Лабораторная работа 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТАN4«Исследование тахогенератора постоянного тока»Цель работы: ознакомление с принципами действия и устройством тахогенератора постоянного тока ТГП-5.1. Теоретическая частьВ мехатронных и робототехнических системах в большинстве случаев приходится определять скорости вращающихся деталей или узлов, поэтому под тахометрическими датчиками обычно понимают датчики угловой скорости. Они служат для измерения и стабилизации скорости привода в заданных пределах. Контроль скоростных показателей существенно повышает плавность хода и точностные характеристики приводов, является необходимым условием при построении систем управления позиционноконтурного типа.Принцип действия большинства промышленных датчиков скорости основан на законе Фарадея =  dФ/dt ,в соответствии с которым ЭДС индукции  прямо пропорциональна скорости изменения магнитногопотока Ф.

Конечно, не во всех датчиках скорости используется электромагнитный метод преобразования. Например, для обеспечения необходимой точности при измерении очень малых или очень большихскоростей лучше применять оптические (лазерные, интерферометрические и др.) способы преобразования. В то же время именно электромагнитный метод позволяет создавать измерители скорости, не нуждающиеся в источниках питания, например использующие принцип генерации ЭДС индукции в обмотках датчика при взаимодействии его магнитной системы с ферромагнитными деталями вращающегосяобъекта.Наиболее известным типом углового датчика скорости является тахогенератор (ТГ).

Среди основных задач, решаемых с помощью ТГ, необходимо выделить измерение угловой скорости вала, осуществление обратной связи по скорости, а также электромеханическое преобразование (интегрирование идифференцирование).Наиболее известным типом датчика угловой скорости является ТГ постоянного тока, представляющий собой маломощную электрическую машину с независимым возбуждением или с постоянными маг-нитами (рис. 4.1, а). Конструктивно он состоит из статора, выполненного в виде ферромагнитного каркаса с 2р полюсами, ротора - в виде многослойного цилиндра и щеточно-коллекторного узла.Рис.

4.1. ТГ постоянного тока:а — схема включения: 1 — обмотка возбуждения; 2 — ротор; 3 — щетки; б — функция преобразованияпри разных параметрах нагрузки: 1 — Rн = ; 2 — Rн   Фр = 0; 3 — Rн , Ф р 0Функция преобразования ТГ постоянного тока (как и других индукционных машин) зависит от конструктивных особенностей и величины нагрузки. ЭДС индукции  р , возникающей в электрическоймашине при вращении ротора относительно обмотки возбуждения, выражается зависимостью видаprФв ,2где  — угловая скорость входного вала, r — количество проводников, образующих ротор.Для идеального режима работы ТГ (см. кривую 1 на рис.

4.1, б)р U вых   р  K т ,где Kт — коэффициент преобразования (крутизна характеристики).Данная функция преобразования является линейной, она справедлива при допущении, что магнитный поток возбуждения Фв, а также сопротивления якорной (роторной) обмотки Rя и нагрузки Rн постоянны. Реальный режим работы ТГ постоянного тока значительно отличается от идеального.

Следствиемэтого является зависимость Kт = f () особенно при высоких скоростях (см. кривая 3 на рис. 4.1, б):Kт р(1  Rя Rн ).Чувствительность датчика (крутизна характеристики) Uвых  f () наибольшая на холостом ходупри Rн = . У современных ТГ постоянного тока Kт = 0,5...2,0 мВ  с/об.2. Практическая частьВ практической части необходимо построить функцию преобразования тахогенератора.2.1.

Лабораторная установкаВ состав лабораторной установки входят:1. коллекторный тахогенератор постоянного тока с зубцовым ротором ТГП-3,2. электрический двигатель постоянного тока ДПМ-25-Н1,3. регулируемый источник питания,4. осциллограф,5. мультиметр.2.2. Порядок выполнения лабораторной работы1. Собрать установку согласно схеме на рис. 4.2.СоединительнаямуфтаБлокпитанияДвигательТахогенераторОсциллографРис. 4.2. Схема экспериментальной установки2. С помощью мультиметра определить сопротивление роторной обмотки Rя.3.

Включить источник питания и осциллограф в сеть с напряжением 220В 50 Гц.4. Ознакомиться с характеристиками двигателя и тахогенератора по табл. 4.1.Таблица 4.1Основные характеристики двигателя и тахогенератораТипUном,ВМном, мНм nном, об/мин Iном, АIxх, A Мn, мНм In, АРесурс, ч3,590000,250,08152,6300ДПМ-25-Н1 299000500ТГП-35. Вращая регулировочное колесико изменять напряжение питания Uип двигателя в диапазоне 1 …20 В с шагом 1 В.6. Вычислить значения угловых скоростей двигателя при заданных напряжениях питания, учитывая, что значение nном. соответствует значению Uном.7.

Снимать значения Uвых и занести результаты измерений в первые три столбца табл. 4.2.Таблица 4.2Таблица записи результатов экспериментаNUип, ВUвых, Вn или Kт maxRя, Ома, Внл, %123…19208. Построить график функции преобразования датчика и определить значение крутизны характеристики Kт.9. Определить максимальное изменение крутизны Kт при изменении угловой скорости датчика, спомощью формулы Kт max = Uвых max /Uип.10. Определить абсолютную погрешность а, соответствующую зоне нечувствительности при малых скоростях ротора (рис. 4.1, б).11. Вычислить относительную погрешность нелинейности тахогенератора нл.12. Заполнить остальные столбцы табл.

4.2.13. Сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.3. Контрольные вопросы1. Принцип действия и область применения ТГ постоянного тока.2. Влияние угловой скорости ротора на функцию преобразования датчика.3. Причина появления случайных и систематических погрешностей ТГ постоянного тока.4. Как рассчитываются аддитивная и мультипликативная погрешности датчика..