Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

свое направление. Вследствие этого направление вращения опре­ деляется положением контактов реле. Скорость вращения после разгона устанавливается постоянной. Характеристика сервомото­ ра является релейной. Достоинством сервомоторов этого типа яв­ ляется большой пусковой момент, обусловленный тем, что в мо­ мент разгона тон возбуждения максимален и равен току якоря. Управление таким двигателем осуществляется от релейного уси­ лителя, но это является его недостатком, так как релейные уси­ лители имеют разрывные характеристики. Для получения плав­ ных характеристик можно применить вибрационную линеариза­ цию.

Р и с. 2.56. Схема сервомотора постоян­ ного тока с последовательным возбуж­ дением

В конструктивном отношении сервомотор с последовательным возбуждением аналогичен двигателю с независимым возбужде­ нием.

Электродвигатели данного типа попользуются в качестве при­ вода створок капотов, в механизме управления триммерами, в прицелах и т. п.

При эксплуатации сервомоторов постоянного тока необходи­ мо учитывать наличие щеточно-коллекторного узла, .что влечет за собой ограничение высотности и снижение эксплуатационной на­ дежности. Свободными от этих недостатков являются сервомото­ ры переменного тока, не имеющие подвижных контактов.

3- Электрические двигатели переменного тока

В системах автоматического регулирования широкое приме­ нение нашли двухфазные асинхронные двигатели небольшой мощности. Они выполняются в виде двигателей с короткозамкну­ тым ротором или в виде двигателя е тонкостенным полым ро­ тором. Такой двигатель иногда называют индукционным. Кон­ струкция индукционного двигателя типа ДИД-0,5 приведена на рис. 2.57. Схематическое изображение двухфазного асинхронного двигателя приведено на рис. 2.58. Здесь обмотка возбуждения w aподсоединяется через фазосдвигающую схему или через кон­ денсатор к сети переменного тока. К управляющей обмотке w y подводится напряжение иу, амплитуда и фаза которого меняются

154

соответственно сигналу управления. Обе обмотки уложены в -пазах статора. Оси обмоток сдвинуты в пространство на 90°. При на­ личии напряжения в управляющей обмотке в статоре образуется вращающееся эллиптическое магнитное поле. Это поле создает

Р в с. 2.57. Конструкция двухфазного индукционного дви­ гателя с полым ротором;

/ — к о р п у с ; 2 — с т а т о р ; 3 — п о д ш и п н и к и ; 4 — р о т о р

токи в стержнях короткозамкнутой обмотки либо в теле цилинд­ ра ротора индукционного двигателя. Взаимодействие поля наве­

dt

155 •

где Т —- электромеханическая постоянная времени;

k — коэффициент усиления сервомотора.

Передаточная функция сервомотора переменного тока W(p) =

= ^ ^ ^ — есть произведение инерционного и интегрирующего

звеньев. При питании двигателя напряжением с частотой 400 Гц Т примерно равна 0,05-^- 0,04 с. Так, например, электромехани­ ческая .постоянная времени двухфазного индукционного двигате­ ля типа ДИД-0,5, широко применяемого в самолетном оборудо­ вании, -составляет 0,1 с, а его коэффициент усиления равен 47 1/сВ. Вследствие отсутствия щеток момент трения у таких дви­ гателей имеет малую величину, -следовательно, он может начать вращаться при небольшом пусковом напряжении, меньшем, чем, например, двигатель постоянного тока. Напряжение трогания двигателя составляет 0,4 В. Другим преимуществом этого двига­ теля по сравнению -с двигателем постоянного тока является то, что он потребляет меньшую мощность от усилителя, так как большая часть мощности потребляется непосредственно из -сети. Недостатком индукционного двигателя является больший вес, приходящийся на единицу мощности по сравнению с двигателем ■постоянного тока, и большее значение постоянной Г. Вес двигате­ ля ДИД-0,5 составляет 50 г, а мощность на валу равняется 0,3 Вт.

По сравнению с двигателями постоянного тока сервомоторы переменного тока отличаются более высокой надежностью и не требуют повышенного внимания при эксплуатации.

4. Электрические сервомоторы с фрикционными электромагнитными муфтами

Общим недостатком рассматриваемых сервомоторов является их инерционность, довольно значительная постоянная времени Т. Чтобы исключить влияние инерционности электрического серво­ двигателя на динамику САР, применяют электрические серво­ моторы с фрикционными электромагнитными муфтами. При на­ личии такой муфты электродвигатель всегда включен в сеть и вращается с постоянной скоростью в одну сторону.

На рис. 2.59 схематически показано устройство реверсивной электромагнитной муфты. С помощью двигателя с постоянной скоростью в различных направлениях вращаются шестерни 2 и 4. К шестерням электромагнитами 1 и 5 прижимается диск 3 с пробковыми фрикционными накладками. Под влиянием сигнала управления в-клю-ченным оказывается один или другой электро­ магнит. Следовательно, направление вращения выходного -вала 7 сервомотора определяется знаком сигнала управления. На вы­ ходном валу сервомотора помещен тахогенератор переменного тока 6 для создания обратной связи по -скорости. Характеристика

156

сервомотора является релейной, однако в сервомоторе применя­ ется вибрационная линеаризация. В этом случае средняя ско­ рость выходного вала будет пропорциональна управляющему напряжению иу.

Рис . 2.59. Устройство реверсивной электромагнитной муфты с тахогенератором

Если пренебречь временем срабатывания электромагнитных муфт, то уравнение вибрационно-линеаризованного сервомотора в зоне линейности может быть представлено уравнением интег­ рирующего звена

<2-103>

_

где -----1- = о)с0 — средняя угловая скорость выходного вала;

иу — управляющий сигнал.

Если учесть время срабатывания электромагнитных муфт, то уравнение линеаризованного сервомотора примет вид:

шсР = kuy(t - т),

где t — время срабатывания муфты, а его передаточная функ­ ция

W(p) — ke-v.

Недостатками сервомоторов с фрикционными муфтами явля­ ются: сложность конструкции, значительный вес, приходящийся на единицу полезной мощности, износ фрикционных поверхно­ стей и непостоянство коэффициента трения.

5.Сервомоторы с порошковыми муфтами

Воснове принципа действия порошковых муфт лежит спо­ собность ферромагнитного порошка изменять свои механические свойства под действием магнитного поля. В качестве ферромаг­ нитной массы используются частицы карбонильного железа диа­ метром ІО“2 н- ІО“4 мм, смешанные с жидким или порошкообраз­

157

ным за.полнителем. Если такую массу поместить в магнитное по­ ле, то частицы железа располагаются по силовым линиям, обра­ зуя своеобразные цепочки. При этом механические свойства фер­ ромагнитной массы изменяются, она как бы загустевает. С уве­ личением напряженности магнитного поля вязкость ферромаг­ нитной массы заметно возрастает. Конструкция порошковой муф­ ты цилиндрического типа изображена на рис. 2.60. Ведущая часть муфты представляет собой стальной цилиндр 2. Ведомая часть выполнена в виде тонкостенного стакана 4, расположенного между магнитопроводом 5 и цилиндром 2 ведущей части. Фер­ ромагнитная масса заполняет цилиндрические зазоры изнутри и снаружи стакана 4. Управляющая обмотка 3 расположена в ци­ линдрическом магиитопроводе 5, жестко соединенном с ведущей частью. Питающее напряжение подводится к управляющей об­ мотке через кольца 1.,

Если магнитного поля нет, то на ведомую часть передается незначительний момент, обусловленный трением в ненамагничен­ ной смеси. При протекании тока по управляющей обмотке возни­ кает магнитное поле (магнитные силовые линии показаны пунктиром на рис. 2.60). Смесь загустевает, и на ведомую часть передается значительный момент.

Запишем уравнение движения муфты, пренебрегая моментом нагрузки

J ---- = Л'І—kt i, dt

где M — вращающий момент;

] — момент инерции подвижных частей муфты; со— угловая скорость выходной оси;

ki— коэффициент пропорциональности; і — ток в обмотке управления.

Если за входную величину принимаются ток і, а за выходную

158

угловая скорость ш выходного вала, то передаточная функция муфты — интегрирующее звено

Обычно входной величиной является не ток, а управляющее на­ пряжение Wy, тогда необходимо учитывать связь

L —— Ri = му,

где L,R — соответственно индуктивность и активное сопротив­ ление обмотки управления.

Тогда передаточные функции муфты будут

где &= — — коэффициент усиления;

Достоинством порошковых муфт является плавная зависи­ мость передаваемого момента от тока в управляющей обмотке. Это свойство оказывается удобным для использования порош­ ковых муфт в сервомоторах САР.

Схема сервомотора с порошковыми муфтами приведена на рис. 2.61. Сервомотор имеет две порошковые муфты 3 и 4, управ­ ление которыми осуществляется через электронный усилитель 1 и 2. Выходной вал сервомотора соединяется с тахогенератором 5, сигнал с которого подается на вход электронного усилителя. Та­ ким образом осуществляется скоростная обратная связь, улуч­

159