Передаточная функция двигателя постоянного тока
Распишем цепь якоря с учетом индуктивности.
|
|
Возможно нахождение ПФ по скорости или углу поворота
– по скорости
– по углу поворота
ПФ – изображение по Лапласу выходных координат при нулевых начальных условиях.
Предположим, что внешнее магнитное поле на двигателе отсутствует. В этом случае электромагнитный момент, создаваемый якорем, уравновешивается только моментом инерции этого якоря, т.е. динамическим моментом.
где
Тогда ДУ якоря будет иметь вид:
Тогда ПФ:
Приведем к более простой форме:
|
|
– электромагнитная постоянная времени
– электромеханическая постоянная
времени
– коэффициент усиления
На
практике для машин классической
конструкции с барабанным якорем, особенно
для маломощных машин, можно считать
.
Т.к.
и
,
то ПФ по скорости
;
;
.
Ранее было показано, что сопротивление источника питания уменьшает жесткость механической характеристики, уменьшает пусковой момент, а быстродействие машины ухудшается, т.к. электромеханическая постоянная времени увеличивается.
Механическая
характеристика полностью отображает
свойства машины, в том числе и динамические,
поэтому легко рассчитать передаточную
функцию по паспортным данным двигателя,
в которых приводится момент инерции,
скорость холостого хода и пусковой
момент. Коэффициенты
и
рассчитываются из уравнения машины
При
При
Бесколлекторные двигатели постоянного тока
Машины постоянного тока обладают наилучшими регулирующими свойствами и энергетическими параметрами. Однако наличие подвижного контакта делает ее наименее надежное из всех типов машин, поэтому были разработаны бесконтактные (бесколлекторные) двигатели постоянного тока. Они появились в середине прошлого века.
Принцип работы двигателя постоянного тока основан на том, что коммутируемые обмотки якоря находятся в постоянном поле статора. Бесконтактный двигатель выполняется по инверсной конструктивной схеме, а именно: статор выполнен многополюсным, а ротор – на основе постоянного магнита. Роль коллектора выполняют бесконтактные датчики, состояние которых отображает мгновенное положение ротора. Датчики управляются логической схемой, которая управляется силовыми электрическими ключами, коммутирующая обмотки статора.
Такого типа современные машины содержат специальные контроллеры, как правило являющиеся частью конструкции машины.
Специальные типы двигателей постоянного тока:
Универсальные коллекторные двигатели
Двигатели специального назначения, имеющие конструкцию, резко отличающуюся от классической.
Универсальные коллекторные двигатели – машины, работающие как от сети переменного, так и от сети постоянного тока. В принципе любой двигатель с электромагнитным возбуждением может работать от сети переменного тока, т.к. вращающий момент
,
– ток возбуждения,
Оба тока создаются напряжением питания, поэтому изменение знака не влияет на знак момента, а значит и на направление вращения. Однако машина, предназначенная для переменного напряжения имеет конструкционную особенность: магнитопровод статора, как и магнитопровод якоря, выполнен из изолированных пластин. Это необходимо для устранения вихревых токов. 2-й особенностью является то, что используется последовательное возбуждение. Это связано с особенностью параметров реальных машин, у которых как правило статорная обмотка имеет большую индуктивность чем статор.
Ток
в индуктивности отстает по фазе от
напряжения на
,
так, если
,
сдвиг м/у токами будет близок к
.
В результате постоянная составляющая
вращающего момента будет близка к 0.
При последовательном возбуждении токи равны, поэтому вращающий момент пропорционален:
Быстродействие двигателя постоянного тока определяется его постоянными времени:
Уменьшение электро-механических ограничений конструкторскими факторами в частности для уменьшения необходимо увеличить сечение обмотки, что ведет к увеличению габаритов, массы, значений моментов инерции.
Быстродействующий двигатель выполняется с ротором, не содержащим магнитопровод, а только обмотку.
Конструкция:
Обмотка в виде полого цилиндра.
Фактически магнитопровод якоря выполняется неподвижным, а обмотка выносится в воздушный зазор. Содержит как и у обычного якоря секции, концы которых выведены на обычны коллектор.
Обмотка запрессовывается в состав из пластмасс и смол.
Дисковый якорь
Обмотка наносится печатным способом на диск из изоляционного материала по технологии печатных плат. Статор выполнен в виде постоянных магнитов, коллектор как самой узел, отсутствует. Щетки прижимаются непосредственно к поверхности якоря – обмотке. Одна из самых быстродействующих машин.
Преимущество: отсутствие реакции якоря, т.к. он не имеет магнитопровода.
Недостатки: 1 низкая механическая прочность, возможность деформации при большой моментной нагрузке; 2 быстрый износ коллектора (обмотки), поэтому машины снабжают запасными дисками, ее конструкция предусматривает быструю замену.