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

Исполнительный микродвигатель постоянного тока при почти идеальной линейности механических и регулировочных харак­ теристик имеет сравнительно большой к. п. д. Номинальной мощности Р„ — 5 4-10 вт соответствует г]и°/0 = 25 4- 30% и

Рн = 200 4- 250 вт — цн°/0 = 50 4- 65%. По габаритам и весу исполнительный микродвигатель постоянного тока в 2 4- 4 раза меньше, чем одинаковые с ним по номинальным мощности и скорости исполнительные двухфазные асинхронные микродви­ гатели.

Мощность возбуждения Рв исполнительного микродвигателя постоянного тока с якорным управлением равна:

Мощность управления Ру равна:

Ру иу Іу = иу (4,8)

где / у = /я.

Здесь мощность управления Ру значительно больше мощности возбуждения РВ{РУ^>РВ), так как

Ру ~ Рмсх + АР„„ + ДМы = />, - Р,

Мощность управления Ру по величине равна полной механиче­ ской мощности микроэлектродвигателя (включая общие меха­ нические потери) плюс потери в якоре (электрические и магнит­ ные). Эта вся мощность, потребляемая микродвигателем за исклю­ чением потерь в обмотке возбуждения Рв (в обмотке электромаг­ нитов). Относительно большая, мощность управления Ру являет­ ся большим недостатком исполнительного микродвигателя по­ стоянного тока с якорным управлением, так как в случае питания обмотки управления от усилителя приходится значительно уве­ личить габариты усилителя и, следовательно, системы в целом.

100

§4,3. Основные аналитические соотношения, механические

ирегулировочные характеристики исполнительного

мкчроэлектродвнгателя постоянного тока с полюсным управлением

В исполнительном микродвигателе постоянного тока с по­ люсным управлением так же напряжение возбуждения UB=

— const и ток возбуждения / в = const (рис. 45 б). Здесь основным магнитным потоком микроэлектродвигателя является поток полюсов Фу. (магнитный поток управления). Величина его, вслед­ ствие отсутствия магнитного насыщения и незначительной реак­ ции якоря с изменением скорости вращения, пропорциональна току управления /у, поэтому фу = /у = (Jy

Фу s /у s Щ

и

где ас = т г — коэффициент сигнала:

^В

Кф— коэффициент пропорциональности.

При вращении якоря в его обмотке (обмотке возбуждения В), согласно закону электромагнитной индукции наводится э. д. с. Ев:

Согласно второму закону Кирхгофа э. д. с. якоря Ев равна:

вб или « ■сек:

п — число оборотов якоря, об/мин.

Используя аналитические соотношения (4.2), (4.11) и (4,12), получим следующее уравнение механической и регулировочной

102

характеристики в относительных единицах исполнительного мик­ родвигателя постоянного тока с полюсным управлением:

Рис. 49. Механические ха­ рактеристики исполнитель­ ного микроэлектродвигате­ ля постоянного тока с полюсным управлением:

пд — f(M 3) при U — и л —

= const и «с = const

103

может привести к разрушению якоря (разнос якоря электро­

Максимальная скорость врашения якоря равна nt = і ,

и критический коэффициент сигнала аск, соответствующий мак­ симальной скорости, равен аск = 2М*.

Нелинейность регулировочных характеристик (рис. 50) яв­ ляется большим недостатком исполнительных микродвигателей постоянного тока с полюсным управлением. Однако еще боль­ шим недостатком этих микроэлектродвигателей является неод­ нозначность регулировочных характеристик при малых моментах сопротивления (М, < 0,5), т. е., что одна и таже скорость враще­ ния якоря п может быть получена при двух различных по вели­ чине напряжениях управления 1/г Обычно исполнительные микро­ электродвигатели с полюсным управлением применяются лишь в тех случаях автоматики и электроники, где момент сопротив­ ления на валу микроэлектродвигателя не опускается ниже 0,5Мпо. Это исключает неоднозначность регулировочных характеристик и возможность разноса якоря электродвигателя. Напряжение трогания (UyXr у микроэлектродвигателей с полюсным управ­ лением, так же как и у микроэлектродвигателей с якорным управ­ лением, пропорционально моменту сопротивления на валу (при пй= 0 (С/у)п- = М3 или (а,.),,. = Ml). Мощность возбуждения Рв исполнительного микродвигателя постоянного тока с полюсным управлением равна:

(4,14)

где I = I '

Мощность управления Ру равна:

(4,15)

105

Здесь мощность возбуждения Ра— основная часть мощности, потребляемой микроэлектродвигателем Рр. она равна полной механической мощности на валу электродвигателя плюс потери в цепи якоря. В процентном отношении ко всей потребляемой мощности Р, она составляет 70 -г 95%, т. е. Р„ = (0,7 -f- 0,95) Р ,, что является весьма ценным качеством микроэлектродвигателя с полюсным управлением. Мощность управления Ру исполнитель­ ного микроэлектродвигателя с полюсным управлением значи­ тельно меньше мощности возбуждения Р„ (Ру <$: Рв), так как мощность управления Ру идет лишь на покрытие электрических потерь в обмотках полюсов. Малая мощность управления Ру является весьма ценным качеством микроэлектродвигателя с полюсным управлением и большим преимуществом перед ис­ полнительным микродвигателем с якорным управлением. Макси­ мальная мощность на валу равна соотношению:

Итак, максимальная мощность на валу Р2ы не зависит от напряжения управления Uy (коэффициента сигнала ас). Это яв­ ляется очень ценным качеством исполнительного микродвига­ теля с полюсным управлением. В этом случае даже при незна­ чительных напряжениях управления Ѵу можно получить значи­ тельные механические мощности на валу.

§ 4,4. Электромеханическая постоянная времени и сравнен».? свойств исполнительных микроэлектродвигателей постоянного тока с якорным п полюсном управление'

Электромеханической постоянной времени называется такое время, в течение которого в процессе разгона достигается ско­ рость вращения якоря микроэлектродвигателя, равная 0,633 от установившейся при идеальном холостом ходе под влиянием неизменного пускового момента.

Скорость вращения якоря также, как и у исполнительного двухфазного асинхронного микроэлектродвигагелм увеличивается

106

по экспоненциальному закону (закону показательной функции, рис. 3). Учитывая экспоненту скорости вращения якоря (рис. 3), идеальный режим холостого хода (М'*= 0) и используя уравнения механических и регулировочных характеристик (4,6) и (4,13), получим следующие аналитические значения электромеханиче­ ской постоянной времени для исполнительных микроэлектродви­ гателей постоянного тока при различных способах управления:

Jum

Тм = 0,105——,— для якорного управления; (4,17) ■Л^по

107

В исполнительном микродвигателе постоянного тока с якор­ ным управлением электромеханическая постоянная времени Ты не зависит от коэффициента сигнала (напряжения управления Uy) и следовательно якорь микроэлектродвигателя достигает ско­ рости, соответствующей максимальной (для данного коэффи­ циента сигнала a j механической мощности на валу при любом коэффициенте сигнала за одно и то же время. Это является весьма ценным качеством микродвигателя с якорным управлением.

Независимость Тм от <хс объясняется тем, что механические характеристики микроэлектродвигателя с якорным управлением при различных коэффициентах сигнала ос,, параллельны.

При изменении а,, одновременно с изменением вращающего пускового момента происходит пропорциональное ему изменение скорости идеального холостого хода. Поэтому при уменьшении коэффициента сигнала уменьшается вращающий момент и в то же время пропорционально ему уменьшается та скорость, которой должен достичь якорь микродвигателя. В результате электроме­

гателей с полюсным управлением зависит от коэффициента сиг­ нала а,.: чем меньше о^., тем больше Ты.

В этом случае при малых напряжениях управления Uy время разгона якоря микроэлектродвигателя значительно больше, чем при больших напряжениях Uy. Причиной этого является то, что при уменьшении напряжения управления (коэффициента сиг­ нала ас) пусковой момент уменьшается, а скорость, которой должен достичь якорь микродвигателя при разгоне, увеличивает­ ся. Уменьшение вращающего пускового момента и увеличение конечной скорости вращения якоря приводит к увеличению Ты.

Зависимость электромеханической постоянной времени Гм от коэффициента сигнала а,, (напряжения управления Uy) является большим недостатком исполнительных микродвигателей постоян­ ного тока с полюсным управлением.

По абсолютной величине электромеханическая постоянная

механической постоянной времени микродвигателей с якорным управлением.

Кроме того, необходимо учесть, что в случае полюсного управления на время разгона якоря может оказывать еще влияние и скорость протекания электромагнитных процессов, так как вследствие очень значительной по сравнению с якорем индуктив-

108

ности обмотки полюсов электромагнитная постоянная времени Тэ может оказаться величиной, соизмеримой с электромехани­ ческой постоянной времени Гм. В исполнительных микродвига­ телях постоянного тока даже с якорным управлением величина электромеханической постоянной времени Тм обычно несколько больше, чем в исполнительных микродвигателях переменного тока с полым немагнитным ротором.

Анализ относительных характеристик исполнительного мик­ роэлектродвигателя постоянного тока при двух способах управ­ ления (якорном и полюсном) позволяет сделать следующие выводы. При якорном управлении положительными факторами являются:

1)линейность механических и регулировочных характеристик;

2)однозначность регулировочных характеристик при всех значениях вращающего момента;

3)большая крутизна механической характеристики,способ­

ствующая более быстрому разгону якоря; 4) параллельность механических характеристик, обеспечиваю­

щая одинаковое время разгона якоря при всех коэффициентах сигнала (независимость электромеханической постоянной вре­ мени от коэффициента сигнала);

5)меньшие потери при неподвижном якоре, так как обмотка его при этом полностью отключается, а потери в обмотке электро­ магнитов вообще малы;

6)прохождение тока через щеточный контакт имеет место только при отработке, т. е. при вращении якоря микроэлектро­ двигателя, чем предотвращается подгар коллектора при непод­ вижном якоре;

7)меньшая индуктивность цепи управления, что способствует более быстрому протеканию переходных электромагнитных про­ цессов.

При полюсном управлении положительными факторами яв­ ляются:

1)меньшая мощность управления;

2)лучшее использование микроэлектромашины при малых напряжениях управления, так как максимальная полезная мощ­ ность не зависит здесь от коэффициента сигнала.

Перечисленные положительные факторы исполнительного мик­ роэлектродвигателя с якорным управлением настолько значи­ тельны, что подавляющее большинство исполнительных электро­ приводов постоянного тока использует схему с исполнительным микроэлектродвигателем якорного управления.

109