0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автоматическая характеристика двигателя постоянного тока что это

Выбор моментного двигателя прямого и редукторного электроприводов

Появившиеся в конце прошлого века моментные электродвигатели сейчас широко применяются как в редукторных приводах, так и в прямом приводе, особенности которого рассмотрены в февральском выпуске журнала Control Engineering Россия за 2012 г. Наиболее распространены бесконтактные моментные двигатели с постоянными магнитами на роторе, различные варианты конструкции которых рассмотрены, например, в октябрьском выпуске того же журнала за 2007 г.

Конструкции моментных двигателей

Рис. 1. Коллекторный двигатель постоянного тока

Для пояснения проблемы выбора моментного двигателя рассмотрим типовую конструкцию классического коллекторного двигателя постоянного тока, показанную на рис. 1.

В корпусе с постоянными магнитами на статоре установлен ротор с подшипниками и щеточно-коллекторным узлом. Обмотка двигателя, называемая якорем, размещена на роторе, поэтому все тепло за счет потребляемого электрического тока выделяется только в роторе, поскольку постоянные магниты сами не нагреваются. Все это тепло отводится от ротора в корпус, в основном через воздух с торцов и через воздушный зазор, поскольку через подшипники и щетки поток тепла незначителен. Далее корпус двигателя охлаждается конвекцией воздуха, а часть тепла уходит через торец корпуса, которым двигатель соединяется с конструкцией привода. Таким образом, точный расчет температуры обмотки как основного повреждающего фактора при различных моментах, скоростях и режимах (например, частом реверсировании) весьма сложен, поскольку изменяются условия теплоотвода. Поэтому разработчики коллекторных электродвигателей испытывают двигатель в каком-то одном, так называемом номинальном режиме (в номинальной точке), с номинальными моментом, скоростью и мощностью, на валу, который и рекомендуют потребителю. Превышение усредненного момента нагрузки или механической мощности на валу двигателя больше номинального значения не допускается, даже если, например, двигатель используется при температуре окружающей среды ниже максимально допустимой, или потребитель обдувает двигатель воздухом или устанавливает на его корпус радиатор. Это объясняется тем, что прямой пересчет температуры обмотки в новой точке, отличной от номинальной, затруднен, поэтому требуются новые испытания двигателя в этой новой точке.

Рис. 2. Моментный двигатель компании Kollmorgen

Таким образом, для классических коллекторных двигателей постоянного тока назначение номинальной мощности на валу двигателя как основного фактора при его выборе по традиционной методике вполне оправдано. Положение не сильно меняется для встраиваемого моментного двигателя коллекторного типа. Например, на рис. 2 показан такой моментный двигатель компании Kollmorgen.

Здесь все тепло по-прежнему выделяется в роторе и отводится в основном через окружающую воздушную среду и частично – через вал ротора, не показанный на рисунке. Поэтому и здесь выбор двигателя по номинальной мощности вполне оправдан.

Рис. 3. Бесконтактный моментный двигатель серии STK компании Alxion

Совершенно иную конструкцию имеют бесконтактные моментные двигатели, например, двигатели серии STK компании Alxion (рис. 3) или серии ДБМ компании «Машиноаппарат» (рис. 4). В таких двигателях, в отличие от двигателей классической конструкции, обмотка размещена на статоре, а магниты – на роторе. Поэтому все выделяющееся тепло легко отводится на корпус привода.

Рис. 4. Бесконтактный моментный двигатель серии ДБМ компании «Машиноаппарат»

По характеру нормирования параметров бесконтактные моментные двигатели могут быть номинального и интенсивного использования. В первом случае аналогично двигателям классической конструкции для фиксированной схемы включения и управления задаются номинальные рабочий режим и механическая мощность на валу, которые гарантируются либо для двигателя без корпуса (при конвективном теплообмене), или при рекомендуемой конструкции теплоотвода. Например, моментные двигатели компаний Siemens или Ruch Serwomotor снабжаются дополнительным жидкостным охлаждением. Пример такого двигателя серии 1FW6 компании Siemens показан на рис. 5, где в центре хорошо видны патрубки для подвода охлаждающей жидкости.

Таким образом, в двигателях номинального использования функциональные возможности двигателя сильно ограничены, однако выбор таких двигателей может производиться по классической методике.

Рис. 5. Моментный двигатель компаний Siemens серии 1FW6

В отличие от двигателей номинального использования бесконтактные моментные двигатели интенсивного использования как правило:

  • имеют секционированную обмотку якоря, которую потребитель может включить по своему усмотрению, например, по 5 вариантам при двухфазной 4-секционной обмотке и по 18 вариантам при трехфазной 6-секционной обмотке;
  • допускают управление по любому закону при гармонической и импульсной форме тока якоря;
  • разрешают кратковременную работу при повышенном напряжении питания и т.д.

Очевидно, что при традиционном номинальном использовании в этом случае потребовалось бы задавать множество номинальных режимов и точек, в каждой из которых двигатель нужно испытывать отдельно.
Чтобы этого избежать, разработчики бесконтактных моментных двигателей интенсивного использования разрешают любые схемы включения, управления и режимы – при условии, что максимальная температура обмотки никогда не превышает заданного предельного значения (для моментных двигателей серий ДБМ и ДБМВ это +150 °С). Таким образом, под интенсивным использованием понимается возможность эффективного применения двигателя во всех условиях и режимах.
Однако при этом у потребителя возникают две проблемы:

  • как выбрать рабочую точку и тип моментного двигателя?
  • как спроектировать соответствующий теплоотвод статора, предотвращающий перегрев обмотки?

Оба этих вопроса рассматриваются в следующем разделе.

Методика выбора бесконтактного моментного двигателя

Методика выбора бесконтактного моментного двигателя включает следующие этапы:

  • назначение (выбор) рабочей точки;
  • вычисление требуемой максимальной механической мощности на валу двигателя;
  • выбор моментного двигателя редукторного или прямого привода;
  • вычисление мощности потерь в обмотке;
  • расчет теплоотвода (радиатора).

Рис. 6. График механической характеристики моментного двигателя

Первые два этапа требуют построения механической характеристики моментного двигателя в виде зависимости частоты вращения ротора n и мощности на валу P от вращающего момента M. Пример такой характеристики показан на рис. 6, где: nх – частота вращения холостого хода, Mп – пусковой момент, а Pмакс – максимальная механическая мощность на валу двигателя, определяемая по формуле:
Pмакс = 0,25 Mп nх .

В выбранной рабочей точке (режиме) А двигатель будет развивать рабочий вращающий момент Mр при рабочей частоте вращения nр и рабочей механической мощности на валу Pр.

В двигателях номинального использования рабочая точка определяет номинальный режим двигателя, назначаемый разработчиком двигателя чаще всего в точке максимума КПД, лежащей левее точки максимальной механической мощности на валу. Для двигателей интенсивного использования рабочая точка может быть выбрана потребителем в любой точке механической характеристики: от режима холостого хода до пускового режима, в том числе и в точках максимума КПД или максимальной механической мощности на валу. Однако очевидно, что для исполнительных двигателей, т. е. двигателей сервоприводов и приводов регулируемой скорости, в отличие от нерегулируемых приводов, КПД не является решающим показателем, поскольку такой двигатель должен обеспечивать прежде всего точность и быстродействие привода.

Рассмотрим простой пример. Известно, что взрослый мужчина может толкать неисправную легковушку (или даже пустой двухосный вагон). Но если попросить его остановить у крыльца с точностью в 1 см, это будет воспринято как дурная шутка. Между тем тот же мужчина легко подведет карандаш на бумаге к заданной точке с ошибкой менее 1 мм. Отсюда следует известное практическое правило: чем точнее привод, тем он должен быть менее нагружен. Очевидно, что и для быстродействия двигатель должен располагать большими запасами по моменту.

Рис. 7. Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока

Это же правило следует и из теории нелинейных систем автоматического управления. Рассмотрим, например, регулировочную характеристику двигателя постоянного тока, т. е. зависимость частоты вращения n от управляющего напряжения U при большом моменте нагрузки, показанную на рис. 7.

Ясно, что двигатель не запустится, пока управляющее напряжение не превысит напряжение трогания Uн, определяемое моментом нагрузки. Предельное значение скорости nмакс ограничено допустимым максимальным напряжением питания. Мерой нелинейности этой характеристики является отношение Uмакс/Uн. Очевидно, что чем она выше, тем привод ближе к линейному, и тем вероятнее возможность обеспечить его высокую точность, плавность и быстродействие.

Применительно к моментным двигателям мерой нелинейности привода является коэффициент линейности (называемый иногда коэффициентом плавности), равный отношению пускового момента к рабочему:
kпл = Мп / Мр.

Значение коэффициента линейности рекомендуется выбирать в пределах:
kпл = 3 – 20,
где минимальное значение этого коэффициента назначается для простых, не очень точных приводов, а максимальное – для особо точных следящих или регулируемых приводов. С этой точки зрения ситуация, показанная на рисунке 7, является неприемлемой, поскольку здесь kпл = 2.

Читать еще:  Что делать при разносе двигателя

Таким образом, выбор коэффициента линейности определяет рабочую точку А двигателя, и если за рабочую механическую мощность на валу принять требуемую мощность двигателя Pр = Pтр, то на рисунке 6 легко найти максимальную механическую мощность на валу по формуле:
P_макс=P_р (kпл^2)/4(kпл-1) .

Это позволяет легко выбрать из каталога подходящий типономинал моментного двигателя по его максимальной механической мощности на валу. Затем, построив его механическую характеристику, можно вычислить рабочую частоту вращения двигателя и необходимое передаточное отношение редуктора с учетом его КПД и нужных запасов по скорости.

Для прямого привода редуктор отсутствует, поэтому моментный двигатель выбирается по требуемому пусковому моменту
Мп > kпл Мтр,
где Мтр – требуемый момент объекта управления (рабочего механизма).

Рис. 8. Метод электротермических аналогий, упрощенная цепь

Этап выбора типономинала двигателя завершается нахождением мощности электрических потерь в обмотке статора. Для этого по известным методикам вычисляется эквивалентный (среднеквадратичный) момент двигателя, зависящий от рабочего режима, а по нему – амплитуда фазного тока статора и мощность электрических потерь в обмотке (потерь в меди) Pэ. Необходимо, однако, учитывать, что при работе в режиме вентильного двигателя помимо синфазной составляющей тока, образующей вращающий момент, в обмотке протекает квадратурная составляющая тока, вызванная запаздыванием в электронной части. Кроме того, дополнительный нагрев вызывают высокочастотные составляющие фазных токов за счет негармонической формы тока, широтно-импульсной модуляцией и т. д.

Расчет теплоотвода (радиатора) проводится методом электротермических аналогий. Для этого установившийся процесс отвода тепла от обмотки в окружающую среду представляется в виде упрощенной цепи, показанной на рис. 8, где:

  • Tоб, Tст, Tр и Tср – установившиеся значения температуры обмотки, посадочной поверхности статора двигателя, радиатора и окружающей среды соответственно;
  • Rт, Rп и Rр – тепловые (называемые иногда термическими) сопротивления двигателя, перехода статор – радиатор и радиатора соответственно.

Как видно из приведенного рисунка, в методе электротермических аналогий температура является аналогом напряжения, мощность электрических потерь – аналогом электрического тока, а тепловое сопротивление – аналогом электрического сопротивления цепи.

Тепловое сопротивление моментного двигателя интенсивного использования указывается в его паспортных данных. Тепловое сопротивление перехода статор – радиатор может быть уменьшено плотной посадкой, специальными пастами и смазкой, поэтому составляет обычно малую величину. Тепловое сопротивление радиатора или корпуса привода, в который встраивается моментный двигатель, подлежит определению и указанию в техническом задании на конструировании радиатора. Пример электропривода линейного движения с моментным двигателем типа ДБМ и радиатором приведен на рис. 9.

Рис. 9. Электропривод линейного движения с моментным двигателем типа ДБМ и радиатором

Для расчета требуемого теплового сопротивления радиатора в соответствии с рисунком 8 задаются допустимой температурой обмотки Тоб (которая должна быть ниже предельной максимально допустимой температуры для данного типа двигателя, например, 150 °С) и определяют установившуюся температуру статора и требуемое тепловое сопротивление радиатора и перехода статор – радиатор.

По тепловому сопротивлению радиатора или корпуса с помощью известных методик определяют их конструкцию, а также решают вопрос о необходимости дополнительного обдува или жидкостного охлаждения. Для предотвращения перегрева обмотки в корпус встраивается термореле или датчик перегрева, как это показано, например, для прямого привода в февральском выпуске журнала Control Engineering Россия за 2012 г. Разумеется, справедливость тепловых расчетов следует подтвердить испытаниями опытного образца.

Появление отечественных бесконтактных моментных двигателей

Александр Микеров,
д. т. н., проф. каф.
систем автоматического управления
СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Бесконтактные моментные двигатели, занимающие сейчас существенный сектор рынка электродвигателей малой мощности, появились после Второй мировой войны, главным образом в связи с развитием ракетно-космической техники. Видимые отличия таких электродвигателей — это отсутствие корпуса, вала и подшипников, поскольку они предназначены для встраивания в объект управления без редуктора. Электропривод с моментным двигателем сейчас называется прямым приводом (direct drive). Типичный привод такого типа, использующийся для стабилизации платформы (1) на борту летательного аппарата (рис. 1), содержит: моментный двигатель (2), датчики положения ротора (3) и платформы (4). Кроме того, привод имеет большое центральное отверстие (5) для волноводов и кабелей и снабжен теплоотводом (6) с датчиком перегрева (7) [1].

Рис. 1. Прямой привод

Название «прямой привод» пошло от построенной в 1842 г. англичанином Робертом Дэвидсоном (Robert Davidson) железнодорожной повозки, колеса которой насаживались прямо на валы двигателей без редуктора, что породило также популярный в отечественной литературе термин «безредукторный привод» [2].

Однако редуктор — это не только дорогостоящий и шумный узел, но еще и коварный враг точности управляемого электропривода из-за наличия зазоров (люфтов) и упругих деформаций. Неудивительно, что моментные двигатели прежде всего нашли применение в гироскопах, оптических приборах и антеннах. Однако они проектировались вместе с самим прибором, что определяло их уникальность. В 1948 г. американская компания Inland Motors вышла на рынок с первыми серийными встраиваемыми (бескорпусными) двигателями с моментом до 4000 Нм (рис. 2).

Рис. 2. Встраиваемый моментный двигатель

Данные двигатели включали три узла: статор с постоянными магнитами (1), ротор с обмоткой (2) и щеточно-коллекторный узел (3) [3]. Таким образом, это были коллекторные двигатели, что, конечно, практически аннулировало достоинства прямого привода.

В СССР исследования моментных двигателей проводились в Казанском авиационном институте под руководством профессора Льва Израилевича Столова. Создавались эти двигатели также в основном в составе навигационной аппаратуры ряда предприятий, таких как ЦНИИ «Электроприбор» и НИИКП (Ленинград), НИИП (Москва) и др. [1, 4]. При этом щеточно-коллекторный узел часто не требовался, поскольку двигатели имели ограниченный угол поворота. Вопрос о необходимости создания серийных бесконтактных моментных двигателей был поднят в ЦНИИАГ (Москва), разрабатывавшем рулевые приводы первых советских ракет главного конструктора Сергея Павловича Королева Р1–Р7 [5]. В этих приводах первоначально использовались обычные коллекторные двигатели постоянного тока с редуктором. В ракетах, срок службы которых не превышал десятков часов, такие двигатели удовлетворительно работали даже в условиях космоса. Однако в 1960-х гг., в связи с созданием спутников и космических летательных аппаратов, требования к долговечности приводов возросли сначала до сотен, а затем тысяч часов и даже нескольких лет. Исследования в институтах Академии наук показали, что в условиях космоса механическая смазка всех трущихся пар испарялась, что вызывало быстрый износ и отказ щеточно-коллекторных узлов, подшипников и даже шестеренок. На первых порах пытались использовать герметичную конструкцию электродвигателей, однако и это не позволило поднять срок службы до более чем сотен часов. Назревал вопрос о создании бесконтактных двигателей постоянного тока (БДПТ). Один из первых таких двигателей, разработанный Ильей Абрамовичем Вевюрко во ВНИИЭМ (Москва), имел постоянные магниты на роторе и обмотку на статоре, переключение тока в которой производилось элементами Холла [5]. Однако эти двигатели имели обычную корпусную конструкцию и скорость в тысячи об/мин.

Создание бесконтактных моментных двигателей для ракетно-космических аппаратов началось в середине 1960-х годов в ЦНИИАГ. Сотрудники этого предприятия — Владимир Николаевич Бродовский, Цецилия Львовна Садовская и др. — разработали синхронные моментные двигатели типа ДМВ (двигатель моментный встраиваемый) на основе обычных магнитов Альнико (алюминий-никель-кобальт) [4, 6]. В качестве серийного производства был задействован московский завод «Машиноаппарат» под руководством главного конструктора бортового электрооборудования Георгия Федоровича Каткова, а с 1984 г. Валерия Константиновича Корунова [7].

Рис. 3. Марк Моисеевич Минкин

Завод «Машиноаппарат» был создан в 1942 г. для производства мин замедленного действия и другой военной электротехники. Однако после войны его основной продукцией стало электрооборудование ракетно-космических систем, среди которого наиболее известны: двигатель Д-126 для колес «Лунохода-1», электроприводы бурильных установок на Венере и Марсе, электромагнитные тормоза стыковочных узлов международных космических станций и др. Работы по созданию моментных двигателей начались с конца 1970-х гг. в СКБ этого предприятия под руководством Марка Моисеевича Минкина (рис. 3).

Читать еще:  Двигатель 25k4f ремонт своими руками

Минкин родился 11 июня 1919 г. в Могилеве, откуда вместе с семьей в следующем году переехал в Москву. В 1937 г. окончил среднюю школу и поступил в МЭИ, вместе с которым в начале войны был эвакуирован в Свердловск и вернулся в Москву только в 1942 г. В 1943 г. окончил МЭИ и работал инженером и научным сотрудником сначала в НИИМЭП, где обучался также в аспирантуре, затем на заводе «Деталь». В 1953 г. Минкин был переведен на завод «Машиноаппарат», где в 1964 г. назначен начальником СКБ, проводившего все значимые разработки предприятия. За создание шаговых двигателей был удостоен звания лауреата Государственной премии СССР (бывшей Сталинской).

Первая проблема, с которой столкнулся завод при запуске производства моментных двигателей, — это отсутствие опыта в данной сфере, поскольку все его электродвигатели были быстроходными, коллекторными, срок службы которых, например, для ракет мог составлять (с учетом приемо-сдаточных испытаний) 48 ч. Одним из таких двигателей был Д-126 «Лунохода-1» (1970 г.), соединенный с колесом многоступенчатым редуктором (рис. 4) [7].

Рис. 4. Электродвигатель «Лунохода-1»

Вторая проблема — чересчур широкие и порой противоречивые требования к моментному двигателю. Первоначально работа проводилась по одному ТЗ ЦНИИАГ, но затем этими двигателями заинтересовались в НИИ «Геофизика» для навигационных приборов ракетно-космических комплексов и на предприятиях Министерства радиотехнической промышленности: «Ленинец» (Ленинград), «Фазотрон» (Москва) для авиационных радиолокаторов и «Полет» (Челябинск) для посадочных комплексов, которые подготовили отдельные ТЗ. Предстояла большая работа по увязыванию всех требований этих заданий между собой для создания единого ряда электродвигателей, получивших название ДБМ (двигатель бесконтактный моментный).

Минкин и его коллеги Юрий Миронович Беленький, Валентина Михайловна Матвеева и др. провели в рамках эскизного проекта анализ и оптимизацию конструкций с целью выбора основных параметров машины, таких как: гладкий или пазовый статор, марка магнита, число пар полюсов, магнитная система ротора и т. д. Статор (1) такого электродвигателя (рис. 5) выполняется обычно из электротехнической стали с пазами (2), в которые укладывается распределенная обмотка, обеспечивающая наиболее совершенную гармоническую форму индукции в зазоре машины.

Рис. 5. Статор моментного двигателя

Однако при этом использование зубцов (3) приводит к залипанию и пульсациям момента по углу поворота ротора, что негативно сказывается на точности моментного электропривода. Радикальным методом борьбы с этой проблемой является беззубцовый (гладкий) статор, в котором обмотка закрепляется с помощью специальной смолы. Однако это существенно увеличивает воздушный зазор, а значит, снижает индукцию в нем и ухудшает массогабаритные характеристики машины. Поэтому моментные двигатели с самого начала пришлось проектировать в двух различных модификациях — с пазовым и гладким статором. Вопрос с выбором типа магнита был решен в пользу самых мощных по тем временам самарий-кобальтовых магнитов владимирского завода «Магнетон». Ранее применявшиеся более дешевые магниты Альнико, хотя и могли обеспечить заданные моменты, имели низкую коэрцитивную силу. Это создавало опасность их размагничивания при частом реверсе двигателя и требовало намагничивания в составе двигателя, что вызывало трудности его производства и хранения.

Основные параметры двигателей были установлены в результате решения многофакторной оптимизационной задачи. В частности, магнитная система ротора стала содержать тангенциально намагниченные магниты (1) (рис. 6а), что обеспечивало по сравнению с радиально намагниченными (2) (рис. 6б) более хорошую магнитную проводимость зазора (а следовательно, и бо́льшую индукцию в нем), поскольку проводимость самого магнита аналогична воздушному.

Рис. 6. Ротор моментного двигателя с магнитами, намагниченными:
а) тангенциально;
б) радиально

Трудным вопросом был выбор критерия оптимизации. При оптимизации исполнительных электродвигателей (серводвигателей) в качестве такого критерия чаще всего применяют динамическую добротность, равную максимальному развиваемому ускорению KД = MП / Jр, где MП пусковой момент, Jр — момент инерции ротора. При этом двигатель получается «длинным», т. е. с большим отношением длины к диаметру, подобно Д-126 на рис. 4. Для прямого привода (рис. 1) этот критерий не имеет смысла, потому что присоединенный момент инерции объекта управления гораздо больше момента инерции самого ротора. Поэтому, ДБМ оптимизированы по максимуму статической добротности по моменту

где PП — мощность, потребляемая при пуске, m — масса двигателя (статор и ротор) [8].

В результате все двигатели получились «плоскими» (рис. 7).

Рис. 7. Пазовые двигатели серии ДБМ

Всего было создано семь видов пазовых двигателей (с диаметром 50–185 мм и моментом до 16 Нм) и шесть гладких с диаметром 40–170 мм и моментом до 6 Нм [1, 4, 7].

Необычное новшество, называемое интенсивным использованием, родилось на Госкомиссии по приемке ДБМ, проходившей в 1984 г. под председательством представителя ЦНИИ22 МО Виталия Михайловича Суслова — большого энтузиаста в сфере моментных двигателей. При этом, в отличие от традиционного номинального использования в технических условиях, предлагалось нормировать не предельные значения параметров (моментов, скоростей, форм тока и т. д.) в заданных режимах работы, а только допустимые значения разрушающих факторов — в данном случае температуры (+150 °С) и тока обмотки [3, 6]. В результате ДБМ на напряжение 27 В могут долгое время работать с любой формой фазных токов при напряжении до 80 В в режимах вентильного, синхронного и шагового вращения и всех вариантах включения секций обмотки. Для двухфазных двигателей таких вариантов может быть пять, а для трехфазных — восемнадцать [7]. Правда, при этом проектирование теплоотвода возлагается на потребителя, но это не является очень сложной задачей, поскольку в ДБМ все тепло выделяется в статоре.

Рис. 8. ДБМ40 с ПИМ

Одновременно с двигателями создавались датчики положения ротора. Первым среди них был индуктивный датчик ПИМ (преобразователь индуктивный магнитный), разработанный на заводе «Машиноаппарат» Николаем Николаевичем Мрочковским и Геннадием Иосифовичевым Алексеевым [9]. Такой датчик (1) вставляется в статор двигателя (2) и использует торцевые потоки рассеяния магнитов ротора (3), которые периодически насыщают катушки индуктивности, обеспечивая дискретную коммутацию трехфазного двигателя (рис. 8). Работа этого датчика аналогична датчикам Холла в БДПТ Вевюрко, но применение датчиков Холла в космических условиях и при действии электромагнитного импульса нежелательно.

Из всего ряда ДБМ двигатель ДБМ40 в начале 1980-х гг. был принят первым — Госкомиссией, в которой довелось участвовать автору данной статьи. Всех тогда поразили чистота и порядок в испытательных помещениях завода «Машиноаппарат», где не разрешалась пайка, а запыленность участка ежедневно проверялась военпредами подсчетом пылинок в специальных «мыльницах».

Параллельно по заданию «Ленинца» в ленинградском ВНИИМЭМ Виктор Николаевич Куликов и Людмила Михайловна Епифанова разработали ряд встраиваемых вращающихся трансформаторов (ВТ, редуктосинов) с диаметром 40–120 мм [4, 9]. Первые Госкомиссии по приемке двигателей ДБМ120–ДБМ185 и датчика ВТ120 прошли в 1984 г., после чего сразу началось их серийное производство на заводах «Машиноаппарат» и «Заря» (Ленинград).

Рис. 9. Узлы БМП

Один из первых бесконтактных моментных приводов (БМП) для точных бортовых систем управления с непрерывным вращающимся магнитным полем в двигателе был разработан на «Ленинце» Георгием Сергеевичем Зеленковым, Юрием Павловичем Лукиным и автором данной статьи. Узлы данного БМП показаны на рис. 9, где 1 — статор, 2 — ротор ДБМ120, 3 — редуктосин ВТ40, 4 — транзисторный преобразователь.

Марк Моисеевич Минкин скончался на своем посту 18 марта 1985 г. Через 25 лет Людмила Михайловна Епифанова — основатель и главный конструктор компании «ЭЛМА-Ко» в Санкт-Петербурге — пересмотрела основные концепции ДБМ и предложила перейти от распределенной обмотки статора к сосредоточенной катушечной, а также заменить магниты ротора с тангенциально на радиально намагниченные [6].

В результате был создан новый ряд ДБМВ (двигатель бесконтактный высокомоментный), отличающийся повышенным коэффициентом статической добротности по моменту, меньшей электро­механической постоянной времени и бо́льшим внутренним диаметром ротора. Серийное производство двигателей освоено на заводе «ЛЕПСЕ» в г. Киров.

Автор выражает благодарность генеральному директору Валерию Константиновичу Корунову и секретарю завода «Машиноаппарат» Елене Николаевне Тороповой за ценные материалы биографии Марка Моисеевича Минкина.

Двигатели для автоматических дверей

двигатель DC APM 0130001001

Момент: 0,04 Nm
Мощность: 16,7 W
Скорость вращения: 4 000 rpm

Читать еще:  Двигатель глохнет на холостых оборотах ford focus

. Обеспечьте надежную работу в компактном исполнении: Безредукторные двигатели Bosch отличаются долговечностью, прочностью и высокими скоростями при минимальном уровне шума. Десятилетия опыта в производстве электродвигателей привели к созданию .

двигатель DC JK2725

Момент: 1,53 Nm
Мощность: 48 W
Скорость вращения: 185 rpm

. Параметр производительности: 12V, 7.0A, 295RPM, 1.53N.M, 48W. Типичное применение: Шлагбаумные ворота. Особенности: Низкий уровень шума, компактные размеры, высокий крутящий момент, длительный срок службы. MOQ: 1000 шт. .

двигатель DC JK5535

Момент: 0,24 Nm
Мощность: 29 W
Скорость вращения: 0 rpm — 1 190 rpm

. Параметр производительности: DC 24V, 1.85A, 1190RPM, 0.24N.M, 29W Типичное применение: Открыватель распашных ворот Особенности: Низкая скорость, низкий уровень шума, длительный срок службы MOQ: 1000 шт. .

щеточный двигатель ZY, ZYT Series

Мощность: 0 W — 2 500 W
Скорость вращения: 600 rpm — 15 000 rpm
Диаметр: 80 mm

. Шлифованные двигатели постоянного тока — Напряжение: 6V

400V DC — Скорость: 600 об/мин

15,000 об/мин — Мощность до 4500 Вт — Типы рам (OD): 38ZY, 40ZY, 42ZY, 45ZY, 52ZY, 55ZY, 60ZY, 63ZY, 64ZY, 71ZY, 76ZY, 80ZY, 83ZY, 84ZY, 86ZY, .

двигатель DC 80ZY115

Мощность: 80, 100, 110, 120, 150 W
Скорость вращения: 1 500 rpm — 3 600 rpm
Диаметр: 80 mm

. Характеристики ПРИМЕНЕНИЯ: — Автоматические раздвижные ворота, оператор раздвижных ворот, устройство для открытия ворот. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ — Размер наружного диаметра двигателя: — Напряжение: 12В DC, .

двигатель DC

Мощность: 30 W — 400 W
Скорость вращения: 1 050, 1 400, 1 600, 800 rpm
Диаметр: 42, 52, 63, 76, 80 mm

. Двигатели постоянного тока с барьером ПРИМЕНЕНИЯ — Лифт / открывашка лифтовой двери ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — Двигатель OD Размер: 73 мм, 76 мм, 80 мм, 83 мм, 104 мм, 110 мм — Напряжение: 24 В пост. тока — Мощность: 100 Вт, 190 Вт, .

двигатель по индивидуальному заказу

Момент: 2 Nm — 120 Nm
Мощность: 50 W — 10 000 W
Скорость вращения: 50 rpm — 8 000 rpm

. Успех EMP во многом основан на способности понимать бизнес-приложение и специфические требования каждого клиента. Затем мы проектируем и производим двигатели в соответствии с этими потребностями, чтобы гарантировать, что двигатель отвечает .

Автоматическая характеристика двигателя постоянного тока что это

Несмотря на ряд существенных недостатков, связанных с наличием скользящего контакта между щеткой и коллектором, исполнительные двигатели постоянного тока широко используются в системах автоматического управления, регулирования и контроля, поскольку обладают и рядом положительных качеств, в частности такими как: плавное, широкое и экономичное регулирование частоты вращения; практическое отсутствие ограничений на максимальную и минимальную частоту вращения; большие пусковые моменты; хорошая линейность механических а при якорном управлении и регулировочных характеристик.

Как и любые исполнительные двигатели, эти имеют две обмотки: обмотку возбуждения и обмотку управления. При этом напряжение управления может подаваться либо на обмотку якоря, либо на обмотку возбуждения. Поэтому различают якорное и полюсное управление.

§ 2.1 Якорное управление исполнительным двигателем

Рис. 2.1. Схема включения исполнительного двигателя при якорном управлении

Схема включения двигателя с якорным управлением показана на рис. 2.1. Напряжение возбуждения подается на обмотку полюсов, напряжение управления — на обмотку якоря. Коэффициент сигнала a здесь равен a = Uу/Uв. Для двигателей с постоянными магнитами a = Uу/Uу.ном. Регулирование частоты вращения осуществляется изменением напряжения управления.

При отсутствии насыщения Фв= kфUв, а поскольку Uв = const, магнитный поток возбуждения также остается постоянным, т.е. Фв = const.

Вращающий момент двигателя

Выразим момент в относительных единицах, приняв за базовый момент пусковой момент, развиваемый двигателем при n = 0 и a = 1

Тогда относительное значение момента m = M/Mб

(2.1)

Частота вращения при холостом ходе (m = 0 и a = 1)

(2.2)

Откуда находим cеkф= 1/nо. Подставляя это значение в (2.1), получим

(2.3)

где n = n/nо— относительная частота вращения двигателя.

(2.4)

Уравнение (2.3) есть уравнение механической характеристики исполнительного двигателя при якорном управлении. Решив его относительно n, получим уравнение регулировочной характеристики

Механическая мощность в относительных единицах рмх = mn = n(a — n). Угловую скорость, при которой наступает максимум мощности, найдем известным приемом (dpмх/dn = 0), откуда nм= a/2, а максимальное значение механической мощности будет

Мощность управления

Приняв за базовую единицу мощность управления при коротком замыкании Ру.к (n = О, a = 1)

получим мощность управления в относительных единицах

На рис. 2.2,а представлены механические, на рис. 2.2,б — регулировочные характеристики, а на рис. 2.3 показана зависимость рмх = f(n) исполнительного двигателя. Проанализируем свойства двигателя при якорном способе управления.

Механические характеристикилинейные и параллельные, что означает независимость быстродействия от коэффициента сигнала. Пусковой момент и угловая скорость холостого хода пропорциональны коэффициенту сигнала.

Рис.2.2. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики исполнительного двигателя постоянного тока при якорном управлении

Рис. 2.3. Зависимость механической мощности от скорости вращения при якорном управлении

Регулировочные характеристикилинейные. Напряжение трогания пропорционально моменту нагрузки. Линейность механических и регулировочных характеристик является важным достоинством якорного управления.

Мощность управления резко возрастает с увеличением коэффициента сигнала. Кроме того, она доходит до 95 % полной потребляемой мощности двигателя, поскольку является мощностью якорной цепи, что характерно для двигателей постоянного тока.

В данном случае это является существенным недостатком якорного управления, ибо предполагает наличие мощных и дорогих усилителей.

Мощность возбуждения остается величиной постоянной, независящей ни от коэффициента сигнала, ни от частоты вращения. К тому же — она небольшая по величине, что также характерно для машин постоянного тока.

Максимум механической мощности в сильной степени зависит от коэффициента сигнала и даже при a = 1 не превышает 1/4 базовой мощности.

§ 2.3. Полюсное управление исполнительным двигателем

Рис. 2.4. Схема включения исполнительного двигателя при полюсном управлении

Схема управления приведена на рис.2.4 Напряжение управления подается на обмотку главных полюсов, напряжение возбуждения — на обмотку якоря, по которой в течение всего времени работы двигателя протекает ток возбуждения. В двигателях, мощностью более 10 Вт, для его ограничения включают дополнительное сопротивление Rд.

Если пренебречь насыщением магнитной цепь, можно считать Ф = kфUу = kфaUв. Тогда ток якоря

Принимая за базовый момент пусковой (n = 0, a =1))

получим относительное значение момента

С учетом (2.2) уравнение механической характеристики примет вид

Решив его относительно n, получим уравнение регулировочной характеристики

Механическая мощность в относительных единицах рмх= mn = an — a 2 n 2 . Скорость, при которой наступает максимум мощности nм = 0,5/a. Тогда максимальная механическая мощность будет

Мощность возбуждения рв = UвIв. Подставляя значение тока, получим

На рис. 2.5,а представлены механические, на рис. 2.5,б — регулировочные характеристики, а на рис. 2.6 показана зависимость рмх = f(n) исполнительного двигателя при полюсном управлении.

Рис.2.5. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики исполнительного двигателя постоянного тока при полюсном управлении

Проанализируем эти графики.

Механические характеристики линейные, но непараллельные, к тому же и неоднозначные (одну и ту же частоту вращения можно получить при разных значениях a). Пусковой момент прямо-, а частота вращения холостого хода обратно пропорциональны коэффициенту сигнала и при малых a может существенно превышать номинальную, что безусловно опасно для двигателя.

Регулировочные характеристикинелинейные, а при m 0,5.

Мощность управления пропорциональна квадрату коэффициента сигнала и не зависит от частоты вращения. Она значительно меньше, чем при якорном управлении, что является достоинством данного способа.

Мощность возбужденияс увеличением частоты вращения уменьшается и тем быстрее, чем больше a.

Максимум механической мощности не зависит от коэффициента сигнала, что также можно отнести к достоинствам полюсного управления.

Несмотря на отмеченные достоинства полюсного управления, предпочтение все-таки следует отдать якорному потому, что оно обеспечивает линейные и однозначные характеристики, в принципе исключает самоход (при полюсном он возможен из-за взаимодействия тока якоря с потоком остаточной намагниченности полюсов), обладает более высоким быстродействием, поскольку индуктивность якоря меньше индуктивности обмотки возбуждения.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector