Рассчитаем характеристики исходя из паспортных данных выбранного двигателя.
Таблица 8 - Технические данные ЭД подачи 1FT6-084-8SF71-1AG1
Параметр
Значение
Nn; мин−1
H; мм
Pn; кВт при ∆T=100 K
6,9
Mo; Нм при ∆T=100 K
K перегрузочная способность
Mn; Нм при ∆T=100 K
In; A при ∆T=100 K
Количество пар полюсов
Момент инерции ротора (без тормоза) J; 10−4 кгм2
Вес кг
Расчет синхронного двигателя привода подачи [5].
Рассмотрим параметры канала регулирования скорости:
1 Передаточная функция датчика тока по оси Z:
- номинальный сигнал задания РТ:
- индуктивность ротора:
(3.21)
где X2=0.28
- индуктивность статора:
(3.22)
где X1=0.31
- коэффициент рассеивания магнитных полей статора и ротора:
- число пар полюсов:
(3.23)
- взаимная индуктивность между статором и ротором:
(3.24)
- номинальная частота вращения ротора:
(2.19)
- номинальный момент:
- коэффициент трансформации:
- номинальное потокосцепление:
(3.25)
- проекция номинального тока на ось Z:
(3.26)
- перегрузочная способность:
- коэффициент датчика тока:
(3.27)
2 Передаточная функция регулятора тока:
- статический коэффициент передачи ЧП:
(3.28)
- некомпенсированная постоянная времени:
(3.29)
где R1=0,18 статорное сопротивление R2=0,32 роторное активное сопротивление
- постоянная времени статора:
(3.30)
- коэффициент передачи пропорциональной части ПИ-регулятора:
(3.31)
- постоянная времени регулятора:
(3.32)
3 Передаточная функция частотного преобразователя:
- постоянная времени ЧП:
3 Передаточная функция электрической части СД по каналу регулирования тока:
- постоянная времени ПФ электрической части СД:
(3.33)
,
4 Передаточная функция механической части двигателя:
- маховый момент ротора двигателя;
(3.34)
5 Передаточная функция ПИ-регулятора скорости:
- коэффициент обратной связи по скорости:
- коэффициент передачи регулятора скорости:
(2.30)
- постоянная времени интегрирующей части ПИ-регулятора:
(3.35)
6 Передаточная функция датчика скорости
- коэффициент обратной связи по скорости:
Канал регулирования потокосцепления Ψ2
7 Передаточная функция канала ОС по току I1x:
- постоянная времени ротора:
(3.36)
(2.33)
- коэффициент передачи звена:
8 Передаточная функция ПИ-регулятора тока I1x:
- коэффициент передачи пропорциональной части ПИ-регулятора:
(3.37)
- постоянная времени интегрирующей части ПИ-регулятора, с
(3.38)
9 Передаточная функция цепи обратной связи по потокосцеплению:
- коэффициент передачи звена:
10 Передаточная функция регулятора потокосцепления:
- постоянная времени регулятора:
- коэффициент передачи пропорциональной части ПИ-регулятора:
(3.39)
- постоянная времени ПИ-регулятора потокосцепления:
(3.40)
11 Передаточная функция электрической части двигателя по каналу регулирования тока i1x:
- коэффициент передачи звена:
На основании принципиальной схемы было произведено разделение электромеханической системы на звенья направленного действия. Эти звенья – электродвигатель, получающий энергию от преобразователя, регуляторы тока и скорости и цепи обратных связей с соответствующими коэффициентами передач.
Для управления электродвигателями с максимальным током равным 15 А выбираем IGBT – транзисторы типа IRG4BC30KD его технические параметры:
- максимальное напряжение кэ, В 360;
- максимальный ток кэ, A 18;
- управляющее напряжение, В 2.5;
- мощность макс., Вт 200;
- температурный диапазон, С -40...175.
Рисунок 3.15 - Структурная схема привода
Для обеспечения управляющего напряжения в 2,5 В. В цепь между микроконтроллером и транзистором необходимо включить резистор.
Расчет резистора R4
, (3.41)
где Uб – управляющее напряжение базы транзистора
В качестве резистора R4 выбираем С1-4 0,25Вт, 5% 120 Ом
Номиналы резисторов R4 и R5 идентичны.
Расчет датчика тока
Для контроля над током, протекающим через электродвигатель, в цепь его питания вводим резистор R6. Напряжение, снимающееся с этого резистора, поступает на один из входов микроконтроллера, по повышению уровня этого напряжения контроллер прекращает подачу питания на электродвигатель.
Сопротивление рассчитывается по формуле
, (3.42)
где Imax – максимальный ток электродвигателя;
Uл1 – напряжение логической единицы.
Так как минимальный номинал резисторов начинается от 1 Ома, то придется ввести в схему несколько параллельно соединенных резисторов. Это необходимо для получения эквивалентного сопротивления, величину которого можно подобрать близкой по значению к посчитанному ранее.
Взяв за основу три резистора с минимальным возможным сопротивлением равным 1 Ом, рассчитаем эквивалентное сопротивление Rэкв
. (3.43)
Получим
.
Сопротивление равное 0,33 Ома вполне подходит для стабильной работы схемы. Поэтому в качестве резисторов R6 выбираем SMD резистор ЧИП РЕЗ 0,5Вт, 5% 1 Ом.
На принципиальной схеме параллельное включение резисторов условно заменено одним резистором R6.
Расчет площади радиатора выходных транзисторных ключей
Площадь радиатора выходных транзисторных ключей рассчитывается по формуле
, (3.44)
где tmax – максимальная температура транзистора;
tокр – температура окружающей среды;
Pvt – мощность транзистора;
Rt – тепловое сопротивление.
Получим
.
Радиаторы устанавливаются на каждый транзистор.
Рисунок 3.16 – Разработанная схема управления приводом подачи
(3.21)
(3.22)
(3.23)
(3.24)
(2.19)
(3.25)
(3.26)
(3.27)
(3.28)
(3.29)
(3.30)
(3.31)
(3.32)
(3.33)
, 
- маховый момент ротора двигателя;
(3.34)
(2.30)
(3.35)
(3.36)
(2.33)
(3.37)
(3.38)
(3.39)
(3.40)
, (3.41)
, (3.42)
. (3.43)
.
, (3.44)
.