книги / Основы автоматики

устройства Это снижает надежность работы» особенно в вакууме, и приводит к искрению, оовдаюцеыу значительные помехи. 6 по­ следнее время, однако, все более широко применяются беоколлекторные двигатели постоянного тока. Функции распределения тока по обмоткам якоря в них выполняются специальными полупроводни­ ковыми коммутирующими устройствами.

К недостаткам также следует отнести относительно большой момент инерции якоря, который выполняется из отали о медными обмотками.

Характеристики некоторых типов маломощных двигателей постоянного тока, используемых в оиотемах автоматического управления, приведены в табл.5.1.

§ 5 .3 . ДВУХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Двухфазные асинхронные двигатели широко применяются в ои­ отемах автоматического управления и в маломощных оледящих си­ стемах. Оообенно широкое распространение получили двухфазные

асинхронные двигатели о ротором в виде полого тонкостенного отакана из хорошо проводящего электрический ток немагнитного материала. К достоинствам таких двигателей относятся Отсут­ ствие щеток и коллектора» малый момент инерции ротора» проотота и стабильность усиления оигвала о помощью усилителей пере­ менного тока.

На статоре двигателя, выполненного нэ набора пластин элек­ тротехнической отали, имеются две идентичные обмотки, оои ко­ торых одвинуты в простран­ стве на угол 90°/ п ( п - чиоло пар полюсов).Одна из них является обмоткой воз­ буждения , а другая - обмот­ кой управления. Обмотка возбуждения через конденса­

тор Cj (рис.5.6) подключа­ ется к источнику питания переменного тока о фиксиро­ ванным действующим напряже­ нием и8 , а обмотка управ­ ления - к усилителю пере­

менного тока той же частоты под напряжение управления Uy .Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы фазы напряжений

действие магнитного поля, наведенного током ротора, о вращаю­ щимся магнитным полем и создает вращающий момент.

Иногда в цепь управления включают конденсатор С2, который служит для компенсации индуктивного сопротивления обмотки управления. Это увеличивает коэффициент полезного дейотвия уоилителя, так как в этом случае отсутствует реактивная составля­

напряжения получаютоя от одного и того же однофазного генера­ тора.

При одинаковых характеристиках обмоток управления и воз­ буждения регулировочные характеристики асинхронного двигателя имеют вид, изображенный на рис.5 .7 . Как следует из этих харак­

теристик, максимальная скорость холостого хода доотигаетоя

при —I . При этом вращающееся магнитное поле является кру-

ив

говым. Дальнейшее увеличение Uy ведет к появлению эллиптическо­ го вращающегося поля. Избыток величины магнитного поля по от­ ношению к круговому ооздает лишь тормозящий момент, и окорость

Рис.5 .7 . Регулировочные характеристики двухфазного асинхронного двигателя

вращения холостого хода начинает падать. Б соответствии с ре­ гулировочными характеристиками отатические характеристики двух­ фазного асинхронного двигателя имеют вид, показанный на рис.5ь& Правое семейство характеристик здесь относится к управляющему напряжению Uy , сдвинутому по фазе на 90°, а левое - на 90° +

+ 180°. Таким образом, при изменении фазы управляющего напря­ жения на 180° направление вращения ротора изменяется.

Механические характеристики двухфазных асинхронных дви­ гателей (рис.5.9) существенно отличаются от аналогичных харак­ теристик двигателей постоянного тока. При разных моментах на­ грузки они непараллельны между собой и криволинейны. Воледотвие этого, а также по ряду других причин, анализ динамики работы асинхронного двигателя значительно сложнее, чем двигателей постоянного тока. Практически, однако,криволинейные механиче­ ские характеристики заменяют прямолинейными (пунктирные линии на рис.5 .9 ). В этом случае при некоторых допущениях можно счи­ тать, что динамика работы двухфазного индукционного двигатели

описывается таким же дифференциальным уравнением, как и двига­ теля постоянного тока [выражение (5 .5 )]. Чаще всего при ис­ следовании динамики систем считают, что передаточные функции двухфазного асинхронного двигателя имеют вид

Р<ТмР+П

В выражения (5.16) за выходную величину принимается угло­ вая окорооть вращения ротора, а во второй - его угол поворота.

Рис.5 .8 . Регулировочные характеристики двухфазного аоинхронного

янная времени, которая может быть определена с помощью механи­ ческой характеристики, полученной для двигателя с усилителем:

(5.18)

где <7 - момент инерции ротора двигателя совместно с присое­ диненными вращающимися элементами.

Вычисленная по этой формуле электромеханическая постоян­ ная времени являетоя приближенной и справедливой только для одного упоавляющего напряжения.

Двухфазные асинхронные двигатели управляется, как правило, с помощью полупроводниковых и магнитных усилителей.

§ 5 .4 . ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ШАГОВЫЕ ИСКАТЕЛИ

Шаговые электрические двигатели применяется в системах автоматического управления в тех случаях, когда какую-лйбо ис­ полнительную ось необходимо или допустимо вращать не непрерыв­ но, а дискретно о определенным шагом. Наиболее часто они при­ меняются для вращения исполнительной оси по программе, зада­ ваемой последовательностью импульсов. При этом каждый посту­ пающий на обмотку управления импульс вызывает поворот выход­ ного вала двигателя на вполне определенный угол. Поворот на заданный угол осуществляется некоторым счетным количеством им­ пульсов.

Работа шаговых двигателей иожет базироваться на принципе действия или синхронных электродвигателей, или релейных уст­ ройств.

В шаговых двигателях синхронного типа ротор и статор имеют явно выраженные полюсы. Типичным представителем такого типа

Рис.5.10.Шаговый двигатель ШД-311 асинхронного типа

является шаговый двигатель ШД-311 (рис.5 .10). Он представляет собой электрическую машину о внутренним и внешним статором и расположенным венду ними цилиндрическим ротором с зубцами по внешнему диаметру. Число зубцов статора равно девяти, а рото­ ра - двенадцати. Зубцы нарезаны о одинаковым шагом, поэтому, когда оовмещены оси первых зубцов статора и ротора, одновре­ менно совмещаютоя оси 4 и 7 зубцов отатора с пятым и девятым зубцами ротора соответственно.

На статоре имеются три обмотки: управляющая, стопорная и возбуждения. Обмотка возбуждения размещена на внутреннем отаторе и предназначена для усиления магнитного поля в зазоре.

Стопорная обмотка размещена на полюсах I , 4 и 7 внешнего ста­ тора, управляющая обмотка - на остальных полюсах по две катуш­ ки. Катушки управляющей обмотки соединены в ыостиковую охему (рио.5.11) На управляющие обмотки питание подается в виде импульоов напряжения. Другие две обмотки находятся под постоянным напряжением.

При поступлении импульса напряжения в первый момент време­ ни ток проходит по плечам моста и через конденоатор.При этом обмотки 3* , б ', Э‘ зашунтированы енкоотью С и они создадут меньший притягивающий момент ближних зубцов ротора. При этом

ро*ор начнет двигаться. Когда конденсатор С зарядится, токи во всех обмотках выравниваются и силы притяжения всех зубцов становится одинаковыми. После окончания импульса конденсатор С раярижаетоя, главным образом через обмотки з', б ', 9 ', соот­ ветствующие им полюоы ооздают основной притягивающий момент, и ротор продолжает движение в прежнем направлении. Когда кон­ денсатор разрядитоя, двенадцатый зубец ротора окажется совме­ щенным о первым полюоом статора, а стопорная обмотка зафикси­ рует ото положение. Ротор ваймет положение, идентичное исход­ ному, и будет готов к повороту при подаче следующего импульоа.

Таким образом, при каждом импульсе ротор поворачивается на угол, равный его зубцовому делению (30°).

Двигатель ШД-311 при импульсе напряжения 30 в создает вра­ щающий момент 30 Г*см и устойчиво работает при частоте пита­ ния 50 имп/сек. Некоторые шаговые двигатели синхронного типа позволяют работать при частоте следования иыпульоов 600 имп/сек и более. Однако шаг поворота ротора в этом случае составляет единицы и доли градусов, а развиваемый вращающий момент - еди­ ницы Г*см.

Принцип действия реверсивного шагового двигателя релейного типа можно уяснить из рис.5.12. С валом двигателя жестко скреп­ лено зубчатое колесо I . На электромагниты 2 и 2' подаются управ-

лягащие импульсы соответственно для правого и левого вращения. При подаче импульоа на электромагнит 2 притягивающийся якорь 4 толкателем 5 поворачивает колеоо на один зубец. Противополож­ ный толкатель 5 'при этом выталкивается из паза двикущимоя зуб­ цом. После окончания импульса якорь 4 вместе с толкателем 5 возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины 6. Зубчатое колесо при возвратном движении остается неподвижным, будучи зафиксированным стопорной пружиной 7 .Стя­ гивающая пружина 8 обеспечивает введение толкателей в пазы зубчатого колеса.

При подаче импульсов на обмотку электромагнита Z! выход­ ной вал двигателя вращается в другую сторону.

Величина шага поворота вала определяется количеством зуб­ цов на колесе. Обычно шаг равен нескольким градусам. Если не­ обходимо, чтобы шаг поворота исполнительной оси был меньше, то между шаговым двигателем и этой осью ставится понижающий редуктор. Специальные прецизионные редукторы с противолюфтовыыи устройствами позволяют осуществлять программные повороты

исполнительных осей с точностью до единиц и даже долей угловых минут.

При одних и тех же габаритах и весах шаговые двигатели ре­ лейного типа развивают вращающие моменты большей величины.