4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ КОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ»

4.1Снятие характеристик двигателя

Для снятия характеристик с лабораторного стенда необходимо провести следующие операции

Выполнить указания мер безопасности:

- Не допускается работа обучающихся со стендом при снятых панелях корпуса стенда

- При подключенном к напряжению сети стенде в целях пожарной безопасности и предотвращения перегрева не допускается помещать на верхнюю крышку приборного блока посторонние предметы (листы бумаги, книги и тому подобное.), закрывающие вентиляционные отверстия

- Во избежание неприятных ощущений рекомендуется не допускать касания открытыми частями тела корпусов двигателей электромеханического агрегата.

Провести проверку работоспособности лабораторного стенда:

- установить органы управления стендом, расположенные на верхней крышке блока управления, в исходное положение

- проверить регулируемость скорости вращения двигателя, для чего выводить резистор в направлении положения 10. При этом скорость вращения должна возрастать;

Далее необходимо

п

53

остепенно выводить резистор R12 из положения «0» в направлении положения «10» и для каждого положения фиксировать показания амперметра и индикатора вольтметра U занося измеренные значения в таблицу, добиться из изменения направления скорости вращения (режим тормозного спуска) в различных положениях потенциометра фиксировать в таблицу приведенную по форме характеристики двигателя .

- повторить эксперимент занося данные в таблицу с различным временем регулирования двигателя (t=1c, t=2c)

Таблица 3- Форма заполнения данных в таблицу

Положение резистора	U,В	I, А
9	120	1,3
7	90	1,2
5	60	1,1
3	30	1

4.2 Уравнение электромеханической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока состоит из трех основных частей: статора с обмоткой возбуждения, ротора с якорной обмоткой и щеточно-коллекторного узла, необходимого для подведения напряжения к обмотке якоря (далее ОЯ). При этом щетки неподвижны, а коллектор жестко связан с якорем.

В двигателе постоянного тока для улучшения условий коммутации могут быть также предусмотрены и дополнительные полюса, а для компенсации поперечной реакции якоря и компенсационные обмотки на полюсах статора.

В зависимости от способа электромагнитного возбуждения коллекторный двигатель постоянного тока подразделяют с независимым возбуждением, последовательным возбуждением и смешанным возбуждением. Иногда встречается название «двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением», однако такой двигатель является частным случаем независимым возбуждением и этот термин применяется как доопределяющий.

---

В данной работе исследуются двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

С

54

хема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением представлена на рисунке 27

Рисунок- 27. Схема включения ДПТ с НВ.

Для ДПТ с НВ справедлива система уравнений, описывающая его статическое состояние:

где - напряжение питания якорной цепи, В;

- суммарное сопротивление якорной цени, Ом,

, - сопротивления обмотки якоря,

- добавочное сопротивление в цепи якоря;

- электромагнитный момент, Нм;

- ток якоря, А;

- угловая скорость вращения двигателя, рад/с;

- ЭДС вращения якоря, В;

и - коэффициенты пропорциональности;

55

- постоянная ДПТ - число пар полюсов;

- число активных проводников обмотки якоря;

- число пар параллельных ветвей обмотки якоря ;.

При использовании системы СИ имеет место численное равенство коэффициентов пропорциональности, которые можно обозначить : ,

где - конструктивный коэффициент двигателя,

- магнитный поток, Вб.

Решая совместно первые два уравнения в системе можно получить уравнение электромеханической характеристики ДПТ, которое определяет зависимость :

Из пропорциональной связи между и следует, что графики механической и электромеханической характеристик ДПТ с НВ при соответствующем масштабировании по оси абсцисс величин и совпадают, поэтому часто обозначение оси абсцисс приводится как .

Из анализа уравнения электромеханической характеристики следует, что она может быть представлена прямой линией (рисунок 28) при неизменных , и .

Если и , то электромеханическая характеристика называется естественной. При изменении хотя бы одного из указанных параметров электромеханическая характеристика называется искусственной. Таким образом, двигатель постоянного тока с независимым возбуждением обладает лишь одной естественной характеристикой и множеством искусственных.

56

Рисунок- 28. Механические (электромеханические) характеристики двигателя постоянного тока при различных значениях добавочного сопротивления <.

4.3 Расчет тахогенератора

В качестве датчика скорости выберем тахогенератор постоянного тока с коллектором и возбуждением от постоянных магнитов или от внешнего источника постоянного тока. Тахогенераторы применяются в САУ в качестве элементов первичной информации как измерительные преобразователи для измерения угловой скорости вращения валов рабочих механизмов, а также в качестве корректирующих элементов, выполняющих функции дифференцирования сигнала или введения обратной связи по скорости. Точность преобразования составляет 0.8 – 1%. По конструктивному исполнению и принципу действия тахогенераторы постоянного тока принципиально не отличаются от обычного генератора постоянного тока малой мощности. Стабилизация тока в обмотке возбуждения достигается посредством ее питания и применения температурной компенсации изменения сопротивления в обмотке.

---

О

57

собенность работы тахогенератора состоит в том, что якорь включен на постоянное сопротивление R_Н. Преимуществом тахогенераторов постоянного тока является отсутствие фазовых погрешностей. Электродвижущая сила на выходе тахогенератора определяется по формуле:

,

Тогда

где р – число пар полюсов, N – полное число проводников в пазах якоря,

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря,

Ф – поток возбуждения, Ω – угловая скорость.

Выберем тахогенератор постоянного, предназначенного для использования в системах автоматического управления в качестве датчиков обратной связи.

d

Рисунок 29 – Габаритные размеры тахогенератора постоянного тока

Габаритные и установочные размеры тахогенератора:

L = 30 мм L₁ = 22 мм

L

58

₂ = 20 мм H = 6.5 мм

D = 32 мм D₁ = 32 мм

d = 5 мм d₁ = 5 мм

Для тахогенератора постоянного тока:

– относительная влажность 98%

– вибрация частотой 10 Гц и амплитудой 1 мм

– ударная нагрузка частотой 80 ударов в минуту при ускорении 70 м/сек²

– сопротивление изоляции не менее 250 Мом.

Расчет передаточной функции датчика скорости.

Если в качестве входной величины тахогенератора принять скорость вращения его вала, а выходной напряжение, то поведение тахогенератора с достаточной точностью описывается уравнением статики

,

где ω – угловая частота вращения якоря, с^-1;

k – коэффициент преобразования.

Таким образом, передаточная функция тахогенератора примет вид:

.

То есть тахогенератор обладает свойствами усилительного звена.

Классификация датчиков скорости приведена на рисунке 30

Приведем описание механических датчиков скорости в соответствии с классификацией.

В качестве элементов вязкого трения используются системы:

59

гидравлические и индукционные.

Погрешности центробежных механизмов определяются трением в шарнирах и температурными изменениями размеров и упругих свойств элементов.

Рисунок 30 – Классификация датчиков скорости

Принцип действия датчиков с вязким трением основан на зависимости усилия от скорости перемещения тела, преодолевающего вязкое трение. Пренебрегая массой подвижных частей, уравнение движения представляется в виде:

F = R∙v,

где R – коэффициент вязкого трения; F – сила; скорость.

С

60

ледовательно, при наличии воспринимающего элемента с вязким трением задача измерения скорости сводится к измерению усилия. Чувствительность преобразовательного элемента численно равна коэффициенту вязкого трения R.

Центробежная сила, действующая на тело массы m, движущееся со скоростью v по радиусу r, равна:

где угловая скорость.

Использование этого уравнения кладется в основу построения датчиков скорости. Их расчет сводится к определению усилия или перемещения, передаваемого исполнительному органу. В основу гироскопических датчиков скорости положено вращения гироскопа со скоростью ω относительно оси Y, которое вызывает появление гироскопического момента относительно оси Z. Отличительной особенностью таких датчиков является то, что они реагируют на скорость вращения, не требуя связи с неподвижной опорой.

---

Принцип действия датчиков средней скорости состоит в измерении перемещения х (угла поворота α) за определенный промежуток времени или измерении времени Т, в течении которого совершается определенное перемещение.

Принцип действия датчиков насосного типа состоит в преобразовании вращательной (поступательной) скорости в измерения расхода или давления жидкости (газа). Преобразователями служат насосы различных систем.

Приведем описание электрических датчиков скорости в соответствии с классификацией.

Действие индукционных (генераторных) датчиков основано на использовании закона электромагнитной индукции:

e = – B∙l∙v,

где В – магнитная индукция; l – длина проводника;

v

61

– скорость перемещения проводника; e – наводимая в проводнике э.д.с.

В качестве датчиков скорости вращения широко применяют тахогенераторы. Их выполняют в виде небольших (1 – 100 Вт) генераторов постоянного или переменного тока с независимым возбуждением от постоянного магнита или от постороннего источника тока. Бывают тахогенераторы переменного тока с вращающимся постоянным магнитом, тахогенераторы переменного тока с неподвижным постоянным магнитом, тахогенераторы в виде ярма, тахогенераторы переменного тока с короткозамкнутыми витками, тахогенераторы с короткозамкнутым ротором (асинхронный тахогенератор), тахогенераторы постоянного тока – генератор с коллектором и возбуждением от постоянных магнитов или от внешнего источника постоянного тока, униполярные тахогенераторы. Погрешности индуктивных датчиков скорости определяются: изменением магнитного поля с течением времени, температурными изменениями сопротивления обмоток и силы магнитного поля.

Принцип действия электростатических датчиков основан на следующем явлении: при изменении емкости С конденсатора, к которому приложено постоянное напряжение U, его зарядный ток i изменяется пропорционально скорости изменения емкости:

.

Если емкость изменяется пропорционально перемещению х, то есть С = k₁∙ x, то ,

где q – заряд конденсатора; k₁ – коэффициент пропорциональности.

Применение электрета позволяет обойтись без постороннего напряжения. Электрет представляет собой диэлектрик, имеющий постоянную поляризацию (аналогично постоянному магниту).

П

62

ринцип действия частотных датчиков состоит в преобразовании скорости вращения (перемещения) в частоту изменений потока энергии (электрического тока, напряжения, потока газа или жидкости). Выходной сигнал

может быть представлен в виде синусоидального изменения величины (напряжения), постоянной величины, модулированной по периодическому (синусоидальному) закону, или в виде последовательности коротких импульсов. Частотные датчики можно разделитель на генераторные и модуляционные. Генераторные датчики строятся на индукционном принципе. К ним можно отнести тахогенераторы переменного тока. Широко используются оптические и радиационные датчики скорости. Вторичными приборами частотных датчиков скорости являются частотомеры различных систем.

---

В основу работы радиационных датчиков положено воздействие входной величины – перемещение линейное или угловое – на интенсивность потока электромагнитной энергии. В радиационных датчиках в зависимости от конкретных условий используют различные виды лучистой энергии и разные способы изменения ее интенсивности. Наиболее широкое применение получили устройства, работающие в видимом участке спектра электромагнитных волн. Датчики этой группы основаны на перемещении излучения относительно приемника (фотоэлемента). Световой поток, попадающий на фотоэлемент, вычисляется по формуле:

где I – сила света источника (св);

S_Ф – активная площадь фотоэлемента (м²);

x – расстояние от источника до фотоэлемента (м).

Датчики с дифференцирующими звеньями представляют собой последовательное соединение датчиков перемещения с дифференцирующими элементами.

Характеристика дифференцирующего элемента:

,

г

63

де z – выходная величина дифференцирующего элемента, на вход которого подается величина у;

S – чувствительность датчика скорости.

4.3.1 Выбор оптимальной геометрии тахогенератора.Толщина корпуса генератора составляет , а наружный диаметр корпуса , тогда наружный диаметр пакета магнитопровода:

Определим геометрические размеры вырубки магнитопровода:

а) диаметр расточки

б) высота спинки статора

в) ширина зубца

г) диаметры паза

д) размеры шлица паза

,

Э

64

скиз магнитной цепи тахогенератора приведен на рисунке 31.

Рисунок 31 – Эскиз магнитной цепи тахогенератора

Полагая, что индукция на всех участках магнитной цепи примерно одинакова, для площади пазов сердечника тахогенератора справедливо следующее выражение:

Размеры зубцового слоя:

а) зубцовый шаг

б) ширина коронки зубца

Определим коэффициент воздушного зазора:

Тогда приведенный воздушный зазор тахогенератора будет равен:

,

где = 1.06 – коэффициент, учитывающий магнитное сопротивление оогггггмагнитопровода.

Таким образом, в результате расчёта датчика обратной связи были определены основные геометрические показатели тахогенератора.

65

---

Смотрите также файлы

• ТЕХНИКО- эконом.docx

• РАСЧЕТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХпл.docx

• Функциональная схема, устройство лабораторного стенда.docx

• ПАРАМЕТРЫ ТАХОГЕНЕРАТОРА.docx

• Геометрические параметры тахогенератора.docx