Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

5 Механические автоматические регуляторы частоты вращения

5 Механические автоматические регуляторы частоты вращения

4 механические автоматические регуляторы частоты вращения

Автоматическим регулятором называется прибор, обеспечивающий автоматическое поддержание заданного значения регулируемого параметра двигателя с заданной точностью.

Элемент автоматического регулятора, измеряющий отклонение какого-либо регулируемого параметра двигателя от его значения в заданном режиме работы, называется чувствительным элементом. Если чувствительный элемент системой соединительных элементов непосредственно связан с органом управления двигателем, то регулятор называется регулятором прямого действия.

Автоматические регуляторы прямого действия в зависимости от типа чувствительного элемента можно подразделять на механические, пневматические, гидравлические и электрические (см. Главу 5). Каждый из этих регуляторов в зависимости от числа регулируемых режимов может быть однорежимным (прецизионным или предельным), двухрежимным или всережимным.

В автомобильных двигателях применяются также автоматические регуляторы непрямого действия. Такие регуляторы, кроме чувствительного элемента, содержат усилительный и вспомогательные элементы. Основными признаками классификации таких регуляторов являются регулируемый параметр и тип примененной обратной связи.

Ниже даны сведения о чувствительных элементах механических регуляторов, понятия об основных характеристиках, и представлены схематичные описания принципов работы регуляторов различных типов.

4.1 Чувствительные элементы и основные характеристики

Рекомендуемые файлы

Чувствительные элементы. Механические чувствительные элементы состоят из вращающихся грузов 2 (рис. 4.1), которые шарнирно укреплены на траверсе 7, кинематически связанной с коленчатым валом двигателя . Грузы лапками 5 опираются на муфту 8 через подшипник. Центробежные силы грузов 2 воспринимаются пружиной (пружинами) 3. Грузы механических чувствительных элементов имеют различные формы в зависимости от требуемой массы и размеров внутренней полости регуляторов.

Рис. 4.1 Схема механического чувствительного элемента (предельный регулятор). 1 – опорная тарелка; 2 – груз; 3 – пружина соосная с муфтой; 4 – ось поворота груза; 5 – лапка; 6 – валик регулятора; 7 – траверса; 8 – муфта; 9 – пружина; 10 — рычаг

Восстанавливающая сила. Восстанавливающей называется приведенная к оси движения муфты сила, направленная на восстановление положения муфты при невращающихся грузах. Такая сила создается в основном пружиной чувствительного элемента. Силы тяжести грузов, рычагов и муфты существенно меньше усилия пружины, поэтому в первом приближении ими можно пренебречь. При перемещении муфты 8 (рис. 4.1) на δz восстанавливающая сила Е равна силе упругости FA пружины 3. Если пружина не соосна с муфтой (например, пружина 9), то из условия равенства работ Eδz = FBδyB получим для восстанавливающей силы Е = FByBz).

Регуляторы прямого действия часто являются всережимными, причем всережимность обеспечивается изменением в процессе работы предварительной деформации пружины с помощью перемещения опорной тарелки 1 пружины 3 или точки С пружины 9. У таких всережимных механических чувствительных элементов деформация пружины в процессе работы складывается из предварительной деформации ∆ψ, устанавливаемой обслуживающим персоналом путем выбора положений тарелки 1 или точки С, и d — текущей деформации пружины, вызываемой перестановкой муфты. Например, усилие пружины 9 в этом случае определяется по формуле:

FB = b (∆ψ + d) (4.1)

где b — жесткость пружины. Тогда восстанавливающая сила будет:

Е = b (∆ψ + ∆d) (δувz) = ипb (∆ψ + ∆d), (4.2)

где ип = δyвz — передаточное отношение механизма, связывающего муфту с пружиной (рычагом ОВ). Текущая деформация пружины 9 связана с перемещением муфты соотношением d = unz, поэтому

Е = E + bпрz (4.3)

где Е = unb∆ψ -начальное значение восстанавливающей силы, определяемое предварительной деформацией пружины; bnp = unb — приведенная к муфте жесткость пружины.

Выбор нескольких предварительных деформаций ∆ψi пружины позволяет определить набор характеристик E = f(ψ, z) всережимного, чувствительного элемента (рис. 4.2).

Поддерживающая сила. В процессе работы регулятора появляются силы, которые перемещают муфту и в зависимости от значения регулируемого, параметра удерживают ее в некоторых промежуточных равновесных положениях. Приведенная к муфте сила, которая удерживает муфту в промежуточном положении равновесия, называется поддерживающей. Эта сила в механических чувствительных элементах является приведенной к муфте центробежной силой грузов.

Если r — расстояние от центра тяжести груза до оси вращения, тг — масса груза и ωр — угловая скорость груза, то его центробежная сила (см. рис. 4.1)

(4.4)

Преодолевая восстанавливающую силу Е, центробежные силы перемещают муфту чувствительного элемента вверх на δz, причем сами грузы удаляются от оси вращения по радиусу на расстояние δr. Воздействие центробежных сил Рv грузов на муфту можно заменить одной поддерживающей силой , приложенной к муфте и действующей по оси ее движения. Значение этой силы определяют из условия равенства работ центробежных сил грузов, перемещающихся в направлении действия силы Рv на δr, и искомой силы, перемещающейся на δz:

(4.5)

где iг — число грузов чувствительного элемента; — коэффициент поддерживающей силы.

Как видно коэффициент А зависит от положения муфты, т. е. . Путем умножения каждого значения А на = const можно получить сетку характеристики поддерживающей силы при ряде ωр = const (рис 4.2). В некоторых случаях поддерживающая сила приводится к центру массы груза; тогда она обозначается . Условие равенства работ показывает, что , т.е. характеристика является прямой.

Статические характеристики механического чувствительного элемента. При работающем чувствительном элементе (ωр 0) его поддерживающая сила , преодолев восстанавливающую силу Е, удерживает муфту в некотором равновесном (установившемся) положении zо, определяемом условием:

(4.6)

Это условие называется уравнением статического равновесия муфты. С помощью таких уравнений определяют равновесные положения муфты zо в зависимости от значения регулируемого параметра ωр и строят статические характеристики (равновесные кривые) ωр = f(z) чувствительного элемента (или регулятора прямого действия). Для их построения необходимо зависимости Е = f(z) и = f(z) при ωр = const совместить на одном графике (рис. 4.2) и определить равновесные положения муфты zoi в виде абсцисс точек пересечения характеристик при известных значениях ωрi = const.

Рис. 4.2 Определение равновесных положений муфты zoi при различных угловых скоростях ωрi по характеристикам сил: ― поддерживающей; — — — восстанавливающей; ● – точки равновесия (E02, ωpi); z2i – равновесное положение муфты в точках равновесия.

Это позволит найти связь между равновесными положениями zoi муфты и соответствующими угловым скоростям ωрi и, следовательно, построить набор равновесных кривых чувствительного элемента ωр= f(z).

Фактор устойчивости регулятора. В процессе работы регулятора могут появиться импульсы сил, вызывающие отклонения муфты от положения равновесия. При таком восстанавливающая сила E оказывается меньше поддерживающей силы , в результате чего создается избыточная сила

Р = ()Е > 0 (4.7)

возвращающая муфту в исходное положение (по аналогии с фактором устойчивости двигателя, см. формулу (1.5). При отклонении муфты в противоположном направлении восстанавливающая сила Е становится больше поддерживающей , в результате чего избыточная сила

Р = ()Е

Частотный регулятор для асинхронного двигателя-все функции

Здравствуйте! Уважаемые подписчики и гости моего канала! В сегодняшней статье, мы будем разбирать как правильно производить процесс подключения Частотного Преобразователя, ещё его называют Инвертор или “Частотник”.
Преобразователь частоты – это электронный силовой блок, данное устройство предназначено для управления электродвигателем: плавный запуск, торможение и регулировка оборотов

  1. Устройство и принцип работы, структура частотного регулятора
  2. Подключение цепей управления
  3. Изменение оборотов асинхронного двигателя. Разбор способов регулирования.
  4. Регулирование частотой
  5. Эпилог
  6. Частотные преобразователи для однофазного асинхронного электродвигателя
  7. Простейший регулятор оборотов электродвигателя своими руками
  8. Состав частотных преобразователей
Читать еще:  Что обозначает мощность двигателя

Устройство и принцип работы, структура частотного регулятора

Принцип работы частотного регулятора для асинхронного двигателя заключается в питании электродвигателя переменным напряжением с меняющимися по необходимости, параметрами амплитуды и частоты. При этом поддержка соотношения напряжение/частота остаются четко определенными и неизменными. Генерирование переменного напряжения происходит благодаря силовому электронному преобразователю.

Рис. №1 Принципиальная схема преобразователя частоты.

Принцип работы подразумевает использование широтно-импульсной модуляции. Принцип подразумевает подачу импульсного напряжения на обмотки двигателя с амплитудой равной напряжению, полученному от выпрямителя. Импульсы модулированы по ширине и создают напряжение переменного тока с изменяющейся амплитудой. Наглядным примером могут считаться кривые междуфазного напряжения и тока в одной обмотке двигателя при соединении обмоток треугольником.

Рис. №2 График напряжения на выходе ШИМ и ток в двигательной обмотке при соединении трехфазного асинхронного двигателя в треугольник.

Подключение цепей управления

С контрольными проводами всё несколько сложнее. Тут нужно хорошо подумать, прежде чем подключать. На выбор целая россыпь дискретных и аналоговых входов и выходов. В документации производители чаще всего публикуют стандартную схему подключения с заводскими настройками, но для каждого механизма на деле нужна своя схема и индивидуальные настройки.

Для подключения не очень сложного станка, например: токарный или шлифовальный станок, достаточно кнопок «Пуск», «Стоп», переключателя «Вперед – Назад» и переменного резистора для изменения скорости вращения, его ещё называют потенциометром.

К дискретным входам DI подключаются сигналы, которые могут принимать одно из двух состояний — «вкл» и «выкл» или логический 0 и 1. В нашей схеме это кнопки «Пуск», «Стоп», переключатель направления и аварийный «грибок». Мы будем использовать кнопки без фиксации, которые уже установлены на станке.

К аналоговым входам AI подключаются сигналы с непрерывно меняющейся величиной тока 4…20 мА или напряжения 0…10 В. Это могут быть датчики, сигналы от контроллера или другого внешнего устройства. В нашем случае — это ручка потенциометра, которая обеспечивает плавную регулировку скорости.

Потенциометр или переменный резистор — это регулируемый делитель напряжения с тремя контактами.

На два крайних неподвижных контакта подаётся постоянное напряжение 10 В от частотного преобразователя, а средний подвижный контакт служит для снятия текущей величины напряжения, которая зависит от положения ручки. Если ручка повернута наполовину, значит и напряжение будет только половинное = 5 В. Преобразователь пересчитает напряжение в задание скорости и разгонит двигатель.

Любой потенциометр не подойдёт, необходим с сопротивлением от 2 до 5 кОм, чтобы аналоговый вход стабильно работал. А ещё он должен быть с удобной ручкой, ведь крутить его придётся постоянно. Мощность может быть любой, даже 0,125 Вт достаточно. Идеально подойдёт XB5AD912R4K7 с сопротивлением 4,7 кОм.

На дискретные — DO и аналоговые выходы AO преобразователь выдает информацию о своем текущем состоянии, скорости или токе двигателя, достижении заданных значений или выходе за их пределы. В нашем случае выходы не используются, поэтому подключать нечего.

Недостаточно просто подключить все провода к частотнику, его ещё нужно правильно настроить, чтобы механизм работал стабильно и долго. Для этого в частотном преобразователе несколько сотен параметров. Конечно, все настраивать не придётся, но вот основные — обязательно .

Настройка осуществляется с помощью клавиш на встроенной панели управления. С ними всё предельно просто.

Кнопка PRG отвечает за вход и выход из режима программирования. Кнопки вверх, вниз и вбок осуществляют навигацию внутри меню, а кнопка Enter — подтверждает выбор параметра или его значения.

MF.K — это дополнительная функциональная кнопка, которую можно настроить на необходимое действие, например переключение между местным и дистанционным управлением или смену направления вращения.

Зеленая и красная кнопки — это Пуск и Стоп, если управление осуществляется с панели.

Если запутались , не беда. Нужно несколько раз нажать на кнопку PRG, чтобы вернуться к исходному состоянию.

Изменение оборотов асинхронного двигателя. Разбор способов регулирования.

Благодаря своей простоте исполнения, относительной дешевизне и надежности трехфазные двигатели широко используются в хозяйстве и производстве. Во многих исполнительных механизмах применяют всевозможные типы асинхронных двигателей . Для широкого спектра применения АД, необходимо изменять и регулировать скорость вращения вала двигателя. Регулировка скорости АД производят несколькими способами. Их мы сейчас и рассмотрим.

  1. Механические регулирование. Путем изменения передаточного числа в редукторах.
  2. Электрическое регулирование. Изменением нескольких параметров питающего напряжения.

Рассмотрим электрическое изменение скорости АД, как более точный и распространённый способ регулирования.

Управление электрическими параметрами позволяет производить плавный запуск двигателя, поддерживать заданные параметры скорости или момента асинхронного мотора.

Параметры с помощью которых управляют мотором:

  • Частотой тока питающей сети.
  • Величиной тока в цепях мотора.
  • Напряжением на двигателе.

Самым распространённым асинхронным двигателем является мотор беличье колесо, двигатель с короткозамкнутым ротором. Для управления вращением, в этом типе электрических машин, применяют несколько видов воздействия.

  • Изменение частоты поля статора.
  • Управление величиной скольжения, изменяя напряжение питания.

Регулирование частотой

Специальные устройства, преобразователи частоты (другие названия инвертор, частотник, драйвер), подключаются к электрической машине. Путем выпрямления напряжения питания, преобразователь частоты внутри себя формирует необходимые величины частоты и напряжения, и подает их на электрический двигатель.

Необходимые параметры для управления АД преобразователь рассчитывает самостоятельно, согласно внутренним алгоритмам, запрограммированным производителем устройства.

Преимущества регулирование частотой .

  • Достигается плавное регулирование частоты вращения электромотора.
  • Изменение скорости и направление вращения двигателя.
  • Автоматическое поддержание требуемых параметров.
  • Экономичность системы управления.

Единственный недостаток, с которым можно смирится, это необходимость в приобретении частотника. Цены на такие устройства совсем незаоблачные, и в пределах 150 уе, можно обзавестись преобразователем для 2 кВт двигателя.

Эпилог

При всех своих достоинствах асинхронные машины имеют существенный недостаток, это рывок ротора при подаче напряжения. Такие режимы опасны как для самого двигателя, так и для приводных механизмов. Поскольку во время пуска АД, ток в обмотках двигателя приравнивается к короткому замыканию. А рывок вала разбивает подшипники, шлицы, передаточные устройства. Поэтому пуск АД стараются производить плавным стартом. А именно:

  • Запуск через ЛАТР.
  • Разгон и работа АД, через переключение обмоток двигателя звезда-треугольник.
  • Использование устройств управления, таких как частотный преобразователь.

Частотные преобразователи для однофазного асинхронного электродвигателя

Использование малогабаритных частотных преобразователей применяется при управлении скоростью вращения однофазных двигателей, применяемых в конструкциях бытовых устройств и для производства технологических процессов. Подробней про регулирование однофазного асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя смотрите здесь.

Частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя будет необычайно актуальным в схемах управления такими приборами, как кондиционеры воздуха, холодильные камеры, электрические вентиляторы, насосы, все оборудование с использованием асинхронных электродвигателей.

Простейший регулятор оборотов электродвигателя своими руками

Изготавливая различные самоделки, приходится сталкиваться с рядом проблем и поиском их решений. Так и в случае с различными приспособлениями, которые имеют в своей конструкции коллекторный электродвигатель.

Читать еще:  Двигатель bfq рабочая температура

Очень часто нужно сделать так, чтобы двигатель имел регулируемые обороты. Для этих целей используется регулятор (контроллер) оборотов двигателя, который можно собрать своими руками.

Представленный ниже регулятор для электродвигателей позволяет не только обеспечить плавный пуск мотора и степень регулировки оборотов, но и защитить двигатель от перегрузок. Работать контроллер может не только от 220 Вольт, но и от пониженного напряжения, вплоть от 110 Вольт.

Состав частотных преобразователей

Кроме выпрямителя, ШИМ-модулятора и инвертора, в состав частотного преобразователя входят:

Устройство для ввода данных и обмена информаций с ПК, другими частотными преобразователями.

  • Встроенная энергонезависимая память. В этом устройстве фиксируются аварийные отключения, изменения настроек, а также другие данные.
  • Управляющий контроллер, обеспечивающий реализацию алгоритмов управления, обработку данных с датчиков, защитное отключение при ненормальных режимах работы.
  • ЭМ-фильтр. Это устройство обеспечивает снижение реактивной высокочастотной составляющей, снижающей качество электроэнергии и отрицательно влияющей на работу электродвигателя.
  • Вентилятор и радиатор для принудительного охлаждения и отвода тепла силовых транзисторов.
  • Тормозной прерыватель и другие элементы.

Кроме аппаратной части, преобразователи частоты содержат программное обеспечение. Контроллеры с открытой логикой позволяют вносить изменения в стандартное ПО, поставляемое производителем, и самостоятельно программировать ПЧ.

Стабилизаторы оборотов несущего винта

Автоматическое регулирование оборотов несущего винта при изме­нении его общего шага, угла атаки и скорости полета вертолета осуще­ствляется обычно путем автоматического изменения подачи топлива в двигатели.

Рассмотрим кратко одну из возможных так называемых автономных систем регулирования силовой установки газотурбинных двигателей, установленных на отечественных вертолетах, имеющих, как правило, по два двигателя (рис. 3. 19). Такая система регулирования заложена не­посредственно в двигателе и обеспечивает как изменение его мощности вручную в диапазоне от малого газа до взлетного режима, так и автома­тическое поддержание заданных оборотов несущего винта постоянными.


/—рычаг управления двигателем; 2—канал слива; 3— рычаг перенастройки оборотов двигателя;
4—поршень; 5—насос-регулятор; 6—‘регулятор оборотов свободной турбины; 7—механизм перена-
стройки; 8—синхронизатор оборотов; 9—центробежный регулятор; 10—вал турбокомпрессора двига-
теля № 1; Л— вал свободной турбины двигателя № 1

Система состоит из двух насосов-регуляторов 5, двух регуляторов оборотов 6 свободной турбины с механизмами их перенастройки 7 и двух синхронизаторов оборотов 8 (по одному на каждом двигателе).

На вертолетах с ручным управлением регулятор 6 и синхронизатор оборотов 8 отсутствуют и летчик вручную через систему «шаг—газ» пе­ремещает рычаг 1 управления двигателем. Каждому положению рычага соответствуют определенные обороты компрессора, а следовательно, определенная мощность двигателя. При постоянном положении рычага обороты компрессора поддерживаются постоянными с помощью центро­бежного регулятора 9, который при отклонении оборотов компрессора от заданных регулирует подачу топлива в двигатель [16].

При автоматическом поддержании оборотов несущего винта посто­янными на двигатели устанавливаются регуляторы 6 центробежного ти­па. Если обороты несущего винта превышают допустимые, то регулятор оборотов 6 открывает канал 2 слива и часть топлива, минуя форсунки, идет на слив. При уменьшении оборотов канал слива закрывается, т. е. автомат оборотов работает как ограничитель оборотов несущего винта и для работы его на этом режиме необходимо вручную переводить ры­чаги 1 насосов-регуляторов в положения, при которых располагаемая мощность двигателей больше потребной. На отечественных вертолетах это осуществляется при помощи системы «шаг—газ» с расширенной правой коррекцией газа. В этом случае летчик летает с крайней правой коррекцией на рычаге «шаг—газ», которая при любом изменении обще­го шага несущего винта обеспечивает получение увеличенной мощности на двигателях с последующей ее «срезкой» автоматом оборотов.

Данная система регулирования двигателей может работать и без системы «шаг—газ», т. е. рычаг общего шага может изменять только величину шага без изменения положения рычага подачи топлива, кото­рый в этом случае должен быть переведен на максимальную мощность. В обоих случаях регулятор оборотов несущего винта будет работать как ограничитель, срезая лишнюю мощность и поддерживая обороты вин­та, равными оборотам ограничения. Перенастраивая регулятор оборо­тов 7, можно менять обороты ограничения, что необходимо для получе­ния оптимальных режимов работы силовой установки в зависимости от высоты и скорости полета вертолета.

Для того чтобы мощность обоих двигателей была одинаковой на каждом двигателе установлен синхронизатор оборотов, связанный с их полостями высокого давления. Если обороты компрессоров двигателей одинаковы, то синхронизаторы оборотов не работают — давления в их полостях равны. Если обороты двигателя № 2 больше, чем двигате­ля №1, то равновесие в синхронизаторах нарушается, происходит сме­щение поршня 4 влево и слив топлива от форсунок двигателя № 1 умень­шается. Когда обороты выравниваются, то поршень 4 вновь приходит в равновесие и пропускает топливо через синхронизатор.

Рассмотренная автономная система (при установке на вертолет двух и более двигателей) немного усложнена введением описанных вы­ше синхронизирующих устройств и конструктивным оформлением управ­ления перенастройкой оборотов.

При отказе одного из автоматов второй осуществляет необходимую подстройку мощности другого двигателя в полном ее диапазоне, что яв­ляется преимуществом указанных автоматов оборотов. Правда, эта под­стройка может не обеспечить поддержание постоянных оборотов несу-

щего винта, но все же исправный автомат может замедлить чрезмерную раскрутку несущего винта либо чрезмерное падение его оборотов и тем самым даст дополнительное время летчику для перехода на ручное управление, которое целесообразно иметь в системе «шаг—газ» на этот случай.

■ При установке на вертолет одного двигателя с подобным автоматом оборотов, имеющим возможность изменять мощность в ее полном диа­пазоне, целесообразно из-за условий безопасности, кроме резервирова­ния ручного управления, иметь в системе автоматики какое-либо допол­нительное контролирующее устройство. При каком-либо отказе указан­ного автомата оборотов очень важно не допустить падения оборотов не­сущего винта ниже некоторых критических, при которых возможна по-

Рис. 3.20. а) Схема автоматического регулирования оборотов несущего винта:

У—тахогенератор; 2—измеритель отклонения оборотов; 3—усилитель; 4—автомат оборотов; 5—«раз­движная тяга»; 5—‘рычаг топливного насоса; 7—переключатель перенастройки автомата оборотов

б) Статические характеристики двухдвигательной силовой установки:

У я У1—с автономными регуляторами оборотов; 2—со стабилизатором оборотов с «раздвижной тягой»

теря управляемости вертолета. Для исключения этого в системе жела­тельно иметь специальное устройство с автономным датчиком оборотов, которое при падении оборотов несущего винта до определенных преде­лов должно отключить неисправный автомат и дать возможность лет­чику использовать имеющееся ручное управление мощностью от руко­ятки коррекции.

Рассмотрим вторую возможную систему автоматического регулиро­вания оборотов несущего винта. В этой системе используется автомати­ческий регулятор подачи топлива, включенный в систему ручного управ­ления «шаг—газ» через «раздвижную тягу».

Тахогенератор 1 (рис. 3.20, а), установленный на главном редукто­ре несущего винта вертолета и измеряющий его обороты п, выдает элек­трический сигнал в специальный измеритель отклонения оборотов 2. Оттуда сигнал Ап поступает в усилитель 3, связанный непосредственно с электрогидравлической «раздвижной тягой» 5, преобразующей элек­трические сигналы в механические перемещения. Таким образом, стаби­лизатор оборотов в ограниченных пределах через «раздвижную тягу» регулирует обороты несущего винта, изменяя подачу топлива одновре­менно на всех двигателях. При этом отсутствует какое-либо синхронизи­рующее устройство работы двигателей и летчик может в любой момент вмешаться в управление. Электронное устройство автомата оборотов позволяет иметь на ручке «шаг—газ» переключатель перенастройки ав­томата оборотов.

Читать еще:  Двигатель бмв как это сделано

Имеется возможность путем нажатия кнопки выключить стабили­затор при какой-либо его неисправности, при этом раздвижная тяга, работающая от стабилизатора оборотов, автоматически становится в нейтральное положение, обеспечивая этим возможность нормального ручного управления.

Необходимо отметить, что в любом случае стабилизатор оборотов будет поддерживать постоянные обороты несущего винта только при на­личии некоторого необходимого избытка мощности двигателей. Если это­го нет, то летчик на ряде режимов полета, требующих максимальной мощности двигателей, может допустить ошибку и увеличить шаг несуще­го винта до таких пределов, при которых его обороты упадут до не­допустимой величины. Для предотвра­щения этого явления в системе управ­ления шагом может быть применен автоматический ограничитель величи­ны общего шага (рис. 3.21).

В этом случае при положении ры­чага подачи топлива 1 на упоре 2, что соответствует максимальной мощности двигателей, электрический сигнал от микровыключателя включает специ­альную тормозную муфту 3, которая ограничивает перемещение рычага 4 «шаг—газ» вверх, тем самым сигна­лизируя летчику о недопустимости дальнейшего увеличения шага. Пру­жина 5 обеспечивает перемещение ры­чага вниз при заторможенной муфте. В то же время тормозной момент муфты ограничен и позволяет преодолеть его усилием на рычаге «шаг— газ», равном 10—12 кГ [17].

Величина диапазона работы стабилизатора оборотов через раз­движную тягу может быть установлена до 40—50% полного хода рыча­га подачи топлива на двигателях. При этом летчик на всех режимах по­лета практически не пользуется коррекцией газа, за исключением режи­ма планирования, при котором ему приходится ее немного убирать вле­во. Настройку такого стабилизатора оборотов целесообразно произво­дить с учетом максимально допустимых оборотов, чтобы при резких пе­реходных маневрах в полете, допуская кратковременно некоторую «рас­крутку» несущего винта, не допускать в то же время так называемую «просадку» оборотов несущего винта из-за недостаточной приемистости двигателей [18].

Включение стабилизатора оборотов в неполном диапазоне управле­ния обеспечивает увеличение безопасности при его отказах. В то же вре­мя наличие ручного управления дает возможность летчику в отдельных случаях, вмешиваясь в управление, как бы увеличивать диапазон, необ­ходимый стабилизатору, при резких изменениях режима полета. При отказе одного из двигателей автомат выводит работающий двигатель на увеличенную мощность вплоть до взлетной, в зависимости от режима полета.

Что такое регулятор оборотов?

Определение

Регуляторы оборотов — в англоязычном сообществе называются — Electric Speed Controller (электронный контроллер скорости) или сокращенно — ESC. Основная задача ESC – передача энергии от аккумулятора к бесколлекторному мотору. Потребность в их применении возникла вследствие некоторых особенностей БК — мотора. Вкратце говоря, аккумулятор отдает постоянный ток, а бесколлекторный мотор принимает трехфазный переменный ток.

Принцип работы

Связь с остальными компонентами мультикоптера.

На вход ESC подается напряжение с аккумулятора и сигналы от полетного контроллера, а на выход регулятор отдает управляющее напряжение для привода. Соответственно регулятор должен обеспечивать:

  1. Совместимость с полетным контроллером.
  2. Максимальный ток для мотора (рассчитывается из спецификаций мотора и пропеллера) плюс 20 – 30%.
  3. Потребление тока меньше, чем ток, отдаваемый аккумулятором поделенный на количество ESC.

*Простейшая схема подключения.

Какие регуляторы бывают?

BEC и UBEC

Дополнительно к основной функции, регуляторы оборотов могут так же передавать питание к другим узлам дрона: полетному контроллеру, сервоприводам и так далее. Это достигается внедрением в регулятор блока исключения батареи — Battery Eliminator Circuit (далее как — BEC).

Использование BEC значительно упрощает конструкцию дрона, однако такая схема обладает рядом минусов. Блок исключения батареи может перегреваться при больших перепадах напряжения и больших нагрузках. К тому же регуляторы оборотов с BEC, как правило, стоят дороже, чем регуляторы без блока.

Согласитесь, логичнее и дешевле было бы сделать отдельно ESC и отдельно один BEC. Такое решение есть и называется оно универсальный блок исключения батареи (Universal Battery Eliminator Circuit, далее как — UBEC).

Преимущества UBEC

UBEC — подключается напрямую к аккумулятору и питает нужный узел дрона. Преимущества такого подхода весьма существенны:

  1. Регуляторы оборотов будут меньше перегреваться, поскольку из них будет исключен BEC
  2. UBEC обладают большим коэффициентом полезного действия
  3. Следовательно из предыдущих двух пунктов UBEC способен отдавать больший ток с меньшим риском
  4. Отсутствие переплаты за несколько лишних BEC, располагающихся в ESС. Для некоторых полетных контроллеров крайне не рекомендуется подключать больше одного ESC BEC
  5. Меньший вес регуляторов

Виды BEC и их преимущества

BEC бывают двух видов: линейные (LBEC) и импульсные (SBEC).

  1. Линейный преобразует энергию в тепло, а при перегреве отключается. Что может приводить к неприятным результатам: в лучшем случае коптер не сможет взлететь, а в худшем — неконтролируемое падение. В связи с чем стал применяться в сборке с сервоприводами, которые в свою очередь не потребляют много тока, не позволяя блоку перегреваться.
  2. Импульсный регулирует напряжение быстрым включением и выключением питания, такой подход исключил перегрев, повысил выходную мощность, и позволил достигать КПД 90%, а также импульсные BEC выигрывают у линейных в весе. Возникающие в цепи помехи, которые отрицательно сказываются на работе радио аппаратуры, исключаются добавлением LC — фильтра.

Учитывая то, что многие производители устанавливают на свои UBECLC фильтры (а, если фильтра все-таки нет, то его можно дешево купить и легко установить), профессионалы используют в своих коптерах именно регуляторы SBEC.

Программное обеспечение ESC

Поскольку регулятор оборотов выполняет некоторые преобразования с высокой частотой и может быть настроен на различные режимы работы для него пишут отдельный софт, называемый прошивкой. Это позволяет исправлять прошлые ошибки в алгоритмах управления, создавать более совершенные прошивки (и тем самым, например, уменьшать расходы аккумулятора на среднем газу) и производить гибкие настройки. В коптерах известных компаний типа DJI смена ПО регулятора происходит автоматически при помощи полетного контроллера.

Внимание! Перезапись ПО для регуляторов скорости может повлечь за собой поломки дрона различного характера, а так же снятие с гарантийного обслуживания! Помните, что вы делаете это на свой страх и риск!

Как сменить ПО?

Сменить программное обеспечение регулятора можно несколькими способами:

  1. Используя специальную плату управления
  2. Используя полетный контроллер
  3. Используя ASP программатор

Третий вариант проще и в настоящее время активно внедряется в новые модели.

Выбор регулятора оборотов

Исходя из всего вышеперечисленного, можно выделить особые критерии выбора регулятора оборотов для дрона:

  1. Совместимость с полетным контроллером. Полетный контроллер должен поддерживать BEC и прошивку ESC.
  2. Совместимость со спецификациями мотора и аккумулятора.
  3. Наличие или отсутствие BEС и его тип (LBEC или SBEC).
  4. Теплоотвод и герметичность.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector