ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Исполнительный двигатель постоянного тока независимого возбуждения, схема которого показана на рис. 12-2, получает питание от двух различных источников. К обмотке возбуждения 1 подводится напряжение UB, которое обычно остается неизменным. К обмотке якоря подводится сигнал — напряжение управления Uу, изменением которого по величине и направлению управляют двигателем.
Каждый исполнительный двигатель должен обладать следующими качествами. Он должен быстро пускаться при появлении сигнала и быстро останавливаться, когда сигнал снят.
Он не должен обладать самоходом, т. е. способностью продолжать вращение при исчезновении сигнала. Скорость вращения двигателя должна плавно и в широких пределах регулироваться, а направление вращения быстро меняться, при изменении полярности или фазы сигнала,
Рис. 12-2. Исполнительный двигатель постоянного тока.
Всем этим условиям удовлетворяет исполнительный двигатель независимого возбуждения.
Одной из важнейших характеристик всякого электродвигателя является механическая характеристика (рис. 10-24). Эта характеристика, т. е. n = f (М) при UB — const и Uy = const для данного двигателя, показана на рис. 42-3. По оси абсцисс отложено M% = (M/Mп)100%, где М— вращающий момент, а Mп пусковой момент — величина для двигателя постоянная.
В машинах постоянного тока М = сФIя а так как при Uв = const, Iв и Ф = const, тo М = смIя. Момент М = Мп наступает при скорости п = 0, а обращается момент в нуль, когда Iя = 0.
Рис. 12-3. Механические характеристики исполнительного двигателя.
Так как Uy ≠ 0 и rя ≠ ∞, то Iя обращается в нуль при Uy = Е. Противо-э. д. с. может быть равна напряжению только при некоторой теоретической скорости n0, при полном отсутствии тормозного момента Мт. Эта скорость называется скоростью идеального холостого хода и подобна синхронной скорости п1 для асинхронного двигателя. Отношение реальной скорости п к п0,
т.е n% = (n/n0)100%, отложено на рис. 12-3 по оси ординат.
Отношение
α = Uy/Uв
называется коэффициентом управления. На рис. 12-3 кривая а построена для α = 1, а кривые би в соответственно для α = 0,75 и α = 0,5. Механические характеристики оказываются прямыми линиями. Пропорциональность скорости вращения п моменту на валу М при неизменных напряжениях возбуждения и якоря является обязательным условием возможности применения исполнительного двигателя в автоматических устройствах.
Двигатель с прямолинейной механической характеристикой обеспечивает устойчивости работы двигателя при всех скоростях вращения, так как всякое понижение скорости п сопровождается пропорциональным увеличением вращающего момента и равновесие. Это условие также обязательно для исполнительного двигателя. На рис. 12-4 показана регулировочная характеристика
n = f(Uу) или n = f(α)
При Uв = соnst И М = соnst.
Она также должна быть прямой линией, чтобы скорость вращения была пропорциональной величине поданного к якорю сигнала. Она может быть построена по механической характеристике следующим образом.
Рис. 12-4. Регулировочные характеристики исполнительного двигателя.
Моменту Мт = 0 (идеальный случай) при α = 1, 0,75 и 0,5 соответствуют точки 1, 2, 3 на рис. 12-3. Эти точки можно построить ма рис. 12-4 соответственно для α = 1, 0,75 и 0,5 и получить идеальную регулировочную характеристику для Мт = 0. Взяв на рис. 12-3 точки 4, 5, 6 для α = 1, 0,75 и 0,5, но соответствующие Мт = 40%, можно получить на рис 12-4 вторую характеристику для тех же значений а, но при Мт= 40%. Пересечение последней характеристики с осью абсцисс указывает величину напряжения управления Uу, при которой двигатель трогается с места, развивая момент М = 40%.
Исполнительный двигатель постоянного тока независимого возбуждения является лучшим из всех двигателей подобного типа и применяется при автоматическом регулировании и особенно в следящих системах.
ДВУХФАЗНЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Из всех выпускаемых промышленностью микродвигателей около 90% приходится на долю двигателей переменного тока.
Наибольшее применение из двигателей переменного тока в системах автоматики и счетно-решающей техники получил двухфазный асинхронный двигатель с немагнитным полым ротором. Эти двигатели работают как от сети промышленной частоты (f = 50 гц)у так и при частотах (330, 400, 500, 800 и 1 000 гц), вращаясь со скоростями от 1 500 до 30 000 об/мин. К этим двигателям предъявляются те же самые требования. Однако в полной мере выполнить их не удается, как. будет показано ниже.
Рис. 12-5. Двухфазный исполнительный двигатель переменного тока.
На рис. 12-5 представлена схема включения двухфазного двигателя. Обмотка возбуждения 1, соединенная последовательно с конденсатором, подключается к сети с напряжением Uc и напряжение UBобмотки остается неизменным. Сигнал Uу подается к обмотке 2, называемой обмоткой управления. Токи в обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на 90° благодаря конденсатору. Короткозамкнутый ротор 3 приходит во вращение, когда подается напряжение Uу, и должен остановиться в момент исчезновения этого напряжения.
Двигатель имеет особую конструкцию, показанную на рис. 12-6. Неподвижный статор состоит из двух частей: внешней 1, где помещаются обе обмотки, и внутренней 2 — для уменьшения магнитного сопротивления системы. Ротор 4 для уменьшения массы, а следовательно и для увеличения быстродействия выполняется в виде тонкостенного стакана из алюминиевого сплава и укреплен на оси 3.
Рис. 12-6. Конструкция двигателя с немагнитным полым ротором.
Ось пропускается сквозь внутренний статор 2 и вращается в подшипниках торцовых крышек двигателя. Такие двигатели исполняются мощностью 4—70 вт; при мощностях 0,1—1,5 вт они имеют конструкцию, показанную на рис 12-7. Внешняя часть статора 1 служит для уменьшения магнитного сопротивления, а на внутренней части статора 2 помещены обмотки. Ротор 3 представляет собой, как и в предыдущем двигателе, тонкостенный стакан из алюминиевого сплава.
Двухфазный асинхронный двигатель переменного тока нормального исполнения обладает одним недостатком, который необходимо устранить для применения двигателя в автоматических устройствах.
Рис. 12-7. Конструкция двигателя с немагнитным полым ротором и обмоткой на внутреннем статоре.
Недостаток заключается в том, что двигатель, вращающийся под воздействием полей двух обмоток, не останавливается при выключении одной из них — обмотки управления, т. е. имеет самоход.
Отсутствие самохода в двигателях приведенных выше конструкций (рис. 12-6, 12-7) обеспечивается применением полого немагнитного ротора, имеющего большое активное сопротивление r2 по сравнению с реактивным х2. В этом случае диаграмма, представленная на рис. 10-35, изменится так, как показано на рис. 12-8. Благодаря малому значению х2 цо сравнению с r2 оно, даже увеличившись при двойной частоте (при s = 2), не будет иметь особого значения.
Рис. 12-8. Диаграмма для двухфазного асинхронного двигателя с немагнитным полым ротором, объясняющая отсутствие самохода.
Поэтому ток I2обр созданный э. д. с. E2обр, отстает от нее по фазе на значительно меньший угол Ψ2обр, чем показано на рис. 10-35. Следовательно, н. с. F2обр не компенсирует н. с. Fобр и во вращающемся двигателе имеет место обратный поток Фобр создающий I2обр тормозной момент Мт. Этот момент оказывается большим, чем вращающий момент, созданный прямым потоком Фпр, по той причине, что ток I2, созданный прямой э. д. с. E2, мал благодаря большой величине r2. Торможение в этом случае получается более быстрым, чем при снятии обоих напряжений Uy и UB так как в последнем случае никаких потоков нет и ротор может вращаться по инерции.
Кроме того, при r2 ≥ х2 с увеличением скольжения s вращающий момент непрерывно растет и двигатель работает при любой нагрузке устойчиво, что показано кривой 1 на рис. 10-23.
Механические характеристики для этого двигателя, показанные на рис. 12-9, могут считаться прямолинейными, как у двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
Рис. 12-9. Механические характеристики двухфазного асинхронного исполнительного двигателя.
Наоборот, регулировочные характеристики (рис. 12-10) могут приближенно считаться прямыми только до α = 30—50%. Поэтому за номинальную скорость двигателя принимается величина, примерно равная половине скорости при холостом ходе.
В тех случаях, когда быстродействие системы, приводимой двигателем, не играет особой роли, асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором с успехом заменяется
Рис. 12-10. Регулировочные характеристики двухфазного асинхронного исполнительного двигателя.
асинхронным двигателем с обычным короткозамкнутым ротором. Благодаря меньшему воздушному зазору ток намагничивания и, следовательно, потери в обмотке статора у этого двигателя меньше, что приводит к повышению к. п. д. и cos φ. Так как устойчивость работы должна обеспечиваться от холостого хода до остановки двигателя (s = 0 ÷ 1), активное сопротивление ротора r2 должно быть сделано значительно больше реактивного х2. Мощность таких двигателей — от долей ваттам до нескольких ватт.
Статья на тему Исполнительный двигатель постоянного тока