Проектирование мехатронных узлов Божко
.pdf
Электродвигатели постоянного тока (продолжение)
Простейшим элементом якорной обмотки является виток (секция), который состоит из двух последовательно соединенных проводников, размещенных в пазах, находящихся, как правило, под соседними разноименными полюсами и присоединяется к 2-м коллекторным пластинам.
Секция состоит из активных сторон, заложенных в пазы сердечника якоря, и лобовых частей, соединяющих эти стороны. Секции могут быть одновитковыми и многовитковыми. При вращении якоря в каждой из активных сторон индуктируется э. д. с. В лобовых же частях секции э. д. с. не индуктируется.
Якорная секция
Двухслойная стержневая обмотка
Укладка секций
Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюсного деления (часть поверхности якоря, приходящаяся на один полюс):
где τ – полюсное деление, Dα – диаметр якоря, p – количество пар полюсов.
Полюсное деление
Полюсное деление в зависимости от решаемой задачи может измеряться в угловых или линейных единицах, а также числом пазов пакета статора или ротора.
Простая петлевая обмотка
Номер коллекторной пластины должен соответствовать номеру паза, в котором лежит активная сторона секции.
Z=12
2p=2
Z — количество секций в обмотке якоря
yк — это расстояние между концами секции, выраженное в коллекторных пластинах
В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам, а число
параллельных ветвей равно числу полюсов, т.е. 2а = 2р.
Простая волновая обмотка
В простой волновой обмотке концы каждой секции присоединены к пластинам коллектора, находящимся на расстоянии, называемом шагом обмотки по коллектору yк=(K±1)/p
К — число коллекторных пластин.
Схема обмотки якоря и одно и двухвитковой секции
Якорь с шестью пазами, в которых помещены изолированные провода обмотки якоря в два слоя. Пазы не показаны. От коллекторной пластины 1 провод по переднему торцу якоря идет в верхний слой первого паза за плоскость чертежа. Далее, по заднему торцу якоря, что показано штриховой линией, он попадает в нижний слой четвертого паза и, выходя оттуда по переднему торцу якоря, присоединяется к коллекторной пластине 2. От второй коллекторной пластины провод попадает в верхний слой второго паза и т. д.
Если проследить до конца ход провода обмотки, то видно, что она замкнута на себя и состоит из одинаковых частей — секций, присоединенных к двум соседним коллекторным пластинам.
Так как к каждой коллекторной пластине припаиваются два провода — конец предыдущей секции и начало следующей за ней, то число коллекторных пластин K должно быть равно числу секций обмотки якоря. Для обмотки, показанной выше, якорь имеет число пазов Z = 6 и такое же количество секций. Зная K, можно определить число активных проводов, составляющих обмотку якоря N = 2wcK, где wc — число виктов в секции.
Развёрнутая
схема
обмотки якоря для двух случаев коммутации
При повороте якоря на угол, меньший 60°, например на 30°, положение обмотки будет таким, как представлено на рисунке слева, где для упрощения смещены влево щетки, а не обмотка. Две секции в этом положении оказываются замкнутыми накоротко, а в каждой из двух параллельных ветвей включены только по две секции.
Типы коллекторных электродвигателей
По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными
магнитами и с обмотками возбуждения.
Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора. КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.
Преимущества:
•лучшее соотношение цена/качество
•высокий момент на низких оборотах
•быстрый отклик на изменение напряжения3
Способы возбуждения машин постоянного тока. Сравнение, применение на практике
Важным классификационным признаком машин постоянного тока является способ возбуждения главного магнитного поля, от которого зависят все основные характеристики как двигателей, так и генераторов. Существуют четыре способа возбуждения машин постоянного тока: независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение.
Рис.1а. Схема независимого |
|
Рис.1б. Схема параллельного |
|
Рис.1в. Схема последовательного |
возбуждения |
|
возбуждения |
|
возбуждения |
|
|
|
|
|
Рис.1а. Схема независимого возбуждения
Обмотка возбуждения подключается к независимому источнику. Характеристики двигателя получаются такие же, как у двигателя с постоянными магнитами. Скорость вращения регулируется сопротивлением в цепи якоря. Регулируют ее и реостатом (регулировочным сопротивлением) в цепи обмотки возбуждения, но при чрезмерном уменьшении его величины или при обрыве ток якоря возрастает до опасных значений. Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать на холостом ходу или с малой нагрузкой на валу. Скорость вращения резко увеличится, и двигатель будет поврежден.
Рис.1б. Схема параллельного возбуждения
Обмотки ротора и возбуждения подключаются параллельно к одному источнику питания. При таком включении ток через обмотку возбуждения в несколько раз меньше, чем через ротор. Характеристики электродвигателей получаются жесткими, позволяющие использовать их для привода станков, вентиляторов.
Регулировка скорости вращения обеспечивается включением реостатов в цепь ротора или последовательно с обмоткой
возбуждения.Поэтому такие двигатели
довольно широко применяются в промышленности
там, где обе указанные их особенности имеют
значение, например для приведения в действие
токарных и других станков, частота вращения
которых не должна сильно зависеть от нагрузки.