Шпаргалка по дисциплине "Трасформаторы"

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока (БДПТ) представляют собой электрические машины с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие датчик углового положения ротора и полупроводниковый коммутатор.

Бесконтактные двигатели обладают такими важными функциональными свойствами, как длительная наработка (до 30000 ч и более), высокая надежность запуска после длительного пребывания в нерабочем состоянии, пригодность для работы во взрыво-и пожароопасных средах, работоспособность при низких давлениях окружающей среды.

Бесконтактные двигатели выпускаются совмещенного исполнения (двигатель и коммутатор объединены в одном корпусе) и раздельного исполнения (двигатель и комму-

татор выполнены в отдельных корпусах, соединенных промежуточным кабелем).

Сфера применения БДПТ определила создание двух конструктивных разновидностей:

БДПТ обычного исполнения;

БДПТ герметизированного исполнения, в которых ротор и статор разделены герметичной металлической гильзой.

Двигатели герметизированного исполнения применяются для приводов насосов и допускают непосредственный контакт своей торцевой поверхности со стороны вала с рабочей жидкостью без применения в двигателе дополнительных уплотнений.

По функциональному назначению БДПТ разделяются на силовые, управляемые и со стабилизацией частоты вращения.

Для регулирования частоты вращения в БДПТ применяются в основном методы широтно-импульсной модуляции напряжения питания через маломощные цепи коммутатора. Этот метод реализуется на основе разомкнутых и замкнутых систем управления частотой вращения.

Разомкнутые системы наиболее просты, но не обеспечивают жесткой механической характеристики (рис. 14.23,а). Замкнутые системы управления имеют отрицательную обратную связь по частоте вращения и обладают более жесткими механическими характеристиками

 

 

 

 

 

 

23.Магнесин

Магнесин (от греческого magnetis — магнит и synchronos — одновременный), бесконтактный датчик углового положения вала. Применяется для дистанционной передачи показаний измерительных приборов, а также угла поворота вала в том случае, когда на нём допускается ничтожно малая нагрузка, например в магнитных компасах. М. состоит из статора и ротора — постоянного магнита, который механически связан с контролируемым объектом. Статорные обмотки М. питаются от источника переменного тока повышенной частоты (400 — 500 гц). Для дистанционной передачи используется система двух идентичных М. — датчика и указателя, статоры которых электрически соединены между собой. При вращении ротора в обмотке статора М.-датчика возникает дополнит. эдс и по соединительным проводам протекает уравнительный ток, который в статоре М.-указателя вызывает устанавливающий (синхронизирующий) вращающий момент. В системе двух М. при повороте вала М.-датчика на некоторый угол на такой же угол (в "согласованное" положение) поворачивается ротор М.-указателя, так как вал М.-датчика заторможен. Иногда М. применяют совместно с сельсином (магнесинно-сельсинная следящая система). В этом случае М. соединяют с задающим валом, а сельсин — с приёмным. Погрешность М. как элемента следящей передачи составляет около 0,25 °.

 

24.СКВТ в синусном режиме

Вращающиеся трансформаторы – это индукционные электрические машины, предназначенные для преобразования механического перемещения – угла поворота ротора - в электрический сигнал – выходное напряжение, амплитуда которого находится в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

 Этот трансформатор (рис.2) может работать при наличии всего двух обмоток: обмотки статора S, подключенной к сети переменного тока (обмотка возбуждения) и обмотки ротора A, являющейся вторичной выходной обмоткой (рис. 2а).

При холостом ходе, когда  и IA=IH=0, вследствие того, что взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора изменяется по синусоидальному закону от угла поворота ротора a, ЭДС EA выходной обмотки, наводимая потоком первичной обмотки ФS, будет синусоидальной функцией угла a:

 

 

 

 

 

                                                    а                                                       б

Рис. 2 Синусный вращающийся трансформатор: а - схема включения,

б – эквивалентная схема

A0=EAmsina                                              (1)

где EAm – максимальная ЭДС обмотки А, наводимая в ней в случае совпадения осей обмоток A и S (a=90°).

Максимальную ЭДС EAm можно выразить через ЭДС ES, наводимую потоком ФS в первичной обмотке статора S и отношение эффективных чисел витков wS и wA. Эффективные числа витков, по сравнению с истинными равны соответственно:

где  - истинные числа витков обмоток S и A и обмоточные коэффициенты.

Как и в обычном трансформаторе

            ичем wA/wS – максимальный коэффициент  трансформации.СКВТ в синусном  режиме

 

25.СКВТ в синусно-косинусном режиме

Вращающиеся трансформаторы – это индукционные электрические машины, предназначенные для преобразования механического перемещения – угла поворота ротора - в электрический сигнал – выходное напряжение, амплитуда которого находится в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

Эти ВТ имеют четыре обмотки (рис. 4а) и . При подключении обмотки S статора к сети переменного тока, ее магнитный поток, сцепляясь с витками обмоток A и B ротора, наводит в них ЭДС. Так как обмотка B сдвинута в пространстве на 90 эл. град. относительно обмотки A , то ЭДС обмотки B изменяется по закону cosa. По аналогии с (2, 3) ЭДС обмотки B равна при холостом ходе:

 

                            (10),

а ток, как и (5) равен:

                                          (11).

Этот ток создает магнитный поток ФB, направленный по оси обмотки B. Этот поток, как и ранее, можно разложить на продольную ФBd  и поперечную ФBq составляющие (рис. 4б):

 

ФBd= ФB ,   ФBq= ФB sina.

26.Линейный вращающийся трансформатор

Вращающиеся (поворотные) трансформаторы (ВТ) применяются в различных автоматических и вычислительных устройствах для преобразования угла поворота в переменное напряжение, амплитуда которого изменяется по заданному закону в функции от угла.

 Наибольшее распространение  получили двухполюсные и многополюсные вращающиеся трансформаторы с двумя обмотками на статоре, смещенными на электрический угол л/2, и такими же обмотками на роторе.

 Рис. 2. Схема синусно-косинусного вращающегося трансформатора 

 Рис. 3 Схема линейного вращающегося  трансформатора 

Для осуществления вторичного симметрирования выбирают одинаковые сопротивления нагрузок обмоток ротора ZHa = ZHb. Первичное симметрирование производится путем замыкания квадратурной обмотки статора к на сопротивление ZHk, равное по значению внутреннему сопротивлению источника питания обмотки. При этом в контурах обмоток к и / индуктируются токи, компенсирующие вторичные потоки с одинаковой интенсивностью.

 Линейный ВТ (рис. 3) предназначается  для преобразования угла поворота  а в переменное напряжение Ub, амплитуда которого пропорциональна углу а. В схеме линейного вращающегося трансформатора обмотка статора /и косинусная обмотка ротора а включаются последовательно и присоединяются к сети переменного тока, квадратурная обмотка к замыкается накоротко. Выходное напряжение Ub снимается с синусной обмотки 6, включенной на сопротивление нагрузки.

 В такой схеме составляющая  вторичного потока по оси коротко-замкнутой  обмотки к почти полностью  демпфируется индуктированным в  ней током. Поэтому, анализируя работу  вращающегося трансформатора, поперечную составляющую потока по оси обмотки к можно не учитывать и считать, что ЭДС индуктируются только продольным полем.

29.способы переключения шд

 

Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя.

Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис а). Этот способ называют ”one phase on” full step или wave drive mode. Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у незапитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что для биполярного двигателя в один и тот же момент времени иcпользуется 50% обмоток, а для униполярного – только 25%. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент.

Второй способ - управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют ”two-phase-on” full step или просто full step mode. При этом способе управления ротор фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора (рис. б) и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на пол-шага.

Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, ”one and two-phase-on” half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две (рис. в). В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позволяет получить полный момент, хотя наиболее совершенные драйверы реализуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечивает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не превышает номинальной.

Еще один способ управления называется микрошаговым режимом или micro stepping mode. При этом способе управления ток в фазах нужно менять небольшими шагами, обеспечивая таким образом дробление половинного шага на еще меньшие микрошаги. Когда одновременно включены две фазы, но их токи не равны, то положение равновесия ротора будет лежать не в середине шага, а в другом месте, определяемом соотношением токов фаз. Меняя это соотношение, можно обеспечить некоторое количество микрошагов внутри одного шага. Кроме увеличения разрешающей способности, микрошаговый режим имеет и другие преимущества, которые будут описаны ниже. Вместе с тем, для реализации микрошагового режима требуются значительно более сложные драйверы, позволяющие задавать ток в обмотках с необходимой дискретностью. Полушаговый режим является частным случаем микрошагового режима, но он не требует формирования ступенчатого тока питания катушек, поэтому часто реализуется.

 

39.пьезоэлектрические микродвигатели

Пьезоэлектрическими микродвигателями (ПМД) называются двигатели, в которых механическое перемещение ротора осуществляется за счет пьезоэлектрического или пьезомагнитного эффекта [7].

Отсутствие обмоток и простота технологии изготовления не являются единственными преимуществами пьезоэлектрических двигателей. Высокая удельная мощность (123 Вт/кг у ПМД и 19 Вт/кг у обычных электромагнитных микродвигателей), большой КПД (получен рекордный до настоящего времени КПД = 85%), широкий диапазон частот вращения и моментов на валу, отличные механические характеристики, отсутствие излучаемых магнитных полей и ряд других преимуществ пьезоэлектрических двигателей позволяют рассматривать их как двигатели, которые в широких масштабах заменят применяемые в настоящее время электрические микромашины.

Известно, что некоторые твердые материалы, например, кварц способны в электрическом поле изменять свои линейные размеры. Железо, никель, их сплавы или окислы при изменении окружающего магнитного поля также могут изменять свои размеры. Первые из них относятся к пьезоэлектрическим материалам, а вторые - к пьезомагнитным. Соответственно различают пьезоэлектрический и пьезомагнитный эффекты.

Пьезоэлектрический двигатель может быть выполнен как из тех, так и из других материалов. Однако наиболее эффективными в настоящее время являются пьезоэлектрические, а не пьезомагнитные двигатели.

Существует прямой и обратный пьезоэффекты. Прямой - это появление электрического заряда при деформации пьезоэлемента. Обратный - линейное изменение размеров пьезоэлемента при изменении электрического поля.

 

 

 

 

 

 

 

 

42. асинхронный гироскопический двигатель

Роторы гироскопов обычно приводятся во вращение высокоскоростными трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором мощностью до нескольких десятков ватт. Эти двигатели называют гироскопическими. Для удержания оси гироскопа в требуемой плоскости при воздействии на нее возмущающих факторов (трение, вращение земли и пр.) применяют электродвигатели, создающие корректирующий момент, обеспечивающий сохранение этой осью  заданного положения.  Их  называют моментными.

 

Гироскопические двигатели. Они работают без механической нагрузки на валу, так что их электромагнитный момент при стационарном режиме должен быть рассчитан лишь на преодоление трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух или иную газовую среду. Для уменьшения трения в рассматриваемых двигателях применяют высококачественные подшипники, роторы тщательно обрабатывают, динамически балансируют и помещают в герметичную камеру, в которой находится вакуум или разряженный газ  (гелий,  водород).

 

Точность работы гироскопического устройства характеризуется кинетическим моментом ротора Mкин, равным произведению момента инерции J ротора на его угловую скорость вращения Ω2. Поэтому гироскопические двигатели должны иметь большую частоту вращения (n2 > 15 000 об/мин) и больший момент инерции. Для обеспечения этих условий рассматриваемые двигатели питаются от источников переменного тока повышенной частоты 400, 500 и 1000 Гц и имеют обращенную конструкцию: наружный ротор    с    массивным    маховиком    и    внутренний    статор

Выполнение двигателя с высокой частотой вращения позволяет также уменьшить массу и габаритные размеры машины. Чтобы повысить точность работы гироскопического устройства необходима стабильность частоты вращения электродвигателя. Для этого двигатели должны иметь очень жесткую механическую характеристику (т. е. малое сопротивление обмотки ротора) и питаться от источников стабильного напряжения и частоты.