Файл: Методические указания по изучению разделов и тем курса Исполнительные механизмы систем управления.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 51
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ления, узким диапазоном регулирования скорости.
Технические данные основных серий унифицированных ИМ постоянной скорости с асинхронными двигателями. В настоящее время наибольшее число указанных ИМ относится к следующим сериям:
МЭО - механизмы однооборотные.
МЭОФ - механизмы однооборотные фланцевые, устанавливаемые непосредственно на трубопроводную арматуру и предназначенные в основном для перемещения неполноповоротных регулирующих органов типа шаровых и пробковых кранов, поворотных дисковых затворов и различных заслонок.
МЭМ - механизмы многооборотные, предназначенные в основном для перемещения самотормозящихся запорно-регулирующих задвижек.
МЭП и МЭПК - прямоходные механизмы, предназначенные для перемещения регулирующих органов поступательного принципа действия.
44
Увеличение числа пар полюсов при неизменном диаметре ротора ограничено технологическими возможностями и увеличением потока рассеяния между полюсами, обычно
. Увеличение числа обмоток управления связано с усложнением коммутатора, обычно
. Поэтому у активных ШД составляет порядка десяти градусов. Дальнейшее уменьшение шага достигается либо механическим редуцированием с помощью специальных кинематических механизмов, либо специальными схемами электрического дробления шага.
Меньшая величина шага - порядка одного градуса - может быть получена у Ш Д реактивного и индукторного типов. У этих двигателей ротор изготавливается из обычной электротехнической стали, имеет на поверхности зубцы, число которых zp может быть достаточно большим, и
(5.3)
Однако у этих двигателей меньше вращающий момент.
Важной характеристикой установившегося режима
явля-
ется предельная механическая характеристика - зависимость предельного
вращающего момента шагового двигателя
от частоты управляющих
49
импульсов (рис. 5.3). Она определяет тот предел, до которого при данной частоте управляющих импульсов можно плавно нагружать вал ШД, сохраняя при этом синхронный режим. Предельную механическую характеристику рассматривают обычно при
где - частота главного резонанса. С увеличением частоты происходит уменьшение вращающего момента ШД, т.к. токи и потоки в обмотках управления все в большей мере не успевают достигать установившихся значений за время такта.
Рассмотрим более подробно, что происходит в эти моменты времени в двигателе. Во время такта I положительный импульс тока возбуждает обмотку управления 1 (рис. 5.2,а). Магнитный поток статора
направлен по оси этой обмотки (рис. 5.2,в). Ротор (постоянный магнит NS) притягивается к полюсам обмотки 1 и занимает положение вдоль ее оси. При переходе к такту II дополнительно возбуждаются полюсы обмотки управления 2. Результирующий поток статора Фс, создаваемый теперь двумя обмотками, скачком поворачивается на 45° (рис. 5.2,в). Возникает синхронизирующий момент синхронного двигателя, и ротор поворачивается на тот же угол. При переходе к такту III остается возбужденной только обмотка 2. Поток статор)а и ротор поворачиваются еще на один шаг, равный 45°. Положение потока статора на всех восьми тактах показано на рисунке 5.2,в.
Показанная на рисунке 5.2 раздельно-совместная последовательность включения обмоток управления является несимметричной системой коммутации, т.к. нечетным и четным тактам соответствует возбуждение различного числа обмоток. Результирующий поток статора меняется от такта к такту, что вызывает пульсацию синхронизирующего момента и является недостатком схемы.
Систему коммутации называют симметричной, если на всех тактах возбуждается одинаковое число обмоток управления (раздельно, парами и т.д.). При симметричной коммутации шаг увеличивается вдвое, а результи
рующий поток статора на всех тактах одинаков.
Величина шага в значительной мере определяет разрешающую способность привода с ШД по отработке углового перемещения во всех режимах работы привода. В общем случае шагом ШД называют угол поворота ротора при воздействии одного сигнала управления и установленной схеме коммутации. В режиме отработки единичных шагов - работе с низкой частотой управляющих импульсов f-положение ротора фиксируется с нулевой скоростью на каждом шаге.
В реальном многополюсном двигателе шаг меньше показанного на рисунке 5.2 в раз и определяется выражением
(5.1)
Число тактов коммутации зависит от числа обмоток управления и схемы управления:
(5.2) где - коэффициент, равный 1 при симметричной и 2 - при несимметричной коммутации;
- коэффициент, равный 1 при однополярной и 2 - при разнополярной коммутации.
48
Механизмы изготавливаются с блоками сигнапизации положения выходного вала, которые могут использоваться для реализации обратной связи в замкнутой системе управления. Блоки сигнализации бывают индуктивного типа (И), реостатного (Р) и токового (У). Блок концевых выключателей (тип М) используется в основном для ручного управления.
Основные технические данные ИМ указанных серий приведены в таблице 4.1. Механизмы выпускаются в общепромышленном и тропическом исполнениях, а также в исполнении для атомных электростанций.
45
Таблица 4.1
5 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ШАГОВЫМИ
ДВИГАТЕЛЯМИ
5.1 Конструкция, принцип работы и характеристики синхронного шагового двигателя
Синхронными называются электрические машины переменного тока, у которых в рабочем режиме угловая скорость ротора равна угловой скорости магнитного поля статора и не зависит от нагрузки. В отдельных случаях скорость ротора кратна скорости поля статора.
В связи с развитием цифровой вычислительной техники разрабатывают и совершенствуют исполнительные элементы дискретного действия и, в частности, электрические шаговые двигатели. Шаговыми называют синхронные двигатели, преобразующие команду, заданную в виде импульсов, в фиксированный угол поворота вала или фиксированное перемещение без датчиков обратной связи. Шаговые двигатели выпускаются мощностью от единиц микроватт до киловатта, т.е. в основном это микродвигатели и двигатели малой мощности.
Шаговые микродвигатели (ШД) работают в комплекте с полупроводниковыми коммутаторами. Роль коммутатора состоит в переключении обмоток управления ШД с последовательностью и частотой, соответствующими заданной команде. При этом результирующий угол поворота ШД строго соответствует числу переключений обмоток управления, направление поворота - порядку переключений, а угловая скорость - частоте переключений.
Классификация основных типов шаговых двигателей приведена на рисунке 5.1.
Шаговые двигатели являются многополюсными машинами. Их можно подразделить на три основные конструктивные группы: с постоянными магнитами (активного типа), реактивные и индукторные. Они могут иметь различное число фаз, но наибольшее распространение получили двух-, трех- и четырехфазные ШД. Напряжение питания обмотки управления шагового двигателя представляет собой последовательность однополярных или разнополярных прямоугольных импульсов, поступающих от коммутатора.
Двигатели активного типа. Статор шаговых двигателей имеет явно выраженные полюсы, на которых располагают обмотки управления. Число пар полюсов каждой из обмоток управления равно числу пар полюсов ротора. Ротор обычно представляет собой многополюсный постоянный магнит с радиальной намагниченностью.
Принцип действия ШД можно рассмотреть на примере двухполюсного двигателя.
46
На рисунке 5.2,а показана схема подключения обмоток управления 1 и 2 двухфазного ШД к коммутатору К: точками обозначены начала обмоток: - напряжение питания: - импульсный сигнал управления. На рисунке 5.2,6 изображена временная диаграмма силовых импульсов напряжения на обмотках управления двигателя при восьмитактной разно-полярной системе коммутации. Переход от одного такта к другому соответствует поступлению на коммутатор очередного импульсного сигнала управления. При этом, как видно, скачкообразно изменяются значения или полярность напряжения на обмотках управления.
47
Технические данные основных серий унифицированных ИМ постоянной скорости с асинхронными двигателями. В настоящее время наибольшее число указанных ИМ относится к следующим сериям:
МЭО - механизмы однооборотные.
МЭОФ - механизмы однооборотные фланцевые, устанавливаемые непосредственно на трубопроводную арматуру и предназначенные в основном для перемещения неполноповоротных регулирующих органов типа шаровых и пробковых кранов, поворотных дисковых затворов и различных заслонок.
МЭМ - механизмы многооборотные, предназначенные в основном для перемещения самотормозящихся запорно-регулирующих задвижек.
МЭП и МЭПК - прямоходные механизмы, предназначенные для перемещения регулирующих органов поступательного принципа действия.
44
Увеличение числа пар полюсов при неизменном диаметре ротора ограничено технологическими возможностями и увеличением потока рассеяния между полюсами, обычно
. Увеличение числа обмоток управления связано с усложнением коммутатора, обычно . Поэтому у активных ШД составляет порядка десяти градусов. Дальнейшее уменьшение шага достигается либо механическим редуцированием с помощью специальных кинематических механизмов, либо специальными схемами электрического дробления шага.Меньшая величина шага - порядка одного градуса - может быть получена у Ш Д реактивного и индукторного типов. У этих двигателей ротор изготавливается из обычной электротехнической стали, имеет на поверхности зубцы, число которых zp может быть достаточно большим, и
(5.3)Однако у этих двигателей меньше вращающий момент.
Важной характеристикой установившегося режима
явля-ется предельная механическая характеристика - зависимость предельного
вращающего момента шагового двигателя
от частоты управляющих 49
импульсов (рис. 5.3). Она определяет тот предел, до которого при данной частоте управляющих импульсов можно плавно нагружать вал ШД, сохраняя при этом синхронный режим. Предельную механическую характеристику рассматривают обычно при
где - частота главного резонанса. С увеличением частоты происходит уменьшение вращающего момента ШД, т.к. токи и потоки в обмотках управления все в большей мере не успевают достигать установившихся значений за время такта.Рассмотрим более подробно, что происходит в эти моменты времени в двигателе. Во время такта I положительный импульс тока возбуждает обмотку управления 1 (рис. 5.2,а). Магнитный поток статора
направлен по оси этой обмотки (рис. 5.2,в). Ротор (постоянный магнит NS) притягивается к полюсам обмотки 1 и занимает положение вдоль ее оси. При переходе к такту II дополнительно возбуждаются полюсы обмотки управления 2. Результирующий поток статора Фс, создаваемый теперь двумя обмотками, скачком поворачивается на 45° (рис. 5.2,в). Возникает синхронизирующий момент синхронного двигателя, и ротор поворачивается на тот же угол. При переходе к такту III остается возбужденной только обмотка 2. Поток статор)а и ротор поворачиваются еще на один шаг, равный 45°. Положение потока статора на всех восьми тактах показано на рисунке 5.2,в.Показанная на рисунке 5.2 раздельно-совместная последовательность включения обмоток управления является несимметричной системой коммутации, т.к. нечетным и четным тактам соответствует возбуждение различного числа обмоток. Результирующий поток статора меняется от такта к такту, что вызывает пульсацию синхронизирующего момента и является недостатком схемы.
Систему коммутации называют симметричной, если на всех тактах возбуждается одинаковое число обмоток управления (раздельно, парами и т.д.). При симметричной коммутации шаг увеличивается вдвое, а результи
рующий поток статора на всех тактах одинаков.
Величина шага в значительной мере определяет разрешающую способность привода с ШД по отработке углового перемещения во всех режимах работы привода. В общем случае шагом ШД называют угол поворота ротора при воздействии одного сигнала управления и установленной схеме коммутации. В режиме отработки единичных шагов - работе с низкой частотой управляющих импульсов f-положение ротора фиксируется с нулевой скоростью на каждом шаге.
В реальном многополюсном двигателе шаг меньше показанного на рисунке 5.2 в раз и определяется выражением
(5.1)Число тактов коммутации зависит от числа обмоток управления и схемы управления:
(5.2) где - коэффициент, равный 1 при симметричной и 2 - при несимметричной коммутации; - коэффициент, равный 1 при однополярной и 2 - при разнополярной коммутации.48
Механизмы изготавливаются с блоками сигнапизации положения выходного вала, которые могут использоваться для реализации обратной связи в замкнутой системе управления. Блоки сигнализации бывают индуктивного типа (И), реостатного (Р) и токового (У). Блок концевых выключателей (тип М) используется в основном для ручного управления.
Основные технические данные ИМ указанных серий приведены в таблице 4.1. Механизмы выпускаются в общепромышленном и тропическом исполнениях, а также в исполнении для атомных электростанций.
45
Таблица 4.1
5 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ШАГОВЫМИ
ДВИГАТЕЛЯМИ
5.1 Конструкция, принцип работы и характеристики синхронного шагового двигателя
Синхронными называются электрические машины переменного тока, у которых в рабочем режиме угловая скорость ротора равна угловой скорости магнитного поля статора и не зависит от нагрузки. В отдельных случаях скорость ротора кратна скорости поля статора.
В связи с развитием цифровой вычислительной техники разрабатывают и совершенствуют исполнительные элементы дискретного действия и, в частности, электрические шаговые двигатели. Шаговыми называют синхронные двигатели, преобразующие команду, заданную в виде импульсов, в фиксированный угол поворота вала или фиксированное перемещение без датчиков обратной связи. Шаговые двигатели выпускаются мощностью от единиц микроватт до киловатта, т.е. в основном это микродвигатели и двигатели малой мощности.
Шаговые микродвигатели (ШД) работают в комплекте с полупроводниковыми коммутаторами. Роль коммутатора состоит в переключении обмоток управления ШД с последовательностью и частотой, соответствующими заданной команде. При этом результирующий угол поворота ШД строго соответствует числу переключений обмоток управления, направление поворота - порядку переключений, а угловая скорость - частоте переключений.
Классификация основных типов шаговых двигателей приведена на рисунке 5.1.
Шаговые двигатели являются многополюсными машинами. Их можно подразделить на три основные конструктивные группы: с постоянными магнитами (активного типа), реактивные и индукторные. Они могут иметь различное число фаз, но наибольшее распространение получили двух-, трех- и четырехфазные ШД. Напряжение питания обмотки управления шагового двигателя представляет собой последовательность однополярных или разнополярных прямоугольных импульсов, поступающих от коммутатора.
Двигатели активного типа. Статор шаговых двигателей имеет явно выраженные полюсы, на которых располагают обмотки управления. Число пар полюсов каждой из обмоток управления равно числу пар полюсов ротора. Ротор обычно представляет собой многополюсный постоянный магнит с радиальной намагниченностью.
Принцип действия ШД можно рассмотреть на примере двухполюсного двигателя.
46
На рисунке 5.2,а показана схема подключения обмоток управления 1 и 2 двухфазного ШД к коммутатору К: точками обозначены начала обмоток: - напряжение питания: - импульсный сигнал управления. На рисунке 5.2,6 изображена временная диаграмма силовых импульсов напряжения на обмотках управления двигателя при восьмитактной разно-полярной системе коммутации. Переход от одного такта к другому соответствует поступлению на коммутатор очередного импульсного сигнала управления. При этом, как видно, скачкообразно изменяются значения или полярность напряжения на обмотках управления.
47
