Исполнительные механизмы автоматики. Методическое пособие по исполнительным механизмам. Витебск 2011 оглавление введение
 Скачать 17.4 Mb.
|
Технические данные асинхронных двигателей –тахогенераторов с полым ротором серии ДГ
2.4. Исполнительные двигатели постоянного тока Наряду с асинхронными исполнительными двигателями в системах автоматики применяются коллекторные исполнительные двигатели постоянного тока (ИДПТ), которые устойчиво работают при любых частотах вращения, имеют линейные механические характеристики и в большинстве случаев линейные регулировочные характеристики. По массе и габаритам ИДПТ в 2–3 раза меньше асинхронных микродвигателей. Регулирование частоты вращения ИДПТ осуществляется достаточно просто и экономично.  Рис. 6Конструкция коллекторного ИДПТ с независимым возбуждением показана на рис.7. Основными элементами двигателя является неподвижный статор (состоящий из корпуса 1, полюсов 2 и обмотки возбуждения 3) и вращающийся якорь (состоящий из цилиндрического магнитопровода с пазами 4, запрессованного на вал 5, обмотки якоря 6, расположенной в пазах магнитопровода, коллектора 7). Ток к якорю двигателя подводится через угольные щетки 8, скользящие по коллектору. Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создаёт магнитный поток возбуждения ФВ, пронизывающий обмотку якоря. В результате взаимодействия магнитного потока ФВ с электрическим током, протекающим в обмотке якоря Iя, возникает вращающий момент Мвр, и якорь начинает вращаться с частотой . Величина вращающего момента пропорциональна магнитному потоку возбуждения Фв и току якоря Iя: Мвр = k·Фв·Iя, (2.12) где k - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя. Из коллекторных ИДПТ независимого возбуждения широкое применение получили двигатели серии СЛ, мощностью 7,5 – 230 Вт, частотой вращения 2400 – 5000 об/мин, и моментом на валу 0,014 – 0,92 Нм; серии МИ мощностью 0,1 – 7,0 кВт, частотой вращения 1000 – 3000 об/мин. и моментом на валу 0,32 – 50 Н м. Технические данные некоторых двигателей серии СЛ и МИ приведены в табл.2.5. и 2.6. Таблица 2.5
Таблица 2.6
Одним из важнейших требований, предъявляемых к приводам систем автоматического управления, является быстродействие. Это значит, что электропривод должен отрабатывать заданную команду с минимальной задержкой времени. Быстродействие привода в значительной мере определяется быстродействием исполнительного двигателя, которое тем выше, чем меньше момент инерции ротора. Малоинерционные двигатели постоянного тока выпускают двух видов: с полым немагнитным якорем серии ПДР и дисковым якорем серии ДПО. Эти конструкции характерны только для микродвигателей мощностью до 750 Вт и частично для двигателей малой мощности до 2 кВт.  Рис.8Двигатель с полым немагнитным якорем и возбуждением от постоянных магнитов изображен на рис.8. Для уменьшения момента инерции якорь 2 выполнен в виде полого пластмассового цилиндра, в котором запрессована обмотка из медного провода или на его поверхности нанесена обмотка якоря, изготовленная методом фотолитографии. Полый якорь вращается в зазоре между внешним 1 и внутренним 3 статорами. Внутренний статор выполнен в виде цилиндрического постоянного магнита и служит для создания потока возбуждения. Внешний статор, изготовленный из магнитомягкого материала, является магнитопроводом. Напряжение на якорь подаётся через щетки 5 и коллектор 4. Якорь с коллектором насажен на вал б, который вращается в подшипниках 7. Двигатель постоянного тока с дисковым якорем рис.9, выполняют не с цилиндрическим воздушным зазором, а с плоским.  Рис.9Возбуждение двигателя обеспечивается постоянными магнитами 1 с полюсными наконечниками 4 из магнитомягкой стали, имеющие форму кольцевых сегментов. Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, проходит аксиально через два воздушных зазора, немагнитный дисковый якорь 5 с печатной обмоткой и замыкается по кольцам 2 и 3 из магнитомягкой стали, которые служат ярмом. Роль коллектора могут играть неизолированные участки проводников, находящиеся на поверхности диска, по которым скользят щётки 6. Якорь представляет собой тонкий немагнитный диск 5 с печатной обмоткой. Проводники печатной обмотки располагают радиально по обеим сторонам диска и соединяют через сквозные отверстия в диске. Основные достоинства двигателей с печатными обмотками: малый момент инерции якоря, хорошая безыскровая коммутация из-за малой индуктивности коммутируемых цепей; хорошее охлаждение обмотки, позволяющее повысить плотность тока. К недостаткам двигателей этого типа относятся: большой немагнитный зазор, малая механическая прочность якоря, ограниченное число витков обмотки якоря, приводящее к необходимости применять для питания небольшие напряжения. Технические данные некоторых двигателей серии ПДР и ПДО приведены в табл.2.7.
Двигатели постоянного тока обладают хорошими регулировочными свойствами, экономичны и др. Наличие скользящего контакта коллектор – щётки ограничивает область их применения. В настоящее время в связи с развитием сильноточной полупроводниковой электроники появились и начали получать всё более широкое распространение бесконтактные двигатели постоянного тока (БДТП). При замене механического коммутатора коллектор – щётки полупроводниковым коммутатором двигатель постоянного тока становится более надёжным и долговечным, создаёт меньше радиопомех. В отличие от обычного коллекторного двигателя, БДТП обладает рядом характерных особенностей. 1. Силовая обмотка якоря расположена на статоре и состоит из нескольких катушек, сдвинутых относительно друг друга в пространстве. Ротор выполнен в виде постоянного магнита. 2. Положение магнитного потока ротора по отношению к осям катушек силовой обмотки статора определяется бесконтактным датчиком положения. 3. Бесконтактный (полупроводниковый) коммутатор осуществляет коммутацию катушек силовой обмотки статора по сигналу датчика положения. Рассмотрим простейшую конструкцию БДТП (рис.10.).  Рис.10.В корпусе 1 расположены электромагнитные системы двигателя и датчика положения. Магнитопровод статора 2 двигателя выполнен из электротехнической стали. В его пазах расположена двухфазная обмотка 3 состоящая из двух обмоток, сдвинутых в пространстве на 90° . Ротор 4 с одной парой полюсов изготовлен из постоянного магнита. При подаче постоянного напряжения на обмотку статора по ней проходит ток, который при взаимодействии с магнитным потоком ротора создает вращающий момент. Роль датчика положения ротора относительно обмоток статора выполняют два магнитоуправляемых диода Д1 и Д2, расположенные на дополнительном кольцевом магнитопроводе 5, и вращающийся ферромагнитный диск 6. Диск имеет немагнитную вставку 7, занимающую половину его толщины на половине окружности. Магнитный поток датчика Фд создается постоянным магнитом 8 с радиальной намагниченностью. Каждый из магнитоуправляемых диодов одну половину оборота вала находится в зоне действия магнитного потока открыт, а вторую – вне зоны действия Фд закрыт. Работа датчиков и полупроводникового коммутатора К (рис. 11) согласована при расположении Д1 и Д2 по осям обмоток статора 1 и 2 и линии симметрии диска 6 перпендикулярно оси полюсов ротора.  Рис.11.В положении, изображённом на рис.11а., сигнал, управляющий коммутатором, снимается сдатчика Д1, и коммутатор подаёт на обмотку 1 напряжение указанной на рисунке полярности. Когда сигнал отсутствует, коммутатор К подаёт на обмотку 1 сигнал противоположной полярности (рис.11б). Аналогично со сдвигом на 90° подключается к коммутатору обмотка 2 по сигналам датчика Д2. При этом изменение коммутатором полярности напряжения на обмотках статора осуществляется вмомент перехода оси потока ротора через ось данной обмотки статора. Тем самым обеспечивается изменение направления тока в обмотке статора и её магнитного потока при подходе оси полюса ротора противоположного знака. Следовательно, сохраняется одно направление вращающего момента М, создаваемого силами F, в пределах одного оборота ротора. В БДПТ момент взаимодействия каждой обмотки статора, обтекаемой током Ic и потока ротора Фр будет равен: М = ·Iс·Фр·sin, (2.13) где – число витков обмотки; = О 180 – угол между потоком Фр и осью обмотки. Магнитный поток ротора Фp = const. Тогда выражение момента можно преобразовать: М = См·Ic·sin, (2.14) где См - коэффициент, зависящий от потока ротора и конструктивных параметров статора. Согласно полученному выражению момента, при включении напряжения только на одну обмотку статора двигатель не приходит во вращение, если начальное положение ротора соответствует углу , при котором вращающий момент М меньше момента сопротивления на валу. Наличие двух и более обмоток статора обеспечивает достаточно большой пусковой момент при любом угловом положении ротора. Однако пропорционально числу обмоток увеличивается число чувствительных элементов датчиков положения и транзисторов в коммутаторе. Поэтому не целесообразно делать более трёх-четырёх обмоток. Технические характеристики некоторых бесколлекторных двигателей постоянного тока с ротором из постоянного магнита приведены в таблице 2.8, а с возбуждением от постоянных магнитов в таблице 2.9. Таблица 2.8
Таблица 2.9
|
