Содержание к диссертации
Введение
Г л а в а I. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1.1. Постановка задачи
1.2. Зависимость основных параметров исполнительных двигателей от главных размеров и электромагнитных нагрузок 22
1.3. Электромагнитные нагрузки и основные геометрические соотношения 35
1.4. Сравнение исполнительных двигателей 38
Выводы..
Глава 2. ТАХОГЕНЕРАТОРИ С ГЛАДКИМ ЯКОРЕМ
2.1. Особенности тахогенераторов с гладким якорем 73
2.2. Связь параметров тахогенератора с геометрией якоря и индукцией в зазоре .
2.3. Проектирование тахогенератора с максимальной крутизной
2.4. Проектирование тахогенератора с минимальным моментом инерции при заданных основных параметрах 121
Выводы..
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЯЕЙ-ТАХОГЕНЕРАТОРОВ
С ГЛАДКИМ ЯКОРЕМ
3.1. Анализ и выбор конструкции совмещенного исполнения двигателя-тахогенератора
3.2. Взаимосвязь и влияние параметров двигателя и тахогенератора
3.3. Оптимальное проектирование быстродействующих двигателей-тахогенераторов малой мощности
3.4. Конструкциятехнические данные и примеры применения двигателей-тахогенераторов с гладким якорем 155
Выводы ..
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ-ТАХОГЕНЕРАТОРОВ С ГЛАДКИМ ЯКОРЕМ
4.1. Определение динамических параметров двигателей»* тахогенераторов с гладким якорем
4.2. Анализ точности методик измерения параметров тахогенератора
4.3. Измерение и исследование параметров тахогенератора с гладким якорем 182
4.4. Исследование равномерности вращения двигателей-тахогенераторов с гладким якорем .197
Выводы 209
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . .217
ПРИЛОЖЕНИЯ:
1. Условные обозначения двигателей, принятые при построении зависимостей в 1-й главе
2. Программа расчета тахогенератора с максимальной крутизной "ТАХО" 229
3. Программа расчета оптимального тахогенератора с гладким якорем "ТГ-І" 236
4. Технические данные тахогенераторов постоянного тока .29/
5. Пример расчета двигателя-тахогенератора МИГ-40ДТ. ±29$
Акт научно-технической комиссии о реализации научных положений и выводов кандидатской диссертации
Акт о внедрении результатов диссертационной работы в опытно-конструкторскую работу, выполняемую НПО "Квант" .25
- Зависимость основных параметров исполнительных двигателей от главных размеров и электромагнитных нагрузок
- Особенности тахогенераторов с гладким якорем
- Анализ и выбор конструкции совмещенного исполнения двигателя-тахогенератора
- Определение динамических параметров двигателей»* тахогенераторов с гладким якорем
Зависимость основных параметров исполнительных двигателей от главных размеров и электромагнитных нагрузок
Для проведения сравнения целесообразно установить однотипные зависимости рассматриваемых параметров от главных размеров - диаметра якоря JJ , активной длины , высоты обмоточного слоя h (рис. I.3-1.8) и электромагнитных нагрузок - ин дукции в зазоре Bs , линейной нагрузки А
Электромагнитный мом єн т , как известно [іЗ,Я4,41],пропорционален объему якоря и произведению электромагнитных нагрузок где Ом - коэффициент использования якоря,пропорциональный коэффициенту использования Эсс она К А Щ (СІМ= KA/ 2JT)I с с - расчетный коэффициент полюсного перекрытия, активная длина якоря
С ростом момента и диаметра якоря увеличивается сечение меди и линейная нагрузка.Для закрытых машин малой мощности,как показывают расчеты и исследования [ 5, 6,23,],можно принять, что линейная нагрузка пропорциональна корню квадратному из диаметра якоря
Здесь (А-і) - тепловая нагрузка якоря,пропорциональная уцель-ному тепловому потоку с единицы поверхности 2 = L J\ ; / з коэффициент заполнения обмотки медью; А#=т} относительная высота обмоточного слоя.
Момент инерции якоря, играющий важнейшую роль в определении динамических возможностей двигателей, зависит в основном от формы, размеров якоря и его плотное ти. Он может быть представлен в виде здесь Уа - момент инерции активной части якоря;
Момент инерции активной части якоря представляем для всех конструкций в виде момента инерции цилиндра с наружным диаметром, равным диаметру якоря В
Особенности тахогенераторов с гладким якорем
Применение гладкой конструкции якоря в тахогенераторе постоянного тока так же, как и в двигателе, позволяет улучшить его качество. К общим для тахогенераторов постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов достоинствам: полному отсутствия фазовой ошибки и независимости выходной характеристики U -f((jj)tn характера нагрузки [52], отсутствию потребления энергии на возбуждение и практической независимости магнитного потока от нагрева [ 52J,добавляется ряд качественно новых преимуществ.Полностью устраняются зубцовые пульсации напряжения, снижаются полюсные пульсации,уменьшается погрешность отображения функциональной зависимости (нелинейность) и асимметрия тахогенератора [53J,снижается момент инерции якоря. Все эти преимущества связаны с особенностями конструкции якоря ,4,54,55].
Во второй главе на основе анализа этих особенностей и полученных аналитических зависимостей разработана методика проектирования тахогенератора постоянного тока с гладким якорем (ГЯ) с возбуждением от постоянных магнитов для быстродействующих систем автоматики. Рассмотрено независимое проектирование тахогенератора, изготавливаемого как отдельная электрическая микромашина, в отличие от совместного проектирования тахогенератора и двигателя (глава 3).
Основные особенности гладкой конструкции якоря (рис.2.1), обеспечивающие перечисленные выше преимущества: отсутствие насыщающихся зубцов, большой немагнитный зазор.
Устранение зубцов полностью исключает продольные и поперечные колебаний магнитного потока, пульсации э.д.с. и напряжения тахогенератора,вызываемые этими колебаниямиОтсутствие в магнитной цепи наиболее насыщающейся части - зубцов и увеличение в четыре,пять раз немагнитного зазора существенно снижает поперечный и продольный магнитный поток якоря,что уменьшает погрешность тахогенератора и его асимметрию.Увеличение немагнитного зазора значительно снижает полюсные пульсации тахогенератора, которые, как известно [1$,обратно пропорциональны зазору «При одинаковых технологических отклонениях при изготовлении деталей (эксцентриситете,нецилиндричности) полюсные пульсации в тахогенераторе с гладким якорем в несколько раз меньше.
Анализ и выбор конструкции совмещенного исполнения двигателя-тахогенератора
Во многих системах автоматического регулирования для повышения динамических свойств,увеличения устойчивости,добротности системы или ее точности используется обратная связь по скорости. Электрический сигнал,пропорциональный скорости вращения,может быть получен с помощью различных датчиков [80J.
Одним из перспективных решений для датчика обратной связи по скорости в быстродействующих,реверсивных,широкорегулируемых системах автоматики является тахогенератор постоянного тока с гладким якорем.Причем,часто наилучшим решением является совмещенная конструкция исполнительного двигателя и датчика скорости.При этом устраняются неточности соединения двигателя и тахогенератора, т.е. полностью исключаются оборотные пульсации напряжения в сигнале тахогенератора.Уменыпается суммарный момент инерции агрегата,снижается его вес и габариты,так как ряд деталей и узлов становятся общими: щит,корпус,вал,подшипник.Такая конструкция позволяет при заданных требованиях к системе автоматики за счет оптимального сочетания динамических характеристик двигателя,чувствительности тахогенератора и одновременного выбора и расчета структуры системы и коэффициентов усиления в контурах обратной связи получать близкие к предельным динамические характеристики систем. .
К недостаткам совмещенных конструкций можно отнести усложнение проектирования и изготовления агрегата по сравнению с раздельным вариантом,возможность электршагнитных наводок в обмотке тахогенератора, особенно при импульсном питании двигателя и при значительных бросках тока в цепи якоря двигателя в переходных режимах. Заданность характеристик тахогенератора,входящего в агрегат,также ограничивает возможности вариации соотношения параметров двигателя и тахогенератора при использовании их в различных системах автоматики.
В Ш-й главе рассмотрены вопросы проектирования совмещенных двигателей-тахогенераторов с гладким якорем. Выбор конструктивной схемы представляет собой один из первых и важных вопросов проектирования.Наиболее простой является конструкция аграгата с общей магнитной системой и пакетом якоря (рис.3.1,а).При этом получается наиболее компактная конструкция,мало отличающаяся по габаритам и весу от соответствукщего двигателя.Незначительное увеличение диаметра якоря и немагнитного зазора почти не изменит момент инерции якоря и индукцию в зазоре при той же магнитной сиетеме,либо для поддержания прежней индукции потребует небольшого увеличения высоты магнита. Длина якоря немного увеличится за счет коллектора тахогенератора.Крутизна выходной характеристики тахогенератора будет значительной,так как магнитный поток и число проводников,размещаемых на относительно большом диаметре якоря двигателя,будут больше,чем у маломощных та-хогенераторов,имеющих обычно существенно меньший объем якоря. Однако недостатки этой схемы: сильное влияние изменений тока якоря двигателя на сигнал тахогенератора и нагрева двигателя на дополнительную погрешность тахогенератора,делают ее неприемлемой для высокоточных электроприводов.
Определение динамических параметров двигателей - тахогенераторов с гладким якорем
Важнейшими параметрами исполнительных двигателей при их проектировании,сравнении и выборе для конкретного применения являются,как известно,динамические параметры: номинальное ускорение Є= ҐІ/У\ динамический параметр W- Н\ электромеханическая Тм и электромагнитная Та постоянные времени.В настоящем разделе рассмотрены особенности расчета и экспериментального определения этих параметров для двигателей-тахогенераторов с гладким якорем.
При расчетах а , Wa и Тма. необходимо,во-первых, учитывать, что момент инерции агрегата Уа включает в себя не только моменты инерции якорей двигателя и.тахогенератора,но и дополнительный момент инерции конструктивных частей,расположенных на одном с ними валу.Этот дополнительный момент инерции может быть соизмерим с моментом инерции тахогенератора.Во-вторых, при расчете вращающего момента двигателя в агрегате необходимо учитывать момент сопротивления холостого хода и номинальный момент тахогенератора,что особенно важно для малых номинальных моментов двигателя ( 0,01 Нм).Расчет динамических параметров двигателей-тахогенераторов с гладким якорем проводится по известным формулам (1.7; І.І9; І.2І; 1.29).