Михеев Теоретические основы специалности Елементная база автоматических систем Лабораторный практикум 2012

Таблица 4.1

Uс/Uс.ном 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

М/Мп

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

3. По полученным данным построить семейство механических

характеристик ω = f(М) при Uс = const для значений Uс от 0 до Uс.ном через 0,1Uс.ном.

4.Определить напряжения трогания Uтр при значениях момента М от 0 до Мп через 0,1Мп. Данные свести в таблицу и построить зависимость Uтр = f(М).

5.Определить значения пускового момента Мп при значениях напряжения Uс от 0 до Uс.ном через 0,1Uс.ном. Данные свести в таблицу и построить зависимость Мп = f(Uс).

6.Определить значения максимального момента Ммакс при значениях напряжения Uс от 0 до Uс.ном через 0,1Uсном. Данные свести в таблицу и построить зависимость Ммакс = f(Uс).

7.Определить жесткость механических характеристик γ при

М= 0; 0,5Мном; Мном.

8.Определить значения коэффициента передачи двигателя КД

при при Uс = Uстр; Uс = 0,5Uс.ном; Uс = Uс.ном.

9. Определить число пар полюсов на фазу.

Оформление отчета

Отчет по выполненной работе оформляется на отдельных сброшюрованных листах А4 и должен содержать:

51

1)схему эксперимента;

2)таблицы с экспериментальными результатами;

3)графики по результатам эксперимента;

4)расчеты требуемых параметров;

5)заключение с анализом полученных результатов.

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(частотный метод управления)

Введение

В лабораторной работе исследуется трехфазный асинхронный двигатель типа ДАТ75-6-1.5 и частотный метод управления. При этом методе на обмотки подается номинальное напряжение, а частота которого изменяется. При этом магнитное поле остается круговым.

Внешний вид исследуемого двигателя Рис. 5.1 показан на рис. 5.1. Параметры двигателя

приведены в табл. 5.1.

52

Описание лабораторной установки

Эскиз лабораторной установки приведен на рис. 5.2, где: 1 – асинхронный двигатель ДАТ75-6-1.5; 2 – тахометр; 3 – нагрузочный двигатель постоянного тока типа СД-18В; 4 – прозрачный кожух; 5 – опора; 6 – плита.

Рис. 5.2

Трехфазная обмотка соединена треугольником (рис. 5.3).

Электрическая схема макета приведена на рис. 5.4. Макет включает в себя исследуемый асинхронный двигатель Дв1, тормозной двигатель постоянного тока Дв2 и фотоэлектронный тахометр с фотодиодом

и светодиодом. Рис. 5.3 Питание обмоток АСД, соединенных

треугольником, осуществляется от блока управления БУ, который представляет собой инвертор фирмы Schneider Electric. Он производит на выходе три широтно модулированных сигнала, первые гармоники которых сдвинуты по фазе на 120°. Средние значения напряжения этих гармоник равны 220 В, а их частота изменяется от

10 до 400 Гц.

Внешний вид лабораторной установки для исследования асинхронного двигателя ДАТ75-6-1.5 показан на рис. 5.5. Двигатель постоянного тока5 типа СД-10В используется для создания нагрузочного момента. Он соосно связан с исследуемым двигателем 1

53

типа ДАТ75-6-1.5 через пружинную муфту 4. Диск 2 с отверстиями и оптопара 3 служат для измерения скорости вращения двигателей.

Рис. 5.4

Рис. 5.5

54

Методика выполнения работы

1.Снятие зависимости выходной частоты инвертора от управляющего напряжения f = f(Uy).

2.Снятие механических характеристик ω = f(М) для различ-

ных частот питания f: 10; 20; 50; 100; 200; 400 Гц.

Для этого надо заполнить табл. 5.1 следующим образом:

1)установить значение f = 10 Гц;

2)установить значение М= 0; 0,1; 0,2 и т. д. до Мп и каждый раз

считывать значение ω. Показания занести в табл. 5.1.

3)установить значение f = 20Гц ;

4)повторить п. 2) и далее до заполнения всей таблицы.

Таблица 5.1

М/Мп

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

3.По полученным данным построить семейство регулировоч-

ных характеристик ω = f(f) при М = const для значений М от 0 до Мп через 0,1Мп.

4.По полученным данным построить семейство механических

характеристик ω = f(М) при f = const для значений f от 10 до 200 Гц.

5.Определить напряжения трогания Uтр при значениях момента

Мот 0 до Мп через 0,1Мп. Данные свести в таблицу и построить зависимость Uтр = f(М).

55

6.Определить значения пускового момента Мп при значениях напряжения f от 10 до 200 Гц. Данные свести в таблицу и построить зависимость Мп = f(f).

7.Определить значения максимального момента Ммакс при значениях напряжения Uс от 0 до Uс.ном через 0,1Uс.ном. Данные свести в таблицу и построить зависимость Ммакс = f(Uс).

8.Определить значение Sкр для значений f от 10 до 200 Гц.

9. Определить жесткость механических характеристик γ при

М= 0; 0,5Мном; Мном.

10.Определить значения коэффициента передачи двигателя Кд.

11.Определить число пар полюсов на фазу.

Оформление отчета

Отчет по выполненной работе оформляется на отдельных сброшюрованных листах А4 и должен содержать:

1)схему эксперимента;

2)таблицы с экспериментальными результатами;

3)графики по результатам эксперимента;

4)расчеты требуемых параметров;

5)заключение с анализом полученных результатов.

Лабораторная работа № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Введение

Шаговые двигатели (ШД) преобразуют команду, заданную в виде импульсов, в фиксированное угловое или линейное перемещение. ШД являются дискретными преобразователями, широко используются при управлении с использованием цифровой вычислительной техники и подразделяются на три основные конструктивные группы: с постоянными магнитами (активный ротор), реактивные и индукторные.

ШД могут иметь различное число фаз, но наибольшее распространение получили двух-, трех- и четырехфазные. Обмотка фазы

56

статора либо целиком является обмоткой управления, либо ее разделяют на две (с выводом от средней точки), магнитные оси которых сдвинуты в пространстве на 180°.

Напряжение питания обмоток управления шагового двигателя представляет собой последовательность однополярных или разнополярных импульсов.

Принцип действия ШД рассмотрим на примере конструкции, представленной на рис. 6.1. Статор имеет явновыраженные полюса (зубцы), на которых расположены обмотки управления. В рассматриваемом примере ШД имеет четыре фазы. Каждая фаза состоит из двух обмоток, расположенных на противоположных полюсах. Начало обмоток обозначено цифрами 1, 2, 3, 4. Конец обмоток – циф-

рами 1′, 2′, 3′, 4′.

Ротор явнополюсный, и может быть как намагниченным (активного типа), так и ненамагниченным. Рассмотрим сначала ненамагниченный ротор.

При подаче импульса тока на обмотку 1-1′ ротор за счет реактивного момента встанет напротив соответствующих зубцов (по-

ния могут быть однополярными. Если подать импульсы управления на две соседние фазы одновременно (например, 1 и 2), то ротор займет промежуточное положение между зубцами 1 и 2. Это явление называется электрическим дроблением шага.

Если используется ротор активного типа, то импульсы управления должны быть разнополярными. В рассматриваемом примере для вращения против часовой стрелки подаются положительные

57

импульсы в последовательности 1-2-3-4 (поворот на первые 180°), а затем отрицательные в последовательности 1-2-3-4 (вторые 180°). При вращении по часовой стрелке последовательность 1-4-3-2-1-4- 3-2 (поворот на 360°). Цифра с чертой означает, что на данную фазу подается отрицательный импульс. Управление разнополярными импульсами усложняет схему управления двигателем, поэтому в ШД чаще используется пассивный ротор.

В реактивных ШД ротор так же как и статор имеет зубчатую конструкцию. На рис. 6.2 статор имеет 12 зубцов, а ротор – 16 зубцов. Обмотки 1-4-7-10 соединены последовательно и составляют одну фазу (Ф1). Аналогично обмотки 2-5-8-11 и 3-6-9-12 составляют фазы Ф2 и Ф3. Таким образом, имеется три фазы.

Рис. 6.2

При подаче импульса на фазу Ф1 магнитный поток замыкается, как показано на рис. 6.2. Напротив зубцов статора 1-4-7-10 стоят зубцы ротора 1′-5′-9′-13′. Если следующий импульс подать на фазу Ф2 (2-5-8-11), то магнитный поток должен найти другой путь. Наименьший зазор оказывается между зубцами 2-5-8-11 статора и зубцами 2′-6′-10′-14′ ротора соответственно. Появится реактивный момент, который повернет ротор так, что указанные зубцы ротора и статора окажутся напротив друг друга. Угол поворота ротора со-

58

ставит 30°−22,5° = 7,5°. При подаче импульса на Ф3 ротор повернется еще на 7,5° и т. д. При подаче импульсов тока в последовательности 1-2-3-1 ротор вращается шагами по часовой стрелке. Для вращения ротора против часовой стрелки импульсы подают на фазы в последовательности 1-3-2-1.

Угол поворота на один шаг определяется числом фаз Nф и числом зубцов ротора Nр:

θш = 360° = 360° = 7.5°

NфNр 3 16

Существует много конструктивных разновидностей ШД. Если статор и ротор развернуть в линию, то получится линейный ШД (рис. 6.3). Очевидно, что в этом случае линейное перемещение ротора будет ограничено его длиной.

Рис. 6.3

Индукторные ШД отличаются от рассмотренных реактивных тем, что в них применяется подмагничивание ротора, например, униполярным постоянным магнитным потоком со стороны статора

(рис. 6.4).

Рис. 6.4

В торце двигателя на статоре расположен кольцевой магнит с осевой намагниченностью. Постоянный магнитный поток подмаг-

59

ничивания Фп по ротору замыкается в осевом направлении, а в воздушном зазоре между ротором и статором – в радиальном. При этом увеличивается синхронизирующий момент, улучшаются энергетические и динамические характеристики ШД.

Режим работы ШД в значительной мере определяется частотой следования управляющих импульсов f.

Статический режим (f = 0) соответствует прохождению постоянного тока по обмоткам управления, создающим неподвижное магнитное поле. Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента Mс от угла рассогласования θ между продольной осью ротора и намагничивающей силой статора (моментная характеристика).

На рис. 6.5 показаны положения ротора для различных значений θ. При θ = 0 синхронизирующий момент Mс = 0. При θ ≠ 0 реактивный синхронизирующий момент Mс ≠ 0. Он стремится повернуть ротор в согласованное положение. Если угол рассогласования ра-

вен половине угла между зубцами ротора θ = 12 θр, то на каждый

зубец действуют равные по величине и противоположные по направлению силы F1 и F2. Результирующий момент Mс= 0. Таким

образом, в диапазоне изменения θ от 0 до 12 θр . синхронизирую-

щий момент имеет максимум.

Рис. 6.5

Зависимость Mс= f(θ) показана на рис. 6.6. Она практически синусоидальна с периодом θр. При θ = 0 имеет место устойчивое равновесие ротора, а при θ = θр/2 – неустойчивое.

60