НА ГЛАВНУЮ (кнопка меню sheba.spb.ru)ТЕКСТЫ КНИГ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)АУДИОКНИГИ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)ПОЛИТ-ИНФО (кнопка меню sheba.spb.ru)СОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИ (кнопка меню sheba.spb.ru)ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ФОТО-ПИТЕР (кнопка меню sheba.spb.ru)НАСТРОИ СЫТИНА (кнопка меню sheba.spb.ru)РАДИОСПЕКТАКЛИ СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ВЫСЛАТЬ ПОЧТОЙ (кнопка меню sheba.spb.ru)



Электрические микромашины. Арменский Е. В. — 1975 г.

 

Арменский Е. В.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МИКРОМАШИНЫ

*** 1975 ***

 


DjVu


<< ВЕРНУТЬСЯ К СПИСКУ

 

ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Электрические микродвигатели, применяемые в схемах автоматики, телемеханики, вычислительной техники и др., имеют номинальную механическую мощность от сотых долей ватта примерно до 750 Вт.
      По конструкции и принципу действия их подразделяют на коллекторные, асинхронные и синхронные.
      Коллекторные микродвигатели бывают:
      а) постоянного тока;
      б) переменного тока;
      в) универсальные, способные работать как от сети постоянного, так и переменного тока.
      По конструкции якоря коллекторные микродвигатели постоянного тока делятся на три типа: с барабанным, якорем, с полым немагнитным якорем и с дисковым якорем.
      Наряду с микродвигателями со скользящим контактом коллектор — щетки распространены и бесконтактные микродвигатели постоянного тока.
      Асинхронные микродвигатели в системах автоматического регулирования применяют трех конструктивных вариантов: с короткозамкнутым ротором типа «беличьей клетки», с полым немагнитным ротором, с полым магнитным ротором.
      Синхронные микродвигатели используют в тех случаях, когда требуется строгое постоянство скорости вращения. Из них наиболее распространены в системах автоматики реактивные, гистерезисные, с активным ротором.
      Значительная часть электрических микродвигателей, используемых в автоматических системах и прйборах, играет роль исполнительных силовых элементов.
      Исполнительными называют электрические двигатели, преобразующие подводимый к ним электрический сигнал (напряжение управления) в угловую скорость вращения (или перемещение) вала. Эти двигатели предназначены для различных функциональных преобразований. В зависимости от устройства они могут работать либо в режиме непрерывного вращения, либо в шаговом режиме. В качестве исполнительных используют двигатели постоянного тока независц-
      мого возбуждения, двухфазные асинхронные, совмещенные асинхронные двигатели-усилители и синхронные шаговые.
      Область применения каждого исполнительного двигателя определяется особенностями систем автоматического регулирования и управления, их назначением, условиями работы й требованиями, предъявляемыми к двигателям как элементам схемы.
      Основные требования, предъявляемые к исполнительным двигателям:
      1) статическая устойчивость и линейность механических характеристик во всем рабочем диапазоне скоростей;
      2) линейная зависимость скорости вращения ротора от электрического сигнала управления и широкий диапазон регулирования скорости;
      3) отсутствие самохода (явление самохода состоит в том, что двигатель продолжает развивать вращающий момент и его ротор продолжает вращаться -при снятом сигнале управления);
      4) высокое быстродействие;
      5) малая мощность управления при значительной механической мощности на валу, т. е. высокий коэффициент усиления по мощности (требование вызвано ограниченной мощностью источников сигнала управления, в основном электронных).
      Вспомогательными называют электрические двигатели, выполняющие вспомогательные функции в автоматических системах и приборах (привод во вращение отдельных узлов, механизмов й т. д.). В качестве вспомогательных используют двигатели постоянного тока, универсальные коллектбрные, однофазные и трехфазные асинхронные, сйнхронные двигатели непрерывного вращения.
      Требования, предъявляемые к микродвигателям в -зависимости от области применения, приведены в § В.2.
      ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МИКРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
      КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
      В качестве исполнительных микродвигателей постоянного тока используют, как уже отмечалось, микродвигатели со скользящим контактом коллектор — щетки и бесконтактные с транзисторными коммутаторами.
      ‘ Исполнительные микродвигатели с барабанным якорем не имеют принципиальных конструктивных отличий от классической машины постоянного тока (их Конструкция в настоящей книге отдельно не рассматривается).
      Микродвигатели с полым немагнитным и дисковым якорями (малоинерционные)
      На рис. 2.1, а изображен микродвигатель постоянного тока элект-ромагнитного возбуждения с полым немагнитным якорем. Особенностью конструкции- является то, что для уменьшения момента инерции якорь- разделен на две части: обмотку с коллектором и сердечник.
      Кроме малоинерционности, двигатели с полым и дисковым якорями по сравнению с двигателями, у которых барабанные якори, имеют еще ряд преимуществ.
      1. Так как в якоре отсутствуют ферромагнитные участки и поток якоря в основном замыкается по воздуху, влияние реакции якоря незначительно.
      Собственная индуктивность обмотки якоря мала и все переходные электрические процессы в якорной цепи протекают быстро. В якоре практически отсутствуют потери мощности на гистерезис и вихревые токи.
      2. Якорь двигателя не имеет зубцов, что способствует равномерному распределению индукции в зазоре, уничтожению пульсацион-ных потерь и значительному уменьшению шума.
      3. Вследствие уменьшения веса якоря и отсутствия радиальных сил притяжения якоря к статору снижается момент трения в подшипниках и соответственно механические потери двигателя и напряжение трогания.
      При выполнении таких двигателей с печатной обмоткой якоря проводники печатной обмотки находятся в значительно лучших условиях охлаждения, чем проводники, уложенные в пазы барабанного якоря; это позволяет повысить плотность тока в проводниках обмотки якоря (до 30—40 Амм2) и, как следствие, уменьшить габариты и вес двигателя. Изготовление печатной обмотки якоря возможно при высокой степени механизации.
      Однако увеличение плотности тока в проводниках обмотки якоря может отрицательно сказаться на энергетической характеристике двигателя — к. п. д. Это объясняется увеличением электрических потерь в якоре, так как благодаря повышению допустимой плотности тока сечение проводников уменьшается, и следовательно, увеличивается сопротивление обмотки якоря. Практически, у микродвигателей магнитоэлектрического возбуждения с полым немагнитным и дисковым якорями к. п. д., весовые и габаритные показатели примерно одинаковы, а иногда и лучше, чем у двигателей с барабанным якорем, так как увеличение электрических потерь в якоре перекрывается уменьшением механических потерь и потерь в магните-проводе.
      При электромагнитном возбуждении двигателей с полым и дисковым якорями возрастают потери в цепи возбуждения. Последнее вызвано увеличением немагнитного зазора машины, состоящего из двух воздушных зазоров и немагнитной прослойки корпуса якоря, и, как следствие, увеличением м. д. с. возбуждения, необходимой для создания магнитного потока.
      Двигатели с дисковым якорем менее долговечны, что обусловливается главным образом быстрым износом меди печатных проводников Й месте установки щеток.
      Двигатели с полым немагнитным и дисковым якорями менее надежны при высоких температурах, вибрации и ударах, так как вероятность деформации у таких якорей в данных условиях больше, чем у барабанных.
      Микродвигатели с катящимся ротором имеют хорошие динамические характеристики: при частоте =50 Гц время пуска составляет порядка 0,01 с, реверса — (0,015=0,025) с, так как электромеханическая постоянная времени двигателя, пропорциональная моменту инерции вращающихся частей и их скорости, весьма мала. Объясняется это тем, что ротор вращается относительно своего центра с очень малой скоростью со.2. Центр ротора вращается вокруг центра статора с большой скоростью ссц, но при малом эксцентриситете радиус вращения и соответственно момент инерции незначительный.
      При остановке двигателя выключением переменного напряжения статора происходит самоторможение ротора за счет большой силы притяжения к статору, создаваемой полем подмагничивания в точке соприкосновения.
      Наряду с преимуществами следует отметить некоторые недостатки микродвигателей с катящимся ротором. Конструкция двигателя вообще и механизма передачи вращения в частности довольно сложная, что связано со специфическим несоосным вращением ротора. Центробежные силы, возникающие за счет вращения центра ротора относительно центра статора, вызывают вибрации, шумы и неравномерность мгновенной скорости вращения ротора.
      Волновые микродвигатели
      Синхронные волновые микродвигатели представляют собой конструктивное объединение электрической машины и волновой зубчатой передачи. Особенность конструкции таких двигателей заключается в том, что они имеют гибкий, деформирующийся в радиальном направлении ротор, непосредственно на поверхность которого крепится гибкий зубчатый венец волновой передачи.
      Электромашинная часть волнового двигателя создает вращающий момент и является электромагнитным генератором механических волн деформации для волновой передачи.
      Конструкцию и принцип действия синхронного волнового двигателя рассмотрим на примере машины реактивного типа [25].
      На рис. 2.69 изображена схема конструкции синхронного волнового реактивного двигателя с радиально-осевым замыканием магнитного потока. В корпусе 1 укреплены П-образные ферромагнитные сердечники 2 статора. На сердечниках расположены сосредоточенные катушки 3, образующие двух- или трехфазную обмотку переменного тока, предназначенную для создания в воздушном зазоре вращающегося магнитного поля. Жесткий зубчатый венец 8 волновой передачи закреплен на внутренней поверхности статора. Ротор 4 представляет собой гибкий тонкостенный стакан, выполненный из металла или пластмассы и укрепленный на выходном валу 9.
      Волновой микродвигатель индукторного типа можно выполнить по той же конструктивной схеме, что и реактивный (рис. 2.69), разместив на сердечниках 2 дополнительные обмотки постоянного тока, которые будут создавать униполярный поток подмагничивания. Волновые двигатели индукторного типа развивают больший, чем реактивные, момент за счет взаимодействия вращающегося поля и поля подмагничивания, имеют лучшие энергетические показатели. У них, в отличие от реактивных, число волн деформации равно числу пар полюсов (v=p). Это наглядно подтверждают графики индукции и сил притяжения на рис. 2.70, б, в. Поэтому, чтобы сохранить динамическую уравновешенность ротора, необходимо выполнять волновые двигатели индукторного типа с 2.
      На рис. 2.72 показана схема конструкции синхронного волнового реактивного микродвигателя с радиальным замыканием магнитного потока. Статор имеет классическую для машин переменного тока конструкцию: шихтованный цилиндрический сердечник 1 с многофазной обмоткой 2, создающей вращающееся магнитное поле Фс. Жесткий зубчатый венец 3 укреплен на поверхности статора. Гибкий зубчатый венец 4 находится на поверхности гибкого деформирующегося ротора 5. Внутренний магнитопровод 6 представляет собой упругое гибкое кольцо, навитое из ленты пермаллоя. Он служит для замыкания магнитного потока вдоль окружности ротора и деформации ротора под действием сил притяжения к статору.
      Волновые двигатели имеют хорошие динамические характеристики. Время пуска микродвигателей с номинальной частотой =50 Гц достигает 3-^4 мс. Ротор имеет довольно малый момент инерции, вращается с низкой скоростью и быстродействие двигателя зависит в основном не от кинетической энергии вращения ротора, а от величины кинетической энергии перемещающихся в радиальном направлении масс деформирующегося ротора. Это значит, что время пуска определяется практически временем деформации ротора до зацепления венцов волновой передачи. При отключении напряжения питания волна деформацйи исчезает так же быстро и ротор останавливается практически без выбега. В волновых двигателях при числе волн деформаций п>2 вращающиеся массы динамически уравновешены, что обеспечивает более низкий уровень вибрации, чем у двигателей с катящимся ротором.
      Рис. 2.72. Схема конструкции синхронного волнового микродвигателя реактивного типа с радиальным замыканием магнитного потока
      Недостатком волновых микродвигателей является сложность конструкции и технологии изготовления, связанная в основном с требованием обеспечения необходимой эластичности ротора. Энергетические и весовые показатели волновых двигателей невысоки, особенно у двигателей реактивного типа, вследствие больших немагнитных зазоров на пути магнитного потока и особенностей конструкции внешнего и внутреннего магнитопроводов.
     
      Существенное преимущество всех рассмотренных микродвигателей заключается в отсутствии быстровращающихся частей и подшипников, что значительно повышает их надежность. Например, гарантируемый срок службы синхронных редукторных микродвигателей (серия ДСР) в три-четыре раза больше, чем у синхронных микродвигателей с механическими редукторами, обеспечивающих одинаковую скорость вращения выходного вала (серия ДСД).
      К. п. д. и вес на единицу развиваемой мощности у рассмотренных микродвигателей сильно зависят от реализуемого коэффициента редуцирования скорости: чем больше коэффициент редуцирования, тем хуже эти показатели. Например, у серии синхронных микродвигателей с катящимся ротором при одних габаритах и частоте =50 Гц (скорость поля 3000 обмин) с изменением номинальной скорости ротора от 2 до 200 обмин мощность меняется примерно от 0,4 до 22 Вт. а к. п. д. от 0,7 до 36%. Синхронные редукторные микродвигатели индукторного типа мощностью порядка 1 Вт при частоте =50 Гц и коэффициенте редукции 10--30 имеют к. п. д. 5 8%.
      Коэффициент мощности cos

      Низкая скорость вращения, большой вращающий момент и высокие динамические показатели волновых микродвигателей и микродвигателей с катящимся ротором способствуют их применению для привода различных точных механизмов (нониусы копировальных станков, часовые устройства и т. д.), а также в электромеханических манипуляторах систем дистанционного управления (вакуумные, радиационные установки и т. п.).

 

 

 

 

НА ГЛАВНУЮ (кнопка меню sheba.spb.ru)ТЕКСТЫ КНИГ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)АУДИОКНИГИ БК (кнопка меню sheba.spb.ru)ПОЛИТ-ИНФО (кнопка меню sheba.spb.ru)СОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИ (кнопка меню sheba.spb.ru)ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ФОТО-ПИТЕР (кнопка меню sheba.spb.ru)НАСТРОИ СЫТИНА (кнопка меню sheba.spb.ru)РАДИОСПЕКТАКЛИ СССР (кнопка меню sheba.spb.ru)ВЫСЛАТЬ ПОЧТОЙ (кнопка меню sheba.spb.ru)

 

Яндекс.Метрика
Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru