Коллекторные микродвигатели постоянного тока

Коллекторные микродвигатели постоянного тока (ДПТ), применяемые в схемах автоматики, бытовой радиоэлектронной аппаратуре и технике разнообразны по конструкции. Их конструктивные особенности связаны с назначением, областью применения, требованиями к механизмам и аппаратам, в которых они применяются. Коллекторные ДПТ по способу возбуждения можно разделить на двигатели с независимым или параллельным возбуждением; последовательным и смешанным возбуждением; возбуждением от постоянных магнитов. Смешанное возбуждение в микродвигателях обычно не применяется. Двигатели с электромагнитным возбуждением проектируются на мощность от нескольких десятков ватт и выше.

Конструктивно ДПТ имеют закрытое или защищенное исполнение. Их магнитная система, как правило, выполняется двухполюсной в виде сплошной стальной станины с цельными или шихтованными полюсами. Иногда полюсы и ярмо в ДПТ штампуются, как одно целое из электротехнической стали. На полюсах размещается обмотка возбуждения, создающая основной магнитный поток ДПТ.

Якорь ДПТ набирается в пакет из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм, изолированных друг от друга для уменьшения потерь от вихревых токов. Пакет стали якоря на внешней окружности имеет пазы, в которых укладывается обмотка из медного изолированного провода. В пазу обмотка удерживается клиньями из изоляционного материала. Пазы якоря имеют скос на одно зубцовое деление для уменьшения пульсаций магнитного потока и для устранения реактивных моментов. Чаще обмотка якоря выполняется петлевой; реже применяются волновые обмотки.

В зависимости от конструкции якоря микродвигатели постоянного тока подразделяют на двигатели с якорем обычного типа; полым якорем; беспазовым (гладким) якорем; с дисковым и цилиндрическим якорем с печатной обмоткой.

Микродвигатели с якорем обычного типа. Магнитный поток в них создается обмоткой возбуждения, расположенной на полюсах или постоянными магнитами. В первом случае магнитную систему выполняют, как правило, полностью шихтованной, причем корпус и полюсы изготавливают в виде одного общего пакета, собранного из штампованных листов требуемого профиля. Последнее необходимо, поскольку микродвигатели работают обычно в переходных режимах.

В машинах с возбуждением от постоянных магнитов на статоре располагают массивный постоянный магнит цилиндрической формы или несколько магнитов, выполненных в виде полюсных сердечников, и др. Магнитную систему ДПТ обычно делают ненасыщенной, чтобы реакция якоря не оказывала влияния на магнитный поток машины, а, следовательно, и на частоту ее вращения. Обмотку якоря укладывают в пазах сердечника якоря и присоединяют к коллектору. Ток к этой обмотке подводится с помощью щеткодержателей трубчатой или другой конструкции.

Микродвигатели с полым якорем. Магнитный поток в этих ДПТ создается обмоткой возбуждения или постоянными магнитами. Якорь представляет собой полый стакан, расположенный между полюсами и неподвижным ферромагнитным сердечником, который насаживают на втулку подшипникового щита. Вместо сердечника внутри якоря может быть установлен неподвижный цилиндрический постоянный магнит. Обмотку якоря укладывают на цилиндрический каркас и заливают эпоксидной смолой.

Момент инерции полого якоря ДПТ мал, благодаря чему существенно повышается быстродействие двигателя. Отсутствие насыщения в зубцах позволяет значительно увеличить индукцию в воздушном зазоре машины (т.е. ее магнитный поток и номинальный вращающий момент по сравнению с микродвигателями, имеющими якорь обычного типа), что также способствует повышению быстродействия двигателя.

Данные микродвигатели имеют также меньшую индуктивность. Это улучшает условия коммутации двигателя, что в свою очередь увеличивает срок службы щеток и повышает стабильность характеристик двигателя.

Недостатками микродвигателей с полым якорем является необходимость значительного увеличения МДС обмотки возбуждения, так как воздушный зазор у них гораздо больше, чем в обычных двигателях. Последнее приводит к некоторому увеличению массы, габаритов двигателя и потерь мощности в обмотке возбуждения. Однако КПД рассматриваемых микродвигателей из-за отсутствия потерь в стали имеет примерно такую же величину, как и у микродвигателей с якорем обычной конструкции (г| = 0,3—0,45) в двигателях мощностью 1—15 Вт.

Микродвигатели с беспазовым (гладким) якорем. В этих ДПТ обмотку якоря укладывают не в пазах, а на гладкой наружной поверхности якоря. Ее выполняют в два слоя и заливают эпоксидной смолой с ферромагнитным наполнителем; каждый слой обмотки стягивают сте- клолентой. Микродвигатели этого типа имеют более высокое быстродействие по сравнению с машинами с зубчатым якорем из-за большей индукции в воздушном зазоре (в данном случае она не ограничивается насыщением зубцов) и меньшего момента инерции якоря. Перегрузочная способность и срок службы щеток этих микродвигателей примерно такие же, как и микродвигателей с полым ротором.

Микродвигатели с печатной обмоткой якоря. Эти ДПТ могут быть выполнены дисковым и цилиндрическим якорем.

Микродвигатели с дисковым якорем имеют плоскую печатную обмотку якоря, нанесенную на тонком диске из немагнитного материала (керамики, текстолита, алюминия). Возбуждение осуществляется постоянными магнитами с полюсными наконечниками, имеющими форму кольцевых сегментов. Создаваемый ими магнитный поток проходит в аксиальном направлении через два воздушных зазора и дисковый якорь с печатной обмоткой и замыкается по двум кольцам из магнитно-мягкой стали, выполняющим роль ярма.

Обычно микродвигатели с печатной обмоткой якоря не имеют коллектора, его роль выполняют часть проводников, расположенных на одной из сторон дискового якоря, по которым скользят щетки. Однако в некоторых конструкциях для повышения срока службы печатной обмотки на валу якоря устанавливают коллектор, к которому выводят концы секций. Для подвода тока к печатной обмотке якоря в большинстве случаев используют серебряно-графитные щетки, имеющие незначительное падение напряжения в переходном контакте.

Недостатки микродвигателей с печатными обмотками якоря по сравнению с микродвигателями обычными являются:

  • • большая МДС возбуждения из-за увеличенного воздушного зазора;
  • • увеличенные потери мощности вследствие повышенной плотности тока в обмотке якоря, а при электромагнитном возбуждении также и вследствие увеличенных потерь в обмотке возбуждения.

Однако в рассматриваемых машинах практически отсутствуют потери в стали, поэтому при возбуждении их от постоянных магнитов КПД имеет приблизительно такое же значение, как и в обычных машинах; меньший срок службы из-за износа проводников печатной обмотки, возникающего от трения щеток.

Микродвигатель с цилиндрическим печатным якорем выполнен принципиально так же, как и микродвигатель с полым якорем. На обе стороны полого якоря электромеханическим способом наносят печатную обмотку, концы которой присоединяют к коллектору. Свойства этих ДПТ аналогичны ДПТ с полым якорем.

Электромеханические и механические характеристики микродвигателей постоянного тока и способы регулирования такие же, как рассмотренные выше, для ДПТ обычного типа (см. подпараграф 12.3.4).

Так, например, схема включения двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (ДПТ с ПМ) представлена на рис. 12.43.

Цепь якоря ДПТ питается от источника постоянного напряжения (U) определенной полярности. В цепи якоря может быть включено добавочное сопротивление Яд. Магнитный поток ДПТ создается постоянным магнитом и не изменяется.

Схема включения коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов

Рис. 12.43. Схема включения коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов

Электромеханические со(7) и механические со(М) характеристики ДПТ с ПМ имеют те же свойства, что и ДПТ НВ. Уравнения электромеханической и механической характеристик соответствуют уравнениям (12.79) и (12.80).

Двигатель постоянного тока с ПМ может работать в тех же режимах, что и ДПТ НВ: холостого хода; короткого замыкания; двигательном; генераторном с рекуперацией энергии в сеть; противовключения; динамического торможения.

Расчет естественной механической характеристики ДПТ с ПМ производится по методике, изложенной в подпараграфе 12.3.6.

Двигатель постоянного тока с ПМ нашли широкое применение в схемах автоматики, в бытовой технике, в автомобилях.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >