Исполнительные двигатели постоянного тока

1. Дайте определение понятия исполнительного электродвигателя.

Исполнительный двигатель – двигатель для высокодинамичного режима работы.

2. Какой способ электромагнитного возбуждения используется в исполнительных двигателях постоянного тока (идпт)?

В исполнительных двигателях постоянного тока используется независимый способ электромагнитного возбуждения.

3. Какие силовые моменты преодолевает электродвигатель своим электромагнитным (иначе, вращающим) моментом? в каких единицах измеряется электромагнитный момент в системе си?

Электромагнитный (вращающий) момент электродвигателя в любых условиях и в любой момент времени уравновешивается суммой момента сопротивления на валу двигателя и динамического момента . Момент сопротивления складывается из момента холостого хода и полезного момента .

Динамический момент обусловлен инерцией всех вращающихся частей.

Электромагнитный момент в системе СИ имеет размерность [ ].

4. Дайте определение понятия момента инерции (МИ) материальной точки. Какое свойство объекта характеризует его МИ? Как приближенно можно вычислить МИ протяженного материального объекта? В каких единицах измеряется МИ в системе СИ?

Моментом инерции материальной точки относительно заданной оси называют величину, равную произведению массы этой точки на квадрат радиуса вращения данной точки относительно указанной оси, т.е.

.

Момент инерции характеризует инерционность движения объекта относительно оси вращения.

Момент инерции протяженного материального объекта относительно заданной оси вращения приближенно можно вычислить по формуле:

где – масса элементарной i-той частицы объекта;

– расстояние i-той части до оси вращения.

В системе СИ МИ имеет размерность [ ].

5. Дайте определение понятия динамического момента электродвигателя, запишите соотношение для его аналитического определения и укажите наименования физических величин, входящих в это соотношение. В каких единицах измеряется динамический момент в системе СИ?

Динамический момент – это момент определяющий ускорение ротора вращающегося электродвигателя, равный разности между вращающим (электромагнитным) моментом и моментом сопротивления на валу:

– момент инерции вращающихся частей;

– угловая скорость вращения якоря.

В системе СИ имеет размерность [ ].

6. Запишите уравнение моментов, действующих на валу электродвигателя в переходном режиме работы. Какое значение принимает динамический момент электродвигателя в установившемся режиме работы?

Уравнение моментов, действующих на валу электродвигателя в переходном режиме работы имеет вид:

,

где – электромагнитный (вращающий) момент;

– момент сопротивления или статический момент,

– момент холостого хода;

– полезный момент;

– динамический момент.

В установившемся режиме работы, т.е. при , .

7. Запишите уравнение для якорной цепи ИДПТ по второму закону Кирхгофа в установившемся режиме работы.

Уравнение для цепи якоря двигателя по второму закону Кирхгофа в установившемся режиме работы имеет вид:

где – напряжение, подводимое к якорной обмотке;

– противо - ЭДС якорной обмотки;

– полное сопротивление цепи якоря

– ток якорной цепи.

8. Запишите уравнение моментов ИДПТ в установившемся режиме работы.

В установившемся режиме, т.е. при , ,

где – электромагнитный (вращающий) момент;

– момент сопротивления на валу двигателя.

9. Запишите формулу для определения электромагнитного момента ИДПТ.

Электромагнитный момент (вращающий момент) равен:

где – конструктивный коэффициент;

– магнитный поток

– ток якорной цепи под одним главным полюсом.

10. Запишите формулу для определения ЭДС якорной обмотки ИДПТ.

ЭДС якорной обмотки:

,

где – конструктивный коэффициент;

– магнитный поток

– угловая скорость вращения якоря.

11. Выведите, опираясь на соотношения, полученные в п.п.2.7–2.10, формулу для определения частоты вращения ротора ИДПТ в установившемся режиме работы. Изменением каких физических величин возможно регулирование частоты вращения ротора МПТ?

Запишем уравнения:

.

Из этих уравнений, после преобразований, следует: .

Из полученного следует, что регулировать частоту вращения можно изменением величин: . Реально регулирование величины производят изменением .

У к а з а н и е: привести подробный вывод последнего равенства самостоятельно.

12. Назовите способы регулирования частоты вращения ротора ИДПТ.

Существуют три способа:

1. изменением добавочного резистора в цепи обмотки якоря;

2. изменением магнитного потока главных полюсов ;

3. и зменением якорного напряжения

13. Какой способ регулирования частоты вращения ИДПТ называется якорным? Начертите функциональную электрическую схему ИДПТ с якорным управлением (ИДПТЯУ).

Способ регулирования частоты вращения, при котором для изменения частоты вращения изменяют якорное напряжение называется якорным.

14. Дайте определения понятий регулировочных (РХ), механических (МХ) и скоростных характеристик (СХ) ИДПТ.

Регулировочная характеристика – это зависимость угловой скорости (или частоты) вращения ротора от величины управляющего сигнала при неизменном электромагнитном моменте ИДПТ :

при

Механическая характеристика – это зависимость угловой скорости (или частоты) вращения ротора ИДПТ от электромагнитного момента при неизменном значении управляющего сигнала .

при

Скоростная характеристика – это зависимость угловой скорости (или частоты) вращения ротора от частоты вращения ротора ИДПТ от тока цепи управления.

.

15. Какое допущение принимают в отношении магнитного потока и, следовательно, электромагнитного коэффициента ИДПТЯУ?

Для ИДПТЯУ предполагают, что магнитный поток главных полюсов остается неизменным в любом режиме работы:

.

16. Н ачертите семейство графиков РХ ИДПТЯУ. К какому типу линий относятся эти графики? Как влияет электромагнитный момент на наклон указанных графиков?

Графики регулировочных характеристик ИДПТЯУ при разных значениях электромагнитного момента представляют собой семейство прямых параллельных линий. С увеличением электромагнитного момента прямые смещаются вправо.

где – якорное напряжение;

– электромагнитный момент;

– угловая скорость вращения якоря.

17. Начертите семейство графиков МХ и СХ ИДПТЯУ. К какому типу линий относятся эти графики? Как влияет якорное напряжение на наклон указанных графиков?

Г рафики механических и скоростных характеристик ИДПТЯУ при разных значениях якорного напряжения представляют собой семейство прямых параллельных линий. Якорное напряжение не изменяет наклон указанных графиков.

где – угловая скорость вращения якоря;

– якорное напряжение;

– электромагнитный момент;

– ток якорной цепи.

18. Что такое крутизна и жесткость МХ? Постройте график абсолютно жесткой МХ.

К рутизна механической характеристики вращающегося электродвигателя (с) – это изменение частоты вращения вращающегося электродвигателя на единицу момента нагрузки, определенное прямой, проходящей через точку холостого хода и точку механической характеристики, соответствующую номинальной нагрузке (Рис.2.4, прямая 1):

где – номинальный момент;

– частота холостого хода;

– номинальная частота вращения.

Жесткость определяется:

где – электромагнитный момент.

Для линейных МХ:

Абсолютно жесткая МХ (Рис.2.4, прямая 2) параллельна оси электромагнитного момента и имеет .

19. Как изменяются крутизна и жесткость МХ ИДПТЯУ при изменении электромагнитного момента? при изменении якорного напряжения?

При увеличении электромагнитного момента или якорного напряжения жесткость и крутизна МХ ИДПТЯУ не изменяются.

20. Что такое приведенная к валу двигателя МХ нагрузки?

Приведенная к валу двигателя МХ нагрузки – это зависимость угловой скорости или частоты вращения ротора от приведенного момента сопротивления нагрузки :

,

где ;

– момент нагрузки;

– передаточное отношение редуктора;

– угловая скорость вращения нагрузки (Рис.2.5).

Д – двигатель; Р – редуктор; Н – нагрузка.

21. Сформулируйте условие устойчивой работы электродвигателя под нагрузкой.

Для устойчивой работы электродвигателя под нагрузкой необходимо, чтобы жесткость приведенной к валу двигателя МХ была выше жесткости МХ двигателя в точке пересечения этих МХ:

22. Что такое диапазон регулирования частоты вращения электродвигателей? Какие значения он принимает для ИДПТЯУ?

Диапазон регулирования ( ) – это отношение максимально допустимой частоты вращения ротора к минимальной частоте , которая может удерживаться длительное время без внезапных остановок ротора:

Для ИДПТЯУ величина Д = 2…10.

23. Выведите соотношение для определения электромагнитного коэффициента по паспортным данным.

Паспортные данные: сопротивление , ток , напряжение , частота вращения , соответствующие режиму номинальной нагрузки.

Исходные уравнения:

По второму закону Кирхгофа для якорной цепи:

(1)

(2)

Подставим (2) в (1):

(3)

откуда следует:

(4)

равенство (4) справедливо для любого режима, и следовательно, для номинального

24. Что называют искусственными и естественными МХ двигателей постоянного тока?

Допустим, что в якорной цепи последовательно с якорной обмоткой включен добавочный резистор . Тогда механическую характеристику при называют естественной, а при искусственной.

25. Какой параметр управляемого выпрямителя (УВ) и как влияет на жесткость искусственной МХ ИДПТЯУ, якорная цепь которого подключена к УВ?

На жесткость искусственной МХ ИДПТЯУ, якорная цепь которого подключена к УВ, влияет результирующее внутреннее активное сопротивление этого УВ. Жесткость этой МХ снижается с увеличением указанного сопротивления УВ.

26. Каким показателем принято, как правило, оценивать быстродействие аналоговых элементов, устройств и систем автоматики?

Быстродействие аналоговых элементов устройств и систем автоматики принято оценивать временем регулирования.

27. Поясните понятие времени регулирования графически для ступенчатого воздействия.

С а м о с т о я т е л ь н о.

28. Какие формы математического описания аналоговых элементов, устройств и систем автоматики могут быть использованы для определения времени регулирования указанных объектов?

Для определения времени регулирования может быть использована переходная функция.

29. Запишите в форме дифференциальных уравнений второй закон Кирхгофа для якорной цепи и уравнение моментов для вала ИДПТ с якорным управлением, работающего в переходном режиме. Укажите наименования всех физических величин, входящих в данные уравнения. У к а з а н и е: полагать, что якорная обмотка ИДПТ подключена к идеальному источнику напряжения, а механическая нагрузка является безынерционной.

Второй закон Кирхгофа для якорной цепи в форме ДУ. Уравнение моментов для вала ИДПТ с якорным управлением и имеют соответственно вид:

– якорное напряжение; – индуктивность цепи якоря; – ток обмотки якоря;

– сопротивление цепи якоря; – ЭДС якоря; М – электромагнитный (вращающий) момент двигателя; Mc – момент сопротивления; J – момент инерции якоря; – угловая скорость вращения якоря.