книги из ГПНТБ / Мещеряков, В. В. Микроэлектродвигатели электронных устройств учеб. пособие

Глава I V

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 4,1. Особенности конструкции, принцип действия и области применения исполнительных микродвигателей

постоянного тока

Исполнительный микродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части — станины с полюсами и вращающейся части — якоря. Между неподвижной частью и якорем имеется воздушный зазор, величина которого значительно больше, чем у асинхронного микроэлектродвигателя и находится в пределах <5= 0,3 -г 1,5 мм. Основой неподвижной части микроэлектро­ двигателя постоянного тока является станина 1 (рис. 44 и рис. П-3 приложения), которая обычно выполняется из цельнотянутой стальной трубы. К станине специальными винтами прикрепляют­ ся обычно набранные из листовой стали толщиной 0,5 -г 1 мм и скрепленные шпильками полюса 2. На полюсах размещается

Рис. 44. Поперечный разрез исполнительного микроэлект­ родвигателя постоянного тока

/ — станина: 2 — полюс: 3 — обмотка j;; -кт ромагннта: 4 — сердечник: 5 — обмотка якор*' 6 — вал

90

обмотка возбуждения 3, создающая основное магнитное поле электромашины. Якорь двигателя постоянного тока состоит из сердечника 4, обмотки 5 и. коллектора 6. Дополнительные по­ люсы в этих микродвигателях не применяются. Сердечник 4 на­ бирается из штапованных изолированных друг от друга (обычно лаком) листов электротехнической стали толщиной 0,35 -г- 0,5 мм которые в центре имеют отверстие для вала, а на внешней окруж­ ности пазы для укладки обмотки якоря. Пазы якоря полузакры­ той формы. Обмотка в пазах закрепляется посредством клиньев и бандажей. Обмотка якоря 5 состоит из секций, противополож­ ные стороны которых укладываются в пазы, отстоящие друг от друга примерно на 180 эл. градусов. Концы секций припаи­ ваются к пластинам коллектора. В этих электродвигателях чаще всего применяется петлевая обмотка, в которой концы одной секции припаиваются к двум смежным коллекторным пластинам. Лобовые части обмотки укрепляются на якоре специальными бандажами.

Коллектор якоря имеет форму цилиндра и обычно набирается из твердотянутых пластин меди трапециевидного сечения. Кол­ лекторные пластины тщательно изолируются друг от друга, от вала и сердечника. Скрепляющим пластины материалом у большинства микродвигателей является пластмасса, в которую запрессовываются нижние части пластин. У микроэлектродви­ гателей, рассчитанных на сверхвысокоскоростные вращения якоря (10.000 об/мин и выше), пластины закрепляются изолированными стальными конусообразными втулками. При работе микроэлект­ родвигателя по коллектору скользят щетки. Они размещаются в щеткодержателях и прижимаются к коллектору регулируемыми пружинами. Щеткодержатели закрепляются на подшипниковых щитах, которые плотно соединяются со станиной. В расточке центральной части щитов размещаются подшипники, в которых вращается вал якоря двигателя. Обычно применяются шарико­ вые подшипники, а в микроэлектродвигателях от долей ватта до нескольких ватт-подшипники скольжения (бронзовые или бронзографитовые). Исполнительные микродвигатели постоян­ ного тока в зависимости от системы возбуждения основного магнитного поля делятся на:

1)микроэлектродвигатели с независимыми электромагнитным возбуждением (э. м. в);

2)микроэлектродвигатели с независимым магнитоэлектри­

ческим возбуждением (м. э. в.).

Исполнительные микродвигатели постоянного тока с неза­ висимым электромагнитным возбуждением имеют две обмотки;

91

обмотку возбуждение (В), которая включается в сеть постоянного тока и обмотку управления (У), на которую подается напряже­ ние (сигнал) лишь тогда, когда необходимо вращение якоря двигателя.

В качестве обмотки возбуждения у исполнительных микро­ двигателей постоянного тока независимого электромагнитного возбуждения используется или обмотка полюсов или обмотка якоря. В зависимости от этого различают следующие способы управления исполнительным микродвигателем с независимым электромагнитным возбуждением:

Ѵг =1)вг + Vy-Uar

с магнитоэлектрическим возбуждением, т. е. с постоянными маг­ нитами имеют лишь обмотку якоря, а обмотка полюсов отсут­ ствует. Эти микроэлектродвигатели по своим свойствам не отли­ чаются от микроэлектродвигателей с якорным управлением. У них магнитный поток полюсов при работе практически не изменяется. Все исполнительные микродвигатели постоянного тока обычно имеют ненасыщенную магнитную систему и незна­ чительное размагничивающее действие реакции якоря. Поэтому у них магнитный поток электромагнитов пропорционален току возбуждения и не зависит от нагрузки микродвигателя.

92

необходимо вращение якоря. Здесь основным потоком микро­ электродвигателя является поток полюсов Фу. Величина его вследствие отсутствия магнитного насыщения и незначительной реакции яхоря пропорциональна току /у и напряжению Uy управления.

При подаче сигнала к обмотке управления (электромагнитов) возникает ток управления Іу и следовательно поток управления Фу. В результате взаимодействия магнитного поля управления с током якоря согласно закону Ампера создается момент сил, т. е. электромагнитный вращающий момент, приводящий якорь во вращение:

Для изменения направления вращения як#ря исполнительного микроэлектродвигателя постоянного тока необходимо изменить на обратное или направление магнитного п*т*ка или направление тока в обмотке якоря. Одновременное изменение направлений тока якоря и магнитного потока не приведет к изменению на­ правления вращения якоря, в чем можно убедиться, пользуясь «правилом левой руки». Исполнительные микроэлектродвигате­ ли постоянного тока применяются в схемах автоматики, электро­ ники, телемеханики и в ряде других специальных устройств. Эти исполнительные микроэлектродвигатели во многих отноше­ ниях лучше исполнительных микроэлектродвигателей перемен­ ного тока. Они позволяют получать теоретически любые большие и малые скорости вращения якоря, дают возможность весьма просто и плавно регулировать скорость вращения якоря в широ­ ком диапазоне, имеют линейные механические и, в большинстве случаев, регулировочные характеристики. Исполнительные мик­ родвигатели постоянного тока по габаритам и весу значительно (в 2 Ч- 4 раза) меньше управляемых микродвигателей перемен­ ного тока, не имеют самохода, обладают большим пусковым моментом и сравнительно небольшой постоянной времени.

94

Основным недостатком этих микроэлектродвигателей, огра­ ничивающих область их применения, является наличие скользя­ щих контактов — коллектора и щеток. Непостоянство переход­ ного сопротивления скользящих контактов приводит к неста­ бильности характеристик микроэлектродвигателя. Искрение под щетками вызывает подгорание контактов (щеток и коллектора), и загрязнению микродвигателя, к необходимости систематиче­ ского ухода за ним, не позволяет устанавливать микродвигатели нормального исполнения во взрывобезопасных помещениях. Коллектор и щетки, являясь источником радиопомех требуют установки для их подавления специальных фильтров. Необхо­ димость в целом ряде схем усилителя постоянного тока для управ­ ления микродвигателем создает схемы сложными, дорогими и громоздкими. Однако, благодаря линейности характеристик, гибкой регулируемости и относительно небольшим габаритом управляемые микродвигатели постоянного тока широко приме­ няются в различных схемах микроэлектропривода.

В радиоэлектронной и в других видах электронной промышлен­ ности, где большое применение имеют исполнительные микро­ двигатели постоянного тока может служить схема электроискро­ вой установки (рис. 46). В этих отраслях промышленности интен­ сивно распространяется электроискровой способ обработки ма­ териалов. Электроискровые установки содержат обычно электро­ механические следящие системы, предназначенные для автома­ тического поддержания наивыгоднейшего междуэлектродного

Рис. 46. Схема электроискровой установки

95

расстояния — искрового промежутка. Регулятором величины междуэлектродного расстояния между обрабатываемой деталью ОД и электродом — инструментом ЭИ является исполнительный микродвигатель постоянного тока ИД с якорным управлением типа СЛ 121 или СЛ 161 (рис. 46). Обмотка якоря включена в диа­ гональ моста, плечами которого служат реостаты г, и г2 и со­ противление искрового промежутка. Величина и направление тока в диагонали моста создают соответствующую скорость и направ­ ление вращения якоря. Вал микроэлектродвигателя через редук­ тор РД механически связан с электродом-инструментом и пере­ мещает его относительно обрабатываемой детали. Конденсатор­ ным генератором импульсов ГИ создаются импульсы тока для обработки детали. Напряжение пробоя и соответственно вели­ чина искрового промежутка получаются перемещением движка реостата гг.

При отсутствии разряда в междуэлектродном расстоянии (сопротивление промежутка бесконечно большое) устанавливает­ ся такое направление тока в диагонали моста, при котором якорь микродвигателя при вращении подает электрод-инструмент к обрабатываемой детали. Конденсаторы ГИ заряжаются, электри­ ческая прочность искрового промежутка уменьшается и насту­ пает пробой. Происходит искровая обработка детали, сопротив­ ление искрового промежутка резко падает, направление тока в диагонали моста изменяется и испольный микродвигатель ИД незамедлительно отводит электрод-инструмент от обрабатывае­ мой детали. Электрическая прочность междуэлектродного рас­ стояния восстанавливается и происходит прежний цикл обра­ ботки.

§ 4,2. Основные аналитические соотношения, механические н регулировочные характеристики исполнительного микроэлектродвигателя постоянного тока с якорным управлением

В исполнительном микродвигателе постоянного тока с якор­

сутствии магнитного насыщения магнитной системы и незна­ чительной реакции якоря с изменением скорости вращения маг­

96

где Аф — коэффициент пропорциональности.

При вращении якоря проводники его обмотки (обмотки управ­ ления У) пересекают магнитное поле возбуждения Фв и в обмотке

"гу = г,:

Используя аналитические соотношения (4,1), (4,4) и (4,5), получим следующее уравнение механической и регулировочной характеристики в относительных единицах исполнительного мик­ родвигателя постоянного тока с якорным управлением:

(4,6)

97

вращения якоря при идеальном холостом ходе (Мэ = 0) и коэффициенте сигнала, равном единице (ас = 1

увеличении момента на валу по линейному закону. Величина максимального (пускового) момента в относительных единицах равна коэффициенту сигнала. Следовательно пусковой момент М„ или момент трогания М„ пропорционален напряжению управ­ ления Мп = Мл- — Uу. Жесткость механических характеристик

98

не меняется с изменением коэффициента сигнала и момента вра­ щения. Относительная скорость вращения якоря при идеальном холостом ходе микроэлектродвигателя п^ж равна коэффициенту сигнала ас, т. е. пропорциональна напряжению управления Uy («оис = “с или я*ис = 1/у).

+п°

заданном моменте на валу скорость вращения якоря возрастает с увеличением коэффициента сигнала ас (увеличением напряжения управления Uy) по линейному закону, т. е. скорость вращения якоря и пропорциональна напряжению управления Uy (п*ж= ас или я = 0 у). Максимальная скорость вращения якоря нм при определенном моменте сопротивления на валу имеет место при номинальном напряжении управления (ас — 1), т. е. ям = U^. Коэффициент сигнала трогания (ад,. равен моменту сопротив­ ления в относительных единицах MJ, т. е. напряжение трогания пропорционально моменту сопротивления на валу (Uу)„. = Мп. Весьма ценным качеством исполнительного микродвигателя постоянного тока с якорным управлением является линейность его механических и регулировочных характеристик. Этим свойст­ вом не обладает ни один управляемый микродвигатель перемен­ ного тока.

.99