Четыре тенденции мировой промышленности

• Название: Четыре тенденции мировой промышленности
• Дата: 15.07.2021
• Размер: 1.89 Mb.
• Имя файла: privod_ekz.docx
• Тип: Документы; #224405
• страница: 5 из 8

ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Магнитное поле ротора Ф, вращаясь, пересекает проводники статорной обмотки и индуцирует в них ЭДС. Эта ЭДС, как и в генераторе, работающем параллельно с сетью, совпадает по фазе с напряжением сети (см. рис. 6.23,1,я) при отсутствии механической нагрузки на двигатель.

Величина ЭДС Е₀, индуцируемой в статоре, зависит от величины магнитного потока ротора и может быть установлена произвольной посредством выбора соответствующей силы тока в обмотке возбуждения.

Создадим на валу двигателя тормозной момент. Тогда частота вращения ротора начнет уменьшаться. Между осью полюсов стато- ора и осью полюсов ротора образуется некоторый угол 9 (рис. 6.26.1),



Рис. 6.26.1

и максимум ЭДС в каждой фазе статорной обмотки будет наступать позднее, т.е. вектор Е₀ повернется относительно вектора напряжения й_с на такой же угол в сторону запаздывания. Возникнет электромагнитный вращающий момент, действующий на ротор. Когда электромагнитный вращающий момент достигнет значения тормозного М_т, то возрастание утла 9 прекратится и ротор станет вращаться со скоростью поля (природа образования электромагнитного вращающего момента показана на рисунке 6.26.1). При наличии тормозного момента число проводников, на которые действуют электромагнитные силы по направлению вращения ротора и которые создают вращающий момент М^, преобладает над числом проводников (в пределе углов р), создающих противодействующий момент М„_р.

Электромагнитный момент синхронного двигателя имеет то же выражение, что и электромагнитный момент синхронного генератора:

Однако следует напомнить, что в генераторе этот момент был противодействующим вращающему моменту, создаваемому первичным двигателем, а в синхронном двигателе он является вращаю- Щим (Л/,„).

Магнитные потоки ротора и статора, взаимодействуя друг с другом, создают результирующий магнитный поток подобно тому, как это было в синхронном генераторе (см. рис. 6.19.3, 6.19.4). Этот поток индуцирует в статоре результирующую ЭДС Е, которая и уравновешивает напряжение сети U_c.

Результирующий магнитный поток искажен, и ось, проходящая через середины полюсов на поверхности статора, смещена в сторону вращения поля относительно оси, проходящей через полюсы ротора, на угол 9.

Результирующее магнитное поле машины показано на рисунке

6.26.2.

 

Рис. 6.26.2

Мощность и вращающий моментсинхронного двигателя.


Активная мощность, потребляемая трехфазным синхронным двигателем из сети, равна утроенной фазной мощности .

Если пренебречь потерями, которые относительно малы, то активная потребляемая мощность равна электромагнитной мощности, т. е. мощности, передаваемой магнитным полем из статора в ротор , где  — угол сдвига фаз между током и ЭДС.

Из треугольников Оса и асb векторной диаграммы на рис. 14.14, б следует, что отрезок    , где  —масштабный коэффициент. Подставляя значение  IcosΨ в выражение для Р_эм, получаем для механической мощности на валу двигателя
.

Механический момент на валу двигателя
,

(4.5)

где   — угловая скорость ротора; М_тах =   — максимальный момент, развиваемый двигателем. При постоянном напряжении сети U_c максимальный момент двигателя зависит только от ЭДС Е₀, т.е. от тока возбуждения ротора I_в.

20. 
    Шаговые двигатели. Конструкция и принцип действия, область и особенности применения в ЭММС. Режим работы и характеристики шаговых двигателей. Синхронизирующий момент и статическая устойчивость. Примеры шаговых двигателей и их параметры.
    

Шаговый двигатель (ШД) — бесщеточный механизм с несколькими обмотками и последовательной подачей напряжения на каждую из них. Первые экземпляры электрических моторов такого типа появились еще в 1830-х годах, и почти за 200 лет устройство претерпело значительных изменений.

Ниже рассмотрим, что это за агрегат, какие бывают виды и особенности конструкции, на каком принципе работают, и где применяются. Отдельно разберем плюсы и минусы, тонкости подключения и управления, а также другие вопросы, касающиеся разновидности мотора.

Что такое шаговый двигатель

Шаговый двигатель — электромотор, где импульсное питание током приводит к перемещению роторной части на заданный угол. Относится к классу бесколлеркторных электромоторов постоянного тока.
После его запуска создается наибольший момент при минимальной скорости, а сам двигатель показывает отличные характеристики даже в состоянии покоя.

Управление осуществляется посредством дискретных импульсов, формируемых на драйвере мотора.

Первые шаговые двигатели имели вид электромагнита, вращающего в момент включения храповое колесо. Каждое включение приводило к перемещению на одну позицию.

За время эксплуатации моторы были существенно оптимизированы с позиции конструктивных и функциональных параметров.
Сфера применения

Шаговые двигатели получили широкое применение и устанавливаются во многих механизмах.

Примеры:

• 
  Периферийные устройства вычислительных машин.
  
• 
  Станки с числовым программным управлением (ЧПУ): XY-столы, фрезерные станки, чертежные автоматы.
  
• 
  Устройства компьютерной памяти.
  
• 
  Оборудование для чтения оптических дисков.
  
• 
  Перфоратор и считыватель ленты и т. д.
  

Активное применение в машиностроении получили двухфазные шаговые электродвигатели гибридного типа. Также они используются в приводах разных машин и механизмов, которые работают в режиме «старт-стоп».

Типы и конструктивные особенности

Сегодня применяется несколько видов ШД, отличающихся по конструкции, типу обмоток, особенностям управления и иным параметрам. Рассмотрим каждую классификацию более подробно.

По конструкции ротора

Многие характеристики двигателя, касающиеся скорости вращения и режима работы, зависят от ротора.

С этой позиции выделяется три вида устройства.
Реактивный (синхронный). Особенность — отсутствие роторного магнита. Конструктивно изготавливается из специальных сплавов, позволяющих снизить индуктивные потери. Устройство имеет вид шестеренки с зубцами, а на полюсах статора подается напряжение со второй пары. Как результат, создается магнитная сила для перемещения ротора. По принципу действия реактивный шаговый агрегат имеет много общего с синхронным мотором, где поля ротора и статора вращаются в одном направлении.
Двигатель с магнитами. В отличие от прошлого устройства подвижный элемент комплектуется постоянным магнитом с двумя и более полюсами. Ротор крутится, благодаря притягиванию и отталкиванию полюсов с помощью электрического поля в момент подачи разницы потенциалов на определенные обмотки.
Смешанные. В гибридных устройствах совмещаются лучшие качества магнитных и реактивных моторов. В отличие от прошлых моделей угол и шаг здесь меньше. Конструктивно ротор оборудован постоянным магнитом, имеющим цилиндрическую форму. Внешне он имеет вид двух полюсов с круглым сечением, на поверхности которых находятся роторные зубцы. Такая особенность гарантирует хороший момент вращения и удерживания. Главные плюсы — максимальная плавность, точность и скорость перемещения.

По типу обмоток

Плавность функционирования шагового двигателя находится в прямой зависимости от числа обмоток, поэтому на этот фактор важно обращать особое внимание.



Многие ошибочно считают, что количество обмоток зависит от числа фаз. Это не так, ведь даже 2-фазный мотор может иметь четыре и более обмотки.

Шаговые двигатели бывают:



Униполярными. Особенность — наличие отпайки из средней точки, что позволяет с легкостью менять полюса. Минус состоит в применении части витков, поэтому уменьшается момент вращения. Для повышения мощности средний вывод подключать не рекомендуется. Конструктивно униполярные устройства содержат пять и шесть выводов.



Биполярный. К этой группе относится шаговый двигатель, подключаемый к контроллеру через четыре отпайки. Обмотки могут объединятся в параллель или последовательно. Для изменения направления тока применяются так называемые чипы, обеспечивающие ручное управление. Достижение такого эффекта доступно с помощью Н-моста. Если сравнивать с униполярным видом, биполярный тип гарантирует тот же момент, но при меньших размерах..



Линейные (актуаторы). Принцип действия построен на преобразовании вращательного движения в линейное. Иными словами, в них сочетается винтовая передача и ШД, объединенные в общем блоке.
Шаговые двигатели с редуктором. Применяются в ситуации, когда необходимо получить максимальное усилие на валу электрического привода с минимальной скоростью вращения. В роли редуктора используется планетарный тип, оборудованный прямозубыми шестеренками с небольшим люфтом передачи.

На рынке представлен большой выбор устройств, имеющих индивидуальные характеристики и подходящих для определенных сфер деятельности. Эти моменты необходимо учитывать при выборе модели.

Принцип работы

В зависимости от вида агрегата его конструктивные особенности могут отличаться, но общий принцип действия почти неизменный. Так, на статоре предусмотрены четыре обмотки, расположенные под 90-градусным углом.

Как только на первую обмотку подается напряжение, ротор перемещается на указанный выше угол. При поступлении напряжения на вторую, третью и четвертую обмотку вал продолжает вращаться до прохождения полного круга. Далее процесс повторяется сначала.
При желании изменить очередность вращения требуется подавать импульсы в обратном направлении. Для удобства пользователи могут управлять ШД и менять его характеристики с учетом особенностей использования.