Брандина Электрические машины, страница 16

4.26) приобретает рядпогрешностей, которые рассмотрены ниже.Однако пренебрегая реакцией якоря (С 2 = 0) и падением напряжения вщеточном контакте (∆UЩ = 0) в формуле (4.39) и принимая видеальном случае выходную характеристику линейной, можноопределить ее крутизну в видеC1К=.(4.41)RЯ1+RНГКрутизна идеальной характеристики зависит от величины нагрузки RНГ.С уменьшением RНГ крутизна характеристики падает.Современные ТГПТ обладают крутизной характеристики вдиапазоне 6...260 мВ-с -1, это значительно превышает крутизнувыходной характеристики тахогенераторов переменного тока.4.4.3. Погрешности ТГПТПогрешность нелинейности.

При включении нагрузки в цепь якоряне только уменьшается крутизна (4.41) выходной характеристики 2(рис.4.26), но и искажается её линейная зависимость. Согласно (4.39)это искажение вызвано наличием частоты вращения ω в знаменателе.Физический смысл этого явления объясняется влиянием реакции якоря.Степень отклонения характеристики от линейной зависимостиназывается погрешностью нелинейности .

Обычно она выражается вотносительных единицах в долях номинального напряжения исоставляет 0,5...3%. Нелинейность выходной характеристики ТГ можетвызвать автоколебания системы. Погрешность нелинейности можноуменьшить, ослабив влияние реакции якоря. Для этого ТГ выполняют сненасыщенной магнитной системой, увеличивают сопротивлениенагрузки RНГ, либо ограничивают рабочий диапазон скоростей (обычнодо 0,5 номинального значения ω Н ).Погрешность нечувствительности.

Эта погрешность вызванападением напряжения в щеточном контакте ∆UЩ . При ω = 0 выходнаяхарактеристика согласно (4.39) смещается на отрезок− ∆U ЩUщ =,RЯ1+RНГчто вызывает постоянную ошибку ТГПТ (обычно на величину 0,2...0,5 В)и появление зоны нечувствительности на величину ∆Ω(рис. 4.26 и 4.27). Величину ∆Ω можно определить извыражения (4.39), приравняв U = 0 и пренебрегаяреакцией якоря.

Тогда∆Ω =∆U ЩС1.Для уменьшения этой погрешности стремятсяуменьшить переходное сопротивление щеточногоконтакта ∆UЩ, применяя щетки с малым сопротивлением(меднографитовые и серебрянографитовые), а в прецизионных ТГ проволочные щетки с серебряными или золотыми напайками.Рис. 4.27Погрешность несимметрии выходного напряжения. Этапогрешность обусловлена неточностью установки щеток нагеометрической нейтрали, либо смещением их в процессе эксплуатации.Смещение щеток вызывает появление продольной реакции якоря,действие которой зависит от направления вращения якоря, что былорассмотрено выше в п.4.1.5.2 (рис.4.11).Погрешность несимметрии вычисляется в виде:U ПР − U ЛЕВA=,1(U ПР − U ЛЕВ )2где U ПР , U ЛЕВ - напряжения соответственно при правом и левомнаправлениях вращения якоря.Погрешность несимметрии не должна превышать 1...3 %.Температурная погрешность.

Одним из недостатков ТГПТявляется высокая температурная погрешность, обусловленнаянагревом, в первую очередь, обмотки возбуждения, что вызываетувеличение её сопротивления. Изменение сопротивления обмоткивозбуждения RВ приводит даже при постоянном напряжениивозбуждения UB к изменению тока возбуждения i B = U B / R B , магнитногопотока Ф и, следовательно, величины ЭДС Е и выходного напряжения.Эти зависимости можно представить в виде:t° → RB → iB → Ф → E .Влияние температуры весьма значительно. Так, при изменениитемпературы с 15 °С до 75 °С величина RВ изменяется на 24 %.Дляуменьшениятемпературнойпогрешностиприменяютсяследующие способы.- Включениев цепь обмотки возбуждениядобавочноготерморезистора Rд, изготовленного из манганина или константана,величина которого не зависит от температуры.

Так как величина токавозбуждения должна оставаться постоянной и определяться величинойRд , то величина Rд выбирается на порядок больше, чем RВ, чтоприводит к необходимости увеличения мощности источника питанияобмотки возбуждения.- Работа в насыщенной зоне магнитной характеристики Ф=f(F)(РИС. 4.9). При достаточно сильном насыщении магнитной цепи дажезначительное изменение тока возбуждения мало влияет на величинумагнитного потока. Данный способ помогает также уменьшитьрезультат колебаний питающего напряжения. Недостаток этого способа- возрастание влияния реакции якоря при больших токах нагрузки.- Установка магнитных шунтов между полюсными наконечниками.Магнитные шунты изготовляются из специальных сплавов, магнитнаяпроводимость которых уменьшается при увеличении температуры.

Этоприводит к тому, что магнитный поток шунтов Фσ уменьшается и частьего пойдет по пути основного потока Ф0 , сохраняя его величинунеизменной.Недостаток данного способа - сложность конструкции.Температурная погрешность ТГ свозбуждением от постоянныхмагнитов, не имеющих обмотки возбуждения, возникает только за счетизменения сопротивления обмотки якоря, и весьма незначительна.Пульсации выходного напряжения. Наличие пульсаций выходногонапряжения является серьезным недостатком ТГПТ. Причиныпульсаций обусловлены наличием зубцов якоря и коллекторныхпластин, а также неравномерностью воздушного зазора. Пульсациивыходного напряжения вызывают радиопомехи. Для их устраненияТГПТ снабжаются электрическими фильтрами, либо специальнымиэкранами.Хороший эффект дает конструкция ТГПТ с полым якорем.

ТакиеТГПТ серийно не выпускаются, по этому в качестве ТГПТ используетсяисполнительный двигатель серии ДПР. В этой конструкции обмоткаукрепляется непосредственно на якоре, не имеющем пазов, поэтомузубцовые пульсации отсутствуют; реакция якоря незначительна, акоммутация очень хорошая. Все это обеспечивает хорошиехарактеристики такого ТГПТ.4.4.4. Передаточная функция ТГПТДинамические характеристики определяет передаточная функция,представляющая собой отношение выходной величины к входной,записанных в операторной форме .Для ТГ выходной величиной является напряжение на нагрузке U, а вкачестве входной величины будем рассматривать угол поворота якоря α.

Таким образом необходимо определить:U ( p)W ( p) =.α ( p)Рассматривается переходный процесс, когда величина тока якоряизменяется во времени. В этом случае уравнение напряжения приметвидdi.(4.42)U = e − iR Я − LЯdtВеличина ЭДС, если пренебречь реакцией якоря, будетопределяться уравнениемdα,(4.43)e = к ЭМ ⋅ ω = к ЭМdtгде угловая частота вращенияdαω=(4.44)dtЭлектромагнитный коэффициент с учётом (4.47)(4.45)К ЭМ = С М Ф = ( рN / 2πа )Ф .Величина токаU.i=RНГС учетом этого получаем (4.42) в виде1 dUdα U−.U = К ЭМRЯ − LЯdt RНГRНГ dtОбъединяя однородные члены уравнения, содержащие U , получимкоэффициент при URR + RЯ1 + Я = НГ.R НГR НГРазделим все члены уравнения на этот коэффициент, тогда:К R dαLЯdU.−U = ЭМ НГRНГ + RЯ dt RНГ + RЯ dtПереходя к операторной форме записи, имеемU ( p ) + T Я pU ( p ) = K У pα ( p ) ,LЯгде Т Я =- постоянная времени якорной цепи,RНГ + R ЯК RК У = ЭМ НГ - коэффициент усиления.RНГ + RЯТаким образом,KУ pU ( p).=W ( p) =α ( p ) 1 + TЯ pПолученное уравнение - это уравнение дифференцирующегоинерционного звена.

Однако поскольку постоянная Тя достаточно малаТя ≈ 0,001...0,003 с(4.46)и ею можно пренебречь, то ТГПТ представляет собой идеальноедифференцирующее звено с передаточной функциейU ( p)≈ KУ p .α ( p)Если определить передаточную функцию по частоте вращения ввидеU ( p)W ( p) =,ω ( p)то с учетом (4.44) в операторной форме записиW ( p) =ω ( p) = pα ( p) ,получимW ( p) =U ( p)= KУ .ω ( p)В этом случае ТГПТ представляет собой усилительное звено.4.5.

Двигатели постоянного тока4.5.1. Основные уравненияКлассификация двигателей постоянного тока (ДПТ) по способувозбуждения аналогична классификации генераторов ГПТ (п.4.1.7).В отличие от генераторного режима работы, когда с обмотки якоряснимается выходное напряжение, в режиме двигателя к обмотке якоряподводится напряжение питания. Взаимодействие тока проводниковякоря с магнитным полем обмотки возбуждения создает силу Ампера,выталкивающую проводники якоря из магнитного поля, т.е. возникаетэлектромагнитный момент, под действием которого якорь приходит вовращение.

Таким образом, электрический двигатель преобразуетпотребляемую электрическую энергию в механическую энергиювращения. Подробнее принцип работы двигателя рассмотрен в п. 4.1.3.Электромагнитный момент двигателя (4.12)М = СМ Ф I Я ,.При работе с установившейся частотой вращения электромагнитныймомент уравновешивается статическим моментом на валуМС = М0 + М2 ,(4.47)где М0 - момент холостого хода, обусловленный собственнымипотерями двигателя; М2 - полезный момент (момент нагрузки на валу).При работе в динамическом режиме с изменением частоты вращенияна вал двигателя действует статический Мс:и динамический Мд: моментыМ = МС ± Мд .Динамический момент пропорционален моментувращающихся частей двигателя и приводного механизмаМд = J(4.48)инерцииdω.dtJ(4.49)Динамический момент при ускорении вращения положителен, а призамедлении - отрицателен.

В установившемся режиме М д = 0 и М = МС.Уравнения ЭДС (4.3), (4.5) и напряжения на зажимах двигателя (4.14)Е = С ЕФ n = CM Ф ω ,U = E + IRпозволяют получить уравнение скоростной характеристикиn=U − IR.C EФ(4.50)Подставив в (4.50) выражение тока из формулы момента (4.12), получимформулу механической характеристикиn=UMR.−C EФ C E C M Ф 2(4.51)4.5.2. Устойчивость работыПри устойчивой работе двигатель способен вернуться к исходномурежиму при малых возмущениях его работы, когда эти возмущенияпрекратятся (например, кратковременные изменения напряжения сетиили момента нагрузки).