Проектирование автоматизированного электропривода двухкоординатного модуля для производства интегральных микросхем
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?й противо-ЭДС, индуктивности и сопротивления обмотки, регулятор тока автоматически устанавливает такую скважность импульсов напряжения, приложенных к фазе, чтобы обеспечить протекание в ней заданного тока. Инвертор работает во втором импульсном режиме, обеспечивая приложение к обмоткам двигателя импульсов положительного и отрицательного напряжения.
Можно считать, что силовая часть электропривода представляет собой управляемый источник тока, способный в широком диапазоне частот вращения воспроизводить заданные токи и момент двигателя. Конструктивно это выполнено в виде модуля инвертора тока, на вход которого поступают два сигнала задания мгновенных значений токов фаз, а к выходу присоединены обмотки управления шаговым двигателем.
Рисунок 4.1 - Функциональная схема силовой части для одного из двигателей
СУИ - система управления инвертором, ИН - инвертор, Uп - напряжение питания, VT1-VT4 - силовые ключи (транзисторы), fу - частота управляющих импульсов.
На рисунке 4.1 представлена функциональная схема силовой части для одной из фаз (фазы А) линейного шагового двигателя. Для другой фазы (фаза В) этого двигателя схема аналогична. СУИ - система управления инвертором, ИН - инвертор, Uп - напряжение питания, VT1-VT4 - силовые ключи (транзисторы), управляемые подачей импульсов Nу частотой fу в СУИ от внешнего задающего устройства. Программа управления задаётся с помощью микропроцессора путём изменения частоты управляющих импульсов fу по любому закону и количества этих импульсов Nу - как одиночных, так и пачек импульсов.
Выбор силовых ключей инвертора.
В качестве силовых ключей используются модули Mosfet.
Рабочее напряжение на силовом ключе:
? Umax + 0,3Umax,
где Umax - амплитудное значение напряжения в силовой цепи инвертора, В;=30 B.
Тогда,
? 30 + 0,330 = 39 В.
Максимальный ток в силовой цепи:= 5,5 A.
Выбираем модуль Mosfet IRF420 c рабочим напряжением UDSS = 40 В, максимально допустимым током ID = 18 A и сопротивлением во включенном состоянии RDS = 0,001 Oм. Радиатор - алюминиевая пластина (при токе ниже 5,5А - без обдува).
Потери мощности на нагрев транзисторов:
Температурный диапазон работы - от 59С до 175С.
В таблице 4.1 указаны максимально допустимые токи Imax при температурах корпуса = 25C и =175С.
Таблица 4.1 - Максимально допустимые токи модулей Mosfet при обозначенных выше температурах корпуса
, С Imax, A 25 18 100 12
Рассеиваемая мощность при максимально допустимых параметрах и температуре корпуса =25С:
Так как параметры силовой схемы установки ниже предельно допустимых для выбранных транзисторов, то потери мощности ниже , следовательно, транзисторы выбраны правильно.
Выбираем драйвер IHD215A с параметрами, указанными в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Параметры драйвера IHD215A
Наименование IGD508EКоличество каналов 1Выходное напряжение, В +/-15Выходное ток, А +/-8Выходная мощность/канал, Вт 5Задержка, нс 225Напряжение пробоя, В 5000Тип развязки оптическая5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
.1 Разработка математической модели автоматизированного электропривода
Автоматизированный электропривод проектируемой установки включает в себя два двухфазных линейных шаговых двигателя. Каждая фаза управляется устройством управления, включающим в себя регулятор тока и инвертор. Математическая модель шагового двигателя описывается следующими уравнениями [8]:
(5.1)
где А и В - фазы линейного шагового двигателя,и uB - мгновенные значения напряжений, прикладываемых к фазам, В,- активное сопротивление обмотки фазы, Ом,
iA и iB - мгновенные значения токов фаз, А,- индуктивность обмотки фазы, Гн.
Ym - максимальное потокосцепление, Вб,
q - перемещение, м,- постоянная момента, Н/м,н - нагрузочное усилие, Н,
При моделировании шагового двигателя необходимо учитывать фиксирующий момент (усилие) двигателя и влияние вязкости, преодолеваемой ротором. В индукторном шаговом двигателе с постоянными магнитами значительно влияние четвёртой гармоники момента (усилия), которая и называется фиксирующим моментом (усилием). Эту гармоническую составляющую следует учитывать введением дополнительной составляющей в нагрузочный момент. Вязкость также учитывается введением дополнительной составляющей в нагрузочный момент.
В проектируемой установке управление линейным шаговым двигателем осуществляется с помощью инвертора на основе модулей Mosfet. Контур управления тока включает в себя регулятор тока, на вход которого поступает сигнал рассогласования между заданным и фактическим значением тока фазы.
Структурная схема автоматизированного электропривода с линейным шаговым двигателем представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Структурная схема автоматизированного электропривода с линейным шаговым двигателем5.2 Расчёт параметров объекта управления
рт - передаточная функция регулятора тока;и - передаточная функция инвертора;э - постоянная времени обмотки фазы двигателя;зтА, UзтВ - сигналы задания токов фаз А и В соответственно
Объект управления является двухфазным линейным шаговым двигателем с параметрами, указанными в таблице 5.1.
Постоянная времени обмотки фазы двигателя:
Так как двигатель работает без нагрузки, то нагрузочное усилие н = 0.
Максимальное потокосцепление:
,
где Im - максимальный ток в фазе двигателя.
Тогда, максимальное потокосцепление
<