Контрольные вопросы

1. Какое назначение имеют тахогенераторы? Начертить эскизы конструкции асинхронного тахогенератора с полым ротором и синхронного генератора.

2. Объясните принцип работы синхронного тахогенератора.

3. Чем отличаются физические процессы в асинхронном тахогенераторе при неподвижном роторе и при его вращении?

4. Чем объясняется различие выходных характеристик асинхронного тахогенератора при различных характерах нагрузки?

5. Как в работе определяется скорость вращения тахогенераторов?

Лабораторная работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Цель работы

Изучить конструкцию, принцип действия и основные соотношения исполнительного микродвигателя постоянного тока. Экспериментально определить механические характеристики микродвигателя и оценить способы регулирования скорости вращения. Приобрести практические навыки в проведении испытания исполнительных микродвигателей постоянного тока.

Краткие теоретические и практические сведения

Микродвигатели постоянного тока применяются в устройствах автоматики наряду с микродвигателями переменного тока (с короткозамкнутым и полым ротором).

Наиболее распространённые в этих устройствах исполнительные двигатели, предназначенные для преобразования управляющего электрического сигнала (напряжения управления) в механическое перемещение вала.

Конструктивно исполнительный двигатель постоянного тока представляет собой обычную коллекторную машину (см. лаб. работу № 4), в которой обмотки якоря и полюсов питаются от двух независимых источников энергии (рис. 11.1, а). На электрических схемах двигатель изображают, как показано на рис. 11.1, б.

У правление скоростью двигателя достигается изменением напряжения питания якорной обмотки или обмотки возбуждения. При этом вторая обмотка постоянно подключена к источнику неизменного напряжения. Управление называется якорным или полюсным в зависимости от того, на какую обмотку подается управляющее напряжение от схемы управления. В основном используют схемы с якорным управлением, обеспечивающие линейность и однозначность механических и регулировочных характеристик двигателя. Единственное преимущество полюсного управления – меньшая величина мощности управления, так как .

Как известно, приложенное к якорной обмотке двигателя постоянное напряжение U уравновешивается в статическом режиме работы ( , ) противоЭДС , падением напряжения в якорной обмотке и в переходном контакте «щетка-коллектор» :

. (11.1)

Величина противоЭДС якорной обмотки

, (11.2)

где – постоянная двигателя; – величина магнитного потока под полюсом; – угловая скорость вращения.

С учетом (11.2) из уравнения электрического равновесия (11.1) выражение для скорости двигателя записывают следующим образом:

. (11.3)

Величину электромагнитного момента двигателя постоянного тока М определяют произведением значений магнитного потока Ф и якорного тока двигателя :

. (11.4)

Получив значение якорного тока из уравнения (11.4) и подставив его в (11.3), можно получить аналитическую зависимость скорости от развиваемого двигателем электромагнитного момента М:

, (11.5)

или

, (11.6)

где .

Г рафическая связь электромагнитного момента двигателя с его скоростью выражается механической характеристикой . На рис. 11.2 изображена типичная механическая характеристика двигателя постоянного тока, причем точка А на характеристике соответствует номинальному режиму работы двигателя (номинальная скорость номинальный электромагнитный момент ).

Момент на валу двигателя , определяющий полезную мощность двигателя , всегда меньше электромагнитного момента , поскольку часть мощности вращающегося якоря затрачивается на преодоление механических потерь и потерь в стали якоря .

Для номинального режима работы полезный момент двигателя определяют по его паспортным данным как отношение номинальной мощности к номинальной скорости вращения:

, (11.7)

а электромагнитный момент двигателя

, (11.8)

где – номинальный ток якоря двигателя; величина СФ определяется номинальными данными двигателя из уравнения (11.1).

Зависимость между электромагнитным моментом и тормозящим моментом на его валу определяется законом равновесия моментов, согласно которому электромагнитный момент при любых режимах работы и в любой момент времени уравновешивается совокупностью тормозных моментов на валу.

Различают следующие тормозные моменты:

• момент холостого хода ;

• полезный тормозной момент ;

• динамический момент , обусловленный моментом инерции вращающихся частей.

Момент холостого хода имеет место при любом режиме работы двигателя и определяется трением в подшипниках, трением щеток о коллектор, вентиляционными потерями и потерями в стали.

Полезный тормозной момент определяется условиями работы двигателя.

Динамический момент возникает при любом изменении скорости вращения двигателя и определяется формулой

где – момент инерции всех вращающихся частей,

– скорость вращения.

Знак зависит от знака . Если скорость вращения двигателя увеличивается, то уравнение моментов записывают так:

(11.9)

а при уменьшении

. (11.10)

При момент , тогда уравнения (11.9), (11.10) записывают в виде уравнения равновесия моментов

. (11.11)

На основании изложенного режим работы микродвигателя постоянного тока в статическом режиме определяется выражением (11,11) и уравнением электрического равновесия

. (11.12)

Анализ уравнений (11.3) позволяет сделать выводы о регулировании скорости микродвигателей постоянного тока.

Скорость вращения двигателя регулируется тремя способами:

• изменением питающего напряжения ;

• изменением тока возбуждения и, следовательно, магнитного потока ;

• введением добавочного сопротивления в якорную цепь двигателя .

В устройствах с исполнительными микродвигателями постоянного тока используют два первых способа регулирования. Величину отношения управляющего напряжения к неизменному значению напряжения возбуждения называют коэффициентом сигнала . Очевидно, при якорном управлении уменьшение коэффициента сигнала приведет к снижению скорости вращения микродвигателя. В случае полюсного управления изменение коэффициента сигнала будет влиять на скорость вращения. Увеличение или уменьшение скорости определяется также и моментом сопротивления на валу двигателя.

Возможности регулирования скорости вращения микродвигателя постоянного тока исследуют с помощью экспериментального и расчетного определения механических характеристик, соответствующих различным способам регулирования скорости микродвигателя.