Брандина Электрические машины (529639), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Реакцией якоряпренебрегаемУравнение напряжения (4.42) для обмотки якоря в переходномрежимеU у = e − iR Я − LЯУравнения ЭДС якоря (4.43)e = к ЭМ ⋅ ϖи вращающего моментаМ ДВ = к ЭМ I Яdidt.(4.68),где электромагнитный коэффициент (4.45)К ЭМ = С М Ф = ( рN / 2πа )Ф .Уравнение моментов согласно (4.48) и (4.49)J (dω / dt ) = M ДВ − М С,где J - момент инерции вращающихся частей, приведенный к валудвигателя; Мс - момент сопротивления на валу (4.47).Если рассматривать пуск двигателя на холостом ходу при Mс= 0, то(4.69)J (dω / dt ) = к ЭМ I Я .Подставив в (4.42) ток I из (4.69) и ЭДС из (4.43) получимUd 2ωdωТ МЕХ Т Я 2 + Т МЕХ+ω = Ydtdtk ЭМRJгде Т МЕХ = 2 - электромеханическая постоянная времени;к ЭМLТ Я = Я - электромагнитная постоянная времени якоря.RВ операторном виде уравнение (4.70) будет иметь видU ( p)(Т МЕХ Т Я р 2 + Т МЕХ р + 1)ω ( р ) = Yk ЭМПередаточная функция двигателя с независимым возбуждениемW ДВ ( р ) =ω ( р)U Y ( p)=k ДВТ МЕХ Т Я р 2 + Т МЕХ р + 1где к ДВ = 1/ к ЭМ , рад/(В⋅с) -коэффициент передачи двигателя.Поскольку индуктивность обмотки якоря невелика, то постояннаявремени якорной цепи достаточно мала (4.46) и ею можно пренебречь.Таким образом, при якорном управлении двигатель может бытьпредставленапериодическимзвеномпервогопорядкаk ДВω ( р)W ДВ ( р ) ==U Y ( p ) Т МЕХ р + 1Если регулируемой величиной является угол поворота двигателяТα = ∫ ω dt ,, то передаточная функция двигателя будет иметь вид0W ДВ ( р ) =α ( р)=k ДВU Y ( p ) р (Т МЕХ р + 1)При полюсном управлении электромагнитная постоянная времени Тпполюснойобмоткиуправленияповеличинесравнимасэлектромеханической постоянной времени Тмех и постоянную Тпнеобходимо учитывать, поэтому при полюсном управлении двигательследует рассматривать как апериодическое звено второго порядка.Для практических расчетов часто приходится определять параметрыпередаточной функции двигателя по паспортным данным или каталогам,в которых не всегда имеются сведения об индуктивности якорнойобмотки или о электромагнитной постоянной времени.
В этом случаеиндуктивность обмотки якоря можно определить по формуле []30U H cνLЯ ≈π pn H I Hгде UН - номинальное напряжение; nH - номинальная частота вращения(об/мин); IН - номинальный ток якоря; сν- эмпирический коэффициент,равный 0,4 или 0,1 соответственно для машин при отсутствии или приналичии компенсационной обмотки.Электромеханическая постоянная времени [ ]J p Rω H2J p RI H2 ω H2или Т МЕХ =Т МЕХ =(U H − I H R) 2PH2где Jp - момент инерции ротора (кг м2); R - сопротивление якоря; ωн номинальная угловая скорость (рад/с); Рн - номинальная мощность (Вт).MD 2Момент инерции ротора J P =. Электромагнитный коэффициент4(4.45) можно определить по паспортным данным к ЭМ =UH − IH RωHКоэффициент передачи к ДВ = 1/ к ЭМ и постоянная времени Т МЕХ =.JPR.2k ЭМ4.6.8.
Конструктивные модификации исполнительныхдвигателей постоянного токаИсполнительные двигатели с электромагнитным возбуждением(серия СЛ) по конструкции представляют обычную машину постоянноготока. Особенностью их конструкции является ненасыщенная магнитнаясистема, поэтому реакция якоря практически не влияет на их рабочиехарактеристики и ею вполне можно пренебречь. Эти двигатели могутиметь шихтованные не только якорь, но станину и полюса, чтонеобходимо из-за частой работы в переходных режимах.При проектировании исполнительных двигателей стремятся обеспечитьминимальный момент инерции ротора Jp=GD2/4 и максимальноебыстродействие двигателя.
Для уменьшения инерционности двигательвыполняют с уменьшенным диаметром D и увеличенной длиной якоря, адля повышенияпускового момента увеличиваютмагнитнуюиндукцию в воздушном зазоре.Электромеханическая постоянная времени двигателей серии СЛсоставляет Тмех = 0,02...0,1 с.Двигатели серии ДПМ и ДПУ имеют возбуждение от постоянныхмагнитов, выполненных из сплавов типа "альнико". Достоинствами такихмашин является повышенный КПД. Электромеханическая постояннаявремени равна 0,02-0,05 сек. Недостатки подобных двигателей:изменение характеристик с течением времени из-за "старения" магнитов(машина размагничивается под действием реакции якоря и другихфакторов), повышенная стоимость двигателя, вызванная высокойстоимостью магнитных материалов и сложностью их обработкиСерийные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью,имеют мощность до 25 Вт.
Перспективны конструкции статорных системвозбуждения с толстопленочными намагничивающими покрытиямиполюсов на основе редкоземельных материалов с высокой магнитнойэнергией, что позволит уменьшить габариты таких двигателей иулучшить их характеристики.Двигатели с дисковым якорем представляют конструкцию, в которойдля повышения быстродействия уменьшена масса вращающихсячастей. Якорь такого двигателя представляет собойтонкий диск обычно из стеклотекстолитатолщиной 1-3 мм.
На диск с двух стороннаклеиваетсямеднаяфольгатолщиной0,05...0.4 мм.Фольгу покрывают слоемсветочувствительного материала и методомфотопечати наносятсхему обмотки. Затемхимическим способом вытравливают ненужныечасти фольги и с обеих сторон образуетсяполусхемы обмотки якоря. Полувитки обмотки,Рис.4.44лежащие с противоположных сторон диска,электрически соединяют с помощью сквозных заклепок, создаваязамкнутую обмотку. Схема печатной полуобмотки представлена нарис.4.
Обмотку выполняют как простую волновую. Поскольку в печатнойобмотке можно выполнить относительно небольшое число витков надиске, то такие машины выполняются на пониженное напряжение: 24,12, 6 В. Машины с дисковым якорем не имеют явно выраженногоколлектора. Поверхность диска с обмоткой выполняет одновременнороль торцевого коллектора. Щетки при этом располагают в осевомнаправлении.
На рис.4.44 видна зачерненная полоса, оставленнаятрением щеток. Обычно применяют металлографитные щетки МГ илиСГ, у которых падение напряжения в щеточном контакте невелико(0,15...0,2 В), что очень важно для низковольтных машин. В проводникахякоря допускают большую плотность тока, поскольку неизолированныепроводники,расположенныенаповерхностидиска,хорошоохлаждаются. Магнитный поток направлен в осевом направлении исоздается постоянными магнитами.
По сравнений с обычной машинойвоздушный зазор намного увеличен, так как состоит из двух воздушныхзазоров с обеих сторон диска и толщины этого немагнитного диска.Увеличение воздушного зазора требует увеличения МДС системывозбуждения и ограничивает величину индукции, что приводит куменьшению энергетики двигателя. Момент инерции роторасущественно уменьшен за счет отсутствия нароторе стальногопакета и коллектора.Электромеханическая постоянная времени таких двигателейТЭМ = 0,01...0,03 с. Недостатком подобных двигателей являетсяуменьшенный срок службы за счет истирания проводников в местещеточногоконтакта,атакжестаренияматериаладиска,сопровождающегосякороблениемиснижениеммеханическойпрочности.Двигатели с полым цилиндрическим якорем (ДПР) также используютидею уменьшения момента инерции ротора за счет отсутствиястального магнитопровода ротора.
В этом случае катушки обмотки неукладывают, как обычно в пазы якоря, а спрессовывают впластмассовом заполнителе по цилиндрической поверхности в видеполого стакана. Якорный стакан консольно укреплен на валу двигателя,концы катушек якоря подсоединяют к пластинам обычного коллектора.Система возбуждения выполняется либо с постоянными магнитами,либо с электромагнитами.
Для уменьшения магнитного сопротивлениявнутри полого вращающегося якоря располагается магнитноенеподвижное ярмо (внутренний статор), конструктивно связанное сощитом двигателя. Немагнитный зазор в подобной машине значительнобольше, чем в нормальных машинах, что ограничивает величинумагнитной индуции. В отличие от машины с дисковым якорем и печатнойобмоткой двигатель с полым якорем может выполняться на любоерабочее напряжение. Поскольку диаметр якоря таких машин меньше,чем в машинах с дисковым якорем, то инерционность ротора ипостоянная времени будут меньше: Тмех = 0,006...0,02 с.
Машины сполым якорем выполняют мощностью до 15 Вт.Малоинершонные двигатели с гладким якорем (серия МИГ) имеютнаибольшее быстродействие. Электромеханическая постоянная этихдвигателей составляет Тмех =(2...6)10'3 с, мощность - 10...60 Вт. Дляповышения быстродействия используются наиболее качественныематериалы для магнитов, индукция в воздушном зазоре доведена до0.9... 1,2 Тл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
