Методика расчета нереверсивного магнитного усилителя

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету

«ЭиУСУ»

на тему

Расчет реверсивного магнитного
усилителя на постоянном токе

 

ВЫПОЛНИЛА: ПРОВЕРИЛ:

студентк группы 022403 Марков А.В.

Нагула К.А.

 

 

Минск2013

 

Содержание

 

1. Методика расчета нереверсивного магнитного усилителя. 3

1.1. Исходные данные для расчета МУ.. 3

1.2. Данные для расчета МУ при работе на исполнительный двигатель постоянного тока. 4

2. Этапы расчета МУ.. 5

2.1. Выбор схемы усилителя. 5

2.2. Расчет выпрямителя. 6

2.3. Выбор материала и конструкции магнитопровода. 6

2.4. Определение типоразмера магнитопровода. 7

2.5. Расчет цепей рабочих обмоток, обратной связи, смещения и управления 8

2.5.1. Цепь рабочих обмоток. 8

2.5.2. Цепь обратной связи. 8

2.5.3. Цепь смещения. 9

2.5.4. Цепь управления. 9

2.6. Конструктивный расчет дросселя тороидального типа. 10

2.7. Расчет динамических параметров. 12

2.8. Построение статической характеристики. 12

 

Методика расчета нереверсивного магнитного усилителя

Исходные данные для расчета МУ

 

 

Исходными данными для расчета МУ являются: величина и характер нагрузки, максимальная мощность P н макс или максимальный ток I н макс нагрузки, минимальная мощность P н мин или минимальный ток I н мин нагрузки, максимальная мощность P у макс или максимальный ток I у макс сигнала управления, входное сопротивление усилителя R у или сопротивление источника усиливаемого сигнала R и, частота источника питания f пит, постоянная времени τ у. Кроме того, к МУ могут предъявляться специфические требования, например, такие как минимальный вес и габариты, повышенная стабильность характеристик, экономичность и др.

Параметры двигателя:

 

Тип двигателя: СЛ-281

 

U н = 24 В

n н = 5200 об/мин

P н = 26 Вт

I ян = 2,16 А

I вн = 0,24 А

r я = 1,15 Ом при 20˚C

M н = 0,5 × 9,81·10ֿ² Н·м

M с = 0,08 × 9,81·10ֿ² Н·м

J = 1,96·10ֿ⁵ кг·мІ

 

Данные для расчета МУ при работе на исполнительный двигатель постоянного тока

 

 

При работе МУ на двигатель постоянного тока нагрузка МУ будет активной и при якорном управлении определяется выражением

U н 24 В

R н = I ян = 2,16 А = 11 Ом; (1.1)

 

максимальная мощность нагрузки

 

P н макс = U н · I вн = 24 В · 0,24 А = 5,76 Вт; (1.2)

 

минимальная мощность нагрузки

 

P н мин = U н · I н мин = 5,76 Вт /20 = 0,3 Вт; (1.3)

 

ток I н мин принимается в 20 раз меньше тока управления двигателя, т.е.

 

 

I ян 2,16 А

I н мин = 20 = 20 = 0,1 А; (1.4)

 

Коэффициент усиления по току для РМУ определяется соотношением

I ян 2,16 А

K _i = I _{y max} = 0,04 А = 54 (1.5)

 

Входное сопротивление усилителя принимается равным R у = (50 ч 150) Ом =

= 150 Ом, частота источника питания рабочих обмоток МУ f пит = 400 Гц, значение постоянной времени τ у МУ не должно превышать величины электромеханической постоянной двигателя Т эм:

 

J ·π· n о· α J · n о1,96·10ֿ⁵ кг·мІ· 5200/60 об/с

Т эм = 30· M к1· α ≈ 0,105 · M к1 = 0,105· 0,5 × 9,81·10ֿ² Н·м =

 

= 0,034 с, (1.6)

 

где M к1 – пусковой момент при α =1, M к1 ≈ M н; n о – скорость идеального холостого хода примем равной n н; J – момент инерции, α – коэффициент сигнала.

 

 

Этапы расчета МУ

Выбор схемы усилителя

 

Так как заданная величина К I=54 превышает 10 ¸15, необходимо вводить положительную обратную связь. Выбираем схему МУ с внутренней обратной связью, которая обеспечит получение требуемой мощности в нагрузке при меньшем объеме стали сердечников, чем усилитель с внешней обратной связью.

Схема МУ с внутренней обратной связью приведена на рис.1.

 

 

Расчет выпрямителя

 

 

Исходя из велечин

 

I н макс = (2...3)· I ян = 1,3·2,16 А = 3 А (2.1)

 

и

U н макс = 1,57· I н макс · R н = 1,57·3А· 11Ом = 51,81 В (2.2)

 

выбираем диод типа Д214Б. Его параметры:

 

I пр = 5 А

U обр = 100 В

 

Определяем число диодов, включаемых параллельно (n) и последовательно (m) в плечо выпрямительного моста:

 

I н макс 3 А

n = 2· I пр = 2·5 А = 0,3, (2.3)

 

U н макс 51,81В

m = U обр = 100 В = 0,5 (2.4)

 

и эти полученные расчетные значения округляем в сторону увеличения до целых чисел, т.е. n = 1 и m = 1.

 

Цепь рабочих обмоток

Число витков одной рабочей обмотки рассчитывается по формуле

 

U пит 200 В

W р = 4,44· C · f пит · k c· S r · B mo = 4,44 ·2·400 Гц·0,8·320·10^-6 м²·0,774 Тл =

 

= 327 (2.13)

 

где

 

(D н – D в)· h (80 мм -48 мм)·20 мм

S r = 2 = 2 = 320 ·10^-6 м². (2.14)

 

Цепь обратной связи

Величина коэффициента обратной связи определяется по формуле

 

К ос = 1 – К I ’ / К I = 1 – 8 / 54 = 0,85 (2.15)

 

где К I ’ - коэффициент усиления по току усилителя без обратной связи, он может быть принят равным 8-10;

К I -требуемое значение коэффициента усиления по току.

 

Цепь смещения

Ток холостого хода МУ с обратной связью равен

 

I н мин 0,1 А

I хх = 1 – К ос = 1 – 0,85= 0,6А. (2.16)

 

Число витков обмотки смещения, необходимое для перемещения рабочей точки из положения, соответствующего I хх, в положение, соответствующее I н мин, определится как

 

I н мин · W у 0,1· 2616

W см = I см = 0,022 = 11890, (2.17)

 

где I см примем на порядок меньше I ян, т.е. 0,022А.

Напряжение на обмотке смещения определим из выражения

U _см = I см · R см = 0,022А · 1230Ом = 49 В. (2.18)

Из ряда стандартных источников питания выбираем источник 60 В.

 

Для регулировки смещения в эту цепь включается сопротивление

 

U _см 60 В

R рег = 1,11· I см - R см = 0,022 – 3941 Ом = 497 Ом, (2.19)

где

R см = W см· ℓ _см ·р / q =11890·0,072м·1,68·10^-8 Ом·м /50,24·10^-6м²= 2230 Ом, (2.20)

 

D н – D в 80 мм -48 мм

ℓ _см = 2· W см · 2 + h = 2·331 · 2 + 20мм = 0,072 м, (2.21)

 

 

1,11 I _{см макс} 1,11·0,011А

q = j. = 6А/мм² = 1.98E-9 (2.22)

 

Здесь ℓ _см – средняя длина витка обмотки смещения по эскизу;

q – сечение обмотки по меди;

р – удельное сопротивление меди.

 

Для регулировки используем потенциометр номиналом 1,5 кОм

 

 

Цепь управления

 

Число витков обмотки управления рассчитаем по формуле

 

W _у = К I ’ · W _р = 8·427 = 2616. (2.23)

 

Диаметры проводов обмоток W _р, W _сми W _у выбираются исходя из максимальных токов, протекающих по этим обмоткам, и допустимой плотности тока.

 

 

I см макс 0,022A

d _см = 1,13√ j = 1,13 √6 A/мм² = 0,048 мм, (2.24)

 

I у макс 0,04 A

d _у = 1,13 √ j = 1,13 √6 A/мм² = 0,058 мм, (2.25)

 

Принимаем диаметры проводов обмоток равными 0,1 мм

 

 

Литература

1. Розенблат М.А. Магнитные усилители, т.1. -М.: Советское радио, 1960.

2. Миловзоров В.П. Электромагнитная техника. –М. –Л.: Энергия, 1966.

3. Лукьянец С. В. Методические указания к курсовому проектированию по курсу электромашинные и электромагнитные устройства автоматики. Минск 1982.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету

«ЭиУСУ»

на тему

Расчет реверсивного магнитного
усилителя на постоянном токе

 

ВЫПОЛНИЛА: ПРОВЕРИЛ:

студентк группы 022403 Марков А.В.

Нагула К.А.

 

 

Минск2013

 

Содержание

 

1. Методика расчета нереверсивного магнитного усилителя. 3

1.1. Исходные данные для расчета МУ.. 3

1.2. Данные для расчета МУ при работе на исполнительный двигатель постоянного тока. 4

2. Этапы расчета МУ.. 5

2.1. Выбор схемы усилителя. 5

2.2. Расчет выпрямителя. 6

2.3. Выбор материала и конструкции магнитопровода. 6

2.4. Определение типоразмера магнитопровода. 7

2.5. Расчет цепей рабочих обмоток, обратной связи, смещения и управления 8

2.5.1. Цепь рабочих обмоток. 8

2.5.2. Цепь обратной связи. 8

2.5.3. Цепь смещения. 9

2.5.4. Цепь управления. 9

2.6. Конструктивный расчет дросселя тороидального типа. 10

2.7. Расчет динамических параметров. 12

2.8. Построение статической характеристики. 12

 

Методика расчета нереверсивного магнитного усилителя

Исходные данные для расчета МУ

 

 

Исходными данными для расчета МУ являются: величина и характер нагрузки, максимальная мощность P н макс или максимальный ток I н макс нагрузки, минимальная мощность P н мин или минимальный ток I н мин нагрузки, максимальная мощность P у макс или максимальный ток I у макс сигнала управления, входное сопротивление усилителя R у или сопротивление источника усиливаемого сигнала R и, частота источника питания f пит, постоянная времени τ у. Кроме того, к МУ могут предъявляться специфические требования, например, такие как минимальный вес и габариты, повышенная стабильность характеристик, экономичность и др.

Параметры двигателя:

 

Тип двигателя: СЛ-281

 

U н = 24 В

n н = 5200 об/мин

P н = 26 Вт

I ян = 2,16 А

I вн = 0,24 А

r я = 1,15 Ом при 20˚C

M н = 0,5 × 9,81·10ֿ² Н·м

M с = 0,08 × 9,81·10ֿ² Н·м

J = 1,96·10ֿ⁵ кг·мІ