Исполнительные двигатели постоянного тока

Исполнительные двигатели постоянного тока, так же как асинхронные исполнительные двигатели (см. § 17.4), применяют­ся в системах автоматики для преобразования электрическогосигнала в механическое перемещение. Помимо обычных требова­ний, предъявляемых к электродвигателям общего назначения, к исполнительным двигателям предъявляется ряд специфических требований, из которых основными являются отсутствие само­хода и малоинерционность (см. § 17.4).

Почти все исполнительные двигатели (исключение составляют лишь двигатели с постоянными магнитами) имеют две обмотки. Одна из них постоянно подключена к сети и называется обмоткой возбуждения, на другую — обмотку управления — электрический сигнал подается лишь тогда, когда необходимо вызвать враще­ние вала. От напряжения управления зависят частота вращения и вращающий момент исполнительного двигателя, а следова­тельно, и развиваемая им механическая мощность.

Исполнительные двигатели постоянного тока по конструкции отличаются от двигателей постоянного тока общего назначения только тем, что имеют шихтованные (набранные из листов элек­тротехнической стали) якорь, станину и полюсы, что необходимо для работы исполнительных двигателей в переходных режимах. Магнитная цепь исполнительных двигателей не насыщена, по­этому реакция якоря (см. § 26.2) практически не влияет на их рабочие характеристики.

В качестве исполнительных двигателей постоянного тока в на­стоящее время используют чаще всего двигатели с независимым возбуждением, реже — двигатели с постоянными магнитами. У двигателей с независимым возбуждением в качестве обмотки управления используют либо обмотку якоря — двигатели с якор­ным управлением, либо обмотку полюсов — двигатели с полюс­ным управлением.

У исполнительных двигателей с якорным управлением обмоткой возбуждения является обмотка по­люсов, а обмоткой управления — обмотка якоря (рис. 30.10,а). Обмотку возбуждения подключают к сети с постоянным напря­жением UB на все время работы автоматического устройства. На' обмотку управления подают сигнал (напряжение управле­ния) лишь тогда, когда необходимо вызвать вращение якоря двигателя. От напряжения управления зависят вращающий мо­мент и частота вращения двигателя. При изменении полярности напряжения управления меняется направление вращения якоря двигателя.

У исполнительных двигателей с полюсным управлением обмоткой управления является обмотка по­люсов, а обмоткой возбуждения — обмотка якоря (рис. 30.10,6). Якорь двигателя постоянно подключен к сети с напряжением Uв = const. Для ограничения тока иногда последовательно с якорем включают добавочное (балластное) сопротивление Rд. На обмотку полюсов напряжение управления Uy (сигнал) по­дают лишь тогда, когда необходимо вызвать вращение якоря.

Рис. 30.10. Схемы включения исполнительных двигателей по­стоянного тока

Исполнительные двигатели постоянного тока обычной кон­струкции имеют существенный недостаток — замедленность переходных процессов, т. е. отсутствие малоинерционности. Объяс­няется это в основном двумя причинами: наличием массивного якоря со стальным сердечником, обладающим значительным мо­ментом инерции, и значительной индуктивностью La обмотки якоря, уложенной в пазы сердечника якоря. Последняя причина способствует увеличению электромагнитной постоянной времени Т= La/∑ г. Указанные недостатки от­сутствуют вдвигателях с глад­ким (беспазовым) якорем (рис. 30.11). Станина 1 и полюсы 3 этого двигателя обычные. Возбужде­ние двигателя осуществляется либо с помощью обмотки возбуждения 2, либо постоянными магнитами.Для уменьшения момента инер­ции якоря его обмотка отделена от массивного ферромагнитного сердеч­ника, последний выполнен неподвиж­ным (внутренний статор 5) и распо­ложен на цилиндрическом выступе подшипникового щита 6.

Обмотка якоря в процессе изго­товления укладывается на цилиндри­ческий каркас, а затем заливается пластмассой. Готовый якорь 4 представляет собой полый стакан, состоящий из проводников обмотки, связанных воедино пластмассой. Концы секций обмотки, как и в обычном двигателе, соединяются с пластинами коллектора, который является частью дна полого стакана якоря 4. Враща

Рис. 30.11. Малоинерционный исполнительный двигатель постоянного тока с

полым якорем

щийся узел двигателя с гладким якорем состоит из вала, коллек­тора и обмотки якоря, залитой пластмассой.

Момент инерции полого якоря значительно меньше момента инерции обычного якоря, что обеспечивает хорошее быстродейст­вие двигателя. Кроме того, индуктивность обмотки якоря снижа­ется, что также способствует повышению быстродействия двига­теля. К тому же снижение индуктивности обмотки улучшает ком­мутацию двигателя за счет уменьшения реактивной ЭДС (см. § 27.4).

Недостаток рассмотренного малоинерционного двигателя с полым якорем — наличие большого немагнитного промежутка между полюсами статора и неподвижным ферромагнитным сер­дечником — внутренним статором. Этот промежуток складывает­ся из двух воздушных зазоров и толщины стакана якоря (толщи­ны слоя обмотки якоря). Наличие большого немагнитного про­межутка на пути магнитного потока требует значительного увеличения МДС возбуждения, что приводит, во-первых, к увели­чению габаритов двигателя из-за увеличения объема обмотки возбуждения, а во-вторых, к росту потерь на нагрев обмотки возбуждения. Однако КПД двигателя с полым якорем вследствие отсутствия потерь в стали сердечника якоря практически' на­ходится на том же уровне, что и в обычных двигателях, а в случае применения для возбуждения постоянных моментов зна­чительно превосходит КПД последних.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение компенсационной обмотки в ЭМУ?

3. Почему выходная характеристика тахогенератора криволинейна?

Будет ли работать БДПТ, если изменить полярность напряжения на его входе (см. рис. 30.6)?

Объясните принцип якорного и полюсного способов управления исполнитель­ными двигателями.

Каковы достоинства и недостатки малоинерционного двигателя постоянного тока?