Сапожников А.И., Нечаев М.А., Образцов К.В. Элементы систем автоматики: лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

ОВ

ВЫХ

VD1

VD2

VD3

VD4

ОВ

ВЫХ

VD1

VD2R1

R2 R3

C1 C2

а) б)

Рис. 4

2. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

2.1. В работе используются следующие приборы и оборудование.

2.1.1. Бесконтактные сельсины-датчики типа БД-1404А.

2.1.2. Линия связи с сопротивлением фазы R

= 11 Ом.

2.1.3. Микромультиметр цифровой типа ММЦ-01.

2.1.4. Осциллограф С1-68.

2.1.5. Соединительные провода.

2.2. Основные технические данные сельсинов типа БД-1404А:

•

номинальное напряжение возбуждения 110 В;

•

номинальная частота 50 Гц;

•

номинальный ток возбуждения 0.4 А;

•

потребляемая мощность 12.5 Вт;

•

номинальное вторичное напряжение 49 В;

•

момент трения 1.5·10

-4

Н·м;

•

максимальный статический синхронизирующий момент 0.024 Н·м;

•

удельный статический синхронизирующий момент 4·10

-4

Н·м/град;

•

номинальная частота вращения 500 об/мин.

3. ПРОГРАММА РАБОТЫ

3.1. Исследование индикаторного режима.

3.1.1. Собрать на стенде схему рис. 1, для чего необходимо соеди-

нить соответствующие гнезда обмоток возбуждения СД и СП С1 и С2 и

подключить их к источнику переменного напряжения ~110 В.

Обмотки синхронизации СД и СП соединены на стенде через ли-

нии связи R

3.1.2. Снять зависимость угла поворота ротора СП от угла поворота

ротора СД ()

ПД

= , поворачивая ротор СД.

Результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

, град

0 30 60 … 360

, град

3.1.3. Рассчитать ошибку индикаторной передачи

ПД

αα

=−.

Результаты расчетов занести в табл. 1.

3.2. Исследование трансформаторного режима.

3.2.1. Собрать схему рис. 2, для чего в отличие от предыдущей схе-

мы отключить обмотку возбуждения сельсина-приемника от источника

напряжения и подключить её к микромультиметру на пределе измере-

ния 200 В переменного напряжения.

3.2.2. Повернуть ротор СП на угол 90° относительно положения ро-

тора СД и зафиксировать его.

3.2.3. Поворачивая ротор СД снять зависимость

выходного напря-

жения СП от положения ротора СД f( )

ЫХ Д

Результаты занести в табл. 2.

Таблица 2

, град

0 30 60 … 360

ВЫХ

, В

_ВЫХ расч

, В

ЫХ

UΔ , В

3.2.4. Рассчитать теоретическое действующее значение выходного

напряжения СП

sin

ВЫХ расч ВЫХМ Д

=⋅

где за значение

ЫХМ

U взять максимальное значение, определенное

экспериментально.

Рассчитать отклонение экспериментального значения выходного

напряжения от расчетного

ВЫХ ВЫХ расч

UUΔ= −

Результаты расчетов занести в табл. 2.

3.3. Исследование фазового режима.

3.3.1. Собрать схему рис. 3. Для этого подать трехфазное напряже-

ние с гнезд А, В, С на гнезда трехфазной обмотки синхронизации СД. К

гнездам обмотки возбуждения С1, С2 подключить осциллограф.

3.3.2. Поворачивая ротор СД, снять зависимость фазы выходного

напряжения от угла поворота ()

Результаты занести в табл. 3.

Таблица 3

α , град

0 30 60 … 360

, град

αΔ, град

3.3.3. Рассчитать ошибку передачи угла

φα

=− . Результаты

расчетов занести в табл. 3.

3.4. Исследование режима командоаппарата.

3.4.1. Собрать схему рис. 4, а или б по заданию преподавателя. Для

этого подать на гнезда обмотки возбуждения С1, С2 переменное напря-

жение ~110 В, а гнезда А, В, С трехфазной обмотки подключить соглас-

но схемы.

3.4.2. Поворачивая ротор СД, снять зависимость величины выход-

ного напряжения от угла поворота f( )

ЫХ Д

Результаты занести в табл. 4.

Таблица 4

, град

0 30 60 … 360

ВЫХ

, В

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.1. Цель работы.

4.2. Технические данные используемых сельсинов.

4.3. Для каждого пункта программы работы представить:

•

принципиальную электрическую схему;

•

таблицы экспериментальных и расчетных данных;

•

графики функциональных экспериментальных и расчетных

зависимостей.

4.4. Ответы на контрольные вопросы.

4.5. Выводы по работе.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1. В чем заключается принцип действия индикаторной передачи

на сельсинах?

5.2. В каких случаях система синхронной связи используется в

трансформаторном режиме?

5.3. Для чего вводится начальный разбаланс в трансформаторном

режиме?

5.4. В чем заключается принцип работы

сельсинов в фазовом ре-

жиме?

5.5. Зачем нужен командоаппарат?

5.6. Какие факторы влияют на точность передачи угла?

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сабинин Ю. А. Электромашинные устройства автоматики:

Учебник для вузов. – Л. Энергоатомиздат, 1988. – 408 с.

2. Волков Н. И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства

автоматики: Учеб. для вузов по спец. “Автоматика и телемеханика”. – 2-

е изд.,

перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 335 с.

3. Хрущев В. В. Электрические машины систем автоматики. – Л.:

Энергоатомиздат, 1985. – 386с.

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение конструкции, принципа действия, схем

включения, путей уменьшения погрешностей вращающихся трансфор-

маторов.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1.

Вращающимися трансформаторами (поворотными транс-

форматорами, резольверами) называют индукционные электрические

микромашины переменного тока, у которых выходной сигнал пропор-

ционален углу поворота ротора или некоторым функциям от него.

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) применяют в системах авто-

матического управления, в приборном оборудовании в качестве датчи-

ков положения, для измерения углов рассогласования между двумя

осями, в качестве

построителей для решения геометрических и триго-

нометрических задач.

Основными типами ВТ являются [1]: двухполюсные ВТ, имеющие

по две взаимно перпендикулярные обмотки на роторе и статоре; много-

полюсные ВТ; индукционные редуктосины и индуктосины; функцио-

нальные ВТ и индукционные потенциометры.

Конструктивно двухполюсные ВТ выполняют так же, как и асин-

хронный двигатель с фазным ротором

. В равномерно распределенные

пазы ротора и статора укладывают по две взаимно перпендикулярные

обмотки. Электрическая схема такого ВТ показана на рис. 1; на статоре

располагают обмотку возбуждения В1В2, квадратурную обмотку В3В4,

на роторе синусную С1С2 и косинусную К1К2 обмотки.

Напряжение к расположенным на роторе обмоткам подводиться

(снимается) с

помощью контактных колец и щеток (ВТ серий ВТМ, ВТ,

СКТ и др.) или с помощью контактных пружин (некоторые ВТ серии

СКВТ), во втором случае угол поворота ротора ограничен.

Широко применяются бесконтактные ВТ (серий БСКТ, БВТ и др.);

питание к обмотке ротора в них подводится с помощью кольцевого

трансформатора (рис. 2).

бесконтактных ВТ расположение обмоток обратное, причем

квадратурная обмотка либо закорочена внутри машины, либо отсутст-

вует вовсе [2]. ВТ выполняют таким образом, чтобы взаимная индук-

тивность обмоток статора и ротора изменялась по строго синусоидаль-

ному (косинусоидальному) закону.

1.2. В зависимости от схемы соединения обмоток и их питания ВТ

могут работать

в различных режимах:

•

синусно-косинусный ВТ (СКВТ), позволяющий получить на вы-

ходных обмотках напряжение, пропорциональное синусу (коси-

нусу) угла поворота ротора ВТ;

В3

В2

К2

К1

В1

В4

Рис. 1

К2

К1

В2

В1

1 – подшипники; 2 – крышки;

3 – кольцевые трансформаторы;

4 – пакет статора; 5 – пакет

ротора; 6 – корпус; 7 – вал

а) б)

Рис. 2. Бесконтактный ВТ: конструкция (а) и электрическая схема (б)

• линейный ВТ, у которого выходное напряжение пропорционально

углу поворота ротора ВТ в диапазоне углов приблизительно ± 60°;

•

преобразователь координат или ВТ-построитель, позволяющий

перейти от декартовой системы координат к полярной;

•

ВТ в режиме фазовращателя, преобразующего угол поворота ро-

тора ВТ в фазу выходного напряжения;

•

ВТ в режиме трансформаторной дистанционной передачи, позво-

ляющей измерить угол рассогласования между двумя механиче-

скими осями.

1.3. Схема включения ВТ в режиме

СКВТ соответствует рис. 3.

При подключении обмотки возбуждения В1В2 к сети во вращаю-

щемся трансформаторе возникает продольный магнитный поток Ф

пульсирующий во времени с частотой сети.

Поток обмотки возбуждения будет наводить в синусной и косинус-

ной обмотках ЭДС с действующими значениями, пропорциональными

функциям угла поворота:

sin ;

cos ,

⋅

=⋅

(1)

Рис. 3

где

⋅ – максимальное значение ЭДС;

– коэффициент трансформации между обмоткой возбуждения и

роторными обмотками.

Мгновенные значения напряжений в обмотках будут определяться

следующим образом:

sin( ) cos sin( );

sin( ) sin sin( ).

kk M

cc M

eE tE t

αω

ωαω

=⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅

Квадратурная обмотка В3В4 разомкнута и на процессы в ВТ влия-

ния не оказывает.

При отсутствии нагрузки или при очень большом сопротивлении

подключенного к СКВТ устройства напряжение на зажимах выходных

обмоток ВТ будет равно наведенным ЭДС, т.е.

cos ;

sin .

kkM

ccM

UEE

=⋅

== ⋅

(2)

Если же к одной из обмоток, например, синусной подключить на-

грузку

НС

z , то по ней потечет ток

снс

, (3)

где

z – сопротивление обмотки С.

Ток в обмотке будет создавать поток

, который в общем случае

можно разложить на две составляющие: продольную

сd

и поперечную

сq

Φ .

Продольный поток

сd

направлен против потока статора и размаг-

ничивает ВТ [3]. Размагничивающее действие уравновешивается увели-

чением тока в обмотке возбуждения В1В2. Результирующий продоль-

ный поток наводит в обмотке С ЭДС:

sin

сdM

=⋅ . (4)

Поперечный поток

сq

Φ направлен под углом

к оси обмотки С.

Он наводит в ней ЭДС самоиндукции

сq

, пропорциональную измене-

нию тока

сq с

jLI

−⋅ ⋅ ⋅ ,

где L – индуктивность “поперечных” витков обмотки С (связанных

с потоком

сq

Φ ), т.е.

(cos)

=⋅ ⋅, где

– коэффициент пропор-

циональности.

Тогда

cos

сq с

jW I

ωαλ

=− ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ,

а с учетом (3)

cos

сq

с Hс

EjW

ωαλ

=− ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

. (5)

Полная ЭДС

E представляет собой сумму ЭДС

сd

E и

сq

.. . . .

sin cos

ссd сqM

EE E E bE

=+=⋅ −⋅⋅ , (6)

где

с Hс

⋅⋅ ⋅

– постоянный комплексный множитель.

Если решить (6) относительно

E , получим

α⋅+

α⋅

cos1

sin

E . (7)

Из уравнения (7) видно, что при нагрузке СКВТ синусоидальный

характер зависимости

E от угла α искажается из-за наличия в (7) члена

cos

⋅ .

Относительная погрешность для синусоидальной обмотки ВТ

cos sin

1cos

сс

EEb

−⋅⋅

Δ= =

+⋅

. (8)

Комплексом

UΔ определяется амплитудная и фазовая погреш-

ность. Из (8) можно найти, что погрешность достигает максимального

значения при угле поворота α, равном 35°16'.

В косинусной обмотке ЭДС также изменяется при нагрузке под

влиянием поперечного потока. Выражение (7) принимает вид

cos

1sin

⋅

+⋅

, (9)

где

KHR

⋅⋅ ⋅

; здесь

– число витков косинусной обмот-

ки;

z ,

HК

z – сопротивления косинусной обмотки и подключенной к

ней нагрузки соответственно.

Напряжение на измерительной обмотке будет отличаться от ЭДС

обмотки на величину падения напряжения на её внутреннем сопротив-

лении

z (или

z ) при токе

.. .

UEzI

−⋅. (10)

Величина падения напряжения не зависит от положения ротора ВТ.

Т.к. главным техническим показателем ВТ является точность вы-

полнения им функциональных преобразований, то важно устранять ис-

точники погрешностей.

1.4. Для устранения погрешности, вызванной поперечным потоком,

применяют

симметрирование ВТ [3]. Симметрирование может осуще-

ствляться со стороны статора – первичное симметрирование и со сторо-

ны ротора – вторичное симметрирование.

Первичное симметрирование заключается в нагрузке квадратур-

ной обмотки малым сопротивлением

z (рис. 4).

Т.к. ось квадратурной обмотки совпадает с направлением продоль-

ного потока ВТ, то “поперечные” витки синусной обмотки (

cos

⋅ ) и

витки квадратурной обмотки образуют трансформатор, причем его пер-

вичная обмотка находится на роторе. Если сопротивление

мало, то

трансформатор работает в режиме, близком к режиму короткого замы-

кания, взаимное размагничивание обмоток сводит результирующий по-

перечный поток

.. .

К cq

ФФ Ф=+ практически к нулю.

Считают, что влияние поперечной реакции ротора исчезает, если

при одинаковых параметрах обмоток В1В2 и В3В4 в обмотку В3В4

включить нагрузку

zz= , где

z – внутреннее сопротивление источ-

ника питания обмотки возбуждения В. Если ВТ питается от источника

большой мощности при напряжении питания Uconst

, то можно счи-

тать

HВИ

zz==

Недостатком первичного симметрирования является зависимость

тока возбуждения от угла поворота ротора [4].