8. Принципы создания мехатронных устройств

Мехатронные модули движения являются теми функциональными «кубиками», из которых затем можно компоновать сложные многокоординатные мехатронные устройства. Принцип мехатронного подхода к созданию состоит в объединении в единый приводной модуль составляющих элементов. Применение мехатронного подхода к проектированию модуля движения базируется на определении возможных точек интеграции элементов в структуре привода. Выявив также точки интеграции можно затем на основе технико-экономического и технологического анализа принимать конкретные инженерные решения на проектирование и изготовления модуля движения.

9.Способы управления двигателями постоянного тока.

1)непрерывное управление- управление непрерывным потоком во времени и меняющимся по значению уровнем. Сигналом может быть напряжение на обмотке якоря или на обмотке главных полюсов.

2)Импульсное управление- управление изменением времени, в течение которого к двигателю подводится номинальное напряжение.

Якорное управление(1 тип)- магнитный поток возбуждения, измеряется в Веберах, создается током, проходящим по обмотке возбуждения главных полюсов либо постоянным магнитом. В 1 условии обмотка возб-я постоянно подключена к независимому источнику питания с напряжением Uвозб., равным номинальному для двигателя. Ф постоянное. Регулирование угловой скорости ротора осуществляется изменяя напряжение управленияUяк на зажимах якоря. Якорный способ упавления обеспечивает линейную зависимость угловой скорости ротора от напряжения управления при любом статич. моменте загрузки на валу. Диапазон регулирования угловой скорости опред. Отношением min и max скоростей и составляет 1/10,1/20. Полезная механическая мощность двигателя

Р=Мw=M*

М- полезный момент на валу, который меньше вращающего момента на значение момента холостого хода, соотв. потерям мощности на трении и в магнитопроводе. В двигателе постоянного тока мощность создается за счет электр. мощности, потребляемой якорем. При таком управлении эта мощность явл. Мощностью управления и сост. 80-90% от всей потребляемой мощности. Большая мощность упр-я—недостаток якорного способа управления.Якорное управление двигателя постоянного тока обесп. Отсутствие самохода,т.е. при снятом сигнале управления ток якоря и вращающий момент равны нулю.

Полюсное управление(ПУ)

ПУ осущ. обмоткой главных полюсов, а на обмотку якоря постоянно подается номинальное напряжение Uяк от независимого источника питания. Магнитный поток машины Ф изменяется пропорционально упр-му напряжению. Особенность регулируемых хар-к двигателя с ПУ сост. в том, что угловая скорость идеального холостого хода (М двиг.=0 стремит к нулю) при стремлении коэф. нагрузки к нулю. В реальных двигателях эта скоость ограничена, т.к. к валу всегда приложен момент трения щеток по коллектору в подшипниках трения и ротора о воздух. Однако, при малых значениях этих моментов W может значительно превышать допустимую скорость для двигателя по механ. прочности. При ПУ возможен самоход.

10. Электродвигатель с независимым возбуждением.

В этом электродвигателе (рис. 125, а) обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением U_B. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат R_рв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат R_П. Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения I_в не зависит от тока I_я в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки. При этом условии согласно формулам (63′) и (65) получим, что зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения п от тока I_я будут линейными (рис. 126, а). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость п (М) (рис. 126,б).

При отсутствии в цепи якоря реостата с сопротивлением R_П скоростная и механическая характеристики будут жесткими, т. е. с малым углом наклона к горизонтальной оси, так как падение напряжения I_я ? R_я в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3—5 % от U_HOM. Эти характеристики (прямые 1 на рис. 126, а и б) называютсяестественными. При включении в цепь якоря реостата с сопротивлением R_П угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, соответствующих различным

Рис. 125. Принципиальные схемы электродвигателей с независимым (а) и параллельным (б) возбуждением

Рис. 126. Характеристики электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением: а — скоростные и моментная; б — механические; в — рабочие

значениям R_п1, R_п2 и R_п3. Чем больше сопротивление R_п, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Регулировочный реостат R_рв позволяет изменять ток возбуждения двигателя I_в и его магнитный поток Ф. Как следует из формулы (65), при этом будет изменяться и частота вращения п. В цепь обмотки возбуждения никаких выключателей и предохранителей не устанавливают, так как при разрыве этой цепи резко уменьшается магнитный поток электродвигателя (в нем остается лишь поток от остаточного магнетизма) и возникает аварийный режим. Если электродвигатель работает при холостом ходе или небольшой нагрузке на валу, то частота вращения, как следует из формулы (65), резко возрастает (двигатель идет вразнос). При этом сильно увеличивается ток в обмотке якоря I_я [см. формулу (66)] и может возникнуть круговой огонь. Во избежание этого защита должна отключить электродвигатель от источника питания. Резкое увеличение частоты вращения при обрыве цепи обмотки возбуждения объясняется тем, что в этом случае резко уменьшаются магнитный поток Ф (до значения потока Ф_ост от остаточного магнетизма) и э. д. с. Е и возрастает ток I_я. А так как приложенное напряжение U остается неизменным, то частота вращения п будет увеличиваться до тех пор, пока э. д. с. Е не достигнет значения, приблизительно равного U (что необходимо для равновесного состояния электрической цепи якоря, при котором E=U — I_я ? R_я).

При нагрузке на валу, близкой к номинальной, электродвигатель в случае разрыва цепи возбуждения остановится, так как электромагнитный момент, который может развить двигатель при значительном уменьшении магнитного потока, уменьшается [см. формулу (63')] и станет меньше нагрузочного момента на валу. В этом случае так же резко увеличивается ток I_я [так как в формуле (64) э. д. с. Е будет равна нулю], и машина должна быть отключена от источника питания.

Следует отметить, что частота вращения n₀ соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не потребляет из сети электрической энергии и его электромагнитный момент равен нулю. В реальных условиях в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети ток холостого хода I₀, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности (см. § 25), и развивает некоторый момент М₀, требуемый для преодоления сил трения в машине. Поэтому в действительности частота вращения при холостом ходе меньше nо.

Зависимость частоты вращения n и электромагнитного момента М от мощности Р₂ (рис. 126, в) на валу двигателя, как следует из рассмотренных соотношений, является линейной. Зависимости тока обмотки якоря I_я и мощности Р₁ от Р₂ также практически линейны. Ток I_я и мощность Р₁ при Р₂ = 0 представляют собой ток холостого хода I₀ и мощность Р₀, потребляемую при холостом ходе. Кривая к. п. д. имеет характер, общий для всех электрических машин