WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)» (МИЭМ) Кафедра «Управление и информатика в технических системах » ИССЛЕДОВАНИЕ ТАХОГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЭВМ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе по дисциплине «ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ» Москва 2012 Составители: д.т.н., проф. Арменский Е.В.

к.т.н., проф. Фалк Г.Б.

к.т.н., доц. Денисова Т.С.

к.т.н., доц. Ваганова М.Ю.

аспирант Шабанов Н.С.

студ. Семина Е.Ю.

Основным содержанием работы является обучение по теме «Электромеханические устройства и системы постоянного тока» на основе экспериментального исследования основных характеристик тахогенераторов постоянного тока, в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности «Управление и информатика в технических системах» - 220100.

УДК 65.011.56 Исследование тахогенератора постоянного тока с использованием ПЭВМ: метод.

указания к лаб. работе по дисциплине “Электромеханические устройства и системы”/ Моск. Гос. институт электроники и математики; сост. Е.В. Арменский, Г.Б. Фалк, Т.С.

Денисова, М.Ю. Ваганова, Н.С. Шабанов, Е.Ю. Семина. 2012, С.29.

Табл. 6., Ил.6., Библиогр.: 2 назв.

2 Содержание Стр.

1.Описание предметной области. Конструкция, принцип действия и характеристики тахогенераторов постоянного тока 4 2. Описание стенда ЭМП1-К 9 3. Выполнение лабораторной работы 11 3.1. Цель лабораторной работы 11 3.2. Порядок выполнения лабораторной работы 12 3.3. Выполнение заданий по лабораторной работе 13 4. Содержание отчета по лабораторной работе 26 Литература 27 Приложение 27 3 1.Описание предметной области Предметом исследования являются основные характеристики тахогенераторов постоянного тока (ТГПТ).

Конструкция, принцип действия и характеристики тахогенераторов постоянного тока.

Общие сведения и конструкция. Тахогенераторами называют электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости в пропорциональный электрический сигнал.

Выходная характеристика тахогенератора, т.е. зависимость между входной величиной – угловой скоростью вала и выходной – напряжением Uвых выходной обмотки, имеет вид U =Ктг, (1) вых где Ктг – коэффициент передачи, равный крутизне тахогенератора;

Sтг= Uвых/ – крутизна.

Основные требования, предъявляемые к тахогенераторам, состоят в следующем:

- минимальная погрешность отображения функциональной зависимости, под которой понимают отклонение выходной характеристики от линейной зависимости;

- максимальная крутизна.

В качестве ТГПТ используются коллекторные микромашины и, менее часто, машины малой мощности постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или возбуждением от постоянных магнитов. Эти машины по конструкции якоря (вращающейся части) подразделяют на три типа: с барабанным якорем (рис.1), с дисковым якорем (рис.2) и с полым немагнитным якорем (рис.3).

Машины с полым и дисковым якорями имеют ряд преимуществ перед машинами, имеющими барабанный якорь. Основное преимущество – момент инерции полого и дискового якоря значительно меньше, чем у барабанного.

Следовательно, влияние момента инерции тахогенератора на быстродействие привода в целом будет минимальным.

Однако машины с полым немагнитным и дисковым якорями менее надежны при высоких температурах, вибрациях и ударах, т.к. вероятность деформации у таких якорей в данных условиях больше, чем у барабанных.

1 – Корпус 2 – Сердечники главных полюсов 3 – Сосредоточенная обмотка возбуждения главных полюсов 4 – Сердечники дополнительных полюсов 5 – Обмотка возбуждения дополнительных полюсов 6 – Сердечник якоря 7 – Распределенная обмотка якоря 8 – Коллектор 9 – Щётки 10 – Вал Рис. 1. Конструкция ТГПТ с барабанным якорем.

1 – Постоянные магниты 2,3 – Кольцевые магнитопроводы 4 – Полюсные наконечники 5 – Немагнитный дисковый якорь 6 – Щетки Рис.2. Конструкция ТГПТ с дисковым якорем.

1 – Внешний статор 2 – Полый немагнитный якорь 3 – Внутренний статор 4 – Коллектор 5 – Щётки 6 – Корпус 7 – Подшипниковые щиты 8 – Подшипники 9 – Вал Рис.3. Конструкция ТГПТ с полым немагнитным якорем.

Преимуществом машин с постоянными магнитами является то, что их магнитный поток очень мало зависит от температуры двигателя, в то время как в машинах с электромагнитным возбуждением при изменении температуры меняются сопротивление и ток обмотки главных полюсов и основной магнитный поток. Следовательно у ТГПТ с постоянными магнитами эксплуатационная температурная погрешность может быть меньше.

Принцип действия и характеристики. Тахогенераторы постоянного тока (рис.4,а), как отмечалось ранее, представляют собой машины постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или возбуждением от постоянных магнитов. У таких машин, если не учитывать реакцию якоря, магнитный поток возбуждения Фв не зависит от тока якоря. Это позволяет использовать в качестве выходной характеристики ТГПТ зависимость напряжения Uя от угловой скорости якоря при сопротивлении нагрузки Rн=const.

Электродвижущая сила якоря Eя прямо пропорциональна магнитному потоку возбуждения и угловой скорости якоря. Следовательно, можно записать, что Eя=Sтг.о (2) где Sтг.о=кФв крутизна тахогенератора при х.х.; к – конструктивный коэффициент.

Выражение (2) – это уравнение выходной характеристики тахогенератора постоянного тока при х.х., т.е. при разомкнутой цепи якоря. Данная линейная зависимость показана на рис.4,б (для Rн= ).



Рис.4 Принцип действия и характеристики ТГПТ При подключении обмотки якоря к прибору или устройству с конечным значением входного сопротивления выходное напряжение будет меньше ЭДС Uя=Eя–IяRця, ( 3 ) где Iя – ток якоря; Rця – сопротивление цепи якоря, равное сумме сопротивлений U я обмотки Rя и щеток. Так как по закону Ома, то с учетом (2) I = я Rн EЯ Uя= (4) RЦЯ = Sтг, 1+ RН где крутизна при нагрузке SТГО.

Sтг= (1+RЯ RН).

Уравнение (4) свидетельствует о линейности выходной характеристики тахогенератора постоянного тока при постоянных магнитном потоке возбуждения и сопротивлении щеток. На рис.4,б представлены выходные характеристики, соответствующие уравнению (4) для двух конечных значений сопротивления нагрузки Rн1 и Rн2, причем Rн1>Rн2.

Выходная характеристика реального тахогенератора может отличаться от идеальной линейной зависимости (4), т.е. у ТГПТ может быть ряд погрешностей, особенно при нагрузке.

1) Принципиальная погрешность отображения заданной функциональной зависимости, связанная с размагничивающим действием поперечной реакции якоря при нагрузке. При росте скорости, и соответственно ЭДС, тока и потока якоря, нелинейно ослабляется поток возбуждения. Следовательно, ЭДС якоря при нагрузке не является постоянной величиной для данной угловой скорости якоря, а зависит от нагрузки, выходная характеристика становится нелинейной (штрихпунктирная линия на рис (4,б).

2) Конструктивная погрешность, связанная с наличием у большинства тахогенераторов постоянного тока графитовых щеток. Графит является нелинейным проводником и у графитовых щеток постоянным является не сопротивление, а падение напряжения Uщ. Это соответствует характеру зависимости сопротивления графита от плотности тока в нем. В таком тахогенераторе напряжение на выводах якоря при нагрузке Uя=Eя–Uщ–IяRя ( 5 ), и характеристика начинается не из нуля (штрих-пунктирная линия на рис 4,б.), так как при малой угловой скорости якоря ЭДС меньше падения напряжения в щетках и Uя=0. Это означает, что тахогенератор имеет зону нечувствительности ЗН – диапазон угловых скоростей ротора, в пределах которого выходное напряжение практически равно нулю.

3) К технологическим погрешностям ТГПТ относится асимметрия – отклонение выходных напряжений тахогенератора от среднего значения в режиме нагрузки при равных угловых скоростях и разных направлениях вращения ротора.

При неточной установке щеток на геометрической нейтрали появляется продольная реакция якоря, которая при одном направлении вращения и полярности тока будет намагничивающей, при другом – размагничивающей. Значение асимметрии (%):

(U -U )100% ЯЧ ЯПЧ АТГ = (6), (U + U ) ЯЧ ЯПЧ где Uяч и Uя пр соответственно напряжения на якоре при вращении по часовой и против часовой стрелки.

4) Определенную погрешность в работу тахогенератора постоянного тока вносят пульсации выходного напряжения, которое не является постоянным во времени при постоянной угловой скорости ротора. Пульсации относятся к конструктивно-технологическим погрешностям тахогенератора. Якорные пульсации вызываются изменением магнитного сопротивления и, как следствие, магнитного потока в пределах оборота якоря, которое может быть обусловлено эллиптичностью или эксцентриситетом якоря; частота этих пульсаций пропорциональна. Зубцовые пульсации связаны с изменением магнитного потока под полюсом вследствие зубчатости поверхности якоря; их частота пропорциональна и числу зубцов. Коллекторные пульсации вызываются периодическим изменением числа катушек в параллельных ветвях обмотки якоря вследствие замыкания части катушек при коммутации и вибрацией щеток на коллекторе: их частота пропорциональна и числу коллекторных пластин.

Зубцовые и коллекторные пульсации являются высокочастотными и весьма легко сглаживаются LC-фильтрами. У прецизионных тахогенераторов амплитуда пульсации не превышает 0,1–1% от среднего значения напряжения.

5) Эксплуатационные погрешности. Например, при электромагнитном возбуждении возможна температурная погрешность вследствие нагрева обмотки полюсов, повышения ее сопротивления и уменьшения тока возбуждения и выходного напряжения. Такая же погрешность возможна при колебании напряжения в сети, питающей обмотку полюсов. Тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов не имеет указанных эксплуатационных погрешностей.

2. Описание стенда ЭМП1-К.

Стенд ЭМП1-К предназначен для проведения лабораторных занятий по дисциплине «Электромеханические устройства и системы».

Машинная часть стенда представляет собой соединенные механически машину постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель и маховик.

Технические данные этих машин приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические данные электрических машин и преобразователя Машина постоянного тока (код 101.2) ПЛ-Номинальная мощность, Вт Номинальное напряжение якоря, В Номинальный ток якоря, А 0,Номинальная частота вращения, мин–1 Возбуждение Независимое /параллельное/ последовательное Номинальное напряжение возбуждения, В Номинальный ток обмотки возбуждения, А 0,КПД, % 57,Направление вращения любое Режим работы двигательный/генераторный Асинхронный двигатель (код 106) АИР Число фаз на статоре Схема соединения обмоток статора / Y Частота тока, Гц Номинальная полезная активная мощность, Вт Номинальное напряжение, В 220 / Номинальный ток статора, А 0,73 / 0,КПД, % 0,cos H Номинальная частота вращения, мин–1 Маховик Момент инерции, Нмс2 0,Масса, кг, не более Преобразователь угловых перемещений ВЕ 178А (код 104) Количество выходных каналов Выходные сигналы серия импульсов и опорный импульс Число импульсов за оборот в серии Диапазон изменения рабочих частот 0…вращения вала, мин-В данной лабораторной работе машина постоянного тока исследуется в режиме тахогенератора, асинхронный двигатель с частотным управлением используется для вращения ротора тахогенератора с регулируемой в определенном диапазоне скоростью. Маховик используется для сглаживания электромеханических переходных процессов при исследовании машин. На одном валу с машинами находится ротор оптоэлектронного преобразователя угловых перемещений, используемого для измерения частоты вращения роторов машин.





Аппаратная командно-измерительная часть стенда представляет собой набор панелей, из которых, как из кубиков конструктора, может быть собрана требуемая схема исследования. Код аппаратуры указан на лицевой части каждой панели и, для удобства, приведен на электрических схемах методических указаний.

Перечень силовых и командно-измерительных устройств, используемых в данной лабораторной работе, с их условными обозначениями на схемах, приведен в таблице 2.

ВНИМАНИЕ! В стенде используется довольно высокое напряжение до 380 В. Будьте осторожны и внимательны при работе, существует опасность поражения электрическим током. В случае возникновения нештатных ситуаций (возгораний, задымлений и т.д.) немедленно отключите трехфазный источник питания G1, нажав на кнопку «гриб красный», отключите неисправный блок. Сообщите о случившемся сотрудникам кафедры.

Таблица 2. Перечень устройств Обозначение Наименование Код Параметры G1 Трехфазный источник питания 201.2 ~ 380 В / 16 А - 0…250 В / 3 А Источник питания двигателя (якорь) G2 206.постоянного тока - 200 В / 1 А (возбуждение) 120 Вт / Асинхронный двигатель с G4 106 ~220/380 В / Y / короткозамкнутым ротором 1350 мин-6 вых. каналов / Преобразователь угловых G5 104 импульсов за оборот перемещений (оптоэлектронный) 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / G6 Машина постоянного тока 101.2110 В / 0,25 А (возбуждение) 0...100 Гц G7 Частотный преобразователь 3220 В; 3 А 0…2000 Ом;

А3 Реостат 308.0,1…0,3 А 3 измерительных преобразователя «ток – напряжение» 5 А/1 А – ±5 В;

А11 Блок датчиков тока и напряжения 402.3 3 измерительных преобразователя «напряжение – напряжение» 1000 В/100 В – ±5 В 6 розеток с А12 Терминал 304 8 контактами;

68 гнезд 8 аналог. диф. входов;

2 аналог. выхода;

А13 Коннектор 8 цифр. входов / выходов IBM совместимый, монитор, мышь, клавиатура, принтер;

А15 Персональный компьютер 550 плата сбора информации National Instruments PCI-6024E P1 Указатель частоты вращения 506.2 -2000…0…2000 мин-3 мультиметра – 0...1000 В / Р2 Блок мультиметров 508.2 ~0...700 В 0...10 А / 0…200 МОм 3. Выполнение лабораторной работы.

3.1. Цель лабораторной работы.

Целью лабораторной работы является изучение конструкции и принципа работы тахогенератора постоянного тока и проведение опытов, необходимых для определения его основных характеристик. В данной работе исследуются характеристики коллекторного ТГПТ с независимым электромагнитным возбуждения и якорем барабанного типа.

Принципиальная схема исследования показана на рис.5. Постоянное напряжение подаётся на обмотку возбуждения (В) исследуемого тахогенератора постоянного тока (ТГПТ) от неуправляемого выпрямителя (НВ). Ротор тахогенератора приводится во вращение трехфазным асинхронным двигателем (АД), скорость которого регулируется с помощью преобразователя частоты (ПЧ).

Напряжение на якоре (Я) тахогенератора измеряется с помощью мультиметра в режиме вольтметра (V) и системы «Многоканальный осциллограф» (Осц.). С помощью реостата (Rн) регулируется сопротивление нагрузки в цепи якоря тахогенератора. Измерение частоты вращения ротора ТГПТ осуществляется электронным импульсным измерителем скорости ИС.

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема исследования 3.2. Порядок выполнения лабораторной работы.

1.Ознакомиться с конструкцией испытательного стенда, записать технические данные машины постоянного тока, исследуемой в качестве ТГПТ, и измерительных приборов, используемых в работе.

2.Провести опыты по определению выходной характеристики ТГПТ при холостом ходе и при нагрузке.

3.Произвести опыты по определению внешней характеристики ТГПТ.

4.Произвести опыты по определению асимметрии выходного напряжения ТГПТ.

5.Произвести опыты по анализу формы выходного напряжения ТГПТ и отображением и регистрацией временных диаграмм напряжения на ПЭВМ.

6.Выполнить необходимые расчеты и построить характеристики.

7.Оформить отчёт по работе.

3.3. Выполнение заданий по лабораторной работе.

Задание 1. Собрать схемы исследования тахогенератора (рис.6), которые являются базовыми для проведения опытов в заданиях 2, 3, 4 и 5.

В заданиях 2, 3 и 4 для приведения во вращение якоря тахогенератора с переменной частотой вращения используется трехфазный асинхронный двигатель с частотным регулированием скорости, работающий в схеме замкнутого по скорости электропривода под управлением ПЭВМ.

В задании 5 для приведения во вращение якоря тахогенератора с переменной частотой вращения используется трехфазный асинхронный двигатель с частотным регулированием скорости, работающий в схеме разомкнутого электропривода.

Примечания:

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.