Контрольная работа по "Исполнительные устройства систем управления"

     Министерство  образования и науки Украины

     Севастопольский национальный технический университет 
 
 
 
 
 

     КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

     по  дисциплине "Исполнительные устройства систем управления" 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил:

     ст. гр. АКТ-61 з

     Зиновьев  К.И.

     Проверил:

     Семёнов В.И. 
 
 
 
 
 

     Севастополь 2005

 

      1. Опишите конструкцию, принцип  действия и свойства электромагнитных  поляризованных исполнительных  устройств. 

     2. Магнитные опоры: определение,  классификация опоры на постоянных  магнитах.

     3. Исполнительные двигатели постоянного  тока: определение, устройство и  принцип действия и свойства  малоинерционных двигателей.  

     ИДПТ  предназначен для работы в системах автоматического регулирования  и управления (САРиУ) как преобразователя  электрического сигнала, вырабатываемого  устройством управления САРиУ, в  скорость вращения или угол поворота вала двигателя.

     Работа  двигателя основана на взаимодействии двух магнитных полей, при котором  возникает механическая сила, приложенная  к источникам этих полей, обладающих инерционной массой. Поэтому в  конструкцию машины должны входить  два источника полей. Один располагается  на неподвижной части машины (неподвижность  обеспечивается креплением к фундаменту), имеет явно выраженные полюсы чередующейся полярности и называется индуктором. Если полюса выполнены из магнитотвердого  материала, индуктор называется магнитоэлектрическим. Если полюса выполнены из магнитомягкого материала, на них размещены катушки, а поле индуктора создается током, протекающим по катушкам, то индуктор - электромагнитный. Поле, создаваемое  индуктором, называется полем возбуждения  машины. Второе поле создается током, протекающим по проводникам, уложенным  на подвижной части машины, которая  называется якорем. Подвод тока от неподвижного источника к вращающимся проводникам  якоря осуществляется щетками и  коллектором. Для нормальной работы машины, передачи вращающего момента, обеспечения необходимой жесткости  и прочности активных частей в  конструкцию ИДПТ входят также вал, подшипники, подшипниковые щиты, щеткодержатели. Для охлаждения машины в некоторые конструкции вводится вентилятор. Конструкция ИДПТ показана на рис.1.

     Неподвижная часть машины называется статором. Он - рис.2 может быть собранным (а) или  шихтованным (б). Статор состоит из станины 1, к которой крепятся главные  полюса 2. Число полюсов у малых  машин постоянного тока обычно равно  двум или четырем. Полюс состоит  из сердечника 2, катушки возбуждения 3 и полюсного наконечника 4. Магнитный  поток, проходящий по сердечнику полюса, постоянен, а в полюсных наконечниках он обычно имеет пульсирующую составляющую от реакции якоря. Поэтому сердечник  полюса может быть литым, а полюсной наконечник должен быть шихтованным (для  уменьшения вихревых токов). Катушки  полюсов изготавливают из медного  изолированного провода. Станина представляет собой короткий полый цилиндр, по которому проходит магнитный поток  от одного полюса к другому. Станина  также является основным конструктивным элементом статора, обеспечивающего  жесткость и прочность всего  индуктора. К статору крепятся подшипниковые  щиты, он снабжен лапами для установки  на фундаменте, изготавливается из стального проката или стального  литья. 

     

     Рис.1 Конструкция исполнительного двигателя  постоянного тока.

 

      1-крышка подшипника

     2-подшипник

     3-втулка  коллектора

     4-щеткодержатель

     5- щетка

     6-коллекторная  пластина

     7-обмотка  якоря (лобовая часть)

     8-сердечник  якоря

     9-сердечник  полюса статора

     10-станина

     11-катушка  полюса

     12-подшипниковый  щит

     13-вентилятор

     14-вал

     15-лапа 

     4. Асинхронный исполнительный двигатель:  определение, классификация по  типу ротор, явление самохода  и его устранение.  

     Изучаемый двигатель предназначен для работы в системах управления и автоматики (СУ и А) как преобразователь электрического сигнала, вырабатываемого устройством  управления СУ и А, в скорость вращения или угол поворота вала.

     Существуют три разновидности асинхронных исполнительных микродвигателей: с полым немагнитным ротором, с полым магнитным ротором и с короткозамкнутой обмоткой типа беличьего колеса. В СУ и А наибольшее распространение получили асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Такие двигатели производятся на мощности от сотых долей до нескольких сотен ватт, для стандартной – 50 Гц. и повышенных частот (200, 400,500 и 1000 Гц.) питающего напряжения. Скорость их вращения лежит в диапазоне 1500¸ 3000 oб/ мин.

     Основными достоинствами асинхронных  исполнительных двигателей с полым немагнитным  ротором являются:

     - Малый момент инерции J ротора.

     - Значительный пусковой момент вследствие повышенного сопротивления ротора, что совместно с малым J приводит к значительному быстродействию двигателя, малой электромеханической постоянной времени и обеспечивает повышенную устойчивость следящих систем с таким типом двигателей.

     - Механическая (выходная, нагрузочная) характеристика двигателя близка к прямолинейной за счёт большого активного сопротивления ротора, обеспечивающего значительное критическое скольжение (то есть скольжение при максимальном моменте ).

     - Широкий диапазон регулирования  скорости (кратность регулирования  ), отсутствие скачкообразных изменений, прямая пропорциональность скорости напряжению управления, способность к быстрому реверсу (изменению направления вращения), отсутствие высших зубцовых гармоник в кривой поля, что определяет плавность и бесшумность хода.

     - Самоторможение двигателя при снятии сигнала управления (определяется большим ).

     - Отсутствие подвижных контактов,  малый момент трения, отсутствие  искрения и радиопомех, стабильность  и надёжность в эксплуатации.

     - Независимость параметров и характеристик  двигателя от температуры, давления, влажности.

     - Возможность улучшения массо-габаритных  показателей при переходе к  повышенным (400 ¸ 500 Гц.) частотам питающего напряжения.

     Асинхронный исполнительный двигатель с полым  немагнитным ротором имеет следующие  недостатки:

     - Большой немагнитный зазор в  магнитной цепи машины ( ), что определяет большой намагничивающий ток, увеличенные потери энергии и относительно низкий, по сравнению с другими типами АИД, коэффициент мощности ( ).

     - Значительное электрическое сопротивление  ротора и, как следствие, работа  двигателя при больших скольжениях,  что приводит к увеличению  потерь энергии в статоре и  роторе, а также к снижению  КПД.

     - Относительно увеличенные удельные (то есть приходящиеся на единицу  полезной мощности) масса и габариты  двигателя.

     Конструкция АИД должна решать задачу преобразования электрической энергии в механическую, приводящую во вращение вал двигателя  с присоединённой нагрузкой (объектом управления). Это преобразование в  общем виде описывается законом  электромагнитного усилия, который  утверждает, что механическая сила возникает при взаимодействии одноимённых  полей (электрических или магнитных) и приложена к инерционным  источникам этих полей.

     В электромагнитных устройствах систем управления взаимодействуют два  магнитных поля, причём одно поле должно создаваться той частью машины, которая  будет вращаться, а источник второго  поля может быть неподвижным. Поэтому  в конструкции любой электрической  машины имеется неподвижная часть- статор и подвижная- ротор.

     В данной лабораторной работе исследуется  АИД переменного тока с полым  немагнитным ротором. Схема его  конструкции показана на рисунке1, а  макет имеется на рабочем столе  возле лабораторного стенда. 

     

     Рисунок 2. Схема конструкции асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором