Брандина Электрические машины (529639), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Базисные значениявеличин определяются при номинальных напряжениях на обмотках. Забазисные значения принимаются: номинальные напряжения обмоток,частота вращения идеального холостого хода (при М=0)nOН = UH / СЕФн,(4.57 )номинальный пусковой момент(4.58)М ПН = С М ФН I ПНгде пусковой токIПН = UH / RЯ(4.59)Относительные значения частоты вращения и моментаν = n / nон, m = М / Мпн.(4.60 )n=Коэффициент сигнала управленияα = U / UH.(4.61)Разделим уравнение частоты вращения на базисное значение nOH (4.57)UC E ФНMR ⋅ C E Фn(4.62)=−nOH С Е ФU H C E C M Ф 2U HТогда основное уравнение двигателя примет видФН2U ФН(4.63)ν=⋅−m 2UH ФФ4.6.3.
Якорное управлениеРассмотрим исполнительный двигатель постоянного тока (ИДПТ) снезависимым электромагнитным возбуждением (рис.4.38). Двигательимеет два входа: обмотка якоря и обмотка полюсов. В зависимости оттого, на какую из обмоток подается сигнал управления Uy, различаютдва способа управления: якорное и полюсное. Вторая обмотка обычнонаходится постоянно под номинальным напряжением.При якорном управлении сигнал управленияподается на обмотку якоря U = Uy .
На обмоткеполюсовнапряжение постоянно и равно номинальному UH = U ПН,поэтому магнитный поток, пренебрегая реакцией якоря,можно считать постоянным, равным номинальному Ф = Фн.В этом случае частота вращения (4.50)UMRn=−C E ФН C E C M ФM2Рис.4 38изменяется прямопропорционально напряжению управления U. С увеличением момента нагрузки частота вращенияуменьшается. Уравнение в относительных единицах (4.63) имеет видν =α − m(4.64)илиm = α −ν(4.65)Уравнение (4.65) определяет вид механических характеристик т = f(ν)при постоянном коэффициенте сигнала α, а уравнение (4.64) - видрегулировочных характеристик ν = f(α) припостоянноммоментеm.Следуетотметить, что момент двигателя согласно(4.47)уравновешиваетсясуммоймоментов холостого хода m0 и нагрузки m2.Механическиеирегулировочныехарактеристики при якорном управленииРис.4.
39(рис.4.39) линейны и не меняют своейкрутизны. Это обстоятельство приводит к тому, что быстродействиедвигателя остается постоянным при изменении сигнала управления.Рассмотрим этот вопрос подробнее.Частота вращения холостого хода при тo = 0 с учетом (4.64) ν = αω 0 = ν ω ОН = α ω ОН .Пусковой момент при v = 0 с учетом (4.65) т =αM П = mM ПН = α M ПН .Jω 0 j αω OH=MПM ПНне зависит от коэффициента сигнала управления α и остаетсяпостоянной величиной.Отсюда следует, что постоянная времени (4.55) Т МЕХ =4.6.4.
Полюсное управлениеПри полюсном управлении сигнал управления подается на обмоткуполюсов UП = UУ , на обмотке якоря напряжение постоянно и равнономинальному U = UН. Основным достоинством полюсного управленияявляется малая потребляемая мощность управления, так как токполюсной обмотки в 5...10 раз меньше тока якоря.Коэффициент сигнала при полюсном управлении определяет собойотношение магнитных потоковUФαП = П =U ПН ФП1m α −mТогда (4.63) примет видν=− 2 = П 2.(4.66)ОтсюдаαП αПαПm = α П (1 − α Пν )(4.67)Вид механических (4.67) и регулировочных (4.66) характеристикпредставлен на рис.4.40Рис.
4.40Механические характеристики при полюсном управлении линейны, но суменьшением напряжения управления меняют крутизну, поэтомубыстродействие двигателя резко падает. Действительно, частотавращения холостого хода при m0 = 0 с учетом (4.66)ω 0 = ν ω OG =1αПω ОППусковой момент при v = 0 с учетом (4.67)М П = mM ПН = α П М ПНПостоянная времени (4.55)Jω 0Jω= 2 ОНМ П α П М ПНТаким образом, электромеханическая постоянная времени обратнопропорциональна квадрату сигнала полюсного управления, напримерпри уменьшении сигнала в два раза постоянная Тмех увеличивается, абыстродействие соответственно уменьшается в четыре раза.Регулировочныехарактеристикиприполюсномуправлениинелинейны, при малых моментах неоднозначны, при малых сигналахуправления двигатель может иметь самоход, достигая резкогоувеличения частоты вращения свыше допустимых по прочностимашины значений.
При малых сигналах управления и наличии нагрузкина валу двигатель не вращается (начальный участок регулировочныххарактеристик), в то время как по якорной цепи протекают значительныетоки, способные перегреть обмотку якоря. Кроме того, начальная частьхарактеристики при малых сигналах управления является зонойнеустойчивой работы, так как случайное увеличение нагрузки можетпривести к остановке двигателя.
Таким образом, начальная зона (домаксимума данной характеристики) практически недопустима длянормальной эксплуатации двигателя. Только при значительнойвеличине нагрузки (свыше 0.5 М пн) эти явления исчезают и двигательможно использовать для работы при полюсном управлении.Отметим, что при больших магнитных потоках, когда наступаетдостаточное насыщение магнитопровода, регулирование пропадает ичастота вращения более не изменяется.Указанные особенности полюсного управления (управления повозбуждению) приводят к его крайне редкому самостоятельномуприменению, но его используют в сочетании с якорным управлением,что позволяет расширить пределы регулирования частоты вращения с7...10 до 20...50.
На рис.4.41 дан пример подобной схемыкомбинированногоширокодиапазонногоуправления маломощ- ным ИДПТ. В этойсхеме при увеличении сигналах за счетперемещениявправодвижкаR1увеличивается напряжение питания якоря,снимаемое с эмиттерного повторителя VT1,VT2 (якорное управление).Рис.4.41Одновременно уменьшается ток обмоткиТ МЕХ =возбуждения (полюсное управление), питаемой от транзистора VT3. Токвозбуждения никогда не падает до нуля благодаря цепочке сподстроечным резистором R7, с помощью которого устанавливаетсяминимальное значение коллекторного тока VT3 i (1/х).4.6.5 Импульсное управлениеДля многих устройств необходимо поддерживать постояннойчастоту вращения двигателей при определенных изменениях нагрузкина валу.
Регуляторы частоты вращения, применяемые при якорном илиполюсном управлении, вызывают значительные потери энергии(особенно при якорном управлении), поэтому регулятор выбирают созначительным резервом мощности. При импульсном управленииудается резко снизить требования к мощности элементов схемы.Примером импульсного управлениядвигателем может служить схема с периодическимвключением и выключением добавочногосопротивления в цепи якоря с помощью реле иливстроенного центробежного регулятора (рис.4.42).Если скорость его превыситзаданную, то контакт регулятора размыкается иРис.4.42в цепь якоря вводится добавочное сопротивление.Частота вращения снижается, центробежная сила, действующая наподвижный контакт, уменьшается, контакт регулятора закорачиваетдобавочное сопротивление.
Процесс повторяется непрерывно во времяработы двигателя, частота вращения которого колеблется возлезаданного значения. Недостатками центробежного регулятора являются:малый срок службы, ограниченный износом контактов, работающих ввибрационном режиме, значительные радиопомехи, невысокая точность- отклонения составляют 2.. 4 %. Регуляторы на основе контактныхпереключателей в виде реле.
герконов, вращающихся коммутаторов необеспечивают нужной надежности и ресурсов работы.Существуют высокоточные системы импульсного управления налогических микросхемах, где в качестве бесконтактных силовых ключейиспользуются мощные транзисторы и тиристоры с большим срокомслужбы.
Особенно удобны для импульсного управления бесщеточныедвигатели постоянного тока, схема которых уже включает необходимыебесконтактные импульсные коммутаторы. В качестве датчика скоростиприменяют миниатюрный тахогенератор переменного тока. Сигналдатчика поступает на вход регулятора, включенного в якорную цепьдвигателя. На якорь подается импульсы напряжения регулируемойширины. При изменении ширины импульсови скважности s ,изменяется среднее напряжение на якоре, что обеспечиваетподдержание заданной скорости.
При использовании систем сполупроводниковымстабилизаторомнедопустимоизменениеполярности питающего напряжения, так как это выведет из строярегулятор (пробой триодов).4.6.6. Пуск и реверсирование нерегулируемыхдвигателей постоянного токаПодавляющее большинство исполнительных двигателей устройствавтоматики управляется релейными схемами, где не предусмотренарегулирование частоты вращения.
Такие схемы предназначены дляпуска, остановки и реверса двигателя. Переходные процессы сопряженысо значительными перегрузками по току и мощности в цепях питания иустройств их коммутации. Обычно они должны иметь запас мощности,рассчитанный на десятикратную перегрузку в течение 2...5 с. Еслиподобный резерв нереализуем, то в схеме должны быть предусмотренысредства временного ограничения токов, несмотря на то.
что этоприведет к увеличению времени переходного процесса. В таких схемахобычно применяется токовое реле, которое вводит токоограничивающийбалластный резистор в цепь якоря. Подобные схемы используют обычнов двигателях мощностью свыше 100... 150 Вт, когда резерв мощностиисточника не выгоден по массогабаритным требованиям.Схемы пуска, остановки и реверсирования имеют разную структуру взависимости от того, какой тип возбуждения имеет двигатель.На рис. 4.43,а,б показаны схемы для двигателей соответственнонезависимогоипоследовательноговозбуждения,причемпоследовательная обмотка разделена на две части для осуществленияреверса двигателя.На рис.4.43,а использованы кнопки с самовозвратом, поэтомуфункции запоминания введенных сигналов управления выполняют релеК1 и К2, благодаря контактам самоблокировки К1.1 и К2.1, взаимнойдеблокировки К2.2 и К1.2.
Подачу питания в двигатель обеспечиваютсильноточные контакты К1.3 и К2.3 в контуре двигателя. Ими же ввыключенном состоянии якорь двигателя замыкается накоротко, чтоприводит к электромагнитному торможению и улучшает динамикудвигателя.Непременнымусловиемреверсированияявляетсянеизменность направления тока возбуждения в обмотке w1 приизменении направления тока якоря. Чтобы обеспечить выполнениеэтого условия, обмотка возбуждения питается через диодныйвыпрямитель на VD3 и VD4.В современной схемотехнике контактные элементы заменяюттиристорными устройствами.
На рис.4.43,б изображена такая схема стремя тиристорами, образующими триггер с тремя устойчивымисостояниями: "выключено", "вправо", "влево". Конденсаторные связи С1,С2, СЗ обеспечивают выключение ранее проводящего тиристора привключении одной их трех кнопок SB1 ....SB3Рис.4.434.6.7. Передаточная функция двигателя постоянноготокаРассмотрим якорное управление ИДПТ (рис.4.38).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
