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

тока. К обмотке управления У подается так называемый сигнал в виде напряжения переменного тока той же частоты. Это на­ пряжение может изменяться от нуля до определенной величины или изменяется по фазе при неизменной величине.

Обмотка возбуждения В и обмотка управления У каждая в отдельности занимает половину числа пазов статора: Z0 = Z y = = 0.5Z,. где Z„ и Zj. — число пазов.• занимаемое соответственно обмоткой возбуждения и обмоткой управления, Z, — число пазов статора. Однако обмотка статора может быть соединена по мос­ товой схеме (рис. 6в). Мостовая схема представляет собой замк­ нутую обмотку с отпайками через 90 электрических градусов. Она позволяет просто осуществить пространственный сдвиг обмоток управления и возбуждения точно на 90 электрических градусов, способствует лучшему распределению токов и потерь в обмотке. Мостовая схема применяется сравнительно редко вследствие того, что во-первых, при ее использовании существует электрическая связь цепей возбуждения и управления, а во-вто­ рых, она имеет большое число параллельных ветвей 2а при боль­ шом числе' полюсов 2р (2а = 2р).

Управляемый асинхронный микродвигатель имеет два ста­ тора: наружный и внутренний (рис. 7). В наружном статоре (1), шихтованном из отдельных листов электротехнической стали, помещаются обмотки, возбуждения и управления (от Р„ — 5 вт и выше). Назначение внутреннего статора (2), состоящего из отдельных листов электротехнической стали и неимеющего обмотки, состоиі лишь в уменьшении магнитного сопротивления

20

Рис. 7. Схема конструктивного устройства исполнительного двухфазного асинхронного микроэлектродвигателя с полым немагнитным ротором

/ — наружный статор; 2 — внутренний статор: 3 — полый ротор: 4 — корпус: 5 — подшипниковые шиты; 6 — обмотки: 7 — вал; 8 — втулка

для прохождения потока через воздушный задор. Однако в ис­ полнительных асинхронных микроэлектродвигателях мощностью до Рн = 5 «/н помещают обмотки на внутреннем статоре. Полый немагнитный ротор выполняется в виде тонкостенного полого цилиндра (стакана), изготовленного из немагнитного материала (алюминия или дюралюминия), у которого толщина дна равна Ад = 1,0 -г 2,0 мм. Вследствие небольшого удельного веса и малой толщины стенки цилиндра Дц (доли миллиметра — Ац =

=0,2 Ч- 1,0 лш), ротор обладает весьма малым весом и следо­ вательно относительно небольшим моментом инерции J. Это обстоятельство является существенным для быстродействия схе­ мы, в которой микроэлектродвигатель работает. Между стенка­ ми ротора и статора (наружным и внутреннйм) имеются воздуш­ ные задоры, величина которых обычно не превосходит <5, = <52 =

=0,1 Ч- 0,30 лш. Так как ротор, будучи немагнитным, тоже является физически воздушным зазором, то суммарная вели­ чина воздушного зазора между наружным и внутренним стато­

рами состоит <5 = (5, -ф <5, + Ац= 0,4 Ч- 1,6 лш. Относительно большой воздушный зазор управляемого асинхронного микроэлектродвигателя с полым немагнитным ротором является при­ чиной, значительного тока холостого хода1/ 10 (0.85 Ч-0.95 от номинального тока статора /,„) и следовательно малого коэффи­ циента мощностиcos <р,„. Большой ток намагничивающего контура I т способствует увеличению электрических потерь в

21

нительных двухфазных асинхронных микродвигателей полый немагнитный ротор при большом активном сопротивлении обла­ дает весьма незначительным индуктивным сопротивлением рас­ сеяния: ,ѵ2 = (0,05 -г- 0,1) г2. Это свойство ротора способствует значительному повышению качества механических и регулиро­ вочных характеристик микроэлектродвигателей переменного тока. Так как управляемый двухфазный асинхронный микродвигатель с полым немагнитным ротором имеет малый момент инерции и следовательно относительно малую электромеханическую по­ стоянную времени Ты, он называется малоинерционным микро"

электродвигателем переменного тока.

Принцип действия исполнительного двухфазного асинхрон­ ного мпкроэлектродвигателя с полым немагнитным ротором состоит в следующем. Переменные токи, протекая по обмоткам статора возбуждения В и управления У, создают вращающееся (в общем случае эллиптическое) магнитное поле. Это поле, пере­ секая полый немагнитный ротор, наводит в нем э. д. с., которая создает значительные вихревые токи. В результате взаимодейст­ вия этих токов с вращающимся магнитным полем статора, воз­ никает вращающий электромагнитный момент М0, который,

двигателе с полым ротором регулирование скорости вращения ротора происходит несимметричным напряжением, питающим обмотки статора Путем искажения симметрии напряжения об­ мотки статора можно получить в микроэлектродвигателе изме­ няющееся плавно и в больших пределах обратно-вращающееся

22

магнитное поле. Это поле позволяет производить плавно и в широких диапазонах регулирование скорости вращения ротора микроэлектродвигателя. Так как оказывает тормозное действие. При несимметричном регулировании среднеквадратичный ток нарастает обычно с падением скорости до ее половинного зна­ чения и остается почти неизменным при дальнейшем изменении скорости до нуля и в сторону отрицательных значений (при одно­ фазном торможении режиме). Среднеквадратичный ток равен:

(1,5)

мощности cos (рІН (у неконденсаторных) исполнительных двух­ фазных асинхронных микродвигателей с полым немагнитным ротором незначительные. У микроэлектродвигателей мощностью

= 0,3 Ч- 0,4. Небольшой к. п. д. объясняется, во-первых относи­ тельно большими электрическими потерями в роторе вследствие большого активного сопротивления ротора, во-вторых, относи­ тельно большими электрическими потерями в обмотке статора вследствие большого Тока в намагничивающем контуре /„,. Этот ток уменьшает коэффициент мощности cos <рІН микродви­ гателя. Наибольший к. п. д. имеют микроэлектродвигатели с амплитудным управлением, затем следует конденсаторные и наименьший к. п. д. у микродвигателей с фазовым управлением. Малоинерционные асинхронные микроэлектродвигатели приме­ няются в самых различных схемах автоматики, электроники и телемеханики, в синхронно-следящей системе, в счетно-решаю­ щих приборах, в качестве тахогенераторов, в приводе гироскопов (асинхронные гироэлектродвигатели), в следящем приводе и в ряде других специальных устройств.

К электронным устройствам, где широко применяется испол­ нительный двухфазный асинхронный микродвигатель, может

23

Рис. 8. Схема электромеханического интегра­ тора

служить схема электромеханического интегратора (рис. 8). Неотъемлемой частью этого регулятора (температуры вещества, давления, уровня или количества вещества и др.) является испол­ нительное устройство (ИД), осуществляющее интегрирование заданной функции. Этот интегратор состоит из электронного усилителя (ЭУ), исполнительного двухфазного асинхронного микроэлектродвигателя (ИД) с амплитудно-фазовым управле­ нием, понижающего редуктора (РД) и индуктивного датчика положения (ДП), плунжер (П ) которого связан через редуктор (РД) с валом ИД. Выходное напряжение 1/вых индуктивного дат­ чика пропорционально перемещению плунжера и следовательно углу поворота ав вала ИД:

( 1,6)

•На вход усилителя ЭУ подводится напряжение 1/вх, амплитуда которого модулирована по закону изменения регулируемой величины. Изменение ІІѣя вызывает соответствующее изменение напряжения на обмотке управления Uy исполнительного микроэлектродвигателя, а также скорости вращения ротора ИД. Про­ порционально меняется положениеплунжера и величина выход­ ного напряжения ,[/вых датчика положения ДП. Здесь выходное напряжение Нвь,х.связано с входным напряжением По следующим соотношением:

где Кус

24

§ 1,4. Эквивалентная схема, уравнение механической характеристики и основные характеристики исполнительного двухфазного асинхронного микродвигателя с полым немагнитным ротором

Эквивалентная схема исполнительного двухфазного асин­ хронного микроэлектродвигателя с короткозамкнутым ротором представляет из себя совокупность двух Г-образных схем заме­ щений: схемы замещения прямой последовательности и схемы замещения обратной последовательности (рис. 96, в).

*Jsu

Рис. 9. Эквивалентные схемы исполнительного двухфазного асинхрон­ ного микроэлектродвигателя с короткозамкнутым ротором, приведен­ ные к цепи возбуждения:

Йспользовав схему замещения (рис. 9а) для двухфазных асинГхронных микроэлектромашин с несимметричным питанием несвяэаных фаз обмотки статора, получим следующее универсаль­ ное уравнение механической характеристики, в относительных

25

щения в относительных единицах; д — символ, пока­ зывающий величину в долевых значениях или в отно­ сительных единицах; Мпо— пусковой момент при кру­ говом двухфазном вращающемся магнитном поле

(х, = 1, sin у = 1 или — — 1 и у = 90°), нм или дж;

подставляется в формулы с учетом знака: Ки1 = —^ — состав-

” 1в •

ляющая напряжение прямой последовательности в относи­

тельных единицах: К„2 = — составляющая напряжение об-

*' ^1н

ратной последовательности в относительных единицах:

26

у — угол сдвига во времени (по фазе) напряжений

(/„ и Uy или токов / в и /':

sin у — А2 + В1— С2— D7: А, В, С, D, К и N — постоян- - (АГ2 + N 2)

ные, зависящие от параметров и коэффициента

сигнала —с микроэлектродвигателя [26]:

для фазового управления:

ас

а, = 1, — = 1 и у = ѵаг:

*о

для амплитудно-фазового управления:

= ѵаг и у = ѵат. <*0

Пользуясь уравнением механической характеристики (1,8) можно рассчитать и построить механические характеристики исполнительного двухфазного асинхронного микродвигателя при

27

различных способах управления, т. е. зависимость скорости вра­ щения ротора от вращающего момента при постоянных коэф­ фициентах сигнала (рис. 10 а, б, в). Механические характеристики являются одними из основных характеристик управляемого микроэлектродвигателя. На основании механических характе­ ристик можно дать оценку об устойчивости работы микродви­ гателя при различных скоростях вращения и моментах сопротив­ ления, о величине его механической мощности. Имея ряд меха­ нических характеристик при различных коэффициентах сигнала и способах управления, можно оценивать регулировочные свой­ ства микроэлектродвигателя и построить регулировочные ха­ рактеристики простым графическим методом.

Рис. 10. Механические характеристики исполнительного двухфазного асин­ хронного микродвигателя с полым немагнитным ротором: пд= /(AfJ)

при U, = и іж= const, /, = / , . = const, cl, = const, илиsin у — const,

а*

или — = const

“о

а — при амплитудном управлении (сц = const); б — при фазовом управлении {sin у = const); в — при амплитудно-фазовом управлении с одним конденсатором ( = const)

Регулировочные свойства исполнительного микроэлектродви­ гателя обычно выясняют по его регулировочным характеристи­ кам, т. е. зависимости скорости вращения ротора от коэффициента сигнала при постоянных моментах сопротивления на валу

(рис. 11 а, б, в).

В схемах автоматики и. электроники предпочтение отдается исполнительным микроэлектродвигателям, имеющим линейные регулировочные характеристики, у которых скорость вращения ротора цри постоянном моменте сопротивления на валу прямо

28

линейной зависимости. В этом случае момент трогания ротора микроэлектродвигателя (при s = + 1) равен Л/£ = а,.

Рис. II. Регулировочные характеристики исполнительного двухфазного

асинхронного микродвигателя с полым немагнитным ротором: пд = f (оц)

. (Хе

и sin у = const более линейные и жесткие: они почти параллельны друг другу, чем при амплитуднрм управлении. Момент трогания

«о

Отрицательным качеством механических характеристик кон­ денсаторного микроэлектродвигателя с одним конденсатором в цепи статора (рис. 4 в) является то, что они не обеспечивают надежной устойчивой работы , микроэлектродвигателя при малых скоростях, где незначительное изменение момента приводит к значительному изменению скорости вращения ротора. С целью устранения этого недостатка, т. е. для повышения устойчивости работы микродвигателя при малых скоростях, в схемах авто­ матики и электроники нередко в цепь обмотки управления вклю­ чают дополнительный конденсатор (питают микроэлектродви­ гатель по схеме рис. 4 г). Посредством соединения конденсатора в цепь обмотки управления создаются механические характерис­ тики исполнительного микродвигателя более линейные, повы­

29