Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Применение электромеханических приводов основное направление повышения надежности газо проводной арматуры 8
1.1. Классификация арматуры, условия эксплуатации и требования, предъявляемые к арматуре 9
1.2. Анализ существующие конструкций электроприводов арматуры газопроводов 17
1.3. Обоснование моноблочной конструкции электромеханических приводов для газопроводной арматуры 22
1.4. Выводы по главе 1. Постановка задач исследований 29
ГЛАВА 2. Исследование надежности электромеханиче ских приводов газопроводной арматуры 30
2.1. Математическая модель долговечности и надежности приводов газопроводной арматуры на базе РВМ 30
2.1.1. Описание математической модели. Граничные условия 32
2.1.2. Определение параметрической надежности по контактной выносливости сопряжений РВМ 35
2.1.3. Определение параметрической надежности по износу сопряжений РВМ.' 38
2.1.4. Определение параметрической надежности по деградации смазки РВМ 42
2.2. Анализ математической модели 43
2.3. Решение контактной задачи при действии касательных напряжений 53
2,3.1. Аналитическое решение контактной задачи для криволинейных профилей ИМ 53
2.3.2. Численный эксперимент по решению контактной задачи для винтовых звеньев ИМ в среде Pro/MECHANICA 60
ГЛАВА 3. Исследование взрывобезопасности электро механических модулей газопроводной арматуры 73
3.1. Определение потерь мощности электродвигателя ЭММ 74
3.2. Расчет температуры корпуса ЭМП методом теплового баланса 78
3.3. Уравнение теплопроводности и краевые условия для ЭММ... 82
3.4. Расчет распределения температурных полей в ЭММ и максимальной температуры на поверхности корпуса ЭММ задвижки методом конечных элементов 88
3.5. Выводы по главе 3 93
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования парамет ров надежности электромеханического модуля за движки 94
4.1. Объект испытаний и исследований 94
4.2. Описание стенда, методика испытаний и измерительная аппаратура 101
4.2.1. Описание экспериментальной установки 101
4.2.2. Методика испытаний 107
4.2.3. Обработка экспериментальных данных 109
4.3. Анализ результатов испытаний. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов 110
4.4. Выводы по главе 4 112
ГЛАВА 5. Разработка инженерной методики проектиро вания электромеханических модулей газопроводной арматуры. примеры разработанных конструкций 113
5.1. Алгоритм методики расчета и проектирования 113
5.2. Описание разработанных конструкций электромеханических приводов 115
5.2.1. Твердотельное моделирование и создание конструкторской документации электромеханического привода модульного типа для систем водоснабжения и канализации 115
5.2.2. Разработка ЭММ газопроводной арматуры 125
5.2.3. Создание универсального электромеханического привода модульного типа для управляемой газовой арматуры 127
Общие выводы 129
Библиографический список 131
Приложения 141
- Анализ существующие конструкций электроприводов арматуры газопроводов
- Анализ математической модели
- Расчет температуры корпуса ЭМП методом теплового баланса
- Описание стенда, методика испытаний и измерительная аппаратура
Введение к работе
Развитие и безопасная эксплуатация существующих газопроводных сетей невозможны без применения устройств автоматически управляющих рабочими параметрами газа. Одним из перспективных направлений развития данных устройств являются электропривода, которых осуществляют перемещение рабочего органа газопроводной арматуры (ГПА). Однако, широкое использование электроприводов в ГПА часто сдерживается недостаточными Показателями надежности и эксплуатационными характеристиками этих устройств. Создание электроприводов на основе модульной схемы на базе вентильных двигателей постоянного тока и планетарных передач, встраиваемых в ротор двигателя, позволило значительно сократить габариты, уменьшить массу, повысить точность перемещения и надежность привода. Соблюдение технических требований к этим устройствам невозможно без повышения надежности приводов, входящих в их состав. Поэтому актуальной является задача создания методов проектирования электромеханических приводов с высокими параметрами надежности, решению которой и посвящена данная работа.
Работа состоит из пяти глав, введения и заключения. В 1 главе рассмотрены особенности существующих схем газопроводной арматуры и конструкций электроприводов поступательного перемещения (ЭП ПП), показана перспективность моноблочной схемы построения приводов. Рассмотрены требования по надежности и долговечности ЭП ПП, используемых в газопроводной арматуре. Показано, что невыполнение указанных требований приводит к потере работоспособности всего устройства. Обосновано применение роликовинтовых механизмов (РВМ), применяемых в ЭМП поступательного перемещения. Однако данные механизмы в ряде случаев не отвечают жестким эксплуатационным требованиям.
Выполнен обзор литературы по исследованиям долговечности и надежности ЭМП на базе РВМ. Анализ работ по надежности и долговечности РВМ
показал, что пятно контакта в процессе работы РВМ остается постоянным и не искажается. Кроме того, полагалось, долговечность определяется только усталостным выкрашиванием. При этом не учитываются особенности геометрии в элементарном контакте и искажение пятна контакта для различньк групп РВМ. Проведенный анализ литературных источников позволил сформулировать цель работы и поставить задачи дальнейших исследований.
Во 2 главе проведено исследование надежности ЭММ ГПА, в частности один из важных параметров надежности долговечность. Показано, что эти характеристики определяются параметрами РВМ, входящего в состав привода, поэтому долговечность определяется системой уравнений:
\KKy{t)>[KKy{t)} ;
[кЖЫкМ
где Kv(t), [к^)\ Ки((), [Ka(t)\ Kc(t), [Kc(t)] - текущие и допускаемые коэффициенты запаса для контактной усталости, износа и смазки.
В главе предложены выражения для нахождения всех составляющих системы. Также в главе были проанализировано влияние геометрических параметров РВМ на контактные напряжения, деформацию и параметры контакта передачи, С целью проверки правильности полученных аналитических зависимостей проведен конечно-элементный анализ контактного взаимодействия витков РВМ в пакете Pro/MECHANTCA 2001. Сравнение аналитических и численного решений показало, что расхождение между численным решением и методикой СВ. Пинегина для контактных напряжений (в зависимости от нагрузки на виток Р) составляет 14,8%, с методикой Э.Л. Айрапетова -10,1%, а с зависимостями — 4,3%.
В третьей главе рассмотрены вопросы взрывобезопасности, так как эксплуатация арматуры и ЭММ предусматривает наличие в окружающей среде взрывоопасных легковоспламеняющихся газо-воздушных смесей.
Выявлены основные причины возникновения взрывоопасной ситуации
при эксплуатации ЭММ ПТА и предложены методы расчета критериев взры-вобезопасности.
В четвертой главе описаны результаты экспериментальных исследований температурных полей электромеханических модулей, которые подтвердили правильность разработанных моделей. Сравнение полученных результатов температуры на корпусе привода ГПА, выполненных методом конечных элементов (численный эксперимент), аналитического решения и эксперимента показано на рис. 12. Расхождение между ними аналитическим и экспериментальными результатами не превышает 8,6%.
В пятой главе разработана методика автоматизированного расчета и проектирования моноблочных ЭМП с высокими показателями надежности и долговечности. Расчетная методика и алгоритмы программно реализованы в системе Pro/ENGINEER 2001. В главе приводятся примеры реализации предложенных методик в промышленности.
На защиту автором выносятся следующие положения:
математическая модель надежности моноблочного модуля поступательного перемещения ГПА;
аналитические и численные зависимости для определения параметров контакта РВМ с учетом смещения пятна контакта по витку вследствие изменения угла подъема резьбы;
методики автоматизированного проектирования и расчета моноблочных электромеханических приводов ГПА с заданными характеристиками надежности.
Анализ существующие конструкций электроприводов арматуры газопроводов
Для механизированного и автоматизированного управления арматурой применяются различные типы приводов [39]:? электроприводы;? электромагнитные приводы;? пневматические;? гидравлические приводы.
При выборе учитываются интенсивность работы привода, место установки арматуры, удобство обслуживания, взаимосвязь с различной аппаратурой, пожаро- и взрывобезопасность окружающей среды и экономические показатели. В газовой промышленности гидравлические и электромагнитные приводы используются в особых случаях [17]. Более широко используются пневмоприводы с мембранным исполнительным механизмом (ИМ), используемые в регулирующей арматуре для непрерывного регулирования потоков рабочей среды в трубопроводных системах. Наибольшее распространение получили электроприводы, которые используются для запорной и регулирующей газопроводной арматуры [18], т.к. они используют наиболее доступный вид энергии — электроэнергию Гидравлические и электромагнитные приводы используются в осо-бых\:лучаях [82].
Электроприводы нашли широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ перед другими видами приводов [17, 82]. Эти приводы используют электроэнергию только в период работы, могут включаться на месте или дистанционно, что облегчает автоматическое управление процессами, при управлении электроприводами запаздывание во времени от подачи до исполнения команды незначительно. Относительная экономичность использования электроприводов возрастает при увеличении площади обслуживания или расстояния, с которого осуществляется управление. Кинетическую энергию вра щающихся частей можно использовать, например, для открытия задвижек с затвором, защемленным в корпусе.
Арматурной отраслью в настоящее время изготавливаются две группы электроприводов [17]. К первой относятся все электроприводы с муфтой крутящего момента одностороннего действия, ко второй — с муфтой двустороннего действия. Электроприводы второй группы универсальны, могут управлять любой арматурой, конструкция их в нормальном и взрывозащищенном исполнении унифицирована. Предельные значения технических параметров ЭП для арматуры приведены в табл. 1.1.
Существующие электроприводы арматуры показаны в таблице 1.2. Принцип действия существующих электроприводов заключается в следующем [17]. Вращение от электродвигателя передается через редуктор (червячный (рис. 1.4), зубчатый, цилиндрический, планетарный) на выходной вал привода. Последний вращает ходовую гайку или шпиндель арматуры. Винтовой механизм ходового узла преобразует вращательное движение в поступательное, благодаря чему шпиндель перемещает затвор относительно седла корпуса арматуры. Ход затвора ограничивается отключением электродвигателя от сети с помощью выключателя, разрывающего цепь питания. Этим выключателем может быть путевой, если конструкция арматуры такова, что ее затвор достаточно установить в требуемое положение, или муфтовый, если конструкция арматуры требует поджатия затвора к седлу с определенным усилием.
Приводы с муфтой одностороннего действия способны поджать затвор к седлу арматуры только при ее закрывании, с муфтой двустороннего действия могут осуществлять то же самое как при закрывании арматуры, так и при полном открывании, что бывает необходимым, если арматура имеет верхнее уплотнение, при возникновении аварийных условий (например, заедание ходовых узлов арматуры). Первая муфта будет действовать только при закрывании арматуры, вторая как при закрывании, так и при открывании.
Кинематические схемы электроприводов обоих видов представлены в табл. 1.2. Для перемещения арматуры вручную, вращением маховика (при аварии, настройке и др.), в электроприводе предусмотрен ручной дублер. Для закрывания арматуры маховик ручного дублера следует вращать по часовой стрелке. В связи с тем, что в большинстве электроприводов при управлении ручным дублером движение на выходной вал передается через редуктор привода, имеющий большое передаточное число (в среднем от 20 до 90), для перемещения затвора арматуры на полный ход необходимо совершить большое число оборотов маховика (например, для задвижки с Dy = 500 мм — более 1000 об). Из-за большого передаточного числа редуктора при закрывании арматуры не следует прикладывать к маховику чрезмерно большого усилия.
При электрическом управлении включение двигателя в сеть может осуществляться оператором пусковыми кнопками или автоматически контактами автоматического регулятора или реле, действующим от соответствующих датчиков [17]. Разработка электромеханических приводов (ЭМП) регулирующей и запорной арматуры— сложная техническая задача, на решение которой накладываются многочисленные взаимоисключающие друг друга, требования к динамическим и статическим характеристикам, энергопотреблению, взрывобезопасно-сти, длительности непрерывной работы, массе, габаритам, особенностям компоновки, стоимости и многим другим параметрам. Отсутствие ЭМП с необходимыми характеристиками являлось основной причиной отказа от применения электроприводов в арматуре газовых сетей.
Принципиально новые условия для разработки электромеханических приводов арматуры складываются в настоящее время. Применение редкоземельных (РЗМ) магнитов позволяет создавать относительно простые по конструкции, механически прочные, бесконтактные, взрывобезопасные, малоинерционные, энергетически эффективные, имеющие высокий КПД электродвигатели (ЭД) постоянного тока. Применение двигателей с РЗМ-магнитами позволяет создавать электроприводы, соизмеримые по всем основным показателям с гидравлическими и пневматическими.
К широкому использованию ЭМП в бортовых системах управления полетом способствовало появление с начала 80-х годов бесконтактных моментных приводов (БМП) на базе синхронной машины постоянного тока обращенной конструкции, т.е. с размещением РЗМ-магнитов на полом роторе.
БМП содержит три основных элемента: синхронную машину (СМ) с постоянными магнитами, датчик (углового) положения ротора (ДПР) и электронное усилительно-преобразовательное устройство (УПУ).
Анализ математической модели
Основные характеристики исполнительного механизма поступательного перемещения можно условно поделить на следующие группы:
А) Геометрические параметры, влияющие на рабочие напряжения, к которым у РВМ следует отнести: шаг резьбы рх, мм; угол профиля резьбы ссх, град; диаметр резьбовых элементов (винта dx, ролика d2 и гайки d3), мм; профиль резьбы в осевом сечении; ход механизма h, мм.Б) Технологические параметры, влияющие на допускаемые напряжения: класс точности изготовления; шероховатость обработанной поверхности; материал и режимы термообработки.
Геометрические параметры ИМ (группа А) влияют на долговечность ИМ через рабочие контактные напряжения. Связь этих параметров с напряжениями для РВМ можно найти в работах [72-74]. Технологические параметры влияют на долговечность ИМ через величину допускаемых контактных напряжений. Особый интерес представляет анализ влияния геометрических и технологических параметров на надежность и долговечность ИМ в составе ЭММ, проведенный на основе системы (2.23), поскольку этими параметрами можно управлять в процессе проектирования и изготовления.
На рис. 2.3. представлены графики изменения коэффициента запаса по контактной усталости от различных параметров исполнительного механизма. На рис. 2.3,а представлены графики зависимости коэффициента Кку при различных значениях рабочих напряжений в контакте РВМ. Анализ показывает, что увеличение рабочих контактных напряжений в 2 раза (с 50 МПа до 100
МПа) приводит к уменьшению Кку более чем в 2,5 раза (с 1,8 до 0,7) при одинаковом ресурсе модуля (Т= 1500 часов). Первоначальная разница (при 7 =0 часов) составляла примерно 2 раза (2 и 1).
Существенное влияние на коэффициент Кку оказывает величина допускаемых контактных напряжений (на графиках рис. 2.3,6 обозначено Q). Увеличение допускаемых контактных напряжений в 1,3 раза (с 300 МПа до 400 МПа) приводит к увеличению коэффициента Кку почти в 3,5 раза (с 0,7 до 2,5) приодинаковом ресурсе модуля (7 =2000 часов). При этом различие в первоначальных запасах долговечности (Г= 0 часов) составляла также примерно 3,5 (7 Увеличение угловой скорости вращения ведущего звена w (см. рис. 2.3,г) с 5 до 15 с"1 (в 3 раза) приводит к уменьшению значения К в 2,66 раза (с 4 до1,5) при Т = 5000 часов и в 3,3 раза (с 2 до 0,6) при Т= 7500 часов.
Для электромеханических модулей и их ИМ требуется высокая вероятность безотказной работы. Связь этой величины с долговечностью показана на рис. 2.3,е. Увеличение значения P(t) с 0,9 до 0,95 приводит к уменьшению Ккус 6,5 до 3,5 (в 1,85 раза) при Т= 1000 часов; увеличение P(t) до 0,99 приведет к уменьшению Кку в 5 раз (с 6,5 до 1,3) при том же ресурсе. При увеличениисрока работы модуля до Т= 2000 часов увеличение значения P(t) с 0,9 до 0,95 приведет к уменьшению Кку с 2,5 до 1 (в 2,5 раза), а увеличение P(t) до 0,99приведет к уменьшению Кку почти в 4 раза (с 2,6 до 0,6) при том же ресурсе.
На рис. 2.3,д показан график зависимости изменения Кку от вида контакта. Анализ графика показывает, что линейный контакт в сопряжении предпочтителен (кривая m = 3,33), чем точечный. Так коэффициент Кку = 6 для m = 3,33при Т= 1000 часов работы, Кку = 1,4 для m = 3 при том же ресурсе. Однако дляРВМ, которые используются в ЭММ, точечный контакт предпочтительнее по условиям сборки и эксплуатации исполнительного механизма.
По приведенным выше формулам (2.6) - (2.22) математической модели были проведены расчеты и получены графики (рис. 2.4-2,7), которые характеризуют зависимость долговечности по контактным напряжениям от нагрузки, с различными параметрами передачи, используемых в ЭММ ГПА.
Расчет температуры корпуса ЭМП методом теплового баланса
ЭММ представляет собой сложную термодинамическую систему, неоднородную по своим тепловым параметрам, имеющую внутреннее тепловыделение и сложную внутреннюю циркуляцию тепловых потоков. Анализ таких систем выполняются методами нестационарной теплопроводности [96].
Тепловая модель ЭММ представляет собой однородное в тепловом отношении тело. При использовании этой модели делаются следующие допущения: - ЭММ имеет бесконечно большую теплопроводность и, как следствие, одинаковую температуру по всему объему;- количество теплоты, которым ЭММ обменивается с окружающей средой, пропорционально разности температур привода и окружающей среды;- тепловые параметры ЭММ и окружающей среды постоянны и не связаны с температурой двигателя.
Тепловую энергия, выделившая за элементарный промежуток времени dt, можно определить следующим образом:ЭММ и приводит к повышению его температуры:
ЭММ; 9 - превышение температуры ЭММ над температурой окружающей среды.Другая часть энергии, выделенной в ЭММ, отдается в окружающую среду. Эта энергия пропорциональна превышению температуры 6:количество теплоты, отдаваемое ЭММ в окружающую среду (тепловая мощность).
Тепловая энергия, выделяемая в электродвигателе ЭММ, равна сумме энергии, поглощаемой и отдаваемой в окружающую среду. На основании уравнения теплового баланса можно записать:уравнение теплового баланса можно переписать в следующем виде;
Тепловая энергия АР, выделившаяся на статоре электродвигателя равна мощности потерь, которую определена выше. Теплоотдачу А можно выразить через тепловое сопротивление привода RCT окончательном виде уравнение теплового баланса:
Из уравнения (3.6) теплового баланса определим зависимость температуры корпуса привода ЭММ от времени (рис. 3.4). Анализ проведем для различных типов двигателей (рис. 3.4 а) для ДБМ 70-22-0,16-2 и б) для ДБМ 120-1-0,8-2) и разной нагрузке на механизм (рис. 3.4).
Анализ графиков рис. 3.4 показывает, что с увеличением мощности двигателя температура на корпусе двигателя возрастает. Так при увеличении нагрузки в 2 раза с 6 кН до 12 кН, температура на корпусе двигателя ДБМ 70-22-0,16-2 увеличивается с 98 до 140 С (то есть в 1,5 раза) и достигает предельных значений, что превышает максимально допустимое значение температуры для эксплуатации приводов ГПА. Для двигателя ДБМ 120-1-0,8-2 при тех условиях температура возрастает с 47 до 120С (т.е. в 2,5 раза), но не превышает максимально допустимое значение температуры.
Из анализа графиков на рис. 3.4 видно, что оба двигателя достигают установившегося значения температуры примерно через 1,5 мин (около 90 с) после начала работы. Установившаяся температура определяется из условия стабилизации 9(f) — $ст- Численные расчеты позволили найти зависимость стационарной температуры 0СГ от величины нагрузки F на выходном звене привода.В частном случае, при Q(t)= const имеем где 90 - температура окружающей среды; 0о =RCYQ - установившаяся температура; ГПЕР =ЛСТ С - постоянная времени теплопередачи,
С учетом формул для нахождения мощности электрических потерь, установившейся температуры и постоянной времени теплопередачи выражение (3.7) можно записать следующим образом: эп
Предположим, что температурное поле изменяется только в направлении х. Пусть qi — плотность теплового потока в сечении JC, a q2 — в сечении х + ах; если dx мало, то в первом приближении изменение теплового потока в направлении оси х описывается двумя членами разложения qj в ряд Тейлора:Найдем разность Q; между входящим и выходящим количествами теплоты с единичной поверхности S = 1 за время dr.
Сформулируем закон сохранения энергии для рассматриваемого элемента. Количество теплоты Q] вместе с энергией q dxdx внутренних источников расходуется на изменение температуры dt объема A dx:где qv— объемная плотность теплового потока, Вт/м ; ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении; р - плотность материала. Подставим в последнее уравнение значение из формулы Фурье; после преобразований получим уравнение теплопроводности:
Для анизотропного тела в направлении осей х, у, z теплопроводности Л%, Ху, Яг имеют различные значения, и дифференциальное уравнение принимает вид:при этом тело должно быть ограничено плоскостями, перпендикулярными осями х, у, Z.
Описание стенда, методика испытаний и измерительная аппаратура
Испытательный стенд представлен на рис. 4.3. Выходной шток ЭММ соединяется непосредственно с исполнительным органом задвижки, который имеет зубчатую нарезку на плоской поверхности и представляет собой зубчатую рейку. Зубья рейки входят в сопряжение с зубчатым сектором, который непосредственно закреплен на поворотном датчике, исполнительный орган задвижки перемещается в корпусе задвижки вверх или вниз в зависимости от направления вращения двигателя ЭММ. На поверхности А корпуса задвижки нанесены специальные тарировочные метки для определения расхода рабочего тела (газа).
Испытательный стенд управляется с помощью системы управления, установленной в специальном корпусе и соединенной с ЭММ специальным кабелем с разъемом. Структурная схема устройства для управления двухфазным двигателем представлена на рис. рис. 4.4.
В качестве ЭП можно использовать контроллер МС33035 фирмы Motorola. В таком случае функциональную схему системы управления можно представить в виде рис. 4.5.
В качестве силовых ключей У1 и У2 используются микросборки на силовых MOSFET или IGBT транзисторах.Наличие датчика скорости ДС и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) приводит к усложнению конструкции и значительному увеличению стоимости, т.к. ЦАП в несколько раз дороже микроконтроллера.
Применение полностью цифрового управления двигателем позволяет значительно упростить структуру системы управления. Регулирование скорости двигателя осуществляется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ).Функциональная схема управления двухфазным двигателем с применением полностью цифрового управления представлена на рис. 4.6.
В состав системы входят схема управления силовыми транзисторами, силовые транзисторные ключи, схема токоограничения и задатчик скорости вращения двигателя. Функции декодера положения ротора, формирователя ШИМ выполняет микроконтроллер.Декодер положения ротора контролирует два выхода датчиков, вырабатывая соответствующие сигналы на верхних и нижних выходах драйвера управления ключами. В качестве датчиков используются датчики Холла (К1116КП11).
Использование широтноимпульсной модуляции обеспечиваетэнергетически эффективный метод управления скоростью вращения двигателя за счет изменения среднего значения напряжения, приложенного к каждой обмотке статора в течении цикла. Широтно импульсная модуляция как правило реализуется только на нижних ключах.
Непрерывная работ двигателя может привести к его перегреву и перегрузке (нарушению функционирования). Для предотвращения этих эффектов применяется поцикловое ограничение тока, где каждый цикл рассматривается как отдельное событие. Ограничение тока реализуется контролем превышения тока статора по состоянию выходных транзисторов. При фиксации превышения тока происходит немедленное выключение выходов и удержание их в выключенном положении до следующего цикла. Ток статора переводится в напряжение через резистор Яш. Напряжение, полученное на Rin, контролируется схемой токоограничения и сравнивается с внутренним опорным напряжением.
Значение резистора Кш определяется по формуле: Кш = —-—.maxПри использовании двухфазного двигателя необходимы только два датчика положения ротора, расположенных под углом в 90 электрических градусов.
Развитая современная элементная база позволяет строитьвысокоэффективные системы управления двигателями. Микроконтроллер выполняет функции формирователя ШИМ, регулятора тока и скорости. К нему также подключен задатчик скорости, предназначенный для оперативного изменения режимов работы двигателя.
В качестве управляющего микроконтроллера используетсяоднокристальный 8-ми разрядный микроконтроллер семейства MCS-51. Основная задача микроконтроллера (МК) это управление двигателем по заданному алгоритму. Для коммутации обмоток двигателя применены два силовых трехфазных транзисторных моста CPV362M4U. В качестве ключей в них используются мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT. Их хорошие токовые характеристики и относительно высокие частотные свойства позволяют питать двигатель при несущей частоте ШИМ 16-20 кГц. Для согласования управляющих выходных сигналов микроконтроллера с входами силового моста применяется драйвер IR2133S. Драйвер выполняет также функцию защиты от перегрузок по току. В качестве датчика тока используется резистор Я[д, При превышении тока выше допустимого драйвер закрывает транзисторные ключи и отключает двигатель, а также выдает информацию об аварийном состоянии в МК.
Представленная система управления обладает некоторыми недостатками. Транзисторные мосты CPV362M4U являются трехфазными, и они ориентированы на управление трехфазными двигателями, обмотки которых включены звездой. Для управления двухфазным двигателем с независимыми обмотками необходимо применение двух транзисторных мостов, а соответственно и двух драйверов, что приводит к удорожанию системы управления.
Поэтому более целесообразно применять силовые транзисторы, рассчитанные на заданный ток нагрузки, например IRG4PH30U, у которых максимальный ток составляет 30А. Транзисторы включаются по мостовой схеме,и для их управления можно применить более дешевые драйверы, например, IR2102, Ж2113ит.п.
Для обеспечения максимального пускового момента и минимального времени разгона применяется форсированный режим пуска двигателя, и после разгона работа двигателя переводится в нормальный режим работы. Силовые транзисторы IRG4PH30U позволяют обеспечить форсированный режим пуска.В качестве датчиков измерения температуры использовались датчики 2322 640 6.103, параметры которых представлены в табл. 4.5, а схема расположения их на корпусе ЭММ на рис.4.3 а. Тарировочные графики датчиков 2322 640 6.103 зависимости сопротивления от температуры приведены на рис. 4.6, 4.7 для всего Испытания ЭММ проводились по специально разработанным методикам согласно [45].
При испытаниях ЭММ на надежность и температурные режимы модуль нагружался постоянной силой, имитирующей реальную нагрузку при работе. Каждое испытание начиналось при комнатной температуре, которая фиксировалась перед нагружением. Далее ЭММ работал с нагрузкой Р, и датчиком фиксировались значения сопротивления, которое соответствует температуре. Тарировочные графики для используемых датчиков представлены на рис. 4.7. Показания датчиков фиксировались через каждые 2 мин. (для каждой плоскости). Затем вычислялось среднее арифметическое значение и результаты заносились в таблицу. При выходе ЭММ на установившийся уровень температуры испытания продолжались в течении 0,5 часа, после чего прекращались. ЭММ остывал до комнатной температуры в течение не менее, чем 4 часов. После этого ЭММ частично разбирался и осматривался, фиксировались механические повреждения двигателя, подшипников, механизмов, качества смазки, наличие износа и другие параметры. Измерялись величина среднего диаметра резьбы. Далее ЭММ собирался, и испытания продолжались с другим уровнем нагрузки Р или другим размещением датчиков температуры на корпусе.
В ходе проведения эксперимента для РВМ не было обнаружено заметных следов усталостного выкрашивания и износа резьбы. Это объясняется высокой твердостью рабочих поверхностей (НР\Сэ 60), а также высокой долговечностью механизма. Данный РВМ относится к группе За, у которой потери на трение в резьбе стремятся к 0. Статистическая обработка результатов проводилась по методикам [34, 45, 56]. Вычисление числовых характеристик и параметров распределения при малом объеме выборки (w 50). В проводимом исследовании количество измерений было 5 в каждом случае.
Среднее значение перемещения определяется по формуле (4.2) где X; - измеренные значение температуры; п - число измерений.Выборочная дисперсия оценивается по формуле: В ходе проведения эксперимента фиксировалась температура на корпусе ЭММ при различной нагрузки на привод.
