Исполнительные двигатели постоянного тока



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Исполнительные двигатели постоянного тока



Общие характеристики

В качестве ИД в судовых САУ применяются маломощные электро­двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 5.20, а) и с возбуждением от встроенных постоянных магнитов (рис. 5.20, б).

Исполнительные двигатели постоянного тока (ИДПТ) с независимым возбуждением использу­ются в диапазоне мощностей от 5 до 250 Вт при напряжении якоря = 24 B (может быть также и = 110 В). Номинальная частота вращения указанных ИД составляет 2500–6000 об/мин. Конструктивно двигатели этой группы мало отличаются от силовых коллекторных машин постоянного тока небольшой мощности.

ИДПТ с возбуждением от постоянных магнитов предназначены для использования в диапазоне малых мощностей до 10–20 Вт при напряжении якоря 12 В или 24 В. Диапазон мощностей до 10 Вт, частота вращения 1800–12000 об/мин.

Обе группы ИД постоянного тока с точки зрения их статических характеристик можно отнести к двигателям с независимым возбуждением, которые наиболее полно удовлетворяют рассмотренным в разделе 1.2 требованиям и обеспечивают:

– жесткость механических характеристик и, вследствие этого, возможность получения устойчивого вращения под нагрузкой, в том числе на малых частотах вращения;

– линейность механических и регулировочных характеристик;

– отсутствие самохода, а также быстрое торможение при снятии напряжения управления;

– широкий диапазон регулирования частоты вращения;

– большой пусковой момент.

ИДПТ имеют меньшие габариты и массу по сравнению с асинхронными двухфазными двигателями (раздел 5.3.3), однако характеризуются недостатком, общим для машин постоянного тока – наличием коллектора, требующего ухода и снижающего надежность работы.

В исполнительных устройствах пропорционального действия для регулирования частоты вращения ИДПТ в соответствии с напряжением управления, которое поступает на двигатель от выходного усилителя системы, применяются три способа управления:

1) якорное управление, при котором напряжение возбуждения, а следовательно и магнитный поток постоянны, а напряжение управления подается на якорь;

2) полюсное управление, т.е. управление по цепи возбуждения (для ИД с независимым возбуждением) при котором напряжение якоря – константа, а напряжение управления подается на обмотку возбуждения;

3) якорное управление с широтно-импульсным регулированием напряжения, при котором в цепь якоря подаются импульсы (рис. 5.21), постоянные по амплитуде Um и периоду Т, а длитель­ность импульсов изменяется пропорцио­нально аналоговому напряжению управления. В результате изменяется среднее значения напряжения якоря:

                                                 (5.39)

Такое преобразование напряжения в импульсный сигнал осуществляется в выходном устройстве САУ – широтно-импульсном модуляторе (ШИМ).

Рассмотрим механические и регулировочные характеристики ИД и особенности их работы при указанных способах управления.

Способ якорного управления

Якорное управление возможно для обеих схем рис. 5.20. Уравнения цепи якоря и вращающего момента двигателя имеют вид:

                                       (5.40)

где e= c Фw – ЭДС якоря;

       Lя – индуктивность якорной цепи;

       Rя – сопротивление якорной цепи;

       J – суммарный момент инерции ИД и нагрузки, приведенный к валу двигателя;

       w – частота вращения ИД;

       M = c Ф iу – вращающий момент двигателя;

       Mс – момент сопротивления;

       Ф – магнитный поток;

       с – конструктивный коэффициент.

Статические характеристики ИД получают из (5.3) для установившегося режима, когда все производные равны нулю, и М = Мс. Статические ток и напряжение будем обозначать U и I .Выразим w = f (M):

                                                (5.41)

Для того чтобы отразить общие свойства таких двигателей независимо от конкретных параметров, общепринято вводить относительные единицы. Все переменные представляются в долях от базисных величин. Здесь за базисные величины принимаем: для напряжения – номинальное напряжение двигателя Uун; для момента – номинальный пусковой момент Мпн; для частоты вращения – частоту вращения идеального холостого хода в номинальном режиме w0.

Из (5.41), приняв w = 0, получаем

                                                       (5.42)

Из (5.41), приняв М = 0, получаем

                                                                 (5.43)

Обозначим относительные величины:

Тогда выражение статических характеристик (5.41) примет вид

                                                           (5.44)

Уравнение (5.44) определяет семейство механических и регулировочных харак­теристик ИД с якорным управлением. Механические характеристики (рис. 5.22, а) – это зависимости ν(m) при фиксированных значениях a. Регулировочные характеристики (рис. 5.22, б) – это зависимости ν(a) при фиксированных значениях m. Величину a называют коэффициентом сигнала, она представляет собой относительное значение управляющей величины и меняется от 0 до 1.

Из рис. 5.22, а и выражения (5.44) вытекают следующие особенности механических характеристик:

– механические характеристики устойчивы и линейны;

– наклон (жесткость) механических характеристик постоянен и не зависит от входного сигнала;

– частота вращения холостого хода и пусковой момент в относительных единицах равны значению сигнала.

 

Особенности регулировочных характеристик (рис. 5.22, б):

– регулировочные характеристики линейны, их наклон не зависит от величины момента;

– порог трогания ИД под нагрузкой равен относительному значению момента сопротивления на валу;

– явление самохода двигателя отсутствуют, так как при Uy = 0 вращающий момент равен нулю.

Способ якорного управления обладает наилучшими характеристиками и чаще всего используется для ИД с независимым возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов. Для управления ИД малой мощности (до 10–20 Вт) применяются аналоговые электронные регуляторы напряжения якоря (рис. 5.23).

Регулятор выполнен на мощных транзисторах VT3-VT6 по мостовой схеме эмиттерных повторителей, так как необходимо малое выходное сопротивление для согласования с низкоомной нагрузкой цепи якоря. При Uy>0 (направление вращения "Вперед" – В) цепью якоря управляют силовые транзисторы VT3, VT6, при Uy<0 (направление вращения "Назад" – Н) – VT4, VT5. В мостовой схеме используются комплементарные пары силовых транзисторов VT3, VT4, и VT5, VT6. Силовые транзисторы должны обладать необходимым нагрузочным резервом по току для работы при токовых перегрузках пуска и реверса ИД. Допустимый ток коллектора силовых транзисторов должен составлять (12–15)Iян, где Iян – номинальный ток якоря двигателя. Регулятор обеспечивает (10–15) кратный диапазон регулирования частоты
 

вращения. Недостатком схемы является низкий КПД из-за больших значений мощности, рассеиваемой на силовых транзисторах.

Широкое распространение имеют тиристорные регуляторы напряжения якоря. На рис. 5.24 представлен сервопривод регулирования подачи топлива главного двигателя (ГД), который является оконечным исполнительным устройством контура регулирования частоты вращения ГД ТР "Кристалл 2". В сервоприводе установлены: серводвигатель СД 24 В, 700 об/мин, 1,5А и тахогенератор ТГ. Схема управления СД реализована в виде замкнутой САУ частотой вращения СД. Сигнал обратной связи nд в диапазоне ±10 В формируется согласующим усилителем, который контролирует напряжение, снимаемое с ТГ. На вход САУ СД поступает сигнал заданной частоты вращения СД nз в диапазоне ±10 В с выхода электронного регулятора частоты вращения ГД. На основе сигнала рассогласования Δn пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-Р), выполненный на операционном усилителе, вырабатывает напряжение управления Uy для системы импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами. Логическое переключающее устройство (ЛПУ), которое контролирует полярность сигналов nз, nд, Δn, Uy, управляет в СИФУ выдачей импульсов управления на тиристоры VS1, VS4 при направлении вращения "Вперед" или на тиристоры VS2,
VS3 при направлении вращения "Назад".

Серводвигатель получает питание от управляемого тиристорного моста VS1-VS4 в цепи вторичной обмотки со средней точкой трансформатора Т1. Другая вторичная обмотка Т1 предназначена для подачи напряжения 8 В (опорного напряжения фазы анодного напряжения тиристоров) в СИФУ. Для защиты тиристоров установлены быстродействующие предохранители FU1, FU2 и RC-цепочки. Для сглаживания пульсаций напряжения якоря и ограничения скорости нарастания тока тиристоров в цепи якоря СД установлены дроссели L1, L2.

СИФУ содержит генератор импульсов частотой 7 кГц и схему управления фазовым углом φ подачи пачки управляющих импульсов в функции выходного напряжения ПИ-регулятора Uy.

При возрастании напряжения управления Uy угол φ уменьшается, вследствие чего среднее значение напряжения якоря и частота вращения СД возрастают. Тиристоры закрываются при переходе анодного тока через ноль. Наличие замкнутой САУ частотой вращения с ПИ-регулятором обеспечивает широкий диапазон регулирования частоты вращения, плавность динамических режимов разгона, торможение, реверса.

По сравнению со схемой транзисторного регулятора рис. 5.23 КПДтиристорного регулятора значительно выше. Недостатком тиристорного регулятора является необходимость в достаточно сложном ЛПУ, которое, кроме переключений управления тиристорами, реализует ряд блокировок.



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.212.116 (0.014 с.)