2. Якорные обмотки машин постоянного тока

Якорные обмотки современных машин постоянного тока представляют замкнутую систему проводников, уложенных в определенной последовательности в пазах якоря и присоединенных к коллектору.

Расчет параметров обмотки якоря рекомендуется начать с выбора коэффициента

u_п = K / Z

(u_п – это число элементарных пазов в реальном пазу) и определения числа коллекторных пластин:

K = u_пZ,

где Z – число пазов (зубцов) якоря.

,

где U_ном – номинальное напряжение питания

С другой стороны, максимальное число коллекторных пластин K _max определяют диаметром коллектора D_к и минимально допустимым значением коллекторного деления t_{к. min}:

t_{к. min} = b _{к. min} + Δ _{к. из},

где b _{к min} – минимальная ширина коллекторной пластины; Δ_{к. из} – толщина межламельной изоляции.

Приняв D_к = 0,7D_а, t_{к. min} = 5мм, ( b_{к. min} = 4 мм, Δ_{к. из} = 1 мм), найдем

Примем К = 120, следовательно

u_п = K / Z= 120/53=2,35

К = 2,3·53 = 119.85

Таким образом, целые числа u_п и K должны удовлетворять условию

K _min  K = u_пZ  K _max.

K _min=59 K = u_пZ=120 K _max=161.772

Зная K = Z_э = S, (S – число секций), определяют число витков в секции:

,

где п – угловая скорость; E_a = U_ном(1 R_a^*); а – число пар параллельных ветвей обмотки (необходимо помнить, что 2а = 2р – для петлевой обмотки,); R_a^*– сопротивление цепи якоря в относительных единицах (знак «минус» – для двигателя, знак «плюс» – для генератора); R_a^* 0,05. Полученное значение w_c следует округлить до ближайшего целого числа.

E_a = U_ном(1 R_a^*) = 150( 1- 0,05) = 142.5

Далее определяют первый частичный шаг y₁, результирующий шаг

y = y_к (y_к – коллекторный шаг) и второй частичный шаг y₂.

y_1п = Z / 2 р  _εп = ц. ч=(51/6)-0.5=8

y₁ = u_п y_1п = 2,35·8= 18,8 ≈ 19

Для простой петлевой обмотки, как известно, имеем y_к = y = 1,

при этом y₂ = y₁ – y = 19 – 1 = 18

После того как определили число коллекторных пластин и все шаги, вычерчиваем схему якорной обмотки рис. 6.

Рисунок 6. Схема-развертка простой петлевой обмотки при Z_э = S = K = 18; р = 2; y₁ = 4; y_к = 1

Схема–развертка якорной обмотки представляет собой вид на якорь сверху (полюса находятся над якорем) после разрезания цилиндрической поверхности якоря по образующей и развертывания ее на плоскости.

Электропривод постоянного тока

Основным средством приведения в движение рабочих машин является электрический двигатель, а, следовательно, основным типом привода служит электрический привод или электропривод (ЭП). Наиболее широко используют системы автоматизированного электропривода (АЭП). Современные АЭП выполняют в виде замкнутых систем автоматического управления.

Основными управляемыми параметрами (координатами) электропривода принято считать частоту вращения, ток, момент, точность позиционирования (положение).

В качестве примера, рассмотрим электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ). Электрическая схема системы управляемого ЭП постоянного тока с двигателем независимого возбуждения, включенного по системе «генератор двигатель» дана на рис. 7.

Для регулирования параметров ЭП используют типовые законы регулирования: П–закон (пропорциональный), И–закон (интегральный), ПИ–закон (пропорционально интегральный), ПИД–закон (пропорциональный интегрально дифференциальный), А–закон (апериодический). В данном случае выбираем П-закон регулирования.

По принципиальной схеме системы автоматизированного ЭП с ДПТНВ необходимо составить структурную схему (рис. 8).

Рис. 7. принципиальная схема ЭП ДПТНВ с регулятором по скорости

RP - устройство сравнения, Р - регулятор, УМ - усилитель мощности, ОBG-обмотка

возбуждения генератора, G - генератор, М - двигатель, ОВМ - обмотка

возбуждения двигателя, BR – тахогенератор

В структурной схеме каждый элемент электропривода представлен передаточной функцией (ПФ) W_i(s), где s – аргумент преобразования Лапласа.

Рис. 8. Структурная схема электропривода с ДПТНВ

Для анализа системы управления ЭП используют аппарат теории управления. Систему автоматического управления ЭП исследуют на устойчивость и определяют показатели качества. Устойчивость и качественные показатели ЭП определяют по переходному процессу. Построение переходного процесса является достаточно трудоемкой процедурой. Однако, существуют косвенные методы или критерии для определения устойчивости и качественных показателей.

Передаточные функции типовых элементов ЭП с ДПТНВ приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Выражения передаточных функций W_i(s)

Wум(s)	Wг(s)	Wд(s)	WBR(s)	Wпи(s)	Wп(s)
Kyм					Kп

Проверим систему ЭП на устойчивость с помощью программы VisSim. Для этого построим переходный процесс рисунок 9. С помощью программы VisSim. Для устойчивой системы переходной процесс должен быть затухающим. Построив переходный процесс определили что он затухающий, следовательно, наша система устойчива.

Определим один из качественных показателей переходного процесса – время.

t_{пер.процесса} = 15секунд