Исполнительные устройства систем управления

Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Севастополь 2005

ИДПТ предназначен для работы в системах автоматического регулирования и управления (САРиУ) как преобразователя электрического сигнала, вырабатываемого устройством управления САРиУ, в скорость вращения или угол поворота вала двигателя.

Работа двигателя основана на взаимодействии двух магнитных полей, при котором возникает механическая сила, приложенная к источникам этих полей, обладающих инерционной массой. Поэтому в конструкцию машины должны входить два источника полей. Один располагается на неподвижной части машины (неподвижность обеспечивается креплением к фундаменту), имеет явно выраженные полюсы чередующейся полярности и называется индуктором. Если полюса выполнены из магнитотвердого материала, индуктор называется магнитоэлектрическим. Если полюса выполнены из магнитомягкого материала, на них размещены катушки, а поле индуктора создается током, протекающим по катушкам, то индуктор - электромагнитный. Поле, создаваемое индуктором, называется полем возбуждения машины. Второе поле создается током, протекающим по проводникам, уложенным на подвижной части машины, которая называется якорем. Подвод тока от неподвижного источника к вращающимся проводникам якоря осуществляется щетками и коллектором. Для нормальной работы машины, передачи вращающего момента, обеспечения необходимой жесткости и прочности активных частей в конструкцию ИДПТ входят также вал, подшипники, подшипниковые щиты, щеткодержатели. Для охлаждения машины в некоторые конструкции вводится вентилятор. Конструкция ИДПТ показана на рис.1.

Неподвижная часть машины называется статором. Он - рис.2 может быть собранным (а) или шихтованным (б). Статор состоит из станины 1, к которой крепятся главные полюса 2. Число полюсов у малых машин постоянного тока обычно равно двум или четырем. Полюс состоит из сердечника 2, катушки возбуждения 3 и полюсного наконечника 4. Магнитный поток, проходящий по сердечнику полюса, постоянен, а в полюсных наконечниках он обычно имеет пульсирующую составляющую от реакции якоря. Поэтому сердечник полюса может быть литым, а полюсной наконечник должен быть шихтованным (для уменьшения вихревых токов). Катушки полюсов изготавливают из медного изолированного провода. Станина представляет собой короткий полый цилиндр, по которому проходит магнитный поток от одного полюса к другому. Станина также является основным конструктивным элементом статора, обеспечивающего жесткость и прочность всего индуктора. К статору крепятся подшипниковые щиты, он снабжен лапами для установки на фундаменте, изготавливается из стального проката или стального литья.

Рис.1 Конструкция исполнительного двигателя постоянного тока.

1-крышка подшипника

2-подшипник

3-втулка коллектора

4-щеткодержатель

5- щетка

6-коллекторная пластина

7-обмотка якоря (лобовая часть)

8-сердечник якоря

9-сердечник полюса статора

10-станина

11-катушка полюса

12-подшипниковый щит

13-вентилятор

14-вал

15-лапа

4. Асинхронный исполнительный двигатель: определение, классификация по типу ротор, явление самохода и его устранение.

Изучаемый двигатель предназначен для работы в системах управления и автоматики (СУ и А) как преобразователь электрического сигнала, вырабатываемого устройством управления СУ и А, в скорость вращения или угол поворота вала.

Существуют три разновидности асинхронных исполнительных микродвигателей: с полым немагнитным ротором, с полым магнитным ротором и с короткозамкнутой обмоткой типа беличьего колеса. В СУ и А наибольшее распространение получили асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Такие двигатели производятся на мощности от сотых долей до нескольких сотен ватт, для стандартной - 50 Гц. и повышенных частот (200, 400,500 и 1000 Гц.) питающего напряжения. Скорость их вращения лежит в диапазоне 1500 3000 oб/ мин.

Основными достоинствами асинхронных исполнительных двигателей с полым немагнитным ротором являются:

- Малый момент инерции J ротора.

- Значительный пусковой момент вследствие повышенного сопротивления ротора, что совместно с малым J приводит к значительному быстродействию двигателя, малой электромеханической постоянной времени и обеспечивает повышенную устойчивость следящих систем с таким типом двигателей.

- Механическая (выходная, нагрузочная) характеристика двигателя близка к прямолинейной за счёт большого активного сопротивления ротора, обеспечивающего значительное критическое скольжение (то есть скольжение при максимальном моменте ).

- Широкий диапазон регулирования скорости (кратность регулирования ), отсутствие скачкообразных изменений, прямая пропорциональность скорости напряжению управления, способность к быстрому реверсу (изменению направления вращения), отсутствие высших зубцовых гармоник в кривой поля, что определяет плавность и бесшумность хода.

- Самоторможение двигателя при снятии сигнала управления (определяется большим ).

- Отсутствие подвижных контактов, малый момент трения, отсутствие искрения и радиопомех, стабильность и надёжность в эксплуатации.

- Независимость параметров и характеристик двигателя от температуры, давления, влажности.

- Возможность улучшения массо-габаритных показателей при переходе к повышенным (400 500 Гц.) частотам питающего напряжения.

Асинхронный исполнительный двигатель с полым немагнитным ротором имеет следующие недостатки:

- Большой немагнитный зазор в магнитной цепи машины (), что определяет большой намагничивающий ток, увеличенные потери энергии и относительно низкий, по сравнению с другими типами АИД, коэффициент мощности ().

- Значительное электрическое сопротивление ротора и, как следствие, работа двигателя при больших скольжениях, что приводит к увеличению потерь энергии в статоре и роторе, а также к снижению КПД.

- Относительно увеличенные удельные (то есть приходящиеся на единицу полезной мощности) масса и габариты двигателя.

Конструкция АИД должна решать задачу преобразования электрической энергии в механическую, приводящую во вращение вал двигателя с присоединённой нагрузкой (объектом управления). Это преобразование в общем виде описывается законом электромагнитного усилия, который утверждает, что механическая сила возникает при взаимодействии одноимённых полей (электрических или магнитных) и приложена к инерционным источникам этих полей.

В электромагнитных устройствах систем управления взаимодействуют два магнитных поля, причём одно поле должно создаваться той частью машины, которая будет вращаться, а источник второго поля может быть неподвижным. Поэтому в конструкции любой электрической машины имеется неподвижная часть- статор и подвижная- ротор.

В данной лабораторной работе исследуется АИД переменного тока с полым немагнитным ротором. Схема его конструкции показана на рисунке1, а макет имеется на рабочем столе возле лабораторного стенда.

Рисунок 2. Схема конструкции асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором