Методичка. Методические указания по изучению разделов и тем курса Исполнительные механизмы систем управления

• Название: Методические указания по изучению разделов и тем курса Исполнительные механизмы систем управления
• Дата: 15.01.2023
• Размер: 1.73 Mb.
• Имя файла: Методичка.doc
• Тип: Методические указания; #887961
• страница: 3 из 9

15

заданных выходных параметрах - для микромашин бортовой аппаратуры, подвижных частей промышленных роботов; устойчивость к вибрации и ударным нагрузкам - для транспортных и сельскохозяйственных машин, бортовой аппаратуры; климатическая и радиационная устойчивость - для микромашин, работающих в ядерных реакторах, на космических аппаратах и в условиях тропического климата; взрывобезопасность - для микрома­шин шахтного и рудничного оборудования; низкий уровень создаваемых шумов - для микромашин звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры; низкий уровень излучаемых радиопомех - для микромашин, работающих в комплекте с электронной аппаратурой; низкий уровень газо­выделений - для микромашин, применяемых в вакуумном технологиче­ском оборудовании.

Общие сведения о конструкции электрических машин. Электри­ческая машина - это электромеханический преобразователь энергии, со­стоящий из ряда взаимодействующих электромагнитных контуров, часть из которых неподвижна, а часть перемещается. Электрическая машина явля­ется обратимой, т.е. может работать в двух основных режимах: двигателя -преобразователя электрической энергии в механическую, и генератора -преобразователя механической энергии в электрическую. Кроме этого, воз­можны специальные тормозные режимы работы электрической машины.

В большинстве электрических машин, в том числе в двигателях, пе­ремещение контуров вращательное. Вращающиеся двигатели просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Однако если в технологическом оборудовании происходит поступательное движение, к двигателю подсое­диняют механический преобразователь вращательного движения в посту­пательное. Это усложняет схему привода. Без механического преобразова­теля можно обойтись, если сам двигатель будет преобразовывать электри­ческую энергию в механическую поступательного движения. Такие двига-тели называют линейными.

Электрическая машина имеет неподвижную и подвижную части -статор и ротор, разделенные относительно небольшим воздушным зазором: некоторые машины имеют несколько статоров или роторов. Статор и ротор в общем случае состоят из двух основных частей: магнитопровода и обмот­ки. Обмотка - это совокупность определенным образом расположенных и соединенных проводов, предназначенных для создания магнитного поля или использования его свойств. Обмотки выполняются из электропроводя­щих и изоляционных материалов, при протекании по ним электрического тока создается магнитное поле. Магнитопроводы, надоторых располагают-

16

7 ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

При выполнении контрольной работы в расчетной записке следует привести весь ход решения, все используемые формулы с подстановкой в них числовых значений, указать размерности в единицах СИ, дать необхо­димые пояснения. Схемы, рисунки и графики выполняются на форматах А4 в соответствии с требованиями единой системы конструкторской докумен­тации (ЕСКД). Страницы, формулы и рисунки номеруются. На страницах текста оставляются поля шириной 5 см. Работа должна иметь титульный лист, содержащий название университета, факультета, номер работы и ее название, название дисциплины, фамилию и инициалы студента, его шифр и домашний адрес. В конце должен быть приведен список использованной литературы (на которую даются ссылки в тексте). Работа датируется и под­писывается исполнителем.

При переработке контрольной работы по замечаниям рецензента сле­дует выполнять все исправления и дополнения так, чтобы преподаватель мог сопоставить прежнее и новое решение. При большом объеме перера­ботки делаются вставки на отдельных листах или дополнения в конце тек­ста. При полной переработке новый вариант высылается в университет вместе с первоначальным. Обязательным является ответ на все вопросы и замечания рецензента.

Контрольная работа № 1 «Расчет нейтрального электромагнита постоянного тока»

Расчет электромагнита постоянного тока выполняется по заданным размерам и типу магнитной системы (рис. 7.1-7.6), напряжению питания и начальным значениям тягового усилия или тягового момента электромагнита.

При выполнении работы следует:

1. 
   Составить схему замещения магнитной системы.
   
2. 
   Выбрать материал магнитопровода.
   
3. 
   Определить магнитные проводимости с учетом выпучивания поля:
   

а) воздушных зазоров;

б) путей потока утечки. Дать эскиз приближенной эквивалентной
картины поля.

4. Найти распределение и величины магнитных потоков во всех эле­
ментах магнитной системы.

77

Определяют ток, протекающий по обмотке



Приближенно проверить обмотку на нагрев можно по плотности то­ка, которая при длительно включенной обмотке не должна превышать 2-3 А/мм².

Плотность тока , где / - рассчитанный ток, мА.

Режим нормальной работы обмотки обеспечивается, если выполняет­ся условие

ся обмотки, изготавливают из ферромагнитных материалов, чаще всего магнитомягких. Магнитомягкие материалы отличаются высокой магнитной проницаемостью и позволяют при одинаковой напряженности поля созда­вать в машине значительно больший магнитный поток, чем в машине без магнитопроводов. Увеличение потока позволяет сконцентрировать в маши­не значительный запас магнитной энергии, необходимой для преобразова­ния электрической энергии в механическую и наоборот. В ряде электриче­ских машин постоянный магнитный поток создается не обмотками с током, а постоянными магнитами, выполненными из магнитотвердых материалов.

В электрических машинах конструктивную часть, создающую основ­ной магнитный поток, называют индуктором, а конструктивную часть, в обмотках которой наводится основная ЭДС, - якорем.

В зависимости от конструкции магнитной системы электрические ма­шины можно подразделить на три типа: неявнополюсные (рис. 1.5,а), с яв-нополюсным статором (рис. 1.5,6) и с явнополюсным ротором (рис. 1.5,в).

У неявнополюсных электрических машин поверхности статора 1 и ротора 2, обращенные к воздушному зазору, условно можно рассматривать как гладкие цилиндрические поверхности, т.е. с равномерным воздушным зазором по всей окружности. В явнополюсных машинах воздушный зазор неравномерный.

На внутренней стороне магнитопровода статора и внешней - ротора обычно имеются пазы, в которых располагаются обмотки. Они бывают со­средоточенные и распределенные. Элементарная часть обмотки - катушка со сходящимися (рис. 1.6,а) или расходящимися (рис. 1.6,6) концами, со­стоящая из одного или нескольких витков.

17

Основные процессы электромеханического преобразования энергии в машине определяются магнитными полями, создаваемыми в воздушном за­зоре пазовыми активными частями 1 витков. Лобовые части 2 служат для соединения активных частей.

В сосредоточенной обмотке магнитная ось каждого витка совпадает с результирующей магнитной осью обмотки. В распределенной обмотке магнитные оси витков в общем случае не совпадают с результирующей магнитной осью обмотки. Сосредоточенные обмотки размещаются на яв-нополюсных частях машины, а распределенные - на неявнополюсных.

Некоторые электрические машины, особенно в классе микро- и ма­лых мощностей, с целью повышения быстродействия изготавливаются с цилиндрическим полым немагнитным ротором. У асинхронных микро­машин переменного тока полый немагнитный ротор представляет собой тонкостенный цилиндр из сплавов алюминия или бронзы, играющий роль вращающейся обмотки. У микромашин постоянного тока полый ротор представляет собой тонкостенный пластмассовый цилиндр, в который за­прессованы витки обмотки ротора. С той же целью некоторые микрома­шины постоянного тока изготавливаются с дисковым ротором, который представляет собой тонкий немагнитный диэлектрический диск, на по­верхности которого методом фотолитографии выполнена печатная схема проводников.

8

Считая значение F_ннеизменным и воспользовавшись соответствую­щими аналитическими выражениями из таблицы 6.1. рассчитать тяговую характеристику или , где и изменяются в интервалах

Здесь

Число точек разбиения интервалов принять равным 6. Построить графики зависимостей или

Расчет обмотки электромагнита

Правильно рассчитанная обмотка должна создавать необходимую намагничивающую силу, полученную при расчете электромагнита, и, в то же время, не перегреваться.

Для обмоток обычно используют медный провод с эмалевой изоля­цией. Для электромагнитов, работающих при повышенных температурах, используют медный провод с изоляцией из стекловолокна или полиимида.

Обмотки наматывают на каркасы из картона или специальных пласт­масс. Часто используют бескаркасные обмотки, укладываемые предвари­тельно на шаблон с последующей фиксацией витков при помощи электро­изоляционных лаков.

Если при расчете обмотки заданы напряжение сети Uи необходимая намагничивающая сила Fисточника поля, которую должна создавать об­мотка, то диаметр обмоточного провода определится из выражения



где Ом м - удельное электрическое сопротивление меди; l_ср =

2пR_ср - средняя длина витка обмотки для цилиндрической обмотки, а R_ср -средний радиус намотки.

Диаметр провода округляют до стандартного значения и находят число витков, размещающихся в окне



где Q- площадь окна обмотки; k₃, - коэффициент заполнения, для обмоток, выполненных способом «навалом».

Далее производят расчет сопротивления обмотки по формуле

Задавшись в общем виде значением намагничивающей силы Fисточ­ника поля и считая ее неизменной, необходимо составить систему из п не­зависимых уравнений по I и II законам Кирхгофа для магнитной цепи. Здесь п - число неизвестных магнитных потоков. Решением системы долж­ны быть аналитические зависимости искомых магнитных потоков в функ­ции от величин намагничивающей силы Fисточника поля и других эквива­лентных параметров схемы замещения.

Определив в общем виде величину магнитного потока в рабочем за­зоре Ф_з, найти падение магнитного напряжения F₃, на проводимости зазора Gпри или . На данном этапе расчет производят только в общем

виде без подстановки численных значений эквивалентных параметров.

Расчет тягового усилия или вращающего момента электромагнита

Целью расчета является определение величины намагничивающей силы Fисточника поля, необходимой для обеспечения необходимого тяго­вого усилия Р_нили момента М_н.

Воспользовавшись данными задания по тяговому усилию Р_нили мо­менту М_ни аналитическими выражениями (таблица 6.1), рассчитать вели­чины Ф_н или F_н, необходимые для обеспечения Р_нили М_нпри или а = а_н Выбор аналитического выражения из таблицы производить в соответст­вии с эскизом конфигурации рабочего зазора электромагнита. Здесь - эк­вивалентно X, используемому в таблице 6.1 для обозначения перемещения якоря.

Тяговые усилия или моменты, создаваемые намагничивающей силой F_H в зазоре, определяются выражениями:



где k₁,k₂- функции , соответственно, определяем их из таблицы 6.1

для заданной конфигурации полюсных поверхностей магнитной системы электромагнита.

Приравнивая найденные численные значения F_H выражениям для F₃, соответственно определить необходимые значения намагничивающей силы Fисточника магнитного поля.

74

В коллекторных машинах постоянного тока на роторе кроме магни-топровода и обмотки размещается коллектор. Коллектор - это устройство, к которому подсоединяются все катушки обмотки ротора и которое служит для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот. Конструк­тивно коллектор выполняется в виде цилиндра, набранного из медных пла­стин, изолированных друг относительно друга. Напряжение подается или снимается с коллектора с помощью графитовых щеток, закрепленных на статоре и скользящих по поверхности коллектора (скользящий контакт).




Окончание табл. 6.4

2 ПРОГРАММА КУРСА И МЕТОДИЧЕСКИЕ

УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ

ЕГО РАЗДЕЛОВ И ТЕМ

2.1 Исполнительные механизмы на базе электропривода постоянного тока

2.1.1 Конструкция, принцип работы и характеристики исполни­
тельных двигателей постоянного тока.

2.1.2 Непрерывный способ регулирования скорости исполни­
тельных двигателей постоянного тока.

3. 
   Импульсный способ регулирования скорости исполнитель­ных двигателей постоянного тока.