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: 93
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
лочные электромагниты (рис. 6.1,ж) применяют в реверсивных муфтах следящих систем.
Втяжной Ш-образный электромагнит (рис. 6.1,з) применяют в автоматических приборных устройствах, работающих от сети переменного тока. П-образная конструкция (рис. 6.1,и) рассчитана на питание только от сети переменного тока. Для устранения вибраций якоря (возникающих дважды за период из-за уменьшения до нуля силы притяжения) применяют короткозамкнутые экраны в форме колец из красной меди, охватывающих часть полюсной поверхности. Сила притяжения якоря двухфазного (рис. 6.1,к) и трехфазного (рис. 6.1,л) электромагнитов остается постоянной, но точка ее приложения циклически перемещается вдоль якоря, что вызывает его вибрацию. Вибрация отсутствует полностью лишь у двухфазного сдвоенного электромагнита (рис. 6.1,м) при расположении обмоток одной фазы на крайних стержнях, а другой фазы -на средних. Втяжные электромагниты (рис. 6.1,н,о) имеют значительно больший рабочий ход, чем электромагниты с плоским якорем, но в конструктивном отношении они значительно сложнее. Поворотный функциональный магнит (рис. 6.1,п) применяют в качестве электрической пружины, характеристика которой определяется профилем ротора; дифференциальный магнит (рис. 6.1,р) - в системах управления для сравнения двух или нескольких сигналов.
60
После преобразований получим
(3.9)
Решением последнего уравнения относительно неизвестного Iяxxявляются два корня:
(3.10)
Выбираем наименьшее значение
Скорость вращения двигателя при холостом ходе определяется с использованием конструктивного коэффициента двигателя с.
Известно, что ЭДС обмотки якоря определяется скоростью вращения якоря , магнитным потоком Ф и конструктивным коэффициентом с [6]:
(3.11)
где
Здесь а - число пар ветвей обмотки; р - число пар полюсов;
-число проводников обмотки якоря.
Преобразуя (3.3) с учетом
получим
(3.12)
Определив , можно найти скорость вращения якоря электродвигателя при холостом ходе:
(3.13) Номинальный вращающий момент рассчитывают по формуле
(3.14)
Коэффициент полезного действия двигателя определяют отношением
(3.15)
Направление тока и ЭДС в проводниках обмотки якоря двигателя можно определить из рассмотренной схемы двигателя (рис. 3.5).
33
3.3 Выбор исполнительного электродвигателя
В большинстве автоматических систем управление потоками сырья и энергии осуществляется с помощью регулирующих органов, приводимых в движение электродвигателями постоянного и переменного тока. Выбор электродвигателя определяется мощностью, необходимой для перемещения регулирующего органа или объекта управления, а также перечнем разрешенных источников питания.
В общем случае механическая нагрузка на оси регулирующего органа (оси нагрузки) характеризуется моментом трения Мн, моментом инерции Jн , частотой вращения
, угловым ускорением ен. Обычно вал двигателя соединяется с нагрузкой через понижающий редуктор с передаточным числом
, тогда требуемую мощность двигателя определяют как
(3.16)
а необходимый вращающий момент вычисляют по формуле
(3.17)
где - момент инерции двигателя совместно с редуктором: n- КПД редуктора, который принимают равным 0,7...0,9.
Минимально необходимый вращающий момент Мвр mm имеет место при оптимальном передаточном числе редуктора
34
максимального значения; электромагниты направленного действия срабатывают при изменении знака или фазы управляющего сигнала.
6.2 Конструкции нейтральных электромагнитов
Основные типы нейтральных электромагнитов. Электромагниты П-образного типа с плоским (рис. 6.1,а) и цилиндрическим (рис. 6.1,6) якорями применяют в различных автоматических приборных устройствах для приведения в действие исполнительных механизмов и завода силовых пружин.
Рис. 6.1 Конструктивные разновидности нейтральных электромагнитов
Плоский якорь во избежание перекосов соединяют со штоком шар-нирно. Цилиндрический якорь и П-образный сердечник выполняют набор-
59
6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
6.1 Классификация и область применения
Электромагниты, применяемые в системах управления и автоматических устройствах, делят: по назначению (силовые, релейные и специальные); по току (переменный или постоянный); по потребляемой мощности (маломощные, т.е.
средней мощности, т.е. мощные, т.е.
по времени срабатывания (быстродействующие, т.е.
нормальные, т.е.
мс, замедленные, т.е.
с выдержкой
времени, т.е. ), по характеру движения якоря (втяжные и поворот-
ные); по числу рабочих положений (позиций) якоря (двух- и трехпози-ционные); по габаритному объему (нормальные (50-60 см3), малогабаритные (20-30 см3), миниатюрные (5-10 см3), сверхминиатюрные (1-2 см3)); по типу магнитной системы (нейтральные и поляризованные).
В автоматических устройствах электромагниты применяют главным образом в виде реле, вибропреобразователей и различных быстродействующих удерживающих устройств. Электромагниты силового исполнения - в фрикционных муфтах, гидро- и пневмоклапанах, пускателях и других исполнительных механизмах. Силовые электромагниты характеризуют относительно большой потребляемой ю (Р = 10... 100 Вт) и нормальной скоростью срабатывания (t = 10...100 мс), релейные электромагниты - малой потребляемой мощностью (Р = 0,001 ...0,1 Вт) и высоким быстродействием (
t = 0,1-5 мс), а по габаритам относят к миниатюрным и сверхминиатюрным устройствам.
По роду управляющего сигнала все электромагниты можно разделить на нормальные, минимальные, максимальные, дифференциальные, балансные и направленного действия. Нормальные электромагниты срабатывают при токе, значение которого может изменяться в пределах допуска на значение напряжения источника; минимальные электромагниты отпускают якорь при достижении током заранее установленного минимального значения; максимальные электромагниты притягивают якорь при достижении током заранее установленного максимального значения: дифференциальные электромагниты срабатывают при наличии разности намагничивающих сил (ампервитков) обмоток, поля которых направлены встречно; балансные электромагниты срабатывают при достижении суммой витков всех обмоток заранее установленного минимального или
58
(3.18)
с учетом которого находят
(3.19)
Таким образом, выбор электродвигателя и передаточного числа редуктора сводится к следующему:
а) по формуле (3.16) находят необходимую мощность двигателя;
б) в справочных данных выбирают двигатель с номинатьной мощно
стью, равной или несколько больше подсчитанной;
в) по формуле (3.18) определ яют ;
г) находят
по формуле (3.19) и проверяют выполнение условия
д) проверяют двигатель по частоте вращения
Многие следящие системы рассчитывают применительно к эквивалентному синусоидальному режиму
где амплитуда А и эквивалентная частота wэ определяются но найденным экспериментально максимальной частоте вращения
Втяжной Ш-образный электромагнит (рис. 6.1,з) применяют в автоматических приборных устройствах, работающих от сети переменного тока. П-образная конструкция (рис. 6.1,и) рассчитана на питание только от сети переменного тока. Для устранения вибраций якоря (возникающих дважды за период из-за уменьшения до нуля силы притяжения) применяют короткозамкнутые экраны в форме колец из красной меди, охватывающих часть полюсной поверхности. Сила притяжения якоря двухфазного (рис. 6.1,к) и трехфазного (рис. 6.1,л) электромагнитов остается постоянной, но точка ее приложения циклически перемещается вдоль якоря, что вызывает его вибрацию. Вибрация отсутствует полностью лишь у двухфазного сдвоенного электромагнита (рис. 6.1,м) при расположении обмоток одной фазы на крайних стержнях, а другой фазы -на средних. Втяжные электромагниты (рис. 6.1,н,о) имеют значительно больший рабочий ход, чем электромагниты с плоским якорем, но в конструктивном отношении они значительно сложнее. Поворотный функциональный магнит (рис. 6.1,п) применяют в качестве электрической пружины, характеристика которой определяется профилем ротора; дифференциальный магнит (рис. 6.1,р) - в системах управления для сравнения двух или нескольких сигналов.
60
После преобразований получим
(3.9)Решением последнего уравнения относительно неизвестного Iяxxявляются два корня:
(3.10)Выбираем наименьшее значение
Скорость вращения двигателя при холостом ходе определяется с использованием конструктивного коэффициента двигателя с.
Известно, что ЭДС обмотки якоря определяется скоростью вращения якоря , магнитным потоком Ф и конструктивным коэффициентом с [6]:
(3.11)где
Здесь а - число пар ветвей обмотки; р - число пар полюсов;
-число проводников обмотки якоря.
Преобразуя (3.3) с учетом
получим (3.12)Определив , можно найти скорость вращения якоря электродвигателя при холостом ходе:
(3.13) Номинальный вращающий момент рассчитывают по формуле (3.14)Коэффициент полезного действия двигателя определяют отношением
(3.15)Направление тока и ЭДС в проводниках обмотки якоря двигателя можно определить из рассмотренной схемы двигателя (рис. 3.5).
33
3.3 Выбор исполнительного электродвигателя
В большинстве автоматических систем управление потоками сырья и энергии осуществляется с помощью регулирующих органов, приводимых в движение электродвигателями постоянного и переменного тока. Выбор электродвигателя определяется мощностью, необходимой для перемещения регулирующего органа или объекта управления, а также перечнем разрешенных источников питания.
В общем случае механическая нагрузка на оси регулирующего органа (оси нагрузки) характеризуется моментом трения Мн, моментом инерции Jн , частотой вращения
, угловым ускорением ен. Обычно вал двигателя соединяется с нагрузкой через понижающий редуктор с передаточным числом , тогда требуемую мощность двигателя определяют как (3.16)а необходимый вращающий момент вычисляют по формуле
(3.17)где - момент инерции двигателя совместно с редуктором: n- КПД редуктора, который принимают равным 0,7...0,9.
Минимально необходимый вращающий момент Мвр mm имеет место при оптимальном передаточном числе редуктора
34
максимального значения; электромагниты направленного действия срабатывают при изменении знака или фазы управляющего сигнала.
6.2 Конструкции нейтральных электромагнитов
Основные типы нейтральных электромагнитов. Электромагниты П-образного типа с плоским (рис. 6.1,а) и цилиндрическим (рис. 6.1,6) якорями применяют в различных автоматических приборных устройствах для приведения в действие исполнительных механизмов и завода силовых пружин.
Рис. 6.1 Конструктивные разновидности нейтральных электромагнитов
Плоский якорь во избежание перекосов соединяют со штоком шар-нирно. Цилиндрический якорь и П-образный сердечник выполняют набор-
59
6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
6.1 Классификация и область применения
Электромагниты, применяемые в системах управления и автоматических устройствах, делят: по назначению (силовые, релейные и специальные); по току (переменный или постоянный); по потребляемой мощности (маломощные, т.е.
средней мощности, т.е. мощные, т.е. по времени срабатывания (быстродействующие, т.е. нормальные, т.е. мс, замедленные, т.е. с выдержкойвремени, т.е. ), по характеру движения якоря (втяжные и поворот-
ные); по числу рабочих положений (позиций) якоря (двух- и трехпози-ционные); по габаритному объему (нормальные (50-60 см3), малогабаритные (20-30 см3), миниатюрные (5-10 см3), сверхминиатюрные (1-2 см3)); по типу магнитной системы (нейтральные и поляризованные).
В автоматических устройствах электромагниты применяют главным образом в виде реле, вибропреобразователей и различных быстродействующих удерживающих устройств. Электромагниты силового исполнения - в фрикционных муфтах, гидро- и пневмоклапанах, пускателях и других исполнительных механизмах. Силовые электромагниты характеризуют относительно большой потребляемой ю (Р = 10... 100 Вт) и нормальной скоростью срабатывания (t = 10...100 мс), релейные электромагниты - малой потребляемой мощностью (Р = 0,001 ...0,1 Вт) и высоким быстродействием (
t = 0,1-5 мс), а по габаритам относят к миниатюрным и сверхминиатюрным устройствам.
По роду управляющего сигнала все электромагниты можно разделить на нормальные, минимальные, максимальные, дифференциальные, балансные и направленного действия. Нормальные электромагниты срабатывают при токе, значение которого может изменяться в пределах допуска на значение напряжения источника; минимальные электромагниты отпускают якорь при достижении током заранее установленного минимального значения; максимальные электромагниты притягивают якорь при достижении током заранее установленного максимального значения: дифференциальные электромагниты срабатывают при наличии разности намагничивающих сил (ампервитков) обмоток, поля которых направлены встречно; балансные электромагниты срабатывают при достижении суммой витков всех обмоток заранее установленного минимального или
58
(3.18)с учетом которого находят
(3.19)Таким образом, выбор электродвигателя и передаточного числа редуктора сводится к следующему:
а) по формуле (3.16) находят необходимую мощность двигателя;
б) в справочных данных выбирают двигатель с номинатьной мощно
стью, равной или несколько больше подсчитанной;
в) по формуле (3.18) определ яют ;
г) находят
по формуле (3.19) и проверяют выполнение условия д) проверяют двигатель по частоте вращения
Многие следящие системы рассчитывают применительно к эквивалентному синусоидальному режиму
где амплитуда А и эквивалентная частота wэ определяются но найденным экспериментально максимальной частоте вращения