Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка миниатюрного шагового электропривода многопозиционного магнитоуправляемого поворотного коммутатора

Диссертация: Разработка миниатюрного шагового электропривода многопозиционного магнитоуправляемого поворотного коммутатора
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В первой главе диссертации на основе проведенного сравнительного анализа коммутационных устройств с жидкостными контактами выбрана базовая конструкция коммутационного элемента. Проведено исследование процессов разрыва и слияния жидкостных контактов и с помощью математического аппарата планирования эксперимента получены полиномиальные зависимости и разработана математическая модель коммутационного… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Разработка и доследование. базового коммутационного элет-, мента
    • 1. 1. Анализ коммутационных устройств
    • 1. 2. Обзор многопозиционных коммутаторов поворотного типа.,.. и выбор базовой конструкции коммутационного элемента
    • 1. 3. Исследование и определение. сил. действующих. в. паре. жид-,. костных контакт-деталей
    • 1. 4. Создание. математической, модели. коммутационного. элемента
  • Выводы
  • 2. Электропривод многопозиционного, магнит оуправляемого псъ-.. воротного коммутатора
    • 2. 1. Сравнительный анализ конструкций электроприводов ГМК
    • 2. 2. Создание, электропривода.ММК. повышенной. степени интеграции
    • 2. 3. Исследование динамики.конструктивных.вариантов.электро. приводов ММК
    • 2. 4. Экспериментальное.исследование.электроприводов.ММК
  • Выводы
  • 3. Теоретические исследования электропривода ММК
    • 3. 1. Разработка математической.модели.электропривода, ММК. повышенной интеграции
    • 3. 2. Обоснование адекватности математической.модели.методом.. физического моделирования
    • 3. 3. Результаты моделирования ЭП ММК
    • 3. 4. Экспериментальное исследование динамики ЭП.ММК.и. сравт-. нение с результатами моделирования
  • Выводы
  • 4. Вопросы проектирования. электроприводов .ММК. с повышенной. степенью интеграции
    • 4. 1. Структура процесса автоматизированного, проектирования,. электроприводов ШК
    • 4. 2. Методика и алгоритм расчета электропривода ММК
    • 4. 3. Проектирование схем управления ЭП ММК, -рекомендации.к. разработке. и, внедрению, электроприводов ММК
  • Выводы

Разработка миниатюрного шагового электропривода многопозиционного магнитоуправляемого поворотного коммутатора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Принятые на ХХУ1 съезде ЕПСС «Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и период до 1990 года» подчеркивают актуальность уменьшения расхода дефицитных материалов и материалоемкости, повышения надежности и качества электротехнического оборудования, применяемого в приборостроении, вычислительной и космической технике, технике связи и других областях, необходимость расширения автоматизации проект-но-конструкторских работ и создания гибкого автоматизированного производства. К числу важнейших элементов этих систем относится специальные коммутационные устройства. Актуальность разработки и исследования специальных коммутационных устройств была акцептирована на всесоюзных конференциях «Специальные коммутационные элементы», г. Рязань, 1981 г., «Пути повышения качества и надежности электрических контактов» в г. Каневе, 1981 г.

Постановление ГШТ, Госплана СССР и АН СССР от 12.12.80 г.

474/250/132 об утверждении целевых комплексных научно-техни-ческнх программ, в частности по проблеме 0Ц.028 и Постановление ЦК ЕПСС и СМ СССР от 05.07.81 г. >3 365−188 явились основанием для проведения исследований, разработки и освоения выпуска электромеханических магнитоуправляемых миниатюрных коммутационных элементов и устройств на их основе, обладающими повышенными технико-экономическими характ ери стыками.

Развитие электроники, вычислительной техники, рост степени михшатторизащш н интеграции, функциональное усложнение и ком-плекснрование электронной и вычислительной аппаратуры с другими техническими устройствами выдвигают необходимость создания новых слаботочных миниатюрных коммутационных устройств, обеспечивающих хорошую параметрическую и конструктивную совместимость с интеградьныш схемами, талое и стабильное сопротивление контакта, линейность вольтамперной характеристики, дпстанционное управле-ше.

Все это привело к созданию ряда новых коммутационных устройств: пленочных электростатических, гибридных (электроныо—контактных), бесконтактных, групповых герконов, мифисторов, магнит оупракляемых устройств с жидкостными контактами разных конструкции.

Накопленный за последние годы опыт проектирования и эксплуатации показал, что бесконтактная техника не может полностью вытеснить или заменить контактную технику и оптимальные технические решения могут быть получены лишь на пути совмещения, гибридизации твердотельных и контактных приборов, так как пока только электрический контакт обеспечивает во всем диапазоне работы линейную симметричную вольтамиерную характеристику с высоким коммутационным коэгоажциентом.

П0следние достижения науки в области создания новых композиционных шдкометаллических контактных материалов, создание легкоплавких сплавов с низкими температурами плавления, успехи в области герметизации контактных узлов и устройств /I/ позволяют в. настоящее время существенно расширить область применения жидкостных контактов (ЖК), которые обладают рядом положительных свойств /2, 3/:

— малое переходное контактное сопротивление,.

— отсутствие необходимости в контактном нажатии,.

— отсутствие вибрации, сваривания и залипания контактов,.

— возможность работы при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в глубоком вакууме,.

— возможности миниатюризации контактных устройств, как по пути уменыдешхя габаритов приводных механизмов, так и по пути повышения уровня допустимых температур в месте контактирования,.

— высокая механическая и электрическая износостойкость жидкостных контактов, а следовательно и их долговечность.

Эти достоинства послужили причиной тому, что в последние годы началось бурное развитие ЯК и создание слаботочной /I, 2, 3, 5, 7, 16, 18/ коммутационной аппаратуры, имеющей высокую надежность, малые габариты и большую долговечность.

Из них 'следует выделить многопозиционные магнитоуправляемые коммутаторы обладающие широкими функциональными возможностями, дистанционным или программным управлением. Важной составной частью таких устройств является компактный электромагнитный привод, обеспечивающий требуемые точность позиционирования, быстродействие, высокую степень интеграции составных частей коммутатора.

Диссертационная работа посвящена разработке простого надежного, миниатюрного электропривода многопозипдонного поворотного коммутатора (ЗГЖ'К), совмещенного с коммутационным элементом.

Ввиду того, что жидкостной контакт применялся до последнего времени без обширных, как в случае твердометаялическях контактов, исследований /3/, для определения основных требований к электромагнитному приводу коммутатора необходимы исследования сил, действующих в жидкостном контакте, и сил противодействия в основных конструкциях перспективных коммутаторов с Ж.

В первой главе диссертации на основе проведенного сравнительного анализа коммутационных устройств с жидкостными контактами выбрана базовая конструкция коммутационного элемента. Проведено исследование процессов разрыва и слияния жидкостных контактов и с помощью математического аппарата планирования эксперимента получены полиномиальные зависимости и разработана математическая модель коммутационного элемента. Определены основные требования к электроприводу.

Во второй главе выполнен сравнитальньш анализ электроприводов и выбраны базовые конструкции электроприводов. С учетом физических особенностей однофазного шагового двигателя и жидкостных контактов предложена оригинальная конструкция коммутатора, позволяющая полезно использовать силы взаимодействия жидкостных, контактов в качестве фиксирующих сил, что упрощает конструкцию привода.

Проведено теоретическое исследование конструктивных вариантов электроприводов и экспериментальное исследование влияния конструктивных параметров на статические и динамические характеристики электропривода.

Третья глава посвящена разработке полной математической модели электропривода коммутатора с учетом особенностей коммутационного элемента и токопроводящего герметичного корпуса, размещенного в рабочем зазоре привода, исследованию динамики электропривода на ЭВМ и проверке адекватности математической модели на физических моделях электропривода.

Четвертая заключительная глава посвящена проектированию электропривода кошутатора с повышенной степенью интеграции, разработке схем управления электроприводом. Выполнена проработка технологической схемы сборки разработанного коммутатора с совмещенным электроприводом повышенной степени интеграции с учетом технологических возможностей внедряющего предприятия.

Результаты работы использованы предприятием минист. ерства электронной промышленности, осваивающем выпуск новых коммутационных устройств.

I. Разработка базового коммутационного элемента.

ВЫВОДЫ.

1. Определены структура и основные этапы работы САПР коммутаторов.

2. Разработана методика алгоритм и программа расчёта и проектирования, ШММК с повышенной степенью интеграции, пригодная для использования в САПР коммутаторов.

3. Спроектированы и проверены на практике схемы управления ЭПММК с минимальным числом элементов и источников питания, реализующие предложенные в третьей главе алгоритмы управления.

4. Конструкция разработанного миниатюрного коммутатора с электроприводом пригодна для гибкого автоматизированного производства, позволяя гибко менять функциональные возможности коммутатора в зависимости от потребностей путем изменения только контактного поля, а иногда и числа полюсов статора ЭПММК.

5. Проработана технологическая схема сборки разработанного миниатюрного коммутатора с совмещенным электроприводом,. учитывающая технологические возможности внедряющего предприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Обоснован и разработан комплексный подход к созданию и исследованию миэдоминиатюрных многопозиционных коммутационных устройств, основанный на достижениях ми! фоэлектроники, электро-аппаратостроения, миниатюризации дискретных электроприводов, позволяющих создать новый тип поворотного коммутатора с электроприводом повышенной степени интеграции.

2. На основе системного анализа коммутационного элемента и жидкостных контактов предложена методика выявления факторов влияющих на рабочие характеристики жидкостных контактов, получены с использованием математического аппарата планирования эксперимента полиномиальные зависимости противодействующих сил в коммутационном элементе от различных факторов, что позволило строго сформулировать требования к электроприводу.

3. Разработана оригинальная базовая конструкция многопозиционного магнитоуправляемого коммутатора с совмещенным электроприводом и обоснована эффективная методика расчета, пригодная для оперативного инженерного анализа.

4. На основе анализа зависимостей коммутационного элемента и электропривода составлены полные динамические модели однофазного и многофазного электроприводов с учетом динамической характеристики противодействия жидкостных контактов и наличия токо-проводящего. герметичного корпуса в рабочем зазоре привода. Адекватность модели проверена на основе физического моделирования в увеличен ом масштабе реального объекта.

5. Предложен и обоснован новый способ создания фиксирующего момента электропривода и формирования угловой моментной характеристики, путем полезного использования сил взаимодействия в жидкостных контактах, который позволил создать новую, простую, технелогичную конструкцию однофазного привода совмещенного с коммутатором.

6. Путем математического моделирования электропривода коммутатора получены диаграммы разрешенных зон параметров управления, разработана методика, алгоритмы и программы поиска оптимизированных по быстродействию параметров управления.

7. Общим результатом работы является создание оригинального миниатюрного электропривода многопозивдонного магнитоуправляемого поворотного коммутатора повышенной степени интеграции, удовлетворяющего заданным требованиям, а также методики его проектирования.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Зарецкас В.-С.С., Рагульскене В. Л. Ртутные коммутирующие элементы для устройств автоматики. -М.: Энергия, 1971, — 107 с.
  2. В.Г., Нестеров Г. Г. Контактные коммутирующие устройства электрических аппаратов низкого напряжения: «Итоги наукии техники ВИНИТИ АН СССР. «Элзктрические аппараты» -М.: ВИНИТИ, 1980, т.2 99 с.
  3. Дегтщ)ь В.Г., Вячкис В. В. Жидкометаллические контакты. -М.: Информэлектро, 1980, 64 с.
  4. К.И. Переключатели с магнитоуправляемыми контактами. -М.: Энергия, 1978, 80 с.
  5. А.Д. Магнитогидродинамические аппараты защиты, контроля и управления. -М.: Энергия, 1978, 127 с.
  6. Г. Я., Ивакин Б. Ф. и др. Слаботочные реле. -М.: Радио и связь, 1982, 80 с.
  7. A.B., Скришщина С. И. Перспективы применения ртутных микроконтактов в информационных системах. В кн. Вибротехника науч.тр. ВУЗ Лит. ССР № 3 (24), Каунас, 1975, с. 205−212.
  8. Pat. 3876 80 (USA) Liquid type modular electric switch/Phillipe Paul Amberny.- Apr.8, 1975.
  9. Pat. 1095 107 (Grent Britain) Conducting-liguid Electric switch / Edmond Faulkner Webb Pec.13, 1967.
  10. Pat. 3,190,993 (USA) Switch with mercury wetted contacts/Shi-nichi Tonooka Etal Вес.4, 2962.
  11. Pat. 2,521,723 (USA) Magneticully controlled awitch/H.Hubbell-1948.
  12. Pat. 3.270.165 (USA) Magnetically operated switch with improved slidable and rotatable actuators 1966.
  13. A.c. 343 312 (СССР) Коммутатор / Р. И. Бачюлис, В.-С.С. Зарецкас,
  14. A.К.Кулакаускас, К. И. Рагульскис Опубл. в Б.И., 1972, № 20.
  15. А.с. 210 253 (СССР) Коммутатор с импульсным управлением
  16. В.С.-С. Зарецкас, К. М. Рагульскис, А, М., Лепский, Ю. А. Нилов -- Опубл. В Б.И., 1968, J6 6.
  17. А.с. 928 447 (СССР) Коммутатор /А.Т.Балькавичюс, В.-С.С. Зарецкас, К. А. Шаркаускас, Д. В. Гордеев Опубл. Б.И., 1982, № 18.
  18. Зарецкас В.-С.С., Кулакаускас А. К., Юркульнявичюс А. А. 0 жидкометаллических контактронах третьего поколения. Вибротехника Науч. тр. ВУЗ Лит. ССР $ 3 (24), Каунас, 1975, с. 57−60.
  19. А.с. I0659I7 (СССР) Коммутатор / Балькавичгос А. Т., Зарецкас
  20. B.-С.С., Зубкова А. Б., Крылов В. Д. Опубл. Б.И., 1984, $ I.
  21. А.А. Динамика и разработка жидкометаллических контактронов поворотного типа автореферат диссертации к.т.н., Каунас, 1979, 17 с.
  22. Pat. 1095Ю7 (Great Britain) Conducting-liguid Electric Switch/ Edmond Faulkner Webb. Dec. 13.1967.
  23. В.Л., Дятлов B.B. и др. Пленочные электростатические приборы новые элементы вычислительной и информационной техники. — В кн. Специальные коммутационные элементы: Материалы Всесоюзной конф. Рязань, 1982, т.2, с. 52−58.
  24. Пат. 43−3644 (Япония) Ртутный переключатель /Кабисики Кайся, Омипи Долки, 1966.
  25. A.c. 333 623 (СССР) Индукционное реле / А. И. Адамченко, Б. А. Никитин и В. А. Шуруб. Опубл. в Б.И., 1972, № II.
  26. A.c. 384 153 (СССР) Центробежное коммутационное устройство / Богусловский Б. А., Дворчик С. Е., Толмач М. М. Одуб. в Б.И., 1973, № 24.
  27. Ферриды. Основые теории, устройства, применение / В. Н. Шоффа, Ю. С. Коробков и др. М.: Энергоиздат, 1981, — 88 с.
  28. К.И., Трофимов В. И., Нецветаев Г. В., Ферриды в устройствах автоматики М.: Энергоиздат, 1982, — 64 с.
  29. X. Теория инженерного эксперимента: Пер. с англ. М.: Мир, 1972, — 382 с.
  30. .А., Ильинский Н. Ф., Копылов И. П. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1975. — 185 с.
  31. Асатурин В, И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь, 1983. — 248 с.
  32. А.З., Круг Г. К., Филаретов Г. Ф. Статистические методы в инженерных исследованиях, построение регрессионных моделей: Учеб. пособие/ Моск. энергет. инст. М.: МЭИ, 1979. — 102 с.
  33. А.Т., Вячкис В. В., Шаркаускас К. А., Юркульнявичгос A.A. Определение зависимости силы взаимодействия жидкометалли-ческих контакт-деталей при сдвиге. В кн. Герконы. Межвузовский сборник научных трудов. Рязань, РРТИ, 1982, с. 80−84.
  34. .А., Рубцов В. П., Садовский Л. А., Цаценкин В. К., Чиликин М. Г. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. М.: Энергия, 1971. — 624 с.
  35. В.А., Ивоботенко Б. А. Шаговые электродвигатели для систем автоматического управления. М.: Госэнергоиздат, 1962. — 220 с.
  36. Электропривод и автоматизация промышленных установок. Том. 6 /В.Е.Луценко, В. П. Рубцов. Электропривод с шаговыми двигателями. М.: ВИНИТИ, 1978. — 124 с.
  37. В.Ф., Калининская T.B. Следящий шаговый электропривод. -Л.: Энергия, 1980. 168 с.
  38. Ю.А., Кулешов В. И., Шмирева М. М. Автономные дискретные электроцриводы с силовыми шаговыми двигателями. Л.: Энергия. 1980 — 160 с.
  39. H.A. Исследование и разработка дискретных электроприводов на основе однофазных шаговых двигателей.: Автореф. Дис.канд.техн.наук. M., 1981. — 20 с.
  40. В.Ф. Разработка и исследование однофазных шаговых двигателей.: Автореф. Дис.канд.техн.наук. M., 1971, 18 с.
  41. Нгуен Ван Cay. Разработка и исследование однофазных реверсивных шаговых двигателей,: Автореф. Дис.канд.тех.наук. М., 1973. — 18 с.
  42. В.А. Исследование и разработка однофазных шаговых приводов црограммных реле времени. Дис. канд.техн.наук. -- M., 1978.
  43. В.А., Ивоботенко Б. А. Односекционные шаговые двигатели. Электротехническая промышленность, 1962, № 5.
  44. Pat. №?2 227 322 (BDR) Schrittmotor/ Lutz Heinz.
  45. Pat. m2242802 (Prance), H02k 37/00.
  46. Pat. ITS2343781 Oquey Henri. Elektrotnagnitischer miniatur Schrittmotor.
  47. Pat. N2222869 (Prance), Moteur miniaturise a avence pas a pas, H02k 37/00.
  48. Pat. Hr.1 563 156 Schwarz K.J. Einphasen Synchronkleinmotor mit einem permament magnetischen Rotor und mit einer dozu, koaxialen Erregerspale. H02k 21/14.
  49. Pat. Hr.2 224 918 (Prance). Disposition de poles de stator de moteur synchrone.
  50. Pat. Nr.223OII2 (Prance). Edgar Nazare. Moteur pas a pas reversible de type magnetostatique a entrefere axial.
  51. Pat. Nr.2 225 869 (Prance) Kabuschiki Kaisha. Moteur miniaturise pas a pas. H021137/00.
  52. В.A. Исследование динамики электроприводов црибо-ров времени с гармоническими шаговыми двигателями. Тр. /Моск. энерг. ин-т. М.: МЭИ 1979, вып. 413 с. 95−102.
  53. H.A., Петровых C.B., Кузнецова О. М. Старт-стопное движение однофазного шагового двигателя. Тр. /Моск. энерг. ин-т, М.: МЭИ, 1979, вып. 413 с. 52−57.
  54. В.А., Рашкович П. М., Павлов Ю. А. Дискретный привод подач станков. Обзор, НИИмаш, 1975, 115 с.
  55. Е.Ф., Новаковская З. Д., Денисов В. А., Кузнецова О. М. Оценка массогабаритных показателей однофазных гармонических шаговых двигателей. Тр. /Моск. энергет. ин-т, 1979, вып. 413, с. 57−65.
  56. .А., Ильинский Н. Ф., Кожин С. С. Физические принципы и структуры электрического дробления шага в дискретном электроприводе: Сб. науч. тр. Д'1оск.энерг. ин-т, вып. 440, М.: МЭИ, 1980.
  57. А.с. 720 660 (СССР) Устройство управления шаговым двигателем /Б.А.Ивоботенко, В. Г. Прытков, Н. А. Обухов. Опубл. в Б.И., 1980.
  58. Pat. Nr.4−074−179 (USA) Position detection Methods and apparatus for stepping motors/Kuo Benjamin C., Prus John R., Singh Gur-dial, 1978.
  59. Pat. Hr.4 205 202 (USA) Electronic watch stepp motor./Shida M. (Japan), 1979.
  60. Sinha N.K. Elliot A.R. A Realistic Mathematical model for Permanent Magnet Stepping Motors.- IEEE transaction or Industry Electronic and Control, Instrum., 1974.Vol.21 Ю p. I68−173.
  61. Hammand A.P. El-Tobshy A.M. Analysis of permanent-magnet stepping motors,-Int. Elec.-Electron.Conf.and Ex posit."Toronto, 1975, p. 63−65.
  62. А.Т., Зарецкас В.-С.С., Шаркаускас К. А. Математическая модель магнит ©-управляемого коммутатора с электроприводом. В кн. «Специальные коммутационные элементы» Материалы Всесоюзной конф. Рязань, РРТИ, 1982, т.1, с. I5I-I56.
  63. Л.Г., Родов Е. Д., Зарецкас В.-С.С. Расчет параметров жидкостного контакта. Мат. Всесоюзной конф. «Специальные коммутационные элементы» Рязань, РРТИ, 1982, т.2, с. 135−140.
  64. А.Т., Зарецкас В.-С.С., Шаркаускас К. А. Расчет электромагнитного цривода для ртутных поворотных магнитоуправ-ляемых много позиционных коммутаторов. Герметизированные магнитоуправляемые контакты (Герконы). Межвуз. сб. Рязань, 1982, с. 64−70.
  65. H.A., Саттар-Заде О.С. Формирование оптимальных траекторий движения приводов с однофазными шаговыми двигателямив цриборах времени. В кн. Расчет конструирования и управ-, ления качеством приборов времени. Труды НИИЧаспрома. — М. 1982, с. 53−61.
  66. А.Т. Стабилизация амплитуды импульса тока обмотки шагового двигателя. Электротехника, материалы конференции 1979. «Развитие технических наук в республике и использование их результатов», Вильнюс, 1979, с. 11−13.
  67. А.Т., Кубилюс В. Ю. Исследование способов форсирования спада тока шагового двигателя. Электротехника. Материалы конференции 1978. «Развитие технических наук в республике и использование их результатов», Вильнюс, 1978, с. 11−12.
  68. А.Т., Шаркаускас К. А. Динамика однофазного шагового двигателя. Электротехника. Материалы конференции «Автоматизация и механизация производственных процессов и управления», Вильнюс, 1980, с. 13−14.
  69. А.Т., Шаркаускас К. А. Уравнение однофазного шагового электропривода с постоянными магнитами на роторе. -- Прикладная электротехника. Научные труды ВУЗ’ов Лит. ССР, Редакционно-издат. совет МВССО Лит. ССР, Вильнюс, 1981, с.19−26.
  70. А.Т., Шаркаускас К. А. Способы управления электропривода от ЭВМ. В кн. Электротехника. Тезисы конф. «Интенсификация цроизводства, разработка новых технологий, изделий и материалов, Каунас, 1984, с. 52−53.
  71. Э., Лундерштеут Р. Численные методы оптимизации. М.: Машиностроение, 1981, 192 с.
  72. Шул Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. — 236 с.
  73. В.И., Каган Б. М. Методы оптимального проектирования.- М.: Энергия, 1980. 160 с.
  74. Иванов-Смоленский А-В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. М.: Энергия, 1969. — 304 с.
  75. В.А. Теория подобия и моделирование. М.: Высш. школа, 1966. — 487 с-78- Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии: Пер. с англ. М.-Л.: Энергия, 1964. — 528 с.
  76. Л.Б., Федотов А. И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1980. -364 с.
  77. .К. и др. Основы теории и расчета магнитных цепей.- М.: Энергия, 1964. -463 с.
  78. X. Справочник по физике: Пер. с нем. М.: Мир, 1982. — 520 с.
  79. Справочник по математике /Корп Г., Корн Т.: Пер. с англ. М.: Наука, 1973. — 832 с.
  80. Т., Касами Т. Математика ддя радиоинженеров: Теория дискретных структур: Пер. с япон. М.: Радио и связь, 1984. — 240 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!