Элмехшпор

При этом вектор ВА направлен по оси катушки А — X, а вектор Вв — по оси катушки В — У. В любой момент результирующее магнитное поле равно геометрической сумме магнитных полей катушек А и В.

Пуск однофазного двигателя осуществляется включением двух катушек в одну общую для них однофазную сеть. Для получения угла сдвига фаз между токами в

катушках, примерно равного четверти периода, одну из катушек (рабочую) включают в сеть непосредственно или с пусковым активным сопротивлением, а вторую катушку (пусковую) — через индуктивную катушку (рис. 122, а) или конденсатор (рис122, б).

рабочая или главная обмотка, состоящая из двух последовательно соединенных фаз трехфазного двигателя, включается непосредственно в однофазную сеть третья фаза, являющаяся пусковой или вспомогательной обмоткой включается в ту же сеть через пусковой элемент — сопротивление индуктивность или конденсатор.

В однофазных двигателях малой мощности в качестве пусковой обмотки используют короткозамкнутые витки, укладываемые на полюсах статора. Статоры таких двигателей выполняют с явно выраженными полюсами (рис. 123), и рабочая

обмотка укладывается на полюсы в виде катушек.

Каждый полюс разделен на две части, на одной из которых помещаются короткозамкнутые катушки. В этих катушках создаются токи, препятствующие прохождению магнитного потока в части полюса В, вследствие чего магнитный поток в части полюса А достигает максимального значения раньше, чем в части полюса В. Эти два не совпадающие по фазе потока создают вращающееся магнитное поле.

В короткозамкнутых катушках возникают добавочные потери, что снижает к. п. д. двигателя. Поэтому такой способ пуска в

33. Вентильный двигатель

1834 г.- первый двигатель непрерывно вращательного движения.

Плюсы: ДПТ - нелинейные характеристики (регулировочные, нагрузочные).

Минусы: Коллектор, щетки - механический преобразователь (он простой, но искрение щеток).

Машина I (синхронная) проще (нет коллектора, но контактные кольца).

Вентильный двигатель - (БДПТбесколлекторный двигатель постоянного I )- эта электрическая машина содержит статор, в общем случае с m-фазной обмоткой ( обычно m= 3). На роторе размещена система возбуждения. Это или электоромагнитные возбуждение, или постоянный магнитный.

Для организации непрерывно вращательного движения ротора необходимо переключить обмотки в зависимости от положения ротора. Для этого используют специальное устройство ДПР (датчик положение ротора), с помощью которого организовывается ОС.

Для коммутации токов используется транзисторные ключи. В результате электрическая машина содержит электомеханический преобразователь (ротор, статор), п/п инвертор ( силовой блок), ДПР, СУ. Декомпозиция этой системы невозможна, а ДПТ обмотки может подключать как угодно.

Это классический пример мехатронной системы:

Особенности:

Характеристики этой машины очень близки к характеристикам ДПТ

По аналогии с синхронной машиной ток регулируется за счет ориентации векторов внутреннего угла Ө. В этом случае БДПТ похож на синхронную машину. Угол Ө может регулироваться

МОМЕНТ ВД

m- число фаз;

p- число пар полюсов;

k- конструктивный коэффициент;

-индуктивное сопротивление фазы;

-активное сопротивление фазы;

-питающее напряжение;

-внутренние угол машины;

Ф

Ω=0, =0 => пусковой

Плюсы:

1)характеристики близки к идеалу характеристикам ДПТ;

2)нет щеточно-коллекторного узла;

Минусы: 1) цена (выше постоянных магнитов и СУ из-за силовой электроники);

2)«бояться» ударов;

3)при нагреве может потерять свойства;

Применение: где требуется высокое качество, нет ограничений цены, нормальное условие эксплуатации (космос, робототехника, станки)

34. Синхронные двигатели.

Вотличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы).

Встаторе синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с

обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.

Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.

Рис. 12.10

Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели (рис. 12.11).

ющееся магнитное поле статора представим в виде

а1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. ем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс

а1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс

а1 – северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется

йже угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет ься вместе с магнитом 1, причем частоты вращения магнитов будут одинаковыми, синхронными,

11

Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.

У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.

В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.

Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный

электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.

35. Шаговый двигатель.

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны) прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу, возможность быстрого старта/остановки/реверсирования, высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников, однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи, возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора. Может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов. Однако существуют и отрицательные свойства:

Øшаговым двигателем присуще явление резонанса

Øвозможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи

Øпотребление энергии не уменьшается даже без нагрузки

Øзатруднена работа на высоких скоростях

Øневысокая удельная мощность

Øотносительно сложная схема управления

3.1 Классификация шаговых двигателей

В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся:

1. Биполярный - имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки(а).

2. Униполярный - имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины (б).

3. Четырехобмоточный - имеет четыре независимые обмотки. По сути дела представляет собой тот же униполярник, только обмотки его разделены (в).

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: однополярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; ·потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

3.2 Режимы работы шаговых двигателей

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: статический; квазистатический; установившейся; переходный.

Статический:

Реализуется, когда по обмоткам протекает постоянный ток, создающий неподвижное поле. Характеризуется статическим синхронизирующим моментом стремящимся возвратить ротор в первоначальное положение. ( Режим удержания ). Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования M = f(q).

Квазистатический:

Режим отработки единичных шагов. Характерен тем, что все переходные, обычно колебательные, процессы заканчиваются перед началом следующего шага. Частота шагов в этом режиме ограничена временем затухания колебаний. Повысить её можно введением дополнительных устройств. (Применяется там, где подобные колебания недопустимы.)

Установившиеся режимы:

Режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов. При частоте управляющих импульсов f1, меньшей частоты собственных колебаний двигателя f0, движение ротора носит колебательный характер, что увеличивает динамическую ошибку при отработке заданного перемещения.

Переходные режимы:

Это основной эксплуатационный режим работы шагового двигателя. Он включает в себя пуск, реверс, торможение, переход с одной управляющей частоты на другую. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс. Основное требование к шаговому двигателю в переходных режимах заключается в отсутствии потери шага, т.е. сохранение синхронизма при любом характере изменения управляющих импульсов. Пуск шагового двигателя осуществляется из неподвижного положения ротора, которое он занимает при установившихся значениях токов в обмотках, путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. Реверс шагового двигателя производится путем изменения последовательности коммутации токов в обмотках, приводящего к изменению направления вращения магнитного поля на обратное.

3.2 Применение

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в стартстопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задается последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков вращения.

Главное преимущество шаговых приводов — низкая цена, в среднем в 1,5-2 раза дешевле сервоприводов. Шаговый привод как недорогая альтернатива сервоприводу наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.