы. Представлен алгоритм управления двигателем. Выполнены все пункты ТЗ.
Список использованной литературы
1. Автоматизированный электропривод промышленных установок / под ред. Г. Б. Онищенко.– М.: РАСХН-2001. – 520 с.
2. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. ‒ 702 с.
3. Водовозов В.М. Теория и системы электропривода. – Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. – 306 с.
4. Дмитриев О.А., Фролов Ю.М., Еремкин И.П., Романов А.В. Лабораторный практикум по электроприводу : Учебное пособие. Воронеж. Воронеж. гос. тех. ун-т., 2005. 105 ‒ с.
5. Ключев В.И. Теория электропривода : Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001. ‒ 704 с.
6. Ключев В.И. Теория электропривода : Учебник для вузов. ‒ М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 ‒ с.
7. Онищенко Г. Б. Электрический привод. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 288 с.
8. Теория автоматического управления: Учебник для ву-зов. / Н.А. Бабанов, А.А. Воронов, А.А. Воронова и др. В 2 ч. Ч. I: Теория линейных систем автоматического управления. 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. А.А. Воронова. ‒ М.: Высшая школа, 1986. 367 ‒ с.
22
Статор
ω
Cтатор
ω
Электронный коллектор
‒
+
Датчик Холла
Ротор
1
Uн
В
FL
Ic
4
U20
4
3
U20 + U2R0
U20 ‒ U2R0
U2R0 = I1R0ff
‒U2R0 = ‒I1R0ff
OTP ROM/RAM
Интерфейс
Разделённныйполузонд
Модулятор
Выборка
и хранение
Выход
Линеаризациятемпературы
Усилитель
Демодулятор
Усилитель-ограничитель,буфер
Напряжение нулевого магнитного поля
Тактовая частота
t
ω
ω0