ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   девятая
МАШИНЫ  ПОСТОЯННОГО ТОКА

9.23. МИКРОДВИГАТЕЛИ  ПОСТОЯННОГО ТОКА

Микродвигатели постоянного тока используются в разнообразных автоматических устройствах с целью вращения механизмов, а также преобразования электрического сигнала в механическое перемещение вала (исполнительные двигатели). Их принципиальное устройство аналогично устройству машин постоянного тока. Основной магнитный поток двигателей создается или посредством обмоток возбуждения, или постоянными магнитами (рис. 9.37, а, б). Двигатели различаются по конструкции якоря и подразделяются на микродвигатели с якорем обычного типа, с полым якорем, беспазовым якорем и с печатной обмоткой якоря.

В микродвигателях с якорем обычного типа обмотка якоря укладывается в пазах его магнитопровода, конструкция которого аналогична конструкции якоря машин постоянного тока.

В микродвигателях с полым якорем последний выполнен в виде стакана 4 (рис. 9.37, а, б). Обмотка якоря располагается на поверхности якоря и заливается эпоксидной смолой. Секции обмотки соединены с коллекторными пластинами. Такое расположение обмотки, когда она не находится в ферромагнитном материале, резко снижает ее индуктивность, что улучшает условия коммутации двигателя. Практически он работает без искрения. Кроме того, из-за снижения момента инерции полого якоря в сравнении с якорем обычного типа повышается быстродействие двигателя. Однако недостатком таких микродвигателей является увеличенный воздушный зазор δ0 (рис. 9.37, а, б) в сравнении с обычными двигателями постоянного тока, что влечет за собой увеличение МДС обмотки возбуждения, а это в свою очередь обусловливает увеличение габаритных размеров и массы двигателей. Микродвигатели с якорем обычного типа и с полым якорем мощностью от 1 до 15 Вт имеют КПД 0,3 - 0,45.

Рис. 9.37. Упрощенная конструкция микродвигателя постоянного тока с полым якорем и электромагнитным возбуждением (а) и с воз­буждением от постоянного магнита (б): 1 — корпус; 2 — обмотка возбуждения, 3 — полюс, 4 — полый якорь; 5 — ферро­магнитный сердечник, 6 — постоянный магнит, 7 —коллектор; 8 — вал

В микродвигателях с беспазовым якорем (рис. 9.38) обмотка якоря укладывается в два слоя непосредственно на его поверхности и заливается эпоксидной смолой с ферромагнитным наполнителем. Подобные двигатели обладают высоким быстродействием, что обусловливается значительной магнитной индукцией в воздушном зазоре и малым моментом инерции якоря. Беспазовые якоря стали находить применение не только в микродвигателях, по и в двигателях малой и средней мощности.

Микродвигатели с печатной обмоткой якоря выполняются как с дисковым, так и с цилиндрическим якорем.

В машинах с дисковым якорем (рис. 9.39) печатная обмотка якоря электрохимическим способом наносится на тонком диске 1 керамики, текстолита и др. Проводники 2 печатной обмотки располагаются радиально с двух сторон диска и гальванически соединены между собой через отверстия 3 в диске. На рис. 9.40 дана упрощенная конструкция микродвигателя с печатным дисковым якорем. Вращающий момент микродвигателя, как и двигателя с якорем обычного типа, обусловлен взаимодействием проводников с током обмотки якоря с основным магнитным потоком. Магнитный поток может создаваться как постоянными магнитами, так и электромагнитами, которые располагаются или по одну сторону диска 1, или симметрично с обеих сторон. При одностороннем расположении постоянных магнитов 2 (рис. 9.40) с другой стороны диска устанавливается стальное кольцо 4. Постоянные магниты имеют полюсные наконечники 3. Вращающий момент действует в плоскости дискового якоря. Микродвигатели с печатной обмоткой якоря могут изготовляться как с коллектором, так и без него. В последнем случае роль коллектора выполняет сама обмотка, по которой скользят серебрянографитовые щетки.

Микродвигатель с цилиндрическим печатным якорем (рис. 9.41) конструктивно выполнен как микродвигатель с полым якорем. Печатная обмотка 1 наносится на обе стороны полого якоря 2 и электрически связана с коллектором. Свойства этих микродвигателей аналогичны свойствам двигателей с полым якорем.

К преимуществам микродвигателей с печатными обмотками якорей   относятся:  малый  момент   инерции,  а  следовательно,   высокое быстродействие; улучшенные условия коммутации, что увеличивает их перегрузочную способность; малые габаритные размеры и масса; повышенная надежность. К недостаткам микродвигателей с печатной обмоткой без коллектора можно отнести меньший срок службы из-за износа проводников печатной обмотки от трения щеток.

Рис. 9.38. Принципиальная схема устройства микродвигателя с беспазовым якорем: 1 — полюс; 2 — витки обмотки якоря; 3 — эпоксидная смола; 4 — сердечник якоря	Рис.   9.39.   Дисковый   якорь   с печатной обмоткой
Рис. 9.40. Упрощенная конструкция микродвигателя с печатным дисковым якорем	Рис. 9.41. Цилиндрический якорь с печатной обмоткой

Рис 9.42 Схемы включения исполнительного двигателя постоянного тока: якорное управление (а), полюсное управление (б)

В исполнительных двигателях постоянного тока, для которых характерны частые пуски, остановки и реверсы, различают два способа управления — якорное и полюсное (потоком возбуждения двигателя) (рис. 9.42).

В практике более широко используют якорное управление (рис. 9.42, а), при котором обмотка якоря подключается к напряжению управления Uy, а обмотка главных полюсов — к сети постоянного тока с напряжением Uв . Регулирование частоты вращения якоря осуществляется  изменением  напряжения   Uy .

При полюсном управлении двигателя (рис. 9.42, б) к напряжению управления Uy подключается обмотка главных полюсов, к сети постоянного тока — обмотка якоря. Регулирование частоты вращения якоря производится также изменением напряжения управления, но в этом случае уже за счет изменения магнитного потока двигателя.

Рис. 9.43. Механические характеристики исполнительного двигателя постоянного тока: якорное управление (а), полюсное управление (б)

В исполнительных двигателях постоянного тока магнитная цепь не насыщена, в связи с чем реакция якоря практически не оказывает влияния на их рабочие характеристики. Построение механических характеристик для микродвигателей принято осуществлять в относительных единицах на основе следующих уравнений:

для двигателей с якорным управлением

М* = U* - n* ;

для двигателей с полюсным управлением

М* = U*(1 - U*n*),

где U*= Uy /Uв— коэффициент связи; М* = М/Мп — относительное значение момента; Мп — момент, развиваемый двигателем   при   пуске,   т. е.   n* = 0   при    U* = 1;   n* = n/n0 - относительная частота вращения; n0 — частота вращения при холостом ходе двигателя и U* = 1.

На рис. 9.43 показаны семейства механических характеристик М*(n*) при U* = const: для исполнительных двигателей с якорным управлением — рис. 9.43, а, с полюсным управлением — рис. 9.43, б.