Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

Міністерство освіти і науки України

Вінницький державний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління

Факультет автоматики та комп’ютерних систем управління

ЗАТВЕРДЖУЮ

Зав. кафедри МПА ВДТУ,

д. т. н., професор

___________ В. О. Поджаренко

"___" _______________ 2009 р.

КОМП’ЮТЕРИЗОВАНА ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН З ГАЗОМАГНІТНИМ ПІДВІСОМ

Пояснювальна записка

до дипломного проекту за спеціальністю

7.091401 – Системи управління та автоматики

08 – 03. ДП. 003. 00. 000 ПЗ

Керівник проекту

к. т. н., доц. П. І. Кулаков

"___" ____________ 2009 р.

Розробив студент гр. 1 АМ – 09

В. І. Козловський

"___" ____________ 2009 р.

Вінниця ВДТУ 2009

ПОГОДЖЕНО ЗАТВЕРДЖУЮ

Зав. кафедри МПА ВДТУ,

д. т. н., професор

__________В. О. Поджаренко

"___" ______________ 2009 р.

ЗАВДАННЯ

на дипломний проект зі

спеціальності 7.091401 – системи управління і автоматики

студент групи 08 - 03. ДП. 008. 00. 000 ПЗ В. І. Козловський

Тема проекту: "Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом"

Вихідні дані. Діапазони вимірювання параметрів: середнього і миттєвого значення кутової швидкості від 10 до 6500 рад/с; приведеного моменту інерції від 10^-3 до 10^-2 Н·м; амплітуди крутильних коливань від 10^-5 до 2·10^-4 рад; Відстань від первинного вимірювального перетворювача до комп’ютера – не більше 2 метрів. Визначення: середньої кутової швидкості, миттєвої кутової швидкості, приведеного моменту інерції, амплітуди крутильних коливань. Зведені похибки вимірювань комп’ютерної системи: середнього значення кутової швидкості – 1%; миттєвого значення кутової швидкості – 5%; приведеного моменту інерції –10 %; амплітуди крутильних коливань – 7 %. Результат представлення вимірюваної інформації у вигляді числового подання на екран монітора персонального комп’ютера.

Короткий зміст частин проекту

1 Графічна Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом. Схема електрична структурна. Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом. Схема електрична принципова. Первинний вимірювальний перетворювач параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом. Схема електрична принципова. Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом. Схема програми. Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом. Складальне креслення.

2 Текстова (пояснювальна записка). Огляд аналогів розробляємої системи. Техніко-економічне обґрунтування доцільності проектування. Розробка комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом. Розробка структурної схеми. Розробка принципової схеми. Вибір елементної бази. Розрахунок метрологічних характеристик. Розробка алгоритмічного та програмного забезпечення. Електричні розрахунки. Економічна частина. Охорона праці. Цивільна оборона.

Консультанти з окремих розділів дипломного проекту:

1 Спец. частина  _______________________к.т.н., доцент__________

 ^{підписВчений ступінь, вчене звання (посада)}

_________П. І. Кулаков__________

^{ініціали та прізвище}

"_____" ___________ 2009 р.

2 Економічна частина _______ _______________ асистент________

 ^{підписВчений ступінь, вчене звання (посада)}

Т. К. Мещерякова_____

^{ініціали та прізвище}

"_____" ___________ 2009 р.

3 Охорона праці _______ __________к. т. н., доцент______________

 ^{підписВчений ступінь, вчене звання (посада)}

В. П. Якубович

 ^{ініціали та прізвище}

"_____" ___________ 2009 p.

4 Цивільна оборона ________  к. т. н., доцент__________________

 ^{підписВчений ступінь, вчене звання (посада)}

В. Ф. Сакевич

 ^{ініціали та прізвище}

"____" _____________2009p.

Дата попереднього захисту проекту 17.06.2009 р.

Офіційний рецензент _______ к.т.н., ст. викл. каф. ЛОТ ВДТУ___

^{підписПосада, організація (місце роботи)}

М. Г. Тарновський

^{ініціали та прізвище}

"___" __________ 2009 p.

Завдання видав керівник проекту _______ ___ к. т. н., доцент________ ^{підписВчений ступінь, вчене звання (посада)}

 П. І. Кулаков

^{ініціали та прізвище}

"_____" ___________ 2009 p.

Завдання отримав студент _______ В. І. Козловський

^{підписініціали та прізвище}

"_____" ___________ 2009 p.

Примітка: Завдання на дипломний проект є підставою для розробки технічного завдання.

Зміст

Анотація

Annotation

Вступ

1. Огляд аналогів розробляємої комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

2. Техніко-економічне обґрунтування доцільності розробки комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

2.1 Особливості вимірювання параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

2.2 Проведення маркетингових досліджень

2.3 Розробка вимог до розробляємої системи

2.4 Порівняльна характеристика розробляємої системи

3. Розробка структурної схеми комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

4. Розробка принципової схеми комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

4.1 Аналіз лінійного фотоприймача

4.1.1 Розробка первинного вимірювального перетворювача

4.2 Розробка пристрою спряження перетворювача з ПЕОМ

5. Електричні розрахунки

5.1 Розрахунок компаратора напруг

5.2 Електричний розрахунок генератора прямокутних імпульсів, що запускає АЦП

5.3 Електричний розрахунок лінійних фотоприймачів

6. Розробка схеми програми роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом та програмного забезпечення

6.1 Розробка схеми програми роботи пристрою

6.2 Розробка програмного забезпечення

7. Розрахунок похибок вимірювання комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

7.1 Розрахунок похибок вимірювання моменту інерції

7.2 Розрахунок похибки вимірювання кутової швидкості

8. Економічна частина

8.1 Розрахунок витрат на розробку і впровадження комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

8.2 Розрахунок виробничої собівартості комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

8.3 Розрахунок ціни реалізації нового технічного рішення

8.4 Розрахунок чистого прибутку для виробника

8.5 Розрахунок експлуатаційних витрат для нового пристрою

8.6 Розрахунок економічного ефекту на експлуатаційних витратах для споживача

8.7 Розрахунок економічного ефекту на ціні для споживача від придбання нового пристрою

8.8 Розрахунок терміну окупності витрат

9. Охорона праці

9.1 Характеристика об’єкта, що проектується

9.2 Погіршення стану здоров’я користувачів ЕОМ, які пов’язані зі стресом

10. Оцінка стійкості роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин газомагнітним підвісом в умовах дії іонізуючих та електромагнітних випромінювань

10.1 Дія іонізуючих випромінювань та електромагнітного імпульсу на радіоелектронні системи

10.2 Оцінка стійкості роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом в умовах дії іонізуючих випромінювань

10.3 Оцінка стійкості роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом в умовах дії електромагнітного імпульсу

Висновки

Список літератури

Додатки

Додаток А (обов’язковий) Технічне завдання на дипломне проектування

Додаток Б (обов’язковий) Фрагмент програми вимірювання та контролю моменту інерції

Додаток В (обов’язковий) Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

Перелік елементів

Анотація

У дипломному проекті розроблено комп’ютерний пристрій для контролю моменту інерціі ротора синхронної гістерезисної електричної машини з газомагнітним підвісом ротора. Розроблено високоточний первинний перетворювач амплітуди крутильних коливань та вимірювальний канал на основі аналого-цифрового перетворювача, дані з виходу якого передаються через порт до ПЕОМ, де обчислюється значення моменту інерції та здійснюється його контроль. Розраховано похибку вимірювання моменту інерції та показники достовірності його контролю.

Також у дипломному проекті проведено розрахунок економічного ефекту від впровадження пристрою у виробництво та розглянуто питання охорони праці та екології.

Annotation

In the degree project the computer device for monitoring a moment of inertia of a curl of the synchronous hysteresis electrical machine of the machine gas-magnetic hanger of a curl is developed. The precision primary converter of amplitude of torsional oscillations and measuring channel is developed on the basis of an analog-to-digital converter, the datas from which exit are transmited through a port to the computer, where the value of a moment of inertia is evaluated and its monitoring is carried out. The measuring error of a moment of inertia and indexes of reliability of its monitoring is calculated.

Also in the degree project the account of economic benefit from introduction of the device in manufacture is carried out and are considered of a question of protection of work and ecology.

Вступ

Момент інерції ротора будь-якої електричної машини є однією з найважливіших її характеристик. На жаль, вимірювання та контроль цього параметру електричних машин трудомісткий і в умовах промислового виробництва а також в процесі періодичного контролю стану електричних машин не завжди виконується.

Промисловістю не випускаються засоби автоматизованого контролю та вимірювання моменту інерції. Це приводить до відносно високого проценту браку при виробництві машин.

В теперішній час бажано мати пристрій, здатний здійснювати контроль та вимірювання моменту інерції без знімання електричної машини з місця її роботи.

Величина моменту інерції  ротора електричних машин суттєво впливає на виміряне значення динамічного моменту , оскільки останній є невід’ємною складовою частиною під час встановлення залежності  і в процесі отримання динамічної механічної характеристики .

Розрахункові методи визначення  характеризуються досить низькою точністю, тому на практиці застосовуються рідко. Найбільш розповсюдженими є експериментальні методи : допоміжного маятника; крутильних коливань; самогальмування.

Суттєвим недоліком перших двох експериментальних методів є невисока точність та складність автоматизації процесу вимірювання.

Окрім того, їх не можна застосовувати при вимірюванні моменту інерції ротора електричних машин з безконтактним підвісом ротора, тому як у таких машинах використовується примусове гальмування ротору в процесі зупинки машини.

Високоточний контроль та вимірювання кутової швидкості має велике значення не тільки при випробуваннях електричних машин (ЕМ), а в багатьох випадках і під час їх роботи. Це стосується систем точних приводів, систем автоматики, у яких ЕМ є складовими компонентами, систем, у яких відбувається керування електроприводами.

Специфічною особливістю тахометрії є вимога високої точності вимірювання: в більшості випадків вимірювання швидкостей повинні виконуватись з точністю на один-два порядку вище, ніж вимірювання інших параметрів руху. В останній час ця вимога накладається ще на динамічний режим роботи тахометра, обумовлюючи ще одну вимогу - високу швидкодію.

Дуже важливим елементом вимірювального кола кутової швидкості є тахометричний перетворювач. В сучасних вимірюваннях, в основному використовуються два види тахометричних перетворювачів - частотні та амплітудні, інформативними параметрами вихідного сигналу яких є, відповідно, частота (період) та амплітуда.

Нині найточнішими вважаються дискретні методи вимірювання кутової швидкості. Вони ґрунтуються на квантуванні сигналів за рівнем та дискретизації у часі [1].

Для більшості електродвигунів, які працюють у різноманітних пристроях автоматики, системах точних електроприводів, різноманітних побутових пристроях, динамічний режим є основним режимом їх роботи. Велике значення, особливо для апаратури відео та звукозапису, систем автоматики, має високоточне вимірювання відхилень кутової швидкості електродвигуна від номінального значення.

Широке застосування математичних моделей електродвигунів обумовлює необхідність перевірки їх адекватності. Це краще за все робити шляхом порівняння розрахункової динамічної характеристики з експериментальною.

В останній час з’явилось багато наукових праць, що присвячені ідентифікації параметрів електродвигунів за їх математичними моделями, що дозволяє значно скоротити час їх випробувань. Використовуємі при цьому алгоритми обумовлюють необхідність високоточного вимірювання динамічних характеристик електромеханічних перетворювачів енергії (ЕМПЕ).

Незважаючи на те, що відома велика кількість різноманітних тахометрів, тахометричних перетворювачів, багато з яких може бути застосовано для високоточного контролю середнього значення кутової швидкості, вітчизняна промисловість таких пристроїв не випускає. Це обумовлює необхідність розробки високоточного пристрою для вимірювання та контролю середнього значення кутової швидкості.