1.6. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ЭМС
Тип исполнительного двигателя и способ управления им в значи-тельной мере определяют как структуру управления ЭМС, так и дости-гаемые при этом показатели.
Некоторые особые требования к исполнительным двигателям:
– низкие значение номинальной угловой скорости при повышен-ных значениях вращающего момента (так называемые низкоскорост-ные моментные двигатели);
18
– возможность реверса;
– возможность реверса;
– способность длительной работы в непрерывных динамических режимах;
– высокие удельные показатели (отношение вращающего момента к массе и т.п.);
– совместимость с автономными источниками питания по роду электрической энергии и параметрам напряжения;
– бесконтактность (при работе в агрессивных средах); – функциональные специальные возможности; – длительный срок службы; – невысокая стоимость.
Традиционно в ЭМС используются двигатели постоянного тока (ДПТ), двухфазные асинхронные двигатели (ДАД), трехфазные асин-хронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АД), шаговые дви-гатели (ШД), синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ).
Двигатели постоянного тока используются в ЭМС несколько де-сятков лет. Основными достоинствами ДПТ принято считать принци-пиальную устойчивость в переходных режимах, удобство управления изменением питающего напряжения, хорошие массогабаритные пока-затели (особенно при возбуждении от постоянных магнитов), широ-кую номенклатуру типов, мощностей, размеров, детально развитую теорию.
Недостатком в данном случае являются пониженная надежность вследствие износа и искрения коллекторного узла и неприменимость в некоторых установках, работающих во взрывоопасных и пожароопас-ных средах, в вакууме. Гарантированное время наработки на отказ у большинства современных типов ДПТ составляет не более 2000 часов, что на порядок меньше того, что требуется во многих автономных ус-тановках, не предполагающих ремонта и обслуживания.
Поэтому наряду с дальнейшим совершенствованием ДПТ наблю-дается тенденция перехода в соответствующих ЭМС к двигателям пе-ременного тока. Статистические данные говорят о том, что в послед-ние годы в мире снижалось потребление ДПТ почти на 10 % в год, и увеличивались продажи электродвигателей и ЭМС переменного тока на8%вгод.
19
Двухфазные асинхронные двигатели (короткозамкнутые и с полым ротором) являются вторыми по применяемости в ЭМС, так как долгое время были единственной альтернативой ДПТ. Достоинствами ДАД являются их бесконтактность, малоинерционность (особенно двигате-лей с полым ротором), способность работать на больших скоростях,
совместимость с индукционными датчиками углового положения на основе сельсинов, вращающихся трансформаторов и других электри-ческих микромашин.
В классических следящих системах ДАД управляются изменением амплитуды напряжения обмотки управления. Однако высокие номи-
нальные скорости осложняют применение ДАД в низкоскоростных ЭМС ввиду необходимости использовать редукторы с большим пере-даточным числом, т.е. низким КПД и ощутимыми погрешностями.
Высокие номинальные скорости приводят к малым срокам службы подшипников самих ДАД, которые в результате даже при отсутствии скользящих электрических контактов имеют гарантированное время безотказной работы немногим большее, чем ДПТ – порядка 5000 час. В бытовых и частично общепромышленных установках, получающих питание от однофазной сети, используются двух- и трехфазные кон-денсаторные асинхронные двигатели.
Трехфазные асинхронные двигатели, обладая такими же преиму-ществами, что и ДАД, также применяются в ЭМС сравнительно часто, но существуют дополнительные сложности управления ими, в частно-сти, обеспечение реверса.
Шаговые двигатели находят широкое применение в современных ЭМС, обладая многими достоинствами: отсутствие скользящих кон-тактов, способность работать в разомкнутых системах, удобство со-пряжения с цифровыми управляющими устройствами.
ШД – единственные электромеханические преобразователи энер-гии, обеспечивающие непосредственное цифроаналоговое преобразо-вание кода в угловое положение. Недостатком ШД является их неспо-собность к плавному вращению на малых скоростях из-за импульсного характера работы, худшие, по сравнению с другими типами двигате-лей, удельные показатели (момент на единицу массы и т.п.).
Синхронные двигатели с постоянными магнитами получили значи-тельное распространение в ЭМС как альтернатива одновременно ДПТ,
20
ДАД и ШД. Наибольшее распространение находят СДПМ в режиме бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ), что приближает их характеристики к таковым у ДПТ, которые считаются эталонными. Многие СД могут работать также в режиме ШД, что расширяет об-ласть их применения.
Достоинствами их служат хорошие массогабаритные показатели и низкие номинальные скорости, что позволяет уменьшить передаточное отношение редуктора. Недостатком является невысокая равномерность вращения при работе на малых (ползучих) скоростях, сравнительно высокая стоимость, возможность размагничивания постоянных магни-тов с соответствующим ухудшением характеристик.
Индукторные двигатели с электромагнитной редукцией частоты вращения получили распространение в последние 20–25 лет. Обладают всеми достоинствами СДПМ и существенно более низкими скоростя-ми при высокой равномерности вращения. Недостаток – высокая стоимость.
Сравнение различных двигателей осуществляется по следующим показателям:
• масса и габариты;
• минимальная скорость;
• способность работать в управляемых системах;
• срок службы.
1.7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Получают энергию от ИП, в качестве которых могут быть элек-трические сети однофазного и трехфазного тока, синхронные генера-торы по системе «Д-СГ», генераторы постоянного тока, т.е. системы «Д-ГПТ», различные аккумуляторы и системы «Тр-В».
Используются преобразовательные устройства:
1) для ЭМС с двигателями постоянного тока: управляемый вы-прямитель (УВ), широтно-импульсный (ШИП), частотно-импульсный (ЧИП), широтно-частотный преобразователь (ШЧИП);
21
|
|
|
|
|
|
Uвых
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+
|
|
УВ,
|
|
+
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвыхcp.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШИП,
|
|
var
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвх – const
|
Uвых –
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЧИП
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−
|
|
|
|
−
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t
для ЭМС с двигателями переменного тока: автономный инвертор,
-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A
|
≈U – var –
|
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
|
|
A
|
|
A
|
|
|
|
|
огибающие
|
|
|
|
|
|
|
|
А
|
B
|
f – var
|
|
|
|
|
|
|
|
≈Umax –
|
B
|
АИ
|
|
|
|
|
|
B
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И
|
|
|
|
≈U – var –
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
const
|
|
C
|
|
|
|
огибающие
|
|
|
|
|
|
|
C
|
|
|
C
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скачать 5.98 Mb.