2. Элементы электропривода.
Основными элементами электропривода являются:
1. Управляющее устройство (датчики, программные механизмы, выключатели, вычислительные машины);
2. Регулирующие устройства (регуляторы мощности, усилители, модуляторы);
3. Электромеханический преобразователь (электродвигатель, электромагнит);
4. Механические регулирующие устройства (фрикционные муфты, ферропорошковые муфты);
5. Устройства защиты (ограничители торможения, фрикционные муфты);
6. Система передачи механической энергии (редукторы тросовые, цепные, шарнирно-рычажные, кулачковые передачи);
7. Устройство ограничения движения и сигнализации (датчики, концевые выключатели, лампы сигнализации).
А. Электродвигатели постоянного тока.
Двигатель постоянного тока (ДПТ) - электромашины с естественным охлаждением закрытого исполнения. Напряжение питания 20-28. 5В, мощность от долей ватта, до 20 кВт, КПД - 0. 3-0. 6. Низкий КПД не играет существенного значения, т. к. большинство электродвигателей работают в кратковременном режиме и расход мощности при этом невелик. Удельная мощность ДПТ - 50-100 Вт/кг у маломощных и 700-1500 Вт/кг у мощных. Перегрузочная способность М макс/ М мин = 3-8. Чем достигается выигрыш в массе и габаритах. В электроприводах применяются ДПТ последовательного, параллельного и независимого возбуждения.
Одним из основных показателей электродвигателя является момент (пусковой и номинальный) развиваемый двигателем.
М=Км Ia Ф (1)
где: Км - постоянный коэффициент (учет конструктивных особенностей)
Iа - ток якоря двигателя
Ф - магнитный поток возбуждения
При вращении ротора двигателя в его обмотке наводится ЭДС
Е=Кl n Ф (2)
где: Кl - постоянный коэффициент
n - частота вращения якоря
Ф - магнитный поток
При установившемся режиме работы
V=Е + Ia Ra (3)
из (1), (2), (3) определяем
(4)
Данное уравнение определяет механическую характеристику электродвигателя n=f(M)
Эл. двигатели параллельного и независимого возбуждения имеют жесткую механическую характеристику
n
Rd1 < Rd2
Ra + Rdl
Ra + Rd2
Мдв
Эл. двигатели последовательного возбуждения имеют "мягкую" механическую характеристику, т. к. у них ток возбуждения всегда равен току якоря
(Ф=Кв Iа) (5),
подставляя в (4) значения Ф и Мдв, выраженные через Iа, получим:
n
Мдв
Двигатель последовательного возбуждения при малых нагрузках увеличивает обороты ротора. Это объясняется тем, что уравновешивание питающего напряжения (3) противоЭДС при малом потоке возбуждения (1а) осуществляется за счет увеличения частоты вращения (Е = спФ). Двигатели сериесного возбуждения имеют большой пусковой момент.
Эл. двигатели смешанного возбуждения по своим характеристикам занимают промежуточные положения благодаря наличию 2-х обмоток.
Д. Электродвигатели переменного тока.
На л. а. находят широкое применение трехфазные, однофазные, двухфазные асинхронные двигатели, конденсаторные асинхронные двигатели, двигатели с постоянными магнитами, гистерезисные двигатели.
Трехфазные двигатели выполняются с фазным, или короткозамкнутым ротором. Частота вращения п = 60f/p , где f - частота переменного тока, р - число пар полюсов. Максимальная частота вращения при частоте бортсети переменного тока 400 Гц 24000 об/мин.
Достоинства двигателей переменного тока:
- отсутствие коллектора и щеток
- простота и надежность конструкции
- малая масса
недостатки:
- сложность регулирования частоты
- малый пусковой момент.
В конденсаторных двигателях обмотки статора располагаются под углом 90° и в цепь одной из них включен конденсатор.
Двухфазные асинхронные двигатели тоже имеют две статорные обмотки. Одна из них является управляющей и питается напряжением, сдвинутым по фазе на 90° по отношению к другой обмотке.
Гистерезисные двигатели имеют большой пусковой момент, простоту устройства, надежность в эксплуатации, высокую жесткость механической характеристики.
В. Электромагниты.
Используются там, где необходимо осуществить небольшое прямолинейное перемещение или поворот на малый угол, но требуется значительное усилие, или момент. Применяются для управления интерцепторами, топливными кранами, кранами гидравлических и пневматических магистралей, замками бомбодержателей, спусками пушек.
Достоинства:
быстродействие, простота конструкции, малые масса и габариты при значительных усилиях, высокая надежность.
МУФТЫ.
Муфтой называется электромагнитное устройство, предназначенное для соединения двух валов системы передачи, а также для торможения одного из валов.
По назначению муфты делятся на: муфты сцепления, муфты торможения, комбинированные муфты сцепления-торможения и муфты предохранители.
Муфта сцепления /Рис ___/ служит для отсоединения вала двигателя от редуктора с одновременным отключением двигателя от сети. При этом вал электродвигателя может продолжать вращаться по инерции, а редуктор останавливается. Сцепление валов осуществляется силами трения или с помощью кулачкового соединения.
Электромагнитная муфта сцепления с использованием сил трения состоит из стального корпуса /ярма/ 1, в котором размещена обмотка электромагнита 2, якоря электромагнита 5, возвратной пружины 6. Сердечник электромагнита 3 является ведущими стальным диском, на котором размещено бронзовое кольцо 4.
Сила электромагнита должна быть такой, чтобы происходило проскальзование дисков. Пружина 6 служит для возвращения якоря муфты в исходное положение при отключенном питании. При этом валы двигателя и редуктора расцепляются. Обмотка электромагнитной муфты может включаться параллельно или последовательно с обмоткой якоря электродвигателя.
Подобные муфты могут служить одновременно для предохранения от механических перегрузок эл. агрегатов с мощностью не более 20О-3ОО вт.
В мощных агрегатах передача вращающего момента осуществляется с помощью электромагнитной муфты с кулачковым механизмом.
В авиационном электроприводе начинает находить применение электромагнитные порошковые муфты сцепления /рис. ___/. В простейшем случае такая муфта представляет собой два параллельно расположенных диска, зазор между которыми заполнен смесью железного порошка и графита.
Если между дисками создается магнитное поле, то железные частицы, располагаясь вдоль силовых линий, способствуют затвердеванию порошка и возникновению сцепляющих усилий между ведущим и ведомым дисками.
МУФТА ТОРМОЖЕНИЯ. /Рис. ___/ служит для уменьшения инерционного выбега приводимого органа в электромеханизмах малой и средней мощности после включения электродвигателей. К подшипниковому щиту электродвигателя крепится ярмо электромагнита 5. При отсутствии тока в обмотке 6 якорь 2 пружиной 7 прижимается пробковой облицовкой к тормозному диску 1, Так как якорь, благодаря шпилькам З, может перемещаться только в осевом направлении, то за счет сил трения между якорем и тормозным диском происходит торможение двигателя.
При подаче питания на обмотку якорь растормаживается. Для устранения "залипания" якоря электромагнита, между ним и корпусом установлена латунная втулка 9.
КОМБИНИРОВАННЫЕ МУФТЫ сцепления-торможения /Рис. ___/ выполняют функции как муфт сцепления, так и муфт торможения. Муфта состоит из следующих узлов:
1. Стального корпуса 14, н котором помещена обмотка электромагнита 13.
2. Сердечника 11, в котором впрессовано диамагнитное кольцо, укрепленного на валу электродвигателя.
3. Якоря электромагнита /ведомый стальной диск/ 10, укрепленного на валу, имеющем шестерню 2. Относительно этого вала якорь имеет только возвратно-поступательное движение. Между тормозным диском 9 и регулировочной гайкой 5 размещено шесть возвратных пружин 7.
При подаче питания на обмотку электромагнита 1З якорь 1О притягивается к сердечнику 11 и передает вращающий момент от электродвигателя на вал ведущей шестерни редуктора.
Пружины в этом случае сжаты, т. к. гайка 5 при перемещении якоря перемещается вправо; усилие на пружины передается через гайку 5 и подвижный щит 6.
При выключении питания под действием пружин якорь электромагнита перемещается влево и якорь расцепляется с сердечником, при этом ведомый вал тормозится, т. к. якорь прижимается к тормозному диску с пробковой облицовкой 1б,
МУФТЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ. В качестве муфт предохранителей применяются саморегулирующиеся фрикционные муфты /рис. ___/. Движение от двигателя передается через внешний стакан 5, шарики 4, внутренний стакан, диски 7 и 8 на входной вал 9. Диски сжимаются через кольцо 3. Шарики стабилизатора располагаются по окружности между дисками, в которых имеются пазы. На каждый шарик действуют: составляющая сила сжатия пружины Fпр. и противоположная по направлению осевая составляющая Fo силы Fн, приложенной к шарику со стороны нагрузки и пропорциональной величине вращающего момента. В пределах допустимых нагрузок Fo<=Fпр. муфта работает, как обычная. Когда нагрузка увеличивается выше допустимой, Fo становится больше Fпр. , при этом шарики начинают скользить по скошенным стенкам пазов, в результате чего внутренний стакан 6 перемещается, сжимая пружину 2.
Контактные устройства служат для ограничения перемещения выходного вала в необходимых пределах, а также для сигнализации блокировки.
Они встраиваются в передаточные устройства и выполняют функции концевого выключателя.