Трансформаторные устройства специального назначения.

Трансформаторы для выпрямительных устройств. Особенность таких трансформаторов – наличие во вторичной цепи диодов.

Автотрансформаторы имеют одну обмотку, часть витков которой принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям. Авторансформаторы могут быть понижающими и повышающими, однофазными и трехфазными. Авторансформаторы с переменным коэффициентом трансформации.

Пик-трансформаторы применяются для преобразования синусоидального напряжения в импульсы пикообразной формы с целью управления тиристорами либо другими полупроводниковыми устройствами.

Импульсные трансформаторы применяют для согласования полных сопротивлений, изменения знака и амплитуды импульсов, для размножения импульсов. Основное требование к ним – минимальное искажение формы трансформируемых импульсов.

Умножители частоты. Удвоители и утроители частоты.

Стабилизаторы напряжения предназначены для поддержания практически неизменным напряжения на входе каких-либо устройств САУ, чувствительных к колебаниям напряжения сети. Ферромагнитный стабилизатор. Феррорезонансный стабилизатор.

Вопросы для самопроверки

1. Дать классификацию трансформаторов.

2. Привести конструктивные схемы и описать принцип действия трансформаторов.

3. Охарактеризовать режимы работы трансформаторов.

3. Привести конструктивные схемы описать принцип действия трансформаторов для выпрямительных устройств.

4. Привести конструктивную схему описать принцип действия автотрансформаторов.

5. Привести конструктивные схемы описать принцип действия пик-трансформаторов.

6. Привести конструктивные схемы описать принцип действия импульсных трансформаторов.

7. Привести конструктивные схемы описать принцип действия умножителей частоты.

8. Привести конструктивную схему и описать принцип действия ферромагнитного стабилизатора напряжения.

9. Привести конструктивную схему и описать принцип действия феррорезонансного стабилизатора напряжения.

10. Перечислить области применения трансформаторов.

ЛЕКЦИЯ 10

Цель лекции – ознакомление с видами исполнительных элементов, основными характеристиками, способами управления ИДПТ.

Задачи лекции

- изучить типы конструкций исполнительных элементов

- изучить типы конструкций исполнительных двигателей постоянного тока

Вопросы, рассматриваемые на лекции

1. Классификация исполнительных элементов. Классификация исполнительных устройств. Требования к исполнительным устройствам (ИУ).

2. Классификация исполнительных двигателей (ИД). Требования к ИД. Основные характеристики. Способы управления ИДПТ. Способы повышения быстродействия ИДПТ. Шаговые ИД.

Классификация исполнительных элементов

По виду используемой энергии – электрические, гидравлические, пневматические, комбинированные.

Гидравлические и пневматические характеризуются - простотой конструкции; большими выходными моментами или усилиями при малых габаритах; высоким КПД; большой надёжностью.

По конструкции гидравлические и пневматические ИЭ бывают - поршневыми; мембранными; шестерёнчатыми.

Электрические исполнительные элементы (ЭИЭ) характеризуются - разнообразием типов электрических двигателей; простотой питания в промышленных условиях; лёгкостью получения больших скоростей.

По конструкции среди ЭИЭ можно выделить – двигатель постоянного тока; двигатель переменного тока; соленоиды или электромагниты (для перемещения регулирующего органа клапанного типа); шаровые двигатели; электромагнитные муфты.

По режиму работы – кратковременного; повторно-кратковременного; продолжительного.

Исполнительный элемент входит в состав исполнительного устройства (ИУ), которое включает так же усилитель и регулирующий орган.

В качестве регулирующего органа для гидравлических устройств используются вентили, клапаны, задвижки, заслонки и д.р. К электрическим регулирующим органам относят реостаты, фазовращатели.

Классификация исполнительных устройств.По виду управления двигателем электрические исполнительные устройства бывают контактными и бесконтактными.

Контактные электрические ИУ делятся на устройства с реле и с контакторами.

По характеру скорости перемещения регулирующего органа: - с постоянной скоростью, не зависимо от величины управляющего сигнала; с переменной скоростью (при импульсном режиме работы двигателя).

Исполнительное устройство постоянного скоростного выполнения бывают - с реверсивным управлением; с нереверсивным управлением.

Нереверсивные устройства постоянной скорости различаются по конструкции - однооборотные; многооборотные; постоянно вращающиеся.

Нереверсивные с вращением в зависимости от конструкции приводимого регулирующего органа: - с вращательным движением выходного вала; с поступательным движением выходного штока.

Бесконтактные электрические ИУ по виду устройства управления двигателем - с электромагнитным; магнитным; полупроводниковым усилителем; комбинированные.

По характеру скорости вращения выходного вала - с переменной скоростью вращения; с постоянной скоростью вращения.

По конструкции бесконтактные электрические ИУ - с вращающим движением выходного вала; с поступательным движением выходного штока.

С вращательным движением выходного вала по конструкции привода регулирующего органа разделяют: однооборотные; многооборотные; постоянного вращения.

Требования к ИУ:

1) сигнал управления постоянный на входе должен усиливаться по мощности до уровня достаточного для приведения в движение регулировочного органа; должны обеспечиваться заданная точность и скорость отработки сигнала;

2) точность отработки сигнала определяет необходимую чувствительность данного ИУ, а скорость отработки (быстродействие) определяется временем перемещения регулировочного органа из одного крайнего положения в другое, или временем подачи максимального сигнала.

Классификация исполнительных двигателей. Исполнительные двигатели предназначены для преобразования электрического сигнала в угловое перемещение какого-либо вала. Работают в условиях частых пусков и остановов. Применяются ИД постоянного и переменного тока.

По характеру работы: двигатели непрерывного действия (вращение производится в течение всего времени действия управляющего сигнала. Частота вращения вала зависит от параметров сигнала); двигатели дискретного действия – шаговые двигатели (угловое перемещение вала происходит скачками, т.е. вал поворачивается на определённый угол не зависимо от продолжительности действия управляющего сигнала).

Требования к ИД: отсутствие самохода, минимальная криволинейность механических и регулировочных характеристик; надёжность и экономичность способов управления; быстродействие; минимальное время разгона ротора до установившейся частоты вращения; минимальное напряжения трогания (минимальное значение управляющего сигнала, вызывающее вращение ротора двигателя); минимальные габариты и масса, высокие надёжность и КПД, коэффициент мощности; удобство и безопасность обслуживания.

Основные характеристики, используемые при оценке эксплуатационных свойств электрических исполнительных элементов (статические характеристики):

1) Механическая характеристика – зависимость электромагнитного момента, развиваемого двигателем, от частоты вращения двигателя при постоянном напряжении управления.

2) Регулировочная характеристика – зависимость частоты вращения двигателя от напряжения управления при постоянном электромагнитном моменте.

Исполнительные двигатели постоянного тока (ИДПТ).В качестве ИД используют ДПТ с независимым возбуждением или ДПТ с возбуждением постоянными магнитами.

Достоинства ИДПТ: механические и регулировочные характеристики практически прямолинейны; способы управления просты; габаритные размеры и массы меньше, чем у ИАД (асинхронный двигатель).

По виду управления ИДПТ с электромагнитным возбуждением – двигатели с якорным управлением, с полюсным управлением.

ИДПТ с возбужднием постоянными магнитами имеют только якорное управление.

.

в) с якорным управлением (ОВ отсутствует)

а) с якорным

управлением

б) с полюсным

управлением

- при якорном управлении (рис. а) обмотка полюсов является обмоткой возбуждения, обмотка якоря – обмоткой управления, на которую от БУ (блок управления) поступает управляющий сигнал;

- при полюсном управлении (рис. б) обмотка якоря является обмоткой возбуждения, в цепь якоря включено добавочное сопротивление. Реверс ИДПТ осуществляется изменением полярности управляющего сигнала.

Динамические характеристики ИДПТ можно описать передаточной функцией вида , Т_m – электромеханическая постоянная времени двигателя.

Способы повышения быстродействия ИДПТ.

Для повышения быстродействия ИДПТ уменьшают электромеханическую постоянную времени Т_m.

Электромеханическая постоянная времени представляет собой время разгона (в секундах), за которое якорь двигателя разгоняется до частоты вращения равной , где - идеальная угловая скорость вращения якоря.

Если к ИДПТ нет требований по быстродействию, то в качестве ИД используют двигатели обычной конструкции.

В САУ и САР используют мало инерционные ИДПТ специальных конструкций: с полым якорем; с дисковым якорем; с гладким якорем.

Шаговые ИД. Преобразуют управляющий сигнал U_y в дискретные (скачкообразные) угловые перемещения выходного вала. Угол поворота вала называют угловым шагом, он точно соответствует числу и порядку следования управляющих импульсов поступающих на обмотку статора. Наибольшее применение нашли в автоматизированном программном электроприводе.

Шаговые двигатели с пассивным (невозбуждённым) и активным (возбуждённым) ротором.