Laba_1
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»
Институт: Инженерная школа энергетики (ИШЭ) Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Отделение: Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)
Лабораторная работа №1
«Исследование исполнительного двигателя постоянного тока»
по дисциплине «Мехатронные системы летательных аппаратов»
Выполнил: |
|
|
Студенты гр. 5А06 _______ |
|
Сергеев А.С., |
(дата) |
(подпись) |
Арефьев А.В., |
|
|
Зайцев С.А., |
|
|
Беззубов М.М. |
Принял преподаватель: |
|
к.т.н., доцент ОЭЭ, ИШЭ _________ |
_______ Гирник А.С. |
(дата) |
(подпись) |
Томск - 2023
Цель работы: ознакомиться с принципом действия, основными конструктивными типами исполнительных двигателей постоянного тока и экспериментально исследовать их характеристики при разных способах управления.
Программа работы:
1.Ознакомиться с конструкцией испытуемого двигателя и его номинальными данными.
2.Экспериментально определить базовые величины мощности, момента вращения, частоты вращения, напряжения.
3.Экспериментально снять для якорного и полюсного управлений:
3.1.механические характеристики M f (n) при U у const;
3.2.регулировочные характеристики n f (U у ) при M const;
3.3.характеристики мощности управления Pу f (U у ) при n const.
4. |
Рассчитать и построить в относительных единицах для якорного и |
|
полюсного управлений отдельно: |
|
|
4.1. |
механические характеристики m f ( ) при const; |
|
4.2. |
регулировочные характеристики f ( ) при m=const; |
|
4.3. |
зависимости P* f ( ) при const; |
P* f ( ) при const; |
|
2 |
2 |
4.4. |
по характеристикам мощности определить номинальный режим |
|
работы двигателя. |
|
|
5. |
Сравнить свойства исполнительных двигателей при разных |
|
способах управления. |
|
|
Обработка результатов:
1. Определение базовых величин.
Для определения основных базовых величин проводятся несколько опытов работы двигателя на нагрузку при номинальных значениях напряжения управления и возбуждения. Запуск двигателя производится на холостом ходу. Затем устанавливается произвольная нагрузка и номинальные напряжения на якорной и полюсной обмотках. Показания приборов заносятся в табл.1
Таблица №1 - Результаты измерений
№ |
М нагр |
Ua |
Ia |
Uп |
|
Iп |
n |
n0 |
Мk0 |
Pk0 |
опы-та |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ед. |
Гсм |
В |
А |
В |
|
А |
об/мин |
об/мин |
Гсм |
Вт |
изм. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
- |
8,2 |
0,11 |
24 |
|
0,4 |
1500 |
4000 |
450 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
В табл.1: Ua, Ia – напряжение, подаваемое на якорь, и ток якорной обмотки, Uп, Iп – напряжение и ток полюсной обмотки. Значения базовых величин следует занести в табл.1, рассчитав их по следующим выражениям
|
n0 |
M нагр1 n2 |
M нагр2 n1 |
, об/мин, |
|
||||||||||||||||
|
|
|
M нагр |
M нагр |
2 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M нагр |
n2 |
M нагр |
2 |
n1 |
|
|
||||||||
|
|
M k 0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
, Гсм, |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
n2 |
|
n1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
U |
a1 |
I |
a1 |
|
(M |
нагр1 |
n M |
нагр2 |
n )2 |
|
|||||||||
Pk 0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
, Вт, |
||||||||||
|
Mнагр1 |
(Mнагр1 |
Mнагр2 )(n2 n1)n1 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Uб U ном , В.
2.Снятие механических характеристик.
Механическая характеристика представляет собой зависимость в
относительных |
единицах: |
m f ( ) |
при const. При |
снятии этой |
характеристики |
напряжение |
возбуждения поддерживается |
постоянным и |
|
равным номинальному, а напряжение управления (коэффициент сигнала) устанавливается необходимой величины и также поддерживается постоянным во время снятия каждой характеристики. Нагрузка изменяется с помощью электромагнитного тормоза (индукционного моментомера) от 0 до Ммах, при этом одновременно фиксируются значения частоты вращения. Показания приборов заносятся в табл. 2 в именованных единицах, а затем пересчитываются в относительные. Базовые значения величин определены в п.1. Для каждой кривой снимается 5–6 точек.
Таблица №2 - Результаты измерений якорного управления
|
|
|
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
=0,7 |
|
|
|
|
|
|
=0,5 |
|
|
|
M |
|
n |
m |
|
P*2 |
М |
|
n |
m |
|
P*2 |
М |
|
n |
|
m |
|
P*2 |
|||
Гс |
|
об |
|
о.е. |
о.е. |
о.е. |
Гсм |
|
об |
|
о.е. |
о.е. |
о.е. |
Гсм |
|
об |
|
|
о.е. |
о.е. |
о.е. |
м |
|
мин |
|
мин |
|
мин |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
0,2 |
4800 |
0,05 |
1,2 |
0,66 |
0,25 |
3100 |
0,05 |
0,77 |
0,42 |
0,25 |
2100 |
|
0,05 |
0,5 |
0,28 |
||||||
5 |
|
2 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,4 |
4650 |
0,08 |
1,16 |
1,02 |
0,4 |
3000 |
0,08 |
0,75 |
0,66 |
0,4 |
2050 |
|
0,08 |
0,5 |
0,44 |
||||||
|
1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
4400 |
0,11 |
1,1 |
1,22 |
0,5 |
2900 |
0,11 |
0,72 |
0,79 |
0,5 |
2000 |
|
0,11 |
0,5 |
0,55 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
4250 |
0,15 |
1,06 |
1,64 |
0,7 |
2800 |
0,15 |
0,7 |
1,08 |
0,7 |
1900 |
|
0,15 |
0,4 |
0,72 |
||||||
|
7 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4100 |
0,22 |
1,02 |
2,26 |
1 |
2600 |
0,22 |
0,65 |
1,44 |
1 |
1650 |
|
0,22 |
0,4 |
0,91 |
||||||
|
1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
Рисунок 1 –Механические характеристики при якорном управлении
Таблица №3 - Результаты измерений полюсного управления
|
|
|
|
=1(24) |
|
|
|
|
|
=0,7(16,8) |
|
|
|
=0,5(12) |
|
||||||||
M |
|
n |
|
m |
|
P*2 |
|
М |
|
n |
m |
|
P*2 |
М |
|
n |
m |
|
P*2 |
||||
Гсм |
|
об |
|
о.е. |
|
о.е. |
о.е. |
|
Гсм |
|
об |
о.е. |
о.е. |
о.е. |
Гсм |
|
об |
о.е. |
о.е. |
о.е. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
мин |
|
|
|
|
мин |
|
мин |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
0,25 |
5000 |
|
0,05 |
|
1,25 |
0,68 |
|
0,25 |
5800 |
0,05 |
1,45 |
0,79 |
0,25 |
6800 |
0,05 |
1,6 |
0,93 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
0,4 |
4800 |
|
0,08 |
|
1,2 |
1,05 |
|
0,4 |
5600 |
0,08 |
1,4 |
1,23 |
0,4 |
6400 |
0,08 |
1,56 |
1,4 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
0, |
4600 |
|
0,11 |
|
1,15 |
1,27 |
|
0, |
5400 |
0,11 |
1,35 |
1,49 |
0, |
6100 |
0,11 |
1,52 |
1,68 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
0,7 |
4200 |
|
0,15 |
|
1,1 |
1,62 |
|
0,7 |
5200 |
0,15 |
1,3 |
2,05 |
0,7 |
5900 |
0,15 |
1,47 |
2,27 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
4000 |
|
0,22 |
|
1 |
2,22 |
|
1 |
5050 |
0,22 |
1,21 |
2,79 |
1 |
5850 |
0,22 |
1,4 |
3,24 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
Рисунок 2 – Механические характеристики при полюсном управлении
3. Снятие регулировочных характеристик.
Регулировочная характеристика представляет собой зависимостьf ( ) при m=const. После запуска двигателя и установки номинального значения напряжения возбуждения изменяют значения напряжения управления, поддерживая постоянным величину момента нагрузки. При этом фиксируются значения частоты вращения, напряжения управления и момента нагрузки.
Таблица №4 - Результаты измерений якорного управления
|
|
|
|
m=0 |
|
|
|
|
m=0,3 |
|
|
|
|
m=0,5 |
|
|||
Uy |
n |
|
|
|
Uy |
n |
|
|
Uy |
n |
|
|
||||||
В |
|
об |
|
|
о.е. |
о.е. |
В |
|
об |
|
о.е. |
о.е. |
В |
|
об |
|
о.е. |
о.е. |
|
|
мин |
|
|
|
|
|
мин |
|
|
|
|
мин |
|
|
|||
24 |
5200 |
|
1 |
1,25 |
24 |
4000 |
1 |
1 |
24 |
3600 |
1 |
0,9 |
||||||
20 |
4900 |
|
0,83 |
1,27 |
20 |
4100 |
0,83 |
1,02 |
20 |
3500 |
0,83 |
0,87 |
||||||
16 |
4400 |
|
0,66 |
1,45 |
16 |
4200 |
0,66 |
1,05 |
16 |
3400 |
0,66 |
0,85 |
||||||
12 |
3800 |
|
0,5 |
1,52 |
12 |
4600 |
0,5 |
1,15 |
12 |
3300 |
0,5 |
0,82 |
||||||
10 |
2400 |
|
0,41 |
1,75 |
10 |
4800 |
0,41 |
1,2 |
10 |
3150 |
0,41 |
0,78 |
||||||
5
Рисунок 3 –Регулировочные характеристики при якорном управлении
Таблица №5 - Результаты измерений полюсного управления
|
|
|
|
m=0 |
|
|
|
|
m=0,3 |
|
|
|
|
m=0,5 |
|
|||
Uy |
n |
|
|
|
Uy |
n |
|
|
Uy |
n |
|
|
||||||
В |
|
об |
|
|
о.е. |
о.е. |
В |
|
об |
|
о.е. |
о.е. |
В |
|
об |
|
о.е. |
о.е. |
|
|
мин |
|
|
|
|
|
мин |
|
|
|
|
мин |
|
|
|||
24 |
5000 |
|
1 |
1,25 |
24 |
4000 |
1 |
1 |
24 |
3600 |
1 |
0,9 |
||||||
20 |
5100 |
|
0,83 |
1,27 |
20 |
4100 |
0,83 |
1,02 |
20 |
3500 |
0,83 |
0,87 |
||||||
16 |
5800 |
|
0,66 |
1,45 |
16 |
4200 |
0,66 |
1,05 |
16 |
3400 |
0,66 |
0,85 |
||||||
12 |
6100 |
|
0,5 |
1,52 |
12 |
4600 |
0,5 |
1,15 |
12 |
3300 |
0,5 |
0,82 |
||||||
10 |
7000 |
|
0,41 |
1,75 |
10 |
4800 |
0,41 |
1,2 |
10 |
3150 |
0,41 |
0,78 |
||||||
6
Рисунок 4 – Регулировочные характеристики при полюсном управлении
Вывод:
Якорное управление: при якорном управлении самоход в двигателе не возникает, так как при снятии управляющего сигнала, равного напряжению якоря Uя -U = 0, ток якоря I = 1я= 0, электромагнитный момент. Анализ характеристик показывает, что механические характеристики прямолинейны и параллельны: двигатель развивает максимальный вращающий момент при пуске (v = 0); относительный пусковой момент равен коэффициенту сигнала (т = а). Анализ характеристик, построенных для различных значений т, показывает, что частота вращения двигателя прямо пропорциональна коэффициенту сигнала а во всем диапазоне нагрузок двигателя. Наибольшая частота вращения двигателя соответствует а =1.
Полюсное управление: существенный недостаток полюсного управления - возможность самохода исполнительного двигателя. Это объясняется тем, что после снятия сигнала управления двигатель остается возбужденным за счёт небольшого магнитного потока остаточного магнетизма Фост и на якорь продолжает действовать небольшой электромагнитный момент, который при небольшой нагрузке на валу двигателя может вызвать самопроизвольное вращение якоря при а = 0. Для устранения самохода двигатель должен иметь на валу постоянно действующую механическую нагрузку Мс >Мвст..Механические характеристики двигателя с полюсным управлением прямолинейны, но в отличие от механических характеристик двигателя с якорным управлением
7
они не параллельны друг другу, т.е. |
при разных |
коэффициентах |
||
сигнала а жёсткость |
характеристики |
неодинакова |
(с |
|
уменьшением а жёсткость |
характеристики |
возрастает |
механические |
|
характеристики двигателя с полюсным управлением прямолинейны, но в отличие от механических характеристик двигателя с якорным управлением
они не параллельны друг другу, т.е. |
при разных |
коэффициентах |
||
сигнала а жёсткость |
характеристики |
неодинакова |
(с |
|
уменьшением а жёсткость |
характеристики |
возрастает). |
При |
полюсном |
управлении частота вращения идеального холостого хода обратно пропорциональна коэффициенту сигнала, так как частота вращения обратно пропорциональна магнитному потоку. Уравнение регулировочной характеристики исполнительного двигателя с полюсным управлением свидетельствует о нелинейности регулировочных характеристик. Это серьезный недостаток полюсного управления. Кроме того, при малых нагрузочных моментах (т < 0,5) регулировочные характеристики неоднозначны (при двух различных значениях коэффициента сигнала а можно получить одинаковую частоту вращения ). Этот недостаток ограничивает применение полюсного управления только для привода автоматических устройств, которые создают момент сопротивления на валу двигателя не меньше 0,5 Мп.
8
Литература:
1. Мехатронные системы летательных аппаратов: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов IV курса, обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» / сост. А.Б. Цукублин, Н.Ю. Сипайлова; Томский политехнический университет. – Томск: Томский политехнический университета, 2021. – 129 с.
9