подаче сигнала в ОУ такие МД обычно осуществляют перемещения, строго

зафиксированные по значению.

Наконец, к МД относятся электромеханические узлы многих измерительных,

оптических и других приборов, у которых момент, развиваемый двигателем,

уравновешивается механической пружиной, а выходом прибора является угол

поворота, зависящий от сигнала, подаваемого в ОУ.

В зависимости от принципа действия МД могут выполняться как момент

двигатели с постоянными магнитами (магнитоэлектрические), как реактивные (с

электромагнитным или комбинированным возбуждением) и как

электродинамические. Принцип работы моментного двигателя с постоянными

магнитами (МДПМ) основан на взаимодействии между током в ОУ и полем

постоянного магнита (ПМ). Существенным достоинством МДПМ является

сравнительно малое потребление мощности на единицу момента, так как

основной магнитный поток этого двигателя обеспечивается с помощью ПМ.

Зависимость электромагнитного момента МДПМ от сигнала, подаваемого в ОУ,

близка к линейной. Обмотка управления МДПМ питается постоянным током; при

изменении полярности питающего напряжения меняется знак момента. МДПМ без

магнитно-мягких полюсных наконечников постоянных магнитов обладает малой

электромагнитной постоянной времени, так как поток ОУ должен проходить

через зоны большого магнитного сопротивления; в целях уменьшения

электромагнитной постоянной времени (а также зубцовой пульсации момента)

используют гладкий статор с беспазовой активной зоной. К недостаткам МДПМ

следует отнести некоторую сложность конструкции.

Электромагнитный МД имеет явнополюсный ротор, выполненный из магнитно-

мягкого материала, и по принципу действия является реактивным. При подаче

тока в ОУ такого электродвигателя ротор начинает поворачиваться в сторону

максимальной проводимости магнитному потоку. Принцип действия

электромагнитного МД налагает ограничения на значение углового смещения

ротора относительно статора, хотя при соответствующем конструктивном

исполнении оно может достигать 150 градусов. Потребление мощности на

единицу момента такого МД обычно больше, чем у МДПМ (за исключением

электромагнитов с весьма малым углом поворота ротора). Конструктивно

электромагнитный МД достаточно прост, однако обеспечить линейную

зависимость его момента от сигнала, подаваемого в ОУ, невозможно. Нельзя

осуществить и строгое постоянство момента по углу поворота ротора.

Индуктивность ОУ велика, вследствие чего велика и электромагнитная

постоянная времени. Знак момента не зависит от направления тока в ОУ,

поэтому МД нередко нуждается в возвратной пружине или в сдвоенной

конструкции. Питание ОУ может выполняться как постоянным, так н переменным

током.

У поляризованного МД поток в зонах взаимодействия статора и ротора

создается совместно с ПМ и ОУ. Явнополюсный ротор выполняется магнитно-

мягким или же содержит ПМ. В одних воздушных зазорах моментных двигателей

МДС ПМ и ОУ, а следовательно, и соответствующие индукции направлены

согласно, а в других—встречно; в результате возникает реактивный вращающий

момент, направленный в сторону уменьшения магнитного сопротивления тех

воздушных зазоров, в которых индукции складываются. Питание ОУ

осуществляется постоянным током: для реверсирования МД надо изменить

направление тока в ОУ. Диапазон углов поворота ротора обычно составляет

несколько градусов. При небольших отклонениях ротора от среднего положения

момент пропорционален току ОУ и мало зависит от угла поворота ротора. Так

как основная доля в суммарном потоке такого МД приходится на поток

постоянного магнита, потребляемая мощность на единицу момента, а также

электромагнитная постоянная времени значительно меньше, чем у

электромагнитного МД.

Принцип действия электродинамических МД основан на взаимодействии двух

обмоток с током, при этом если хотя бы одна из обмоток размещена на

сердечнике из магнитно-мягкого материала, то МД называют

ферродинамическими. Эти МД отличаются сравнительно большим потреблением

мощности на единицу момента. Обмотки таких МД могут питаться как

постоянным, так и переменным током. Зависимость момента от тока ОУ линейна.

Для изменения знака момента МД, питаемого постоянным током, надо изменить

полярность напряжения, подаваемого на ОУ, а момента МД, питаемого

переменным током, — фазу этого напряжения.

Наибольшее распространение среди МД постоянного тока получили МДПМ.

МДПМ с ограниченным углом поворота ротора характеризуется тем, что ось

МДС обмотки управления при различных положениях ротора меняет свое

положение по отношению к оси ПМ.

Конструктивно МДПМ могут выполняться как нормального (ОУ размещается

под индуктором), так и обращенного исполнения, при этом ОУ может находиться

как на роторе, так и на статоре. Зависимость электромагнитного момента от

сигнала, подаваемого в ОУ, достаточно близка к линейной. За счет полюсных

наконечников или геометрии воздушного зазора можно в случае необходимости

получить требуемую закономерность изменения момента по углу поворота

ротора. В частности, можно добиться практической независимости момента от

положения ротора при данном сигнале в ОУ. При разнополярном симметричном

потоке в воздушном зазоре в МДПМ с р парами полюсов и условии независимости

момента от положения ротора диапазон углов поворота ротора не может

превышать 360°/2p (практически при р=1 не более 120— 130 градусов). При

однополярном потоке соответствующий диапазон углов может достигать 260—270

градусов. Если угол поворота ротора не превышает нескольких градусов, то

МДПМ может быть выполнен по типу обычного двигателя постоянного тока, но с

питанием якорной обмотки через гибкие токопроводы.

МДПМ с неограниченным углом поворота ротора характеризуется тем, что

ось МДС обмотки управления при различных положениях ротора сохраняет

почти неизменное положение по отношению к оси ПМ за счет коммутации

токов в секциях ОУ. Момент линейно зависит от сигнала в ОУ и почти не

зависит от положения ротора.

Примером МДПМ с неограниченным углом поворота ротора может служить

многополюсная магнитоэлектрическая коллекторная машина с обмоткой якоря

волнового типа. Недостатки коллекторных электродвигателей, которые, как

правило, связывают с малой надежностью щеточно-коллекторного узла и

радиопомехами, вызываемыми искрением из-под щеток при коммутации секций, в

отношении коллекторных МДПМ, работающих в заторможенном режиме, не так явно

выражены. Применение волновой обмотки позволяет установить любое (вплоть до

р) число пар щеток, что обеспечивает достаточно высокую надежность МД даже

при значительных вибрациях и тряске. Естественная многофазность

коллекторных МДПМ делает их самыми точными (с точки зрения угловой

стабильности момента) среди моментных приводов на постоянном токе.

В тех случаях, когда по условиям эксплуатации применение коллекторных

МДПМ недопустимо, находят широкое применение вентильные МД, секции которых

подключаются к сети с помощью полупроводниковых ключей (вентилей).

Указанные электродвигатели имеют, как правило, обращенное исполнение с

размещснием индуктора на роторе. Коммутация токов в секциях ОУ вентильных

МДПМ может осуществляться как дискретно, так и непрерывно. Дискретная МДПМ

может осуществляться как дискретно, так и непрерывно. Дискретная коммутация

осуществляется с помощью датчиков положения ротора (датчиков Холла,

трансформаторных, индукционных и др.), управляющих полупроводниковыми

ключами, которые подключают к сети постоянного тока трех- или четырехфазную

статорную обмотку. Однако у таких МД имеют место значительные пульсации

момента по углу поворота ротора (достигающие 10—15 %), вызываемые как

коммутационными процессами при переключении фаз, так и дискретными ми

поворотами МДС статора. При увеличении количества тактов за один оборот

ротора пульсации момента уменьшаются, однако возрастает число датчиков

положения или усложняется схема. Непрерывная коммутация осуществляется с

помощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ), управляющих

токами ОУ МДПМ через фазочувствительные усилители-преобразователи (ФЧУП). В

некоторых случаях для непрерывной коммутации используются датчики Холла или

емкостные датчики.

Ротором МДПМ с ограниченным или неограниченным углом поворота может

быть сама ОУ, размещенная на каркасе из немагнитного материала; в этом

случае электромеханическая, а также электромагнитная постоянные времени

МДПМ весьма малы, а момент, обусловленный гистерезисом или неравномерностью

воздушного зазора, отсутствует. При этом в связи с большим воздушным

зазором уменьшается индукция в зазоре и возрастает поток рассеяния.

1.6 Математическое описание ВМД в электромеханических системах

1.7 Принцип действия ВМД

Источником поля возбуждения в ВМД ПТ (МДПМ) является постоянный

магнит. На обмотку статора (ротора) подводят постоянное напряжение.

Ток, протекающий в обмотке двигателя, взаимодействуя с магнитным полем

постоянного магнита, создает вращающий момент. Когда Mэ>Mс двигатель начнет

вращаться.

1.8 НАГРЕВ ДПТ.

При работе двигателя из-за потерь повышается его внутренняя

температура. После запуска ЭД и приложения к нему постоянной нагрузки его

температура возрастает по закону, близкому к экспоненциальному и достигает

установившегося значения, как это показано на рисунке 1.8.1 .

Время, за которое температура достигает 63 процента от своего

максимального значения называется тепловой постоянной времени.

Превышение температуры (Т определяется разностью между Тдв и Тохл.ср.:

[pic]

[pic]

Рисунок 1.8.1 - График роста температуры во время работы электродвигателя.

При значительном увеличении температуры ЭД происходит ускоренное

старение его изоляции, а также могут выйти из строя подшипники и коллектор.

Предельное (Т определяется классом изоляции двигателя согласно таблице

1.8.1 .

Свойства изоляции ухудшаются по трем основным причинам:

– За счет нагрева.

Связь между температурой и сроком службы изолятора апроксимируется

следующими выражениями:

[pic],

где L – срок службы, лет;

Q – температура изоляции, (С

а,m – константы, зависящие от материала.

– За счет нагрева.

Коэффициент поверхностного сопротивления уменьшается, а утечка тока

увеличивается, когда поверхность электроизоляционного материала впитывает

воду. При впитывании воды диэлектриком, уменьшается коэффициент его

объемного сопротивления, а потери увеличиваются. Высокая влажность вызывает

также химическую деформацию материала из-за растяжения, разбухания и роста

плесени, что в свою очередь, способствует дальнейшему ухудшению свойств

изоляции.

Таблица 1.8.1 – Классы изоляции

|Класс изоляции |(Т,(С |Предельно |Материал изоляции |

| | |допустимая | |

| | |температура, | |

| | |(С | |

|A |50-60 |105 |Хлопок, шелк, |

| | | |бумага, поливинил |

|E |65-75 |120 |Эмалевая или |

| | | |полистирольная |

| | | |пленка |

|B |70-80 |130 |Слюда, стекловолокно|

| | | |с соответствующим |

| | | |клеем |

|F |85-100 |155 |Стекловолокно и др. |

| | | |с |

| | | |температурно-резисти|

| | | |вным клеем |

|H |105-125 |180 |Стекловолокно и др. |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7