Исполнительные механизмы автоматики. Методическое пособие по исполнительным механизмам. Витебск 2011 оглавление введение
![]()
|
Магнитопровод внутреннего статора 4 набирают из листов электротехнической стали на цилиндрическом выступе 5 одного из подшипниковых щитов. Этот Магнитопровод служит для уменьшения магнитного сопротивления при прохождении основного магнитного потока через воздушный зазор. В воздушном зазоре между внешним и внутренним статором находится полый ротор 3, выполненный в виде тонкостенного стакана из немагнитного материала, чаще всего из сплава алюминия и бронзы. Дно ротора жёстко укрепляют на валу 6, который вращается в подшипниках 7. Принцип действия двигателя с полым немагнитным ротором состоит в следующем. Переменный ток, протекая по обмоткам статора, создаёт вращающееся магнитное поле, которое, пересекая полый ротор, наводит в нём вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем возникает момент, который, действуя на ротор, увлекает его в сторону поля. Однако ротор имеет очень малую массу и, следовательно, незначительный момент инерции, что положительно сказывается на быстродействии двигателя. Однако исполнительные двигатели такого типа имеют низкие коэффициенты мощности cos и к.п.д., а также менее надёжны при высоких температурах и вибрациях. Технические характеристики некоторых двигателей с полым ротором приведены в таблице 2.2. Таблица 2.2Технические данные двигателей с полым ротором
Дифференциальное уравнение двигателя можно получить из уравнения вращения якоря: ![]() где - МДВ = Мл - Мт (2.7) Мл = 2·k1·0·Uy·UВ - пусковой момент (при неподвижном роторе); k1 - коэффициент пропорциональности, ![]() Uy -напряжение на обмотке управления, В; UB - напряжение на обмотке возбуждения, В; 0 - угловая скорость вращения поля, рад/с; Мт = k2·(UB2 + Uy2)· - тормозящий момент; k2 - коэффициент пропорциональности, ![]() - угловая скорость вращения ротора. Подставив в (2.7)значение пускового и тормозящего момента, получим: Мдв = 2·k1·0·Uy·UB - k2·(Uв2 + Uy2)· (2.8) Это выражение может быть упрощено: Мдв = С1·Uy - C2·, (2.9) где С1 = 2·k1 - 0 - UB, ![]() ![]() Подстановка данных уравнения (2.8) в уравнение (2.6) позволяет получить выражение: ![]() Уравнение (2.10) нелинейно, поскольку значения коэффициентов С1 и С2 переменны и являются функцией напряжения управления и положением рабочей точки на механической характеристике при данном напряжении управления. Однако в условиях эксплуатации в автоматических системах двигатель работает при малых приращениях управляющего сигнала. В этом случае можно линеаризовать дифференциальное уравнение электродвигателя, приняв условно коэффициенты С1 и С2 постоянными. Уравнение (2.10) можно привести к виду: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Этому уравнению соответствует, в зависимости от характера входного сигнала, передаточная функция вида: ![]() ![]() Т.о., двухфазный асинхронный двигатель в первом случае – апериодическое звено, во втором – последовательное соединение апериодического и интегрирующего звеньев. Асинхронные двигатели вращательного типа просты по конструкции, надёжны в эксплуатации, имеют хорошие рабочие характеристики. 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 двигатели называются линейными. В простейшем случае линейный асинхронный двигатель можно получить, если двигатель с полым немагнитным ротором разрезать по диаметру и развернуть на плоскости. При этом магнитное поле получается не вращающимся, а бегущим, и электрическая энергия преобразуется в механическую поступательного движения. Схема линейного асинхронного двигателя представлена на рис.5а. ![]() Плоский магнитопровод статора 1 длиной lc собран из листовой электротехнической стали. В пазах статора расположена трёхфазная обмотка 2 с числом пар полюсов Р. Плоский магнитопровод статора 4, собранный из листовой электротехнической стали, играет роль ярма, по которому замыкается магнитный поток. Подвижная часть линейного двигателя 3 называется ротором и представляет собой металлическую полосу из меди или алюминия. При подключении обмотки статора к трехфазной сети переменного тока с частотой f1 обмотка создает линейно - перемещающееся магнитное поле Ф (рис.5.б). За один период тока поле перемещается в пределах статора, занимаемого одной парой полюсов. Линейная скорость поля ![]() 2.3. Асинхронные тахогенераторы Асинхронная машина является обратимой, т.е. может работать в режиме двигателя и в режиме генератора. В генераторном режиме работы такую машину можно использовать для измерения скорости вращения валов. В этом случае её называют тахогенератором. Конструкция асинхронного тахогенератора аналогична конструкции исполнительного асинхронного двигателя с полым ротором. Схема включения обмоток двухфазной асинхронной машины при ее работе в качестве тахогенератора показана на рис.6а. К обмотке статора В подводится неизменное по амплитуде и частоте напряжение возбуждения U. Вторая обмотка статора Г является генераторной, с её выводов снимается выходной сигнал Ur. В общем случае она замыкается на нагрузочное сопротивление zh. ![]() Для рассмотрения принципа действия асинхронного тахогенератора воспользуемся эквивалентной схемой (рис.6б). На схеме полый ротор заменён конечным числом проводников, замкнутых накоротко на торцах. Для наглядности проводники ротора расположены в два слоя. Внешняя цепь обмотки Г разомкнута. При неподвижном роторе тахогенератор можно рассматривать как трансформатор с первичной обмоткой В и вторичной Г. Магнитный поток, созданный обмоткой В, пронизывает ротор и наводит в его проводниках трансформаторную э.д.с. Ет. Поскольку ротор короткозамкнутый, по этим проводникам проходит ток IТ и создаётся магнитодвижущая сила. Следовательно, по оси обмотки В тахогенератора устанавливается магнитный поток Ф., пульсирующий с частотой напряжения возбуждения. При этом э.д.с. Ег в генераторной обмотке равна нулю, т.к. вектор магнитного потока Ф перпендикулярен оси этой обмотки. Приведём ротор тахогенератора во вращение с частотой n. Из-за симметрии ротора процесс наведения в нём трансформаторной э.д.с. Ет не изменится. По оси обмотки В, как и в предыдущем случае, пульсирует магнитный поток Фв. Проводники ротора вращаются в поле ФВ, и в них наводится э.д.с. вращения (условно показана на внешнем слое проводников). Под действием э.д.с. вращения в обмотке ротора проходит ток Iвр и создаёт магнитный поток Фг. Направление потока Фг совпадает с осью генераторной обмотки Г. Поскольку ток Iвр прямо пропорционален э.д.с. Евр, созданный им магнитный поток Фг прямо пропорционален частоте вращения ротора n. Магнитный поток Фг индуцирует в генераторной обмотке статора э.д.с. Ег, действующее значение которой определяется выражением Ег = 4,44·г·f1·Фг. Частота Ег совпадает с частотой f1 потока Фг и напряжение возбуждения и не зависит от частоты вращения ротора n. Поскольку Фг прямо пропорционален частоте вращения ротора, можно записать Ег = k·n, где k - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров и направления возбуждения тахогенератора. Технические характеристики асинхронных тахогенераторов приведены в таблицах 2.3 и 2.4. Технические данные асинхронных тахогенераторов серий ТД, AT, ТГ
|