Основные характеристики электромагнитных и электродинамических преобразователей
6.4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Статические характеристики. Основными статическими характеристиками ЭМП являются:
зависимость перемещения (линейного или углового) якоря преобразователя от тока управления (рис. 67):
где hя — линейное перемещение якоря ЭМП от нейтрального положения; ?я — угловое перемещение якоря ЭМП от нейтрального положения; i - ток в обмотках управления;
зависимость электромагнитной силы (или момента), приложенной к якорю ЭМП, от тока управления:
для ЭМП электромагнитного типа
для ЭМП электродинамического типа
где kfi и kМi — коэффициенте силовой и моментной характеристик ЭМП; с*ЭМП и сЭМП — коэффициенты, характеризующие жесткость «магнитной пружины» для линейного и углового перемещений якоря ЭМП.
а - электромагнитного типа; б - электродинамического типа
Динамические характеристики. Обычно динамические характеристики ЭМП изучают с помощью амплитудных и фазовых частотных характеристик. Выведем основные передаточные функции для ЭМП.
Рассмотрим вначале ЭМП как механическую систему. B соответствии со вторым законом Ньютона
где J — момент инерции всех подвижных частей ЭМП, приведенный к оси вращения якоря;
Если пренебречь моментом «сухого трения», то уравнение (172) можно преобразовать;
где
fЭМП — коэффициент «вязкого трения»; сП?Я — момент внешней пружинной нагрузки; сП — жесткость внешней (центрирующей) пружины.
Передаточная функция ЭМП, связывающая ?Я и i, на основании уравнения (172) может быть записана в следующем виде:
где
Рассмотрим ЭМП как электрическую систему. Уравнение электрической цепи ЭМП
где U — управляющее напряжение; R и L — активное сопротивление и индуктивность управляющей обмотки; kПЭ — коэффициент противоЭДС.
Рис. 68. Структурные схемы ЭМП
Ha основании уравнения (174) передаточная функция, связывающая i и U, при kПЭ = 0 может быть записана в следующем виде:
Обозначим
где
Таким образом, динамические характеристики ЭМП, если не учитывать противоЭДС, могут быть описаны двумя последовательно соединенными звеньями с передаточными функциями
WМЭМП(p) и WЭЭМП(p) (рис. 68, а). Аналогичный результат получим при рассмотрении динамических характеристик ЭМП электродинамического типа. Разница заключается только в том, что в формулах (173) в этом случае коэффициент сЭМП должен быть равен нулю.
Если учесть противоЭДС, то структурная схема ЭМП усложнится (рис. 68, б). Однако учет влияния противоЭДС на динамические характеристики ЭМП позволяет получить более точное совпадение экспериментальных и расчетных характеристик.
Примечание. В большинстве современных электронных усилителей, предназначенных для управления ЭМП, для улучшения динамических характеристик применяют дополнительную обратную связь по току (см. рис. 68, в).
Динамические характеристики ЭМП существенно зависят от его нагрузки, так как после соединения якоря ЭМП с гидрораспределителем ЭГУ увеличивается момент инерции подвижных частей, демпфирование и пружинная нагрузка от гидродинамических сил (в ЭГУ с соплами и заслонкой) или от сил упругого подвеса пружин и гидродинамической силы (в плоских золотниках). Эти факторы необходимо учитывать при расчете ЭМП.
Существенное влияние на динамические характеристики ЭМП может оказать сила контактного трения на входных устройствах ЭГУ, влияние которой можно уменьшить, увеличивая момент, развиваемый ЭМП, или подавая специальный осциллирующий сигнал на обмотку управления.
В качестве примера в табл. 3 приведены основные данные ЭМП электромагнитного типа.
Пример 6. Рассчитать ЭМП (IV типоразмер по табл. 3), предназначенный для управления заслонкой двухкаскадного ЭГУ.
Таблица 3
Основные параметры ЭМП
Расчетные данные: 1) момент инерции заслонки, приведенный к оси ЭМП, J*С.З= 1,44·10-6 Н·м·с2; 2) жесткость гидродинамической «пружины» cС.В = 88,3·102 Н/м; 3) расстояние от оси ЭМП до оси регулируемых сопел R0 = 10-2 м; 4) расчетное перемещение заслонки вдоль оси регулируемых сопел hm = 10-2 м.
Приведенная к оси ЭМП жесткость гидродинамической «пружины» с*С.З = 0,883 Н·м/рад. Жесткость центрирующей пружины сП выбираем с учетом сЭМП (см. табл. 3) и с*С.З по расчетному значению угла поворота ЭМП ?р = hm /R0 = 0,01 рад = 0,573°.
Суммарную жесткость» преодолеваемую ЭМП, определяем по формуле
Значение момента Мmax = 5,4·10-2 Н·м найдено по табл. 3. Там же находим сЭМП = 0,1719 Н·м/рад; тогда
Ha основании формул (173):
постоянная времени
где значение JЭМП = 1,7·10-6 Н·м·с2 выбрано по табл. 3;
относительный коэффициент демпфирования
(по табл. fЭМП = 17·10-4 Н·м·с/рад);
коэффициент усиления
(kMi = 7,7·10-4 Н·м/мА).
Коэффициент усиления по формуле (176)
постоянная времени ТЭ1 = L/R = 7·10-3 с, где R = 200 Ом; L = 1,4 Гн (см. табл. 3).
Назад | Содержание
| Вперед
