Основы мехатроники и робототехники
жүктеу/скачать 3,35 Mb. Pdf көрінісі
|
Sholanov 1
| 4.4.3. Электромеханические ММД
В МС применяемых в различных областях наиболее широкого применения нашли электромеханические ММД. Это обьясняется тем, что эти ММД по сравнению с указанными выше ММД, имеют меньшую стоимость, простую конструкцию, низкий уровень шума, а также высокую надежность. Электромеханические ММД входят в состав МС или могут представлять самостоятельную систему. В некотором смысле структура электромеханических ММД повторяет представленную выше структур МС. В состав электромеханических ММД входят электрический двигатель, который через механический преобразователь движения (редуктор, или другие виды передач) воздействует на исполнительный механизм или непосредственно на рабочий орган. Для управления электрическим двигателем и ММД в целом имеется МПС система управления, а также информационно-измерительная система. Для обеспечения работы ММД в его состав входят источник питания как для СУ таки для питания электрического двигателя. По электрическим параметрам ММД делятся на две группы ММД с электродвигателями переменного тока и постоянного тока [18]. Классификация ММД по этим признакам следует из схемы приведенной на рис.4.10. Здесь введены следующие обозначения для электродвигателей: 1- магнитоэлектрические, в которых магнитные поля создаются постоянными магнитами; 2- электромагнитные с независимым возбуждением, в которых обмотка возбуждения питается от отдельного источника; 3- электромагнитные с параллельным возбуждением, в которых якорь и обмотка возбуждения параллельно соединены с одним источником питания; 4- электромагнитные с последовательным возбуждением, здесь якорь обмотка возбуждения последовательно подсоединены к источнику питания; 70 5- электромагнитные со смешанным возбуждением, где применяются обе схемы соединения якоря и обмотки возбуждения с источником питания; 6- с короткозамкнутым ротором; 7- с фазным ротором; 8- электромагнитные; 9- магнитоэлектрические; 10- явно полюсные (несимметричные в магнитном отношении) 11- неявнополюсные- симметричные в магнитном отношении. Рис.4.10. Классификация электромеханических ММД Для управления ММД между источником питания и электрическим двигателем вводится устройство, называемое силовым преобразователем. Силовые преобразователи по принципу действия делятся на следующие группы: широтно-импульсные преобразователи (ШИП); управляемые выпрямители (УВ); неуправляемый выпрямитель (В); автономные инверторы (АИ); неосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Базовые схемы соединения источника питания и электрических двигателей через различные силовые преобразователи приведены на рис.4.11. Функционально ШИП преобразует постоянное напряжение питания в постоянное регулируемое напряжение на выходе. Управляемый выпрямитель преобразует переменное напряжение с частотой f = 50 Гц. в постоянное напряжение. Автономный инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение с регулируемой частотой. Электродвигатели Электродвигатели постоянного тока переменного тока Асихронные Сихронные 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 71 Непосредственный преобразователь частоты преобразует переменное напряжение с частотой f = 50 Гц. в переменное напряжение с регулируемой частотой. Рис.4.11. Силовые преобразователи и их соединения Следует отметить, что стоимость двигателей переменного тока ниже стоимости двигателей постоянного тока из-за того, что первые технологичны для массового производства, а вторые - собираются вручную. Однако в электромеханических ММД переменного тока при питании от источника переменного тока регулированию подлежат как напряжение, так и частота. В таких ММД используется НПЧ или сочетание УВ+АИ или В+АИ, а при питании от источника постоянного тока применяется АИ. Указанные дополнительные устройства усложняют конструкцию и повышают стоимость ММД переменного тока. По этой причине в электромеханические ММД постоянного тока находят большее применение по сравнению с ММД переменного тока. Однако в ММД переменного тока перспективным является применение вентильных двигателей, которые по своим механическим характеристикам приближенны к двигателям постоянного тока. В ММД с двигателем постоянного тока больше применяются двигатели независимого возбуждения и магнитоэлектрические. В качестве преобразователя преимущественно используются широтно-импульсные преобразователи, которые обеспечивают линейные механические характеристики и широкий диапазон регулирования. Например, известны электродвигатели с диапазоном регулирования скорости до 100 000 : 1, полосой пропускания до 100 Гц и 10 кратной перегрузочной способностью. Источники постоянного тока Источники переменного тока ШИП УВ В ШИП АИ УВ АИ В АИ НПЧ Двигатель постоянного тока Двигатель переменного тока 72 Известно, что выходные порты устройства микропроцессорного управления имеют очень низкую мощность (порядка 100 мВт), поэтому они не могут управлять непосредственно исполнительными устройствами. Применение широтно – импульсных преобразователей позволяет не только подключать источник питания к двигателю, но и позволяет регулировать скорость вращения вала двигателя, изменяя при необходимости направление вращения. В свою очередь ШИП имеет свою систему управления (рис.4.12), на вход которого подаются сигналы от управляющего комплекса (УК). Г ГПН БСС РИ У ШИП УК Рис.4.12. Система управления ШИП Система управления ШИПа состоит из генератора (Г), генератора пилообразного напряжения (ГПН), схемы сравнения (СС), распределителя импульсов (РИ) и усилителя (У). При управлении большими мощностями (>100 Вт) не должно быть прямых электрических связей между УК и ШИПом. Это связано, во-первых, с тем, что ШИП как источник помех не влиял на УК, во- вторых, чтобы в случае пробоя высокое напряжение источника питания не повредило УК через электрическую связь. Чтобы избежать этих проблем обычно между РИ и У вводится гальваническая развязка, например сигналы управления передаются через оптотранзисторы. Кроме того при построении электронных схем ШИП предусматривается их защита от неоправданных потерь мощности и для обеспечения безопасности и надежности в работе. Упрощенная схема одной из простых схем ШИПа представлена на рис.4.13. Эта схема содержит транзисторные ключи ТК1-ТК4. Транзисторные ключи составлены из транзисторов VT1 – VT4, к которым параллельно соединены соответственно обратные диоды VD1-VD4, предназначенные для создания контура протекания тока при закрывании ключа и для защиты его от перегрузок. 73 u1 VT2 VD1 TK1 VT1 VD2 TK2 u3 u2 u4 TK3 VT3 VD3 TK4 VT4 VD4 DC Machine Рис.4.13. Упрощенная схема ШИП Различают два способа управления ТК: симметричный и несимметричный. При симметричном способе ключи ТК1, ТК4 и ТК2, ТК3 коммутируются попарно и в противофазе. При несимметричном способе переключаются транзисторные ключи фазной группы ТК3 и ТК4 (ключи ТК1 и ТК2 при противоположной полярности входного сигнала). транзисторный ключ ТК1 постоянно открыт и насыщен, а ключ ТК2 постоянно закрыт. Транзисторные ключи ТК3 и ТК4 переключаются в противофазе. Симметричный способ обеспечивает двухполярное изменение на выходе. Несимметричное управление дает наоборот однополярное напряжение на нагрузке. При широтно- импульсном регулировании среднее значения напряжения якоря двигателя жүктеу/скачать 3,35 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|