книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ТРЕТЬЯ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МИКРОМАШИНЫ

§ 23.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Под специальными электрическими микромашинами обычно понимают микромашины для автоматических си­ стем управления и регулирования, измерения и кон­ троля, счетно-ірешающих и многих других приборов. Та­ кие машины выпускаются в диапазоне мощностей от до­ лей ватта до сотен ватт с частотами вращения от единиц до ста и более тысяч оборотов в минуту. Электрические микромашины в системах автоматических устройств при­ меняются в качестве управляющих, силовых и преобра­ зующих элементов.

По устройству и принципу действия все микромаши­ ны, как и обычные электрические машины, могут быть подразделены на коллекторные, асинхронные и синхрон­ ные машины. Коллекторные микромашины бывают по­ стоянного тока, переменного тока и универсальные, т.е. постоянного и переменного тока.

В зависимости от назначения и выполняемых функ­ ций электрические микромашины, применяемые в авто­ матических и счетно-решающих устройствах, можно раз­ делить на следующие основные группы: а) исполнитель­ ные двигатели, б) вспомогательные двигатели, в) тахогенераторы, г) сельсины. В особую группу специальных микромашин могут быть выделены электромашинные усилители и вращающиеся трансформаторы.

511

§ 23.2. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Исполнительными двигателями называют электриче­ ские микродвигатели, предназначенные для преобразо­ вания подводимого к ним напряжения управления (сиг­ нала) в механическое перемещение вала, т. е. для отра­ ботки заданных перемещений. К таким двигателям предъявляются следующие основные требования: а) от­ сутствие самохода, т. е. электродвигатель не должен вращаться после снятия напряжения управления;" б) ли­ нейность механических характеристик во всем рабочем диапазоне частот вращения; в) линейность регулировоч­ ных характеристик и широкий диапазон изменения ча­ стоты вращения; г) большая величина пускового мо­ мента; д) быстродействие; е) малая мощность управле­ ния при значительной механической мощности на валу; ж) высокая надежность работы; з) минимальные помехи для работы радиоаппаратуры; и) минимальные масса и габариты.

Исполнительные микродвигатели постоянного тока, как правило, изготовляются независимого возбуждения или с возбуждением от постоянных магнитов. Конструк­ тивно каждый такой двигатель представляет собой обыч­ ную коллекторную машину. Основными частями такой машины (рис. 23.1) являются станина 1 с полюсами 2, якорь 3 с коллектором 4 и подшипниковые щиты 5. Ста­ нина обычно выполняется в виде цельнотянутой сталь­ ной трубы, к которой винтами прикрепляются полюса, или набирается из листов электротехнической стадій вме­ сте с полюсами. Подшипниковые щиты часто стягивают­ ся двумя шпильками и плотно закрывают торцы стани­ ны. Основным отличием магнитоэлектрических двигате­ лей являются малые масса и габариты, что обусловли­ вается отсутствием обмотки возбуждения.

Магнитная система в исполнительных двигателях не насыщена. Реакция якоря в них ничтожно мала, и ее влиянием можно пренебречь. Это позволяет считать, что в исполнительных двигателях магнитный поток пропор­ ционален Току и не зависит от нагрузки на их валу.

В исполнительных электродвигателях обычно имеют­ ся две обмотки. Одна из них постоянно находится под напряжением, а на вторую подается напряжение только

512

тогда, когда необходимо вращение электродвигателя.

г

Рис. 23.1. Электродвигатель типа СЛ:

/ — станина; 2 —полюса; 3 — якорь; 4 — коллектор; 5 — подшипнико­

вые щиты

Наибольшими преимуществами обладает якорное управление. В частности, при таком управлении в прин­ ципе отсутствует самоход двигателя, механические и ре­ гулировочные характеристики линейны, более высокая скорость электромагнитных переходных процессов. По­ этому исполнительнее двигатели постоянного тока, как правило, управляются со стороны цепи якоря. На рис. 23.2 изображены схемы включения двигателей при

513

гателя параллельного возбуждения, как установлено ра­

Рис. 23.2. Схемы включения исполнительных двигате­ лей при якорном управлении

Для исполнительного электродвигателя с якорным управлением при произвольном а уравнение (23.1) при­ мет вид

На основании уравнений (23.2) и (23.3), разделив предварительно левую и правую часть выражения (23.2)

514

на по, получим уравнение характеристик исполнитель­ ного электродвигателя в относительных величинах

Отсюда следует, что частота вращения исполнитель­ ного двигателя при якорном управлении линейно зави­ сит от коэффициента сигнала а и от вращающего мо­ мента т. Следовательно, при разных постоянных зна­ чениях сигнала а выражение (23.4) является уравне-

гулировочных характеристик v=/(a) . На рис. 23.3 изо­ бражены такие характеристики исполнительного двига­ теля.

Максимальный вращающий момент двигатель разви­

пряжению управления. Поэтому при уменьшении напря­ жения управления механические характеристики двига­ теля смещаются параллельно самим себе в сторону мень­ ших частот вращения и моментов. Жесткость характе­ ристик при этом не меняется. Напряжение управления, при котором двигатель начинает вращаться, называется

515

напряжением трогания UT. Величина этого напряжения определяет зону нечувствительности двигателя.

Исполнительные двигатели с якорным управлением, как отмечалось выше, могут быть выполнены с возбу­ ждением от постоянных магнитов. Такие двигатели по своим механическим и регулировочным характеристикам подобны двигателям независимого возбуждения с якор­ ным управлением. Кроме того, они не требуют источ­ ника питания для цепи возбуждения.

Основным недостатком исполнительных двигателей с якорным управлением является большая мощность управления.

В автоматических устройствах наибольшее примене­ ние находят микродвигатели серий СЛ, ДМ, ДП, ДПМ и ПДЗ , а также ряд их модификаций. В табл. 23.1 при­ ведены основные технические данные некоторых элек­

Микродвигатели типа СЛ выполняются параллель­ ного, последовательного и независимого возбуждения. Они имеют условный трехцифровой шифр, а иногда и с буквами А, В, С. Первые цифры обозначают габариты машины, а третьи, нечетные, и нуль — электродвигатель

516

постоянного тока. Буквы А, В, С, например СЛ-369А, обозначают, что электродвигатели имеют конструктив­ ные и параметрические отклонения. В частности, в цепь якоря вводится добавочный балластный резистор. Неко­ торые микродвигатели СЛ изготовляются со стабилизи­ рованной частотой вращения. В этом случае они имеют центробежный контактный регулятор типа ЛоренцаШмидта (рис. 23.4), с помощью которого в цепь возбу­

ждения машины подключается добавочный резистор г0 путем размыкания и замыкания контактов при опреде­ ленных частотах вращения. В результате изменяется сила тока возбуждения и, следовательно, стабилизи­ руется частота вращения электродвигателя. Машины па­ раллельного и последовательного возбуждения исполь­ зуются в качестве вспомогательных, а независимого воз­ буждения — исполнительных двигателей.

Микромашины типа МИ выпускаются независимого и параллельного возбуждения и применяются в каче­ стве исполнительных электродвигателей. Магнитоэлек­ трические микродвигатели типа ДП и ДПМ изготовля­ ются в двух конструктивных вариантах: с центробеж­ ным регулятором и без него. Первые применяются в ка­ честве приводных электродвигателей для программных

няемые в автоматике в качестве исполнительных двига­ телей.

517

§ 23.3. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ '

В схемах автоматики в качестве исполнительных дви­ гателей широко применяются двухфазные асинхронные электродвигатели с полым немагнитным ротором. Схема устройства таких двигателей приведена на рис. 23.5. Статор электродвигателя, набранный из листов электро­ технической стали, состоит из двух частей: статора /,

Необходимый для создания вращающегося поля сдвиг токов в обмотках обеспечивается либо источником пи­ тания, либо включением в одну из обмоток конденсато­ ра С (рис. 23.6,6). Обмотки возбуждения и управления могут иметь одинаковое и разное число витков, что об­ условливается назначением электродвигателей.

Принцип действия двухфазного электродвигателя с одинаковыми обмотками, включенными на одинаковые по величине напряжения UB и Uy и сдвинутыми по фазе

518

друг с другом, образуют круговое вращающееся маг­ нитное поле:

Рис. 23.6. Схемы электродвигателей с полым немагнитным ротором

Это поле, пересекая полый ротор, наводит в нем вих­ ревые токи. В результате создается.вращающий момент, увлекающий ротор в сторону вращения поля.

Однако работа исполнительного двигателя в схемах автоматики, как правило, происходит при несимметрич­ ной системе напряжений UB и 0У (рис. 23.7, а) . В этом случае в статоре возникает эллиптическое вращающееся магнитное поле (рис. 23.7,6). Для определения вращаю­ щего момента исполнительного двигателя при несимме­ тричной системе питающих напряжений воспользуемся методом симметричных составляющих. Согласно этому

519