2 Электропривод постоянного тока

История привода постоянного тока.

1. Генератор - двигатель.

2. ЭМУ – двигатель

3. Полупроводниковый преобразователь(транзисторный)– двигатель

4. Тиристорный – преобразователь – двигатель

5. IGBT транзисторный преобразователь- двигатель

С цифровым управлением.

(Insulated Gate Bipolar Transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором)

Цифровой управляемый выпрямитель – двигатель

6. Специализированный контроллер – вентильный двигатель

Как следует из вышесказанного, центральное место среди всех устройств автоматики занимает электропривод, а главным его элементом является двигательное устройство (исполнительное устройство). Исторически сложилось так, что самым широко распространенным исполнительным устройством систем автоматического управления является электродвигатель. В приборостроении речь идет о микродвигателях или электрических микромашинах. Рассмотрим, какие же требования предъявляются к микромашинам систем автоматики приборного типа. Различают две группы требований.

1. Общие требования:

 высокие энергетические показатели  коэффициент полезного действия и коэффициент мощности;

 высокая надежность;

 низкая стоимость;

 простота конструкции и технологии изготовления;

 ремонтопригодность;

 стабильность выходных характеристик;

 высокое быстродействие;

 линейность характеристик и широкий диапазон регулирования.

2. Требования в зависимости от области применения и условий эксплуатации:

 минимальные габариты и вес при заданных выходных параметрах;

 устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам;

 климатическая и радиационная устойчивость;

 взрывобезопасность;

 низкий уровень создаваемых шумов (акустических и электромагнитных).

Все приведенные требования, как правило, учитываются при выборе типа исполнительного устройства, при решении любой конкретной задачи.

Электродвигатели

Электродвигатели, применяемые в системах автоматики и телемеханики, вычислительной техники, имеют номинальную механическую мощность от сотых долей ватта, примерно, до

600700 Вт.

По конструкции и принципу действия их подразделяют на коллекторные, асинхронные и синхронные.

Коллекторные двигатели бывают:

1. постоянного тока;

2. переменного тока;

3. универсальные, способные работать как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока.

По конструкции якоря коллекторные микродвигатели постоянного тока делятся на три группы: 1) с барабанным якорем;

2) с полым немагнитным якорем; 3) с дисковым якорем. Наряду с микродвигателями со скользящим контактом коллектор - щетки распространены бесконтактные двигатели постоянного тока.

Асинхронные двигатели в системах автоматики применяются в трех вариантах: 1) с короткозамкнутым ротором типа "беличья клетка";

2) с полым немагнитным ротором; 3) с полым магнитным ротором.

Синхронные двигатели используются в тех случаях, когда требуется строгое постоянство скорости вращения. Наибольшее распространение в автоматике получили реактивные, гистерезисные и двигатели с активным ротором.

Двигатели постоянного тока

Основные характеристики двигателей постоянного тока

Прежде чем рассматривать характеристики двигателей постоянного тока, приведем некоторые аналитические зависимости, необходимые нам для их формализации.

В первую очередь нужно иметь уравнение для электрического контура "обмотка якоря - сеть". Воспользовавшись 11 законом Кирхгофа, запишем для данного контура уравнение вида:

, (2.1)

где U_с - напряжение питания сети,

I_я - ток якоря,

R_я - суммарное активное сопротивление всех обмоток якоря,

U_щ - падение напряжения на щетках якоря.

Если считать, что падение напряжения на счетках постоянно, то тогда можно ввести обозначение: U=U_с-U_щ и записать выражение в виде :

. (2.2)

Если Е>U, то ток I_я совпадает по направлению с эдс Е и машина работает в генераторном режиме.

Если Е<U, то ток I_я меняет свой знак и будет направлен против эдс Е и машина будет работать в двигательном режиме.

При работе как в двигательном, так и в генераторном режиме величины эдс Е и электромагнитного момента М определяют по формулам:

,. (2.3)

, (2.4)

где с_е=с_м= pN/2a - конструктивные постоянные электрической машины.

(р - число пар полюсов, N - число активных проводников обмотки якоря, а - число параллельных ветвей.)

 - угловая скорость вращения якоря.

Теперь назовем основные характеристики электродвигателей, определяющие качество работа и производительность в установившемся режиме.

Механическая характеристика - зависимость угловой скорости вращения от электромагнитного момента =f(M) в установившемся режиме.

Электромеханическая характеристика (скоростная) - зависимость угловой скорости вращения от тока якоря =f(I_я) в установившемся режиме.

Моментная характеристика - зависимость электромагнитного момента от тока якоря M=f(I_я) в установившемся режиме.

Выражение для механической характеристики можно получить следующим образом: из уравнения 2.3 следует, что =Е/c_eФ,

из уравнения 2.4 - I_я=М/с_мФ, а из уравнения 2.2 Е=U-I_яR_я, тогда после подстановки имеем:

, (2.5)

где =₀ - угловая скорость холостого хода.

Электромеханическая характеристика:

. (2.6)

Моментная характеристика представлена уравнением 2.4.

Механические характеристики полностью определяют качество работы электромеханического устройства в установившемся режиме.

Используют понятия "естественной" и "искусственной" механических характеристик. Естественные механические характеристики двигатели имеют при номинальных параметрах питающей сети, нормальных схемах включения и отсутствии добавочных сопротивлений в цепях машины. Все другие механические характеристики являются искусственными.

По степени влияния момента нагрузки на изменение скорости вращения, которое характеризуется коэффициентом крутизны ,

, (2.7)

где,,

  приращение скорости,

_ном  номинальная скорость вращения,

М  приращение момента,

М_ном  номинальный момент вращения.

Все механические характеристики подразделяют на три группы:

1. Абсолютно жесткие характеристики 0

2. Жесткие характеристики имеют  в пределах 1 - 10 %.

3. Мягкие механические характеристики  10%