Комаров Ю.Ю. Проектирование и изготовление аэрокосмических аппаратов

Подождите немного. Документ загружается.

ной схеме статор электрической машины в первом приближении заме-

няется кольцевым ферромагнитным экраном 1 с внутренним радиусом Rs,

на поверхности которого расположен эквивалентный токовый слой 2. Если

экран не насыщен и его относительная магнитная проницаемость

то можно воспользоваться методом изображений для бесконечно толстого

экрана. Согласно этому подходу поле в рабочем зазоре можно представить

в виде суммы полей реальных магнитов индуктора и соответствующих им

фиктивных магнитов (отражений), расположенных на кольце радиусами

и .

Рис. 3. Конструктивная схема

Векторный потенциал фазы якоря при (где — глубина паза)

находится из решения уравнения Пуассона [1]:

Аналитическое решение при отсутствии диамагнитных экранов во внут-

ренней области токового слоя имеет вид [1]

где — обмоточный коэффициент; и – соответственно число вит-

ков и ток фазы;

– число пар полюсов.

151

Рис. 4. Расчетная схема

Таким образом, суммарное поле в зазоре машины будет складываться

из трех составляющих: поля постоянных магнитов ротора, поля его “от-

ражения” в стальном магнитопроводе статора и поля от токового слоя,

моделирующего трехфазную обмотку статора.

Двумерные магнитные поля в цилиндре Гольбаха

Распределение магнитных полей

в двигателях с длинным ротором

определяется из решения двумерных электродинамических

задач, описываемых системой уравнений Максвелла [2]:

Магнитная индукция связана с напряженностью магнитного поля

соотношением [2]

Величину магнитного момента в области магнита примем постоянной

const что вполне допустимо для редкоземельных материалов.

Из (3) следует, что

всюду свободно от вихрей, что позволяет ввести

скалярный потенциал

с помощью соотношения

Система (3) в данном случае сводится к следующим уравнениям отно-

сительно скалярного магнитного потенциала для магнитов с радиальным

и тангенциальным намагничиванием соответственно:

152

В дальнейшем принимается, что магнитные поля на бесконечности от-

сутствуют (

, а на границах сопряжения сред с различными

магнитными проницаемостями выполняются следующие граничные усло-

вия:

Здесь индексы “+” и “-” относятся к параметрам по разные стороны

границы раздела сред.

Для радиальных магнитов на границах Г1 и Г2 (рис. 4), эти условия

сводятся к следующим соотношениям:

Для тангенциальных магнитов на границах Г3 и Г4 граничные условия

записываются как

Таким образом, задача определения двумерного магнитного поля в ци-

линдре Гольбаха сводится к задачам Неймана относительно скалярного

магнитного потенциала, которые для магнитов с радиальным и тангенци-

альным намагничиванием соответственно имеют вид:

Общее решение уравнений (10), (11) можно записать в виде [1]

Здесь — контур ABCD (см. рис. 4); — площадь радиального магнита;

— функция Грина для p-полюсного источника [1]:

Здесь – координаты точки наблюдения; – координаты точки

источника поля.

153

Для построения общих аналитических решений функцию Грина (13)

представим в виде рядов Фурье [1]:

Знаки “+” и “-” в выражении (14) относятся к областям и

соответственно.

С учетом (14) решение (12) приводится к следующему виду:

для

На рис. 5,6вкачествепримера приведены распределения скалярного

магнитного потенциала в системах с различным числом пар полюсов.

Рис. 5. Распределение скалярного магнитного потенциала ( )

Видно, что внутри цилиндра Гольбаха магнитное поле значительно сла-

бее, чем снаружи, что позволяет получить более высокие значения индук-

ции в машинах с данным типом ротора по сравнению с СМ традиционного

исполнения.

Таким образом, полученные в данной работе аналитические решения

позволяют проводить детальный расчет магнитных полей в активной зоне

синхронной машины с магнитами Гольбаха, по известному распределению

поля в рабочем зазоре определять ЭДС и индуктивные сопротивления и

154

Рис. 6. Распределение скалярного магнитного потенциала ( )

с использованием векторной диаграммы строить внешние характеристики

машины.

Из анализа структуры аналитических решений следует, что полученные

ряды являются быстросходящимися и для расчета полей можно воспользо-

ваться первыми двумя-тремя гармониками. Это позволяет проводить опти-

мизацию угловых размеров магнитов в цилиндре Гольбаха, обеспечиваю-

щих подавление высших гармонических поля, что имеет принципиальное

значение при выборе рациональных конструкций синхронных электриче-

ских машин с магнитами Гольбаха.

Библиографический список

1. Бертинов А. И., Алиевский Б. Л., Илюшин К. В. и др. Сверхпроводниковые элек-

трические машины и магнитные системы. – М.: Изд-во МАИ, 1993.

2. Бухгольц Г., Расчет электрических и магнитных полей. – М.: Изд-во иностранной

литературы, 1961.

Р. Р. Захарян, В. А. Курицин

Московский авиационный институт (государственный технический университет)

РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА НА БАЗЕ ПК

ПО ПРОВЕРКЕ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ТИПА ДВБЧ-У, ДДГ

Актуальность данной работы обосновывается использованием персо-

нального компьютера для цифровой обработки сигнала от авиационного

155

устройства, представляющее большой интерес, так как преобразует воз-

действие окружающей среды в электрический сигнал. В свою очередь, эта

актуальность аргументируется предоставлением ПВЭМ многих удобных

функций, точностью обработки, высокой помехозащищенностью. Ведь

прежде всего с помощью ПК со значениями в цифровом виде очень удобно

и просто работать. Решаются сразу многие проблемы, связанные с обра-

боткой, хранением, предоставлением в удобной форме пользователю пара-

метров сигнала. Рассмотрим различные методы измерения давления, при-

меняемые в авиационном приборостроении. Наибольшее распространение

получили методы измерения, в которых силы измеряемого давления непо-

средственно сравнивается с упругими силами. К таким методам близки

методы измерения, в которых силы давления, преобразованные в переме-

щение, воздействуют на параметры измерительных схем: сопротивление,

емкости, индуктивности и т.д. Это по существу электрические методы из-

мерения, основанные на преобразовании деформаций, функционально свя-

занных с давлением, в изменения сопротивления, емкости или индуктив-

ности. Самые распространенные преобразователи: потенциометрические,

ёмкостные, индуктивные, пленочные тензометрические, с использованием

пьезоэлектрического эффекта, частотные, пьезорезисторные, термокондук-

тивные, ионизационные, оптические. Измерительным преобразователем с

частотным выходом (ИПЧВ) называется преобразователь, в котором изме-

ряемая величина преобразуется в гармоническое колебание или последо-

вательность импульсов. Потребность создания ИПЧВ обусловлена широ-

ким использованием цифровой вычислительной и управляющей техники,

необходимостью непосредственного введения измерительной информации

в цифровые машины. ИПЧВ совмещает простоту и универсальность ана-

логовых устройств с точностью и помехозащищенностью устройств с ко-

довым выходом. ИПВЧ обладают высокой точностью измерения информа-

тивного параметра; высокой помехоустойчивостью, объективно присущей

частотной модуляции; возможностью создания коммутаторов, не вносящих

существенных погрешностей в результаты измерения; возможностью точ-

ного интегрирования по времени выходного сигнала [1]. В данной работе

используется датчик, основанный на частотном механическом резонато-

ре в режиме автоколебаний. В роли резонатора выступает вибрирующий

цилиндр.

Принцип действия датчика основан на использовании колебаний меха-

нического резонатора, собственная частота которого перестраивается под

действием измеряемого давления. Функциональная схема преобразователя

давления (модуля давления МДЧ-2) представлена на рис. 1. После воз-

156

действия внешней среды, т.е. измеряемого давления, меняется жесткость

резонатора 3, а, следовательно, его частота изгибных колебаний. Эти виб-

рации резонатора возбуждаются и поддерживаются при помощи системы

возбуждения и электронного усилителя 4, через положительную обрат-

ную связь. Система возбуждения - магнитоэлектрического типа и состоит

из двух постоянных магнитов 2, в поле которых находится резонатор 3

с протекающим по нему переменный током. Система съема колебаний

— емкостного типа и представляет собой четыре пленочных электрода 1,

образующих с наружной цилиндрической поверхностью резонатора 3 ем-

кости. Схема работает в режиме автоколебаний на частоте собственных

колебаний резонатора. Выходным сигналом датчика является частота (пе-

риод) следования выходных импульсов напряжения

, поступающих

от усилителя 4 [2].

Рис. 1. Функциональная схема преобразователя давления

Разработанная функциональная схема лабораторного стенда представ-

лена на рис. 2.

Здесь приводятся два возможных способа подключения датчика к ком-

пьютеру. Первый через устройство согласования, второй — через цифровой

осциллограф. Схема разработанного устройства согласования представле-

на на рис. 3.

Из-за наличия сравнительно большой погрешности работы согласую-

щего устройств (а это около 30% от рабочего диапазона частоты) был

использован готовый промышленный продукт – цифровой осциллограф

PCS100 фирмы “Velleman”. Аппарат является стробоскопической осцил-

157

Рис. 2. Функциональная схема лабораторного стенда

Рис. 3. Электрическая схема согласующего устройства

158

лографической приставкой к настольному или мобильному ПК, который

позволяет наблюдать на экране монитора вполне реальные и высокока-

чественные осциллограммы с высоким разрешением, разными цветами

линий и с отсутствием геометрических искажений. Принцип действия та-

ких осциллографов заключается в дискретизации входного сигнала (путем

выделения из него коротких вырезок-отсчетов). Сигналы оцифровываются

(квантуются) с помощью быстродействующего аналого-цифрового преоб-

разователя, и коды отсчетов передаются в ПК [5,11,13].

Для обработки значений сигнала, полученного с помощью осциллогра-

фа, и отображения величин, зависящих от его характеристик, была разрабо-

тана программа PClabreader. Краткий принцип действия программы: снача-

ла из памяти программы PСLab2000 (программное обеспечение цифрового

осциллографа) извлекаются текущие данные и по полученным значениям

определяются период и частота сигнала. Далее вычисляется значение дав-

ления по занесенным в программу формулам пересчета из частоты в дав-

ление. Затем программа высчитывает значение высоты по гипсометриче-

ской формуле. Заключительным этапом выполнения приложения является

обновление пользовательского интерфейса, т.е. рисование анимированных

индикаторов. Перед началом измерений пользователь может ввести по-

правку на давление, тем самым установив стрелку на вакуумметре в 0.

Интерфейс программы PClabreader представлен на рис. 4.

Рис. 4. Интерфейс программы PClabreader

Принцип действия установки основан на откачке воздуха до нужных

159

значений из физических приборов: датчика и высотомера, после чего необ-

ходимо произвести регистрацию значений полученных на приборах и пер-

сональном компьютере.

Целью данной лабораторной работы будет изучение датчика ДВБЧ-У,

ознакомление с цифровым осциллографом, усвоение принципа работы

программного обеспечения PClabreader. Необходимо также будет произ-

вести замеры значения давления и высоты, полученные с помощью физи-

ческих приборов и сравнить эти значения со значениями полученные на

ПЭВМ.

Разработанная лабораторная установка является хорошей демонстраци-

ей результатов работы не только датчика давления, но и цифровой обра-

ботки сигналов на осциллографе и персональном компьютере.

Библиографический список

1. Поляков И. Н. Измерительные преобразователи с частотным выходом: Учебное

пособие. – М.: Изд-во МАИ, 1991.

2. Руководство по технической эксплуатации ДВБЧ-У.

3. Руководство по эксплуатации частотомера электронносчетного РЧЗ-07-0002.

4. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. – Спб.: Питер, 2005.

5. Руководство по эксплуатации цифрового осциллографа PCS100.

6. Ватсон К. С#. – М.: Лори, 2005.

7. Боднер В. А. Авиационные приборы. – М.: Машиностроение, 1969.

8. Лаврова А. Т. Элементы автоматических приборных устройств. – М.: Машиностро-

ение, 1975.

9. Калабеков Б. А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные си-

стемы: Учебник для техникумов связи. – М.: Радио и связь, 1987.

10. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – Спб.: БХВ - Петербург, 2000.

11. http://www.radioradar.net/metrolog/metrolog2003-10-07_7-12-04.php

12. http://guap.ru/dept01/caf11/Books/sturman/3/page_3.1.htm

13. http://www.Velleman.be

А. А. Лубневский, Н. В. Павлова, В. В. Сергейчик

Московский авиационный институт (государственный технический университет)

ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦИКЛА

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Задача обучения в рамках лабораторного практикума состоит в том,

160