Mikrosilniki elektryczne. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Silniki elektryczne

 Komentarze do artykułu

Zazwyczaj silniki elektryczne dzielą się na trzy grupy: dużej, średniej i małej mocy. W przypadku silników małej mocy (nazwiemy je mikrosilnikami) górna granica mocy nie jest ustalona, ​​zwykle jest to kilkaset watów. Mikrosilniki są szeroko stosowane w sprzęcie AGD i AGD (obecnie każda rodzina ma kilka mikrosilników - w lodówkach, odkurzaczach, magnetofonach, odtwarzaczach itp.), technice pomiarowej, systemach automatycznego sterowania, technice lotniczej i kosmicznej oraz innych obszarach działalności człowieka.

Pierwsze silniki prądu stałego pojawiły się w latach 30. XIX wieku. Dużym krokiem w rozwoju silników elektrycznych było wynalezienie w 1856 roku przez niemieckiego inżyniera Siemensa dwuramiennego przetwornika i odkrycie przez niego w 1866 roku zasady dynamoelektrycznej. W 1883 Tesla iw 1885 Ferrari niezależnie wynalazły silnik indukcyjny AC. W 1884 roku Siemens stworzył silnik kolektora prądu przemiennego z szeregowym uzwojeniem wzbudzenia. W 1887 roku Khazelwander i Dolivo-Dobrovolsky zaproponowali konstrukcję wirnika z uzwojeniem klatkowym typu wiewiórczego, co znacznie uprościło konstrukcję silnika. W 1890 roku Chitin i Leblanc po raz pierwszy użyli kondensatora z przesunięciem fazowym.

W domowych urządzeniach elektrycznych silniki elektryczne zaczęto stosować od 1887 r. - w wentylatorach, od 1889 r. - w maszynach do szycia, od 1895 r. - w wiertarkach, od 1901 r. - w odkurzaczach. Jednak do tej pory zapotrzebowanie na mikrosilniki okazało się tak duże (w nowoczesnej kamerze wideo stosuje się do sześciu mikrosilników), że powstały wyspecjalizowane firmy i przedsiębiorstwa zajmujące się ich opracowywaniem i produkcją. Opracowano wiele rodzajów mikrosilników, z których każdy jest tematem artykułu z tej serii.

Mikrosilniki asynchroniczne

Jednofazowe mikrosilniki asynchroniczne są najczęściej spotykanym typem, spełniają wymagania większości napędów elektrycznych przyrządów i aparatury, charakteryzują się niskim kosztem i poziomem hałasu, dużą niezawodnością, bezobsługowością i brakiem ruchomych styków.

Zwiększ moc. Mikrosilnik asynchroniczny może mieć jedno, dwa lub trzy uzwojenia. W silniku jednouzwojeniowym nie ma początkowego momentu rozruchowego, a do jego uruchomienia należy użyć np. rozrusznika. W silniku dwuuzwojeniowym jedno z uzwojeń, zwane uzwojeniem głównym, jest bezpośrednio podłączone do sieci (ryc. 1).

Aby wytworzyć moment rozruchowy w drugim uzwojeniu pomocniczym, musi płynąć prąd przesunięty fazowo względem prądu w uzwojeniu głównym. W tym celu dodatkowy rezystor jest połączony szeregowo z uzwojeniem pomocniczym, które może mieć charakter aktywny, indukcyjny lub pojemnościowy.

Najczęściej kondensator jest zawarty w obwodzie zasilania uzwojenia pomocniczego, uzyskując optymalny kąt przesunięcia fazowego prądów w uzwojeniach, równy 90 ° (ryc. 1, b). Kondensator, który jest stale podłączony do obwodu zasilania uzwojenia pomocniczego, nazywany jest działającym. Jeżeli podczas uruchamiania silnika konieczne jest zapewnienie zwiększonego momentu rozruchowego, wówczas równolegle z kondensatorem roboczym Sv kondensator rozruchowy Ca jest włączany na czas rozruchu (ryc. 1, c). Po przyspieszeniu silnika do prędkości kondensator rozruchowy jest wyłączany za pomocą przekaźnika lub przełącznika odśrodkowego. W praktyce częściej stosowany jest wariant z rys. 1b.

Efekt przesunięcia fazowego można uzyskać sztucznie zwiększając rezystancję czynną uzwojenia pomocniczego. Osiąga się to albo przez włączenie dodatkowego rezystora, albo przez wykonanie uzwojenia pomocniczego z drutu o wysokiej rezystancji. Ze względu na zwiększone nagrzewanie uzwojenia pomocniczego, to ostatnie jest wyłączane po uruchomieniu silnika. Takie silniki są tańsze i bardziej niezawodne niż silniki kondensatorowe, chociaż nie pozwalają na przesunięcie fazowe prądów uzwojenia o 90 °.

Aby odwrócić kierunek obrotów wału silnika, do obwodu zasilania uzwojenia pomocniczego należy podłączyć wzbudnik lub dławik, w wyniku czego prąd w uzwojeniu głównym zrówna się w fazie z prądem w uzwojeniu pomocniczym. W praktyce metoda ta jest rzadko stosowana, ponieważ przesunięcie fazowe jest pomijalne ze względu na indukcyjny charakter rezystancji uzwojenia pomocniczego.

Najczęściej stosowaną metodą jest przesunięcie fazowe pomiędzy uzwojeniem głównym a pomocniczym, które polega na zamknięciu uzwojenia pomocniczego. Uzwojenie główne ma połączenie magnetyczne z pomocniczym, dzięki czemu, gdy uzwojenie główne jest podłączone do sieci zasilającej, w uzwojeniu pomocniczym indukowana jest siła elektromotoryczna i powstaje prąd opóźniony w fazie z prądem uzwojenia głównego . Wirnik silnika zaczyna się obracać w kierunku od uzwojenia głównego do pomocniczego.

Trójuzwojeniowy trójfazowy silnik asynchroniczny może być używany w trybie zasilania jednofazowego. Rysunek 2 pokazuje włączenie silnika trójuzwojeniowego zgodnie ze schematami „gwiazda” i „trójkąt” w trybie pracy jednofazowej (schematy Steinmetza). Dwa z trzech uzwojeń są bezpośrednio podłączone do sieci zasilającej, a trzecie jest podłączone do napięcia zasilającego poprzez kondensator rozruchowy. Aby wytworzyć niezbędny moment rozruchowy, rezystor musi być połączony szeregowo z kondensatorem, którego rezystancja zależy od parametrów uzwojeń silnika.

uzwojenia. W przeciwieństwie do trójuzwojeniowych silników asynchronicznych, które charakteryzują się symetrycznym rozmieszczeniem przestrzennym i takimi samymi parametrami uzwojeń na stojanie, w silnikach z zasilaniem jednofazowym uzwojenia główne i pomocnicze mają inne parametry. W przypadku uzwojeń symetrycznych liczbę żłobków na biegun i fazę można określić z wyrażenia:

q = N / 2:XNUMX,

gdzie N to liczba żłobków stojana; m - liczba uzwojeń (faz); p to liczba biegunów.

W uzwojeniach quasi-symetrycznych liczba żłobków i szerokość uzwojeń nieznacznie się różnią, natomiast rezystancje czynne i indukcyjne uzwojenia głównego i pomocniczego mają różne wartości.

W uzwojeniach asymetrycznych liczba żłobków zajmowanych przez każde uzwojenie znacznie się różni. Dlatego uzwojenie główne i pomocnicze mają różną liczbę zwojów. Typowym przykładem jest uzwojenie 2/3-1/3 (rys. 3), w którym 2/3 żłobków stojana zajmuje uzwojenie główne, a 1/3 uzwojenie pomocnicze.

projekt. Rysunek 4 przedstawia przekrój silnika z dwoma uzwojeniami skupionymi lub cewkowymi umieszczonymi na biegunach stojana.

Każde uzwojenie (główne 1 i pomocnicze 2) jest utworzone przez dwie cewki umieszczone na przeciwległych biegunach. Cewki są umieszczane na biegunach i wkładane do jarzma maszyny, które w tym przypadku ma kwadratowy kształt. Od strony roboczej szczeliny powietrznej cewki utrzymywane są przez specjalne występy, które pełnią funkcję nabiegunników 3. Dzięki nim krzywa rozkładu pola magnetycznego w roboczej szczelinie powietrznej zbliża się do sinusoidy. Bez tych występów kształt tej krzywej jest zbliżony do prostokąta. Jako element przesuwający fazę takiego silnika można zastosować zarówno kondensator, jak i rezystor. Możliwe jest również zwarcie uzwojenia pomocniczego. W tym przypadku silnik jest przekształcany w maszynę asynchroniczną z dzielonym biegunem.

Silniki z biegunami zacienionymi są najczęściej stosowane ze względu na ich prostą konstrukcję, wysoką niezawodność i niski koszt. Taki silnik ma również dwa uzwojenia na stojanie (ryc. 5).

Uzwojenie główne 3 jest wykonane w postaci cewki i jest podłączone bezpośrednio do sieci zasilającej. Uzwojenie pomocnicze 1 jest zwarte od jednego do trzech zwojów na biegun. Zakrywa część słupa, co wyjaśnia nazwę silnika. Uzwojenie pomocnicze wykonane jest z okrągłego lub płaskiego drutu miedzianego o przekroju kilku milimetrów kwadratowych, z którego zwinięty jest w cewki o odpowiednim kształcie. Następnie końce uzwojenia są łączone przez spawanie. Wirnik silnika jest zwarty, a na jego końcach znajdują się żebra chłodzące, które poprawiają odprowadzanie ciepła z uzwojeń stojana.

Warianty konstrukcyjne silników z zacienionymi biegunami pokazano na rysunkach 6 i 7.

Zasadniczo uzwojenie główne może być rozmieszczone symetrycznie lub asymetrycznie względem wirnika. Na rysunku 6 przedstawiono budowę silnika z asymetrycznym uzwojeniem głównym 5 (1 - otwór montażowy; 2 - bocznik magnetyczny; 3 - zwarte uzwojenie; 4 - otwory montażowe i regulacyjne; 6 - rama uzwojenia; 7 - jarzmo). Taki silnik ma znaczny wyciek strumienia magnetycznego w zewnętrznym obwodzie magnetycznym, więc jego wydajność nie przekracza 10-15% i jest produkowany dla mocy nie większej niż 5-10 watów.

Z punktu widzenia możliwości produkcyjnych silnik z symetrycznie umieszczonym uzwojeniem głównym jest bardziej złożony. W silnikach o mocy 10-50 W stosuje się stojan kompozytowy (rys. 7, gdzie: 1 - pierścień jarzmowy; 2 - pierścień zwarty; 3 - biegun; 4 - wirnik z uzwojeniem „klatkowym”; 5 - bocznik magnetyczny). Ze względu na to, że bieguny silnika są osłonięte jarzmem, a uzwojenia znajdują się wewnątrz układu magnetycznego, rozproszone strumienie magnetyczne są tu znacznie mniejsze niż w konstrukcji z rys.6. Sprawność silnika 15-25%.

Aby zmienić prędkość silnika z zacienionym biegunem, stosuje się obwód krzyżowy (ryc. 8). Po prostu realizuje przełączanie liczby par biegunów uzwojenia stojana, aby zmienić, które wystarczy włączyć uzwojenia włączone w przeciwnych kierunkach. Silniki z biegunami zacienionymi wykorzystują również zasadę regulacji prędkości, która polega na przełączaniu cewek uzwojenia z połączenia szeregowego na równoległe.

Mikrosilniki synchroniczne

Jednofazowe silniki synchroniczne stosowane są w zegarach, licznikach, przekaźnikach czasowych, układach regulacji i sterowania, przyrządach pomiarowych, sprzęcie do rejestracji dźwięku itp. W silniku synchronicznym powstaje wirujące pole magnetyczne, którego prędkość obrotowa jest stała i nie zależy od zmian obciążenia. Podobnie jak jednofazowy silnik indukcyjny, silnik synchroniczny wytwarza eliptyczne wirujące pole magnetyczne. W przypadku przeciążenia mikrosilniki synchroniczne wypadają z synchronizacji. Po przyłożeniu do nich napięcia zasilającego konieczne jest stworzenie warunków, w których silnik przyspieszy i zostanie wciągnięty w synchronizację. Wyróżnia się silniki synchroniczne bierne, histerezowe, a także silniki ze wzbudzeniem z magnesów trwałych.

silniki odrzutowe

Silnik synchroniczny o mocy do 100 W jest wykonany z dwoma uzwojeniami - głównym i pomocniczym, a kondensator przesunięcia fazowego jest włączany szeregowo z tym ostatnim. Stojan synchronicznego silnika reluktancyjnego nie różni się konstrukcyjnie od stojana silnika indukcyjnego. Na wirniku silnika synchronicznego znajduje się zwarte uzwojenie („klatka wiewiórki”), które zapewnia niezawodny rozruch mikrosilnika synchronicznego. Do prędkości zbliżonej do synchronicznej silnik przyspiesza jako asynchroniczny, a następnie samodzielnie cofa się do synchronizmu, a wirnik nadal obraca się z prędkością synchroniczną. Konstrukcję wirnika silnika synchronicznego pokazano na rysunku 9.

Rowki są rozmieszczone wzdłuż jego obwodu z równomiernym krokiem (ryc. 9, a), a głębokość rowków jest 10-20 razy większa niż długość roboczej szczeliny powietrznej. W te szczeliny wlewa się aluminium, a utworzone w ten sposób pręty uzwojenia wirnika są zwierane za pomocą aluminiowych pierścieni przyspawanych z obu stron do końców prętów. Przy takiej samej wartości mocy biernej pobieranej z sieci moment użyteczny na wale silnika synchronicznego jest dwukrotnie mniejszy niż moment na wale silnika asynchronicznego. Sprawność i cosf silnika synchronicznego jest również gorsza niż silnika asynchronicznego. Wynika to z faktu, że robocza szczelina powietrzna silnika synchronicznego jest większa niż w przypadku silnika asynchronicznego.

Zmieniając przewodnictwo poszczególnych odcinków obwodu magnetycznego silnika, możliwe jest skierowanie strumienia magnetycznego w żądanym kierunku. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie specjalnych wnęk w miękkim materiale magnetycznym wypełnionym stopem aluminium. Na rysunku 9b przedstawiono wykonany w podobny sposób wirnik dwubiegunowy. W tym przypadku długość roboczej szczeliny powietrznej, podobnie jak w przypadku silnika asynchronicznego, pozostaje niezmienna na całym obwodzie stojana. Moc takiego silnika synchronicznego jest zbliżona do mocy jednofazowego silnika asynchronicznego.

Silniki histerezy

Pod względem konstrukcyjnym stojan silnika histerezy nie różni się od stojanów rozważanych wcześniej silników (asynchronicznych, synchronicznych reluktancyjnych). Przy małej prędkości obrotowej silnika histerezy jego stojan wykonany jest z biegunów w kształcie pazurów (rys. 10).

Zawiera jarzmo 1 z uzwojeniem, a jego cewki naprzemiennie układają się na obwodzie stojana, tworząc w ten sposób ciąg elektromagnesów o naprzemiennej biegunowości (NSNS...); 2 - tyczki w kształcie pazurów; 3 - rękaw wykonany z materiału syntetycznego; 4 - strumień wycieku, 5 - użyteczny strumień magnetyczny; 6 - wirnik; 7 - uzwojenie pierścieniowe; 8 - rama uzwojenia. Płytki do zamykania strumienia magnetycznego są zainstalowane po bokach cewek. Gdy uzwojenie stojana jest podłączone do sieci zasilającej, w roboczej szczelinie powietrznej powstaje wielobiegunowe pole magnetyczne.

Rysunek 11 przedstawia cztery bieguny ułożone jeden za drugim (1 - główny biegun północny; 2 - pomocniczy biegun północny; 3 - pierścień zwarty; 4 - uzwojenie wzbudzenia pierścienia; 5 - główny biegun południowy; 6 - pomocniczy biegun południowy). Zwarte pierścienie (lub uzwojenia) umieszczone koncentrycznie względem cewki uzwojenia stojana mają różne współczynniki sprzężenia z biegunami głównym i pomocniczym. W ten sposób zapewnione jest przesunięcie fazowe strumieni magnetycznych wskazanych biegunów, którego konsekwencją jest pojawienie się eliptycznego wirującego pola magnetycznego.

Na wirniku zamontowany jest pierścień wykonany z materiału ferromagnetycznego z szeroką pętlą histerezy. Siła koercji tego materiału powinna być mniejsza niż w przypadku twardych materiałów magnetycznych używanych do wytwarzania magnesów trwałych. W przeciwnym razie do ponownego namagnesowania pierścienia wymagane jest silne pole magnetyczne. Na pierścieniu wirnika znajdują się okienka, których liczba odpowiada liczbie biegunów stojana, co zapewnia synchroniczny obrót wirnika dzięki momentowi biernemu.

Silniki z wzbudzeniem z magnesami trwałymi

Silnik synchroniczny zawierający wirnik z magnesami trwałymi jest strukturalnie podobny do silnika z biegunami kłowymi (patrz rysunek 10). Główną zaletą silnika z magnesami trwałymi w porównaniu z silnikami histerezy jest to, że moment obrotowy, który rozwija przy tych samych wymiarach, jest 20-30 razy większy niż moment obrotowy silnika histerezy. Ponadto silniki z magnesami trwałymi są bardziej niezawodne. Aby uruchomić silnik, należy wprawić jego wirnik w ruch, dlatego ładunek nie powinien być mocowany do wału za pomocą sztywnego połączenia. Silniki małej mocy zawierają wirnik z ferrytowym pierścieniem z magnesem trwałym, który przy niewielkiej liczbie biegunów jest namagnesowany w kierunku promieniowym.

Przy dużej liczbie biegunów wirnik jest namagnesowany w kierunku osiowym i ma bieguny w kształcie pazurów (ryc. 12), gdzie 1 pierścień jest wykonany z magnesu trwałego; 2 - tuleja. Konstrukcja stojana stosowana w silnikach dużej mocy jest praktycznie taka sama jak konstrukcja stojana silnika indukcyjnego z uzwojeniem rozproszonym. Konstrukcje wirników są bardzo zróżnicowane.

Rysunek 13 przedstawia trzy warianty konstrukcyjne czterobiegunowych silników synchronicznych ze wzbudzeniem z magnesów trwałych. Na ryc. 13, a, ferryt baru jest używany do silników, na ryc. 13, b - stop oparty na połączeniu pierwiastków ziem rzadkich i kobaltu, na ryc. 13, c - stop alnico (1 - uzwojenie klatki wiewiórki ; 2 - magnesy trwałe; 3 - boczniki magnetyczne).

Aby zapewnić rozruch asynchroniczny, wszystkie wirniki mają zwarte uzwojenie pręta, jak w silniku asynchronicznym.

Silniki uniwersalne

Silniki kolektorów z wzbudzeniem szeregowym nazywane są uniwersalnymi, ponieważ mogą pracować zarówno z sieci prądu stałego, jak iz sieci prądu przemiennego. Stanowią one najważniejszą grupę mikromaszyn. Prędkość obrotowa silnika nie zależy od częstotliwości napięcia zasilającego, w wyniku czego w przeciwieństwie do silników asynchronicznych silniki te mogą osiągać prędkość większą niż 3000 obr./min. Zaletą silników uniwersalnych jest łatwość sterowania prędkością obrotową poprzez przełączanie zaczepów szeregowego uzwojenia wzbudzenia lub sterowanie fazowe za pomocą triaków. Jako wadę można zauważyć wyższy koszt silnika uniwersalnego w porównaniu z asynchronicznym, ze względu na obecność uzwojenia na wirniku i zespołu szczotka-kolektor (który również generuje dodatkowy hałas i szybko się zużywa).

projekt. Silniki uniwersalne mają konstrukcję dwubiegunową. Aby zmniejszyć straty spowodowane prądami wirowymi, obwody magnetyczne stojana i wirnika są laminowane.

Figura 14 przedstawia kilka opcji konstrukcji stojana silnika: Figura 14, a - stojan z uzwojeniem wykonanym maszynowo; rys.14,b - stojan z uzwojeniem wzbudzenia, wykonany i ułożony ręcznie; Ryc. 14, c - stojan z dwoma zewnętrznymi uzwojeniami wzbudzenia; rys.14,d - stojan z jednym uzwojeniem zdalnego wzbudzenia. Uzwojenie stojana (wzbudzenia) silnika uniwersalnego zwykle składa się z dwóch sekcji lub cewek, pomiędzy którymi znajduje się twornik, którego uzwojenie jest połączone szeregowo z uzwojeniem wzbudzenia. Uzwojenia twornika można nawijać podwójnym drutem. Dzięki prostokątnemu kształtowi rowków wirnika cewki są umieszczone równolegle do siebie. Uzwojenie twornika składa się z dwóch równoległych gałęzi, które rozdzielają prąd silnika przepływający przez szczotki.

Szczególną uwagę w silniku uniwersalnym należy zwrócić na zespół szczotki-kolektora.

Najczęściej stosowane konstrukcje uchwytów szczotek pokazano na ryc. 15, a, b, konstrukcje z ryc. 15, c, d są tańsze i są stosowane w silnikach o mniejszej mocy, ryc. 15, e pokazuje szczotkę z bezpiecznikami ( 1 - pokrywa; 2 wyjście; 3 - uchwyt; 4 - szczotka; 5 kolektor; 6 - przepustnica filtra; 7 oś obrotu; 8 - pierścień; 9 - hak; 10 - blaszka miedziana; 11 - rowek; 12 - izolator; 13 - wyjście; 14 - sprężyna; 15 złączka dielektryczna). Korpus szczotki ma cylindryczną wnękę. Konstrukcja szczotki (ryc. 15, e) jest taka, że ​​gdy szczotka jest uruchamiana do końca wnęki, nypel opiera się o powierzchnię kolektora. Ponieważ nypel jest wykonany z materiału izolującego, kontakt szczotki z komutatorem zostaje zerwany, a dalsza praca silnika staje się niemożliwa.

Cechy pracy na prądzie stałym. Gdy silnik pracuje z sieci prądu stałego, spadek napięcia na uzwojeniach twornika i wzbudzenia zależy tylko od ich czynnej rezystancji, dlatego przy wszystkich innych parametrach ważniejsze są napięcie, prąd, strumień magnetyczny, pole elektromagnetyczne w uzwojeniu twornika niż przy zasilaniu prądem zmiennym. Powoduje to zmianę prędkości obrotowej silnika. Jeżeli przy zasilaniu prądem stałym i prądem przemiennym konieczne jest, aby silnik pracował z tą samą prędkością, wówczas w silniku do trybu prądu stałego konieczne jest posiadanie większej liczby zwojów w uzwojeniu polowym.

Kontrola prędkości. Jeśli w uzwojeniu wzbudzenia zostaną wyciągnięte dodatkowe wnioski, to poprzez ich przełączenie można zmienić częstotliwość obrotów (ryc. 16, a). Wraz ze spadkiem liczby zwojów prędkość obrotowa wzrasta. Drugim sposobem jest zainstalowanie zmiennego rezystora szeregowo z uzwojeniami silnika (ryc. 16, b). Wraz ze wzrostem rezystancji rezystora prędkość obrotowa silnika maleje. Trzecim sposobem jest użycie transformatora regulacyjnego (ryc. 16, c). Wzrost napięcia zasilania prowadzi do wzrostu prędkości obrotowej silnika. Czwartą metodą jest bocznikowanie uzwojenia twornika za pomocą rezystora zmiennego (ryc. 16, d). Gdy rezystancja rezystora maleje, liczba obrotów również maleje. Ta metoda jest dobra, ponieważ po upuszczeniu obciążenia silnik nie pracuje dziko.

Precyzyjną kontrolę prędkości można uzyskać w elektronicznym układzie triakowym (rys. 17). Triak wykonuje „odcięcie” części półcyklu napięcia przemiennego. Aby odwrócić silnik, konieczna jest zmiana biegunowości połączenia uzwojenia twornika lub uzwojenia wzbudzenia.

Stabilizacja prędkości. Silniki uniwersalne mają bardzo miękką charakterystykę mechaniczną, tj. silna zależność prędkości obrotowej od momentu obciążenia. Do stabilizacji prędkości obrotowej przy zmiennym obciążeniu stosuje się w szczególności regulatory mechaniczne. Na przykład możesz użyć przełącznika odśrodkowego, którego styk jest połączony równolegle z dodatkowym rezystorem. Ta metoda zapewnia stabilność prędkości w granicach 1%, ale tylko dla wartości prędkości, dla której zaprojektowany jest wyłącznik odśrodkowy. Dlatego coraz częściej stosuje się regulatory elektroniczne.

W regulatorach elektronicznych (rys. 17) np. SEM uzwojenia twornika jest wykorzystywana jako sygnał zwrotny proporcjonalny do rzeczywistej wartości prędkości obrotowej. Wraz ze wzrostem określonej wartości zwiększa się kąt sterowania triakiem, co prowadzi do zmniejszenia prędkości obrotowej silnika. Dokładność stabilizacji tą metodą wynosi 10%. Istnieją bardziej złożone (ale i droższe) sposoby.

Silniki prądu stałego z wzbudzeniem z magnesami trwałymi

Obecnie silniki takie produkowane są głównie z napięciem zasilania 12 V i znajdują zastosowanie w napędach samochodów, maszynach do pisania, sprzęcie medycznym i domowym.

projekt silniki z magnesami trwałymi są bardzo zróżnicowane. Wynika to z różnych wymagań dotyczących wydajności i kosztów silników.

Na rysunku 18a przedstawiono elementy konstrukcyjne prostych i tanich silników z magnesami pierścieniowymi wykonanymi z związków ferrytowych (1 - segmenty magnesu; 2 - wirnik; 3 - pakiet stojana; 4 - biegun; 5 - magnes pierścieniowy; 6 - namagnesowanie promieniowe; 7 - średnica namagnesowanie; 8 - magnes prostokątny). Magnesy te są namagnesowane w kierunku promieniowym lub osiowym. Obudowa silnika wykonana jest z laminowanego magnetycznie miękkiego materiału w formie walca lub wydłużonego garnka. Obudowa służy do zamknięcia strumienia magnetycznego magnesów trwałych. Pakiet wirnika jest montowany z blach ze stali elektrotechnicznej bez dodatków silikonowych (grubość 1 mm). Wirnik osadzony jest w łożyskach samocentrujących, zawiera niewielką ilość rowków, co zmniejsza koszt uzwojenia twornika.

Na rysunku 18b przedstawiono elementy droższych konstrukcji silników z magnesami trwałymi (gdzie 9 to bieguny; 10 to nabiegunniki). Wykorzystują twarde materiały magnetyczne alnico (Al, Ni, Co) oraz magnesy wykonane z metali ziem rzadkich. Silniki te mają masywny korpus, a wirnik wykonany jest z wysokiej jakości stali elektrotechnicznej. Sprawność takich silników przekracza 80%. Włączanie silnika. Jeżeli silnik prądu stałego jest zasilany z akumulatora, to w przypadku konieczności regulacji jego prędkości stosuje się regulatory impulsów (ryc. 19, a, gdzie U to napięcie zasilania; Um to napięcie impulsu; Ra, La i Ui to , odpowiednio, rezystancja czynna, indukcyjność i uzwojenia twornika EMF; Fr - strumień magnetyczny bieguna).

Na rysunku 19b przedstawiono postać napięcia Um i prądu i(t) w silniku. Liczba obrotów silnika jest wprost proporcjonalna do cyklu pracy impulsów napięcia włączanych za pomocą tyrystora lub mocnego tranzystora.

Silnik prądu stałego zasilany jest z sieci prądu przemiennego poprzez prostownik połączony w jednofazowy obwód mostkowy (rys. 20). W takim przypadku prędkość obrotową można regulować w sposób opisany powyżej.

Inną opcją sterowania prędkością jest użycie szczotek z możliwością regulacji położenia względem twornika. Napięcie zasilające można przyłożyć do szczotek znajdujących się na geometrycznym punkcie neutralnym (a-a) lub do jednej z tych szczotek i dodatkowej szczotki a' (rys. 21), usytuowanej pod kątem β względem drugiej szczotki. W tych dwóch przypadkach stosunek prędkości obrotowych silnika ma postać

n₀/n = 2/(1 + cosβ).

Silniki prądu stałego z niemagnetycznym wirnikiem. Serwomotory i silniki automatyki często stawiają wysokie wymagania co do wartości elektromagnetycznych lub elektromechanicznych stałych czasowych, które powinny być jak najmniejsze. Aby rozwiązać ten problem, opracowano dwa typy konstrukcji silników: 1) z wydrążonym lub dzwonowatym; 2) z wirnikiem tarczowym. Pierwsze produkowane są dla mocy 1 - 20 W, drugie - dla mocy powyżej 20 W.

W silnikach z wydrążonym wirnikiem ten ostatni jest wykonany w postaci szkła z syntetycznego materiału elektroizolacyjnego, na powierzchni którego zamocowane jest uzwojenie (ryc. 22, gdzie 1 to kolektor; 2 to szczotka; 3 to obudowa; 4 to górna warstwa uzwojenia; 5 to dolna warstwa uzwojenia). Wirnik obraca się w polu magnetycznym magnesów trwałych zamontowanych na stojanie i tworzących dwu- lub czterobiegunowy układ wzbudzenia.

W silnikach z wirnikiem tarczowym ten ostatni ma kształt tarczy, na której znajdują się magnesy pierścieniowe lub segmentowe, które wytwarzają strumień magnetyczny w kierunku osiowym (ryc. 23, gdzie 1 to szczotka; 2 to magnesy cylindryczne i pierścieniowe; 3 to wirnik dysku).

Magnesy mogą być umieszczone po obu stronach tarczy wirnika. W silnikach małej mocy tarcza wirnika jest wykonana z materiału elektroizolacyjnego z nadrukowanym lub wytłoczonym uzwojeniem. Moment obrotowy na wale silnika praktycznie się nie zmienia, ponieważ uzwojenie jest równomiernie rozmieszczone na obwodzie wirnika. Dlatego takie silniki najlepiej nadają się do napędów elektrycznych, które muszą utrzymywać stabilną prędkość. Silniki te nie wymagają komutatora, który jest stosowany w konwencjonalnych silnikach prądu stałego, ponieważ szczotki ślizgają się po końcach drukowanych przewodów uzwojenia. W silnikach o większej mocy stosuje się wirnik z uzwojeniem, który jest wypełniony specjalną kompozycją do mocowania do wirnika. Takie silniki mają konwencjonalną konstrukcję kolektora.

Silniki BLDC

W nowoczesnych mikronapędach silniki podlegają coraz bardziej rygorystycznym wymaganiom. Z jednej strony muszą charakteryzować się dużą niezawodnością i prostotą konstrukcji silników asynchronicznych, z drugiej strony muszą być proste i posiadać duży zakres regulacji prędkości dla silników prądu stałego. Silniki z elektronicznymi obwodami sterującymi lub silniki bezszczotkowe w pełni spełniają te wymagania. Jednocześnie nie mają wad silników asynchronicznych (pobór mocy biernej, straty wirnika) i synchronicznych (tętnienia prędkości, utrata synchronizmu).

Silniki BLDC to bezdotykowe maszyny prądu stałego wzbudzane magnesami trwałymi ze stojanem jednouzwojeniowym lub wielouzwojeniowym. Przełączanie uzwojeń stojana odbywa się w zależności od położenia wirnika. Elektroniczny obwód sterujący zawiera specjalne czujniki położenia wirnika. Silniki zaworów znajdują zastosowanie w wysokiej jakości przyrządach i aparaturze, np. w napędach elektrycznych magnetofonów i magnetowidów, w technice pomiarowej, a także w tych napędach elektrycznych, w których wymagane jest zapewnienie dużej precyzji pozycjonowania wirnika i związany z nią organ roboczy. W tej roli z powodzeniem konkurują z silnikami krokowymi.

W kolektorowych silnikach prądu stałego strumień magnetyczny wzbudzenia ma ten sam kierunek i jest nieruchomy w przestrzeni. Siła magnesująca uzwojenia twornika Θ2 znajduje się pod kątem 90 ° w stosunku do strumienia magnetycznego wzbudzenia Ф₁ (rys. 24). Dzięki kolektorowi kąt 90° zachowuje swoją wartość nawet podczas obracania się rotora.

W silniku zaworu magnesy trwałe znajdują się na wirniku, tworząc strumień wzbudzenia magnetycznego, a uzwojenie twornika znajduje się na stojanie (ryc. 25, a - w położeniu początkowym; b - po obróceniu o kąt α). Uzwojenie stojana jest zasilane w taki sposób, że między jego siłą magnesującą Θ1 a strumieniem wzbudzenia Ф₂ kąt 90° jest zachowany. W przypadku obracającego się wirnika położenie to można utrzymać podczas przełączania uzwojeń stojana. W takim przypadku uzwojenia stojana muszą być przełączane w określonych momentach iw określonej kolejności.

Położenie wirnika jest określane na przykład za pomocą czujnika Halla. Czujnik położenia steruje działaniem kluczy elektronicznych (tranzystorów). Zatem bez obwodu elektronicznego działanie silnika bezszczotkowego jest niemożliwe. Wraz ze wzrostem liczby uzwojeń stojana wzrasta złożoność elektronicznego obwodu sterującego. Dlatego w takich silnikach zwykle stosuje się nie więcej niż cztery uzwojenia. Tanie konstrukcje silników zawierają pojedyncze uzwojenie.

Schemat silnika jednouzwojeniowego pokazano na ryc. 26, a. Na stojanie znajduje się jedno uzwojenie 1, które jest podłączone do napięcia zasilania za pomocą tranzystora VT1 (ryc. 26, b). Wirnik silnika jest wykonany z magnesu trwałego i ma jedną parę biegunów. Sygnał sterujący do podstawy tranzystora jest dostarczany przez czujnik Halla HG. Jeśli ten czujnik wejdzie w pole magnetyczne, na przykład dodatkowy magnes, to na jego wyjściu pojawi się napięcie Un, które włączy tranzystor. Tranzystor może być tylko otwarty lub tylko zamknięty.

Na rys. 27a przedstawiono położenie czujnika Halla i dodatkowego magnesu (przekrój wzdłuż osi), a na rys. 27b – w poprzek osi. Czujnik Halla reaguje na biegun północny dodatkowego magnesu (N).

Rysunek 28, a przedstawia schemat strukturalny silnika dwuuzwojeniowego.

Na stojanie znajdują się dwa uzwojenia 1 i 2, przez które albo przepływają prądy o przeciwnych znakach, albo uzwojenia mają przeciwne kierunki uzwojenia. Uzwojenia są przełączane kolejno za pomocą tranzystorów VT1 i VT2 (ryc. 28, b). Aby to zrobić czujnik Halla musi mieć dwa wyjścia, na jednym pojawia się impuls przy mijaniu bieguna północnego dodatkowego magnesu, na drugim - przy mijaniu bieguna południowego. Określony tryb można również zaimplementować w silniku jednouzwojeniowym, ale do tego potrzebne są dwa zasilacze i dwa tranzystory. W tym przypadku mówi się o silniku jednouzwojeniowym z zasilaniem bipolarnym.

Rysunek 29, a pokazuje schemat silnika trójuzwojeniowego. Na jego stojanie znajdują się trzy uzwojenia (1, 2, 3) umieszczone na jego obwodzie pod kątem 120° względem siebie. Każde z uzwojeń jest podłączone do źródła zasilania poprzez oddzielny przełącznik tranzystorowy. Do sterowania tranzystorami służą trzy czujniki Halla. Prąd przepływa przez każde z uzwojeń przez jedną trzecią okresu. Ten pulsujący prąd ma stałą składową, która nie tworzy momentu obrotowego, ale zwiększa straty cieplne uzwojeń. Silnik trójuzwojeniowy można włączyć zgodnie z obwodem pełnofalowym, który zawiera sześć tranzystorów (ryc. 29, b).

Silnik z czterema uzwojeniami na stojanie jest stosunkowo niedrogi, ponieważ z czterema tranzystorami wykorzystuje tylko dwa czujniki Halla, co upraszcza obwód sterujący. Uzwojenia 1-4 (ryc. 30, a, b) znajdują się na stojanie pod kątem 90 °. Czujniki Halla są wzbudzane przez magnesy trwałe wirnika silnika. Istnieją dwa sposoby sterowania silnikiem: komutacja 90 stopni i 180 stopni. W przypadku komutacji o 90 stopni w danym momencie prąd płynie tylko przez jedno z czterech uzwojeń.

Obwód sterowania silnikiem pokazano na ryc. 31, a położenie magnesów sterujących i czujników Halla pokazano na ryc. 32. Przy takim układzie tranzystory włączają się w następującej kolejności: VT1, VT3, VT2, VT4.

Przy komutacji 180 stopni konstrukcja silnika jest taka sama, ale prąd płynie w każdym z czterech uzwojeń przez pół cyklu, co powoduje nakładanie się prądów w uzwojeniach. Czujniki Halla nie działają z magnesów trwałych, ale z namagnesowanego wirnika. Dlatego forma napięcia wyjściowego czujników Halla jest cosinusowa, a tranzystory VT1-VT4 nie działają w trybie pulsacyjnym, ale liniowym. Tryb przełączania o 180 stopni można również zrealizować w silniku dwuuzwojeniowym, jeżeli w obwodzie każdego uzwojenia znajdują się dwa tranzystory z dwoma zasilaczami.

Aby utrzymać zadaną wartość częstotliwości obrotów silnika bezszczotkowego, można skorzystać ze schematu z rys.33.

SEM uzwojenia stojana służy jako sygnał sprzężenia zwrotnego, który jest proporcjonalny do prędkości wirnika. Obwód wyboru maksymalnego napięcia jest montowany na diodach. Z czterech diod otwarta jest tylko jedna, która ma aktualnie najwyższe napięcie. Rezultatem jest prostownik czterofazowy, którego stała składowa napięcia wyjściowego jest proporcjonalna do prędkości obrotowej. Na wejściu tranzystora VT6 znajduje się kondensator C6, który wygładza tętnienie prostownika. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wzrasta prąd tranzystora VT6, co prowadzi do spadku prądu w tranzystorze VT5, co oznacza, że ​​​​prąd z wyjść czujników Halla do tranzystorów VT1-VT4 maleje. Powoduje to zmniejszenie prędkości obrotowej silnika.

Silniki krokowe

Istnieje wiele urządzeń i urządzeń, w których zadanie szybkiego i dokładnego pozycjonowania konkretnego zespołu lub korpusu roboczego jest przypisane do napędu elektrycznego. W takich przypadkach stosuje się silniki elektryczne z dyskretnym (schodkowym) ruchem wirnika. Silnik, który przetwarza impulsy elektryczne na impulsy mechaniczne, nazywa się silnikiem krokowym.

Oprócz silnika krokowego struktura elektrycznego napędu krokowego obejmuje elektroniczną jednostkę sterującą (ryc. 34), gdzie 1 to urządzenie nastawcze; 2 - schemat kontroli; 3 - jednostka elektroniczna lub mikroprocesor; 4 - przełącznik; 5 - blok mocy; 6 - sieć zasilająca; 7 - silnik). Silniki krokowe działają głównie na zasadzie silnika synchronicznego, więc mają podobne wady - możliwość wypadnięcia z synchronizmu i skłonność wirnika do oscylacji podczas wypracowywania kroku.

projekt. Silnik krokowy składa się niejako z kilku silników, których uzwojenia mają kierunki uzwojenia do przodu i do tyłu. Ponieważ uzwojenia są równomiernie rozmieszczone na obwodzie stojana, wirnik podąża za kolejno przełączanymi uzwojeniami (ryc. 35). Wirnik jest wykonany z materiału magnetycznie twardego lub magnetycznie miękkiego, a także z ich kombinacji. W dwóch ostatnich przypadkach wirnik ma zęby. Na ryc. 35, b, każda część wirnika ma cztery zęby. Przy liczbie m pakietów i biegunach 2p wirnik wykonuje z kroków z = 2pm na jednym obrocie. Liczba stopni określa wielkość stopnia w odniesieniu do kąta αt; = 2p/z. Struktura na ryc. 35b ma m = 3 i 2p = 4, co odpowiada z = 12 i α = 30°.

Tryb pracy z przełączaniem pojedynczych uzwojeń nazywany jest trybem krokowym. Możliwe jest jednak jednoczesne włączenie dwóch sąsiednich uzwojeń w projekcie z ryc. 35, a. podczas gdy wirnik obraca się o pół stopnia. Ten tryb nazywa się trybem kroku ułamkowego. W takim przypadku współczynnik k należy wprowadzić do wyrażenia na z, biorąc pod uwagę tryb pracy silnika. Dla trybu krokowego k = 1, dla trybu krokowego ułamkowego k = 2. Podział krokowy pozwala zmniejszyć liczbę uzwojeń, uprościć obwód sterowania i obniżyć koszt napędu.

Oprócz zwiększenia liczby zwojów, skok można zmniejszyć, zwiększając liczbę biegunów lub zębów wirnika. W tym przypadku stawiane są zwiększone wymagania dotyczące dokładności wykonania wirnika. Ponadto wirnik wielobiegunowy jest znacznie trudniejszy do namagnesowania. Dlatego nie tylko wirnik jest wyposażony w przekładnię, ale także stojan (ryc. 36).

Stojan i wirnik mają pewną różnicę w liczbie zębów. „Dodatkowe” zęby wirnika znajdują się między biegunami stojana. W tej konstrukcji możliwe jest również zaimplementowanie pełnych i ułamkowych trybów krokowych. Jeśli prądy o określonej wartości przepływają przez uzwojenie stojana, to w zasadzie można uzyskać dowolny krok, ale doprowadzi to do znacznej komplikacji jednostki sterującej. Reduktory mogą być również używane do zmniejszania wysokości tonu. W tym przypadku zwiększa się moment na wale napędzanego mechanizmu i maleje jego moment bezwładności, a tarcie w przekładni przyczynia się do tłumienia oscylacji wirnika silnika krokowego. Ale użycie skrzyni biegów prowadzi do zwiększenia błędu opracowania kroku.

Silnik z wirnikiem z magnesami trwałymi nazywany jest silnikiem z aktywnym wirnikiem (silnik PM). Silnik, którego wirnik jest wykonany z materiału magnetycznie miękkiego, nazywany jest silnikiem reluktancyjnym (silnik VR). Ten silnik musi mieć co najmniej trzy uzwojenia, podczas gdy w silniku PM wystarczą dwa uzwojenia. Ponadto istnieją konstrukcje łączące cechy silników z aktywnym i reaktywnym wirnikiem. W tych hybrydowych konstrukcjach wirnik z magnesami trwałymi ma również zęby.

Porównanie trzech typów silników krokowych przedstawiono w tabeli 1

Tabela 1

Silniki krokowe mogą zapewnić nie tylko ruch obrotowy, ale także translacyjny elektrycznego mechanizmu napędowego. Takie silniki krokowe nazywane są liniowymi. Służą one np. do pozycjonowania różnych urządzeń na płaszczyźnie XY, natomiast poruszanie się po każdej współrzędnej odbywa się za pomocą osobnego uzwojenia. Oprócz elektromagnetycznych liniowych silników krokowych istnieją silniki piezoelektryczne. Rysunek 37a przedstawia schemat takiego silnika. Jego konstrukcja obejmuje dwa elektromagnesy M1 i M2 (1), które mogą ślizgać się po stalowej belce 4 oraz kabel piezoelektryczny 3.

Konstrukcję kabla piezoelektrycznego przedstawiono na rys. 37b. Jeśli do elektrod 2 zostanie przyłożone napięcie, wówczas w zależności od jego biegunowości elementy kabla 5 zostaną ściśnięte lub rozciągnięte. Po przyłożeniu napięcia do uzwojeń elektromagnesów zostaną one zamocowane na stalowej belce. Na rysunku 37c przedstawiono sekwencję impulsów napięciowych przykładanych do uzwojeń elektromagnesów i elektrod kabla piezoelektrycznego oraz proces przemieszczania elektromagnesów.

Schematy sterowania. Na rysunku 38 przedstawiono obwody sterowania silnikiem krokowym, w których realizowane są dwa główne sposoby sterowania – unipolarny i bipolarny. W przypadku sterowania jednobiegunowego (ryc. 38, a) stosuje się dwupakowy silnik krokowy, na każdym pakiecie stojanów A i B, z których znajdują się dwa uzwojenia A1, A2 i B1, B2. Uzwojenia każdego pakietu tworzą parę biegunów i wytwarzają siłę magnesującą o innym znaku.

Rysunek 39 przedstawia schemat włączenia silnika z wirnikiem hybrydowym. Uzwojenie pierścieniowe każdego pakietu stojana z biegunami kłowymi zawiera dwa półuzwojenia.

Obwód sterowania z fig. 38, a jest prosty, ale wykorzystanie silnika pogarsza się, ponieważ działa tylko jedno z dwóch uzwojeń stojana. W przypadku sterowania bipolarnego (rys. 38b) wzrasta wykorzystanie silnika, chociaż schemat sterowania również staje się bardziej skomplikowany. Dlatego ta metoda sterowania jest stosowana w silnikach elektrycznych o zwiększonych wymaganiach dotyczących wskaźników masy i wielkości.

Kontrola silnika

Równania opisujące silnik dla każdej fazy to:

Vm = Rm Im + Em;

Em=K₁w;

M=K₂Jestem,

gdzie Vm jest przyłożonym napięciem; Im - zużyty prąd; Em - napięcie samoindukcji; Rm - rezystancja uzwojenia; M moment sił na wale; w - prędkość kątowa obrotu wirnika; DO₁ i K.₂ - współczynniki proporcjonalności.

Zatem dla każdej fazy napięcia wejściowego silnik jest reprezentowany przez równoważny obwód składający się z rezystora i źródła napięcia połączonych szeregowo. Rezystor jest rezystancją uzwojeń, źródłem napięcia jest napięcie samoindukcyjne uzwojeń (ryc. 40).

Silniki pracują w jednym z dwóch trybów. W pierwszym trybie prędkość obrotowa silnika jest ustalana na podstawie częstotliwości dostarczanego do niego napięcia. W drugim trybie sam silnik, przełączając uzwojenia szczotkami lub przełączając uzwojenia zgodnie z sygnałami z czujników położenia, ustawia prędkość obrotową w zależności od przyłożonego napięcia i obciążenia wału. Sterowanie silnikami prądu stałego sprowadza się do podania do niego wymaganego napięcia o danej biegunowości, gdyż wartość napięcia określa prędkość, a biegunowość określa kierunek obrotów. Typowy układ stopnia wyjściowego oraz działanie rozkazów sterujących przedstawiono na rys.41.

Z obwodu sterującego sygnały F (do przodu) - do przodu i R (do tyłu) - do tyłu. Sygnały te zmieniają biegunowość napięcia przyłożonego do silnika. Jeśli te polecenia są jednocześnie stosowane (F = R = 1) lub usuwane (F = R = 0), silnik pracuje albo w trybie hamowania, albo w trybie zatrzymania. Różnica między nimi polega na tym, że silnik jest praktycznie zwarty podczas zwalniania. W trybie stop silnik pracuje w warunkach zbliżonych do biegu jałowego, tj. obraca się dzięki bezwładności. Silnik zatrzymuje się najszybciej podczas hamowania, ponieważ energia kinetyczna zmagazynowana w wirniku jest rozpraszana przez opór uzwojenia.

Jak widać na rysunku 41, napięcie przyłożone do silnika nie może być większe niż napięcie na styku Vc (sterowanie napięciem). Napięcie na tym pinie nie jest liniowe, ale monotonicznie związane z napięciem na silniku, dlatego służy do sterowania prędkością.

Rysunek 42 przedstawia wykorzystanie układu ROHM BA6219B do sterowania silnikiem prądu stałego wału napędowego magnetowidu. Tutaj, jak wyżej, polecenia F i R ustawiają kierunek obrotów. Zasilane są z mikrokomputera sterującego napędem taśmowym, napięcie sterujące Vc generowane jest w serwoprocesorze

Sterowanie silnikiem krokowym

W przypadku silnika krokowego obrót do minimalnego kąta (skoku) jest wykonywany, gdy zmienia się faza napięcia zasilania. Dla silnika o p parach biegunów skok wynosi π/(np). Dla wygody ustawiania liczby kroków w kodzie binarnym liczba zwojów jest wybierana tak, aby była równa potędze 2 (zwykle 4). Napięcia fali biegnącej, które tworzą wirujące pole magnetyczne, powstają z sygnałów odbieranych na wejściu obwodu sterującego w postaci cyfrowej. Cechą działania silnika krokowego jest to, że po obrocie o zadany kąt wirnik musi utrzymać zajętą ​​pozycję, tj. prąd musi płynąć przez uzwojenia. Dlatego uzwojenia są zasilane prądem, a nie napięciem. Wizualna wersja stopnia wyjściowego obwodu sterującego silnika krokowego pokazano na ryc. 43.

(kliknij, aby powiększyć)

Sygnały cyfrowe D0 i D1, z których powstają napięcia fali biegnącej, są generowane przez odwracalny licznik CT2. Liczba kroków NS jest ładowana do licznika przez polecenie zapisu WR. Licznik zlicza do momentu, aż jego zawartość będzie równa zero. W tym momencie na wyjściu przesyłowym P pojawia się zero, a zliczanie zostaje zatrzymane, gdyż sygnał P zamyka zawór dostarczający impulsy o częstotliwości skokowej FS na wejście zliczające licznika. Kadencja jest zwykle generowana na podstawie częstotliwości zegara przez licznik lub timer. Sygnał FR ustala kierunek zliczania, a tym samym kierunek obrotów silnika. Sygnał STOP służy do zatrzymania silnika.

Praktyczne obwody sterujące mają bardziej rozgałęzioną logikę sterowania, zmostkowany stopień wyjściowy i z reguły zawierają ogranicznik prądu o szerokości impulsu. Logika sterowania jest zwykle uzupełniana sygnałami blokady i rotacji faz. Stopień wyjściowy mostka jest instalowany w celu zmiany kierunku prądu w uzwojeniu silnika, gdy jest zasilany ze źródła jednobiegunowego. Polecenie wirowania faz zmienia kierunek prądu: w zależności od jego wartości działają tranzystory tylko jednej z przekątnych stopnia wyjściowego. Ogranicznik prądu o szerokości impulsu służy do zmniejszenia mocy rozpraszanej przez stopień wyjściowy.

Urządzenie typowego obwodu sterowania silnikiem krokowym pokazano na ryc. 44 (tylko jeden stopień wyjściowy).

Wejście kontroli polaryzacji P otwiera bramkę G1 lub G2, więc sygnał cyfrowy z wejścia IN1 (wejście fazy 1) otwiera tranzystory tylko jednej z przekątnych mostka: T1, T4 przy P = 1 i T2, T3 przy P = 0. Biegunowość napięcia zmienia się odpowiednio, przyłożona do uzwojenia silnika. Ogranicznik szerokości impulsu składa się z rezystora wykrywającego prąd, komparatora i timera. Timer składa się z diody, obwodu RC i wyzwalacza Schmitta. Ogranicznik stabilizuje prąd w uzwojeniu zgodnie z poziomem Imax =Vref/Rs w następujący sposób. Załóżmy, że w danym czasie P = 1, IN1 = 1, Q = 1 (kondensator obwodu czasowego RC jest rozładowany), napięcie na rezystorze mierzącym prąd Rs jest mniejsze niż Vref: IL Rs < Vref (IL is prąd płynący przez indukcyjność uzwojenia). W tym przypadku tranzystory T1 i T4 są otwarte, a prąd IL stopniowo wzrasta do Imax. Po wyzwoleniu komparatora kondensator obwodu timera RC zostanie naładowany przez diodę D. Na czas Tm (czas rozładowania kondensatora) zamkną się tranzystory T1 i T4. W tym czasie do uzwojenia przykładane jest napięcie o odwrotnej polaryzacji, a prąd zmniejsza się o dI = VL(Tm/L). VL \u1d Vm - napięcie na uzwojeniu, L - indukcyjność uzwojenia silnika. Po zakończeniu impulsu timera tranzystory T4 i T2 otworzą się, a biegunowość napięcia na uzwojeniu ponownie się zmieni. Prąd w uzwojeniu zacznie ponownie rosnąć i to prawie w tym samym czasie Tm wzrośnie o wartość dI, ponieważ podczas spadku prądu napięcie na uzwojeniu jest prawie takie samo jak podczas wzrostu. Zatem średni prąd Iw w uzwojeniu Iw = Imax - dI/XNUMX.

Silnik krokowy można zmusić do pracy w trybie wybiegu, wtedy jego prędkość będzie określona przez przyłożone napięcie i obciążenie wału. W tym celu konieczne jest, aby impulsy, z których powstają napięcia fali biegnącej, były generowane w funkcji kąta obrotu wirnika, tj. jego stanowisko. Budowę i działanie obwodu sterującego silnika krokowego w trybie wybiegu pokazano na ryc.45.

Dla jasności rozważany silnik ma jedną parę biegunów wirnika i dwa uzwojenia stojana. Uzwojenia są połączone przez rezystory ograniczające prąd, napięcia z czujników są podawane na wejścia wyzwalaczy Schmitta. Ryc. 45, c pokazuje wszystkie cztery możliwe kombinacje znaków prądu w uzwojeniach i odpowiadające im pozycje wirnika. Znajdują się pod kątem 45° do pionu, dokładnie naprzeciwko enkoderów. Gdy wirnik znajduje się w pobliżu czujnika, uruchamiany jest odpowiedni wyzwalacz, w wyniku czego do uzwojeń doprowadzany jest prąd, przyciągający wirnik do następnego czujnika w kierunku obrotu. Podczas obracania w kierunku ujemnym (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) styk przełącznika jest podniesiony (FR \u1d 1), napięcie V1 przełącza prąd I1 w uzwojeniu 0, V0 - prąd I0 w uzwojeniu 0. W pozycji początkowej, gdy brak prądu przepływa przez uzwojenia, biegun przyciąga wirnik do rdzenia jednej z cewek, tj. zajmuje pozycję pod kątem 90 lub XNUMX ° do pionu.

Po przyłożeniu zasilania wyzwalacze zostaną ustawione w pewnych stanach, wirnik będzie miał tendencję do zajmowania odpowiedniej pozycji. W tym samym czasie albo dotrze do czujnika, albo go ominie, powodując wyrzucenie odpowiedniego spustu, po czym wirnik zacznie się równomiernie obracać. Należy zauważyć, że opisane działanie, a zwłaszcza procedura rozruchu jest niezawodna, jeśli czujniki generują napięcie tylko według położenia, bez wpływu prędkości obrotowej wirnika. Najprostszymi i najbardziej niezawodnymi czujnikami o takich właściwościach są czujniki Halla, więc praktycznie zastąpiły one wszystkie inne rodzaje czujników stosowanych w silnikach.

Magnetofon kasetowy ma zwykle jeden silnik prądu stałego, który nie zmienia kierunku. W zdecydowanej większości magnetofonów zainstalowany jest trójbiegunowy silnik wirnika, którego działanie i konstrukcję pokazano na ryc. 45.

Wymagania dotyczące stabilności prędkości są spełnione przez obwód regulatora, który działa na zasadzie pomiaru napięcia własnej indukcyjności silnika. Napięcie to jest wprost proporcjonalne do prędkości obrotowej i dlatego może służyć jako czujnik prędkości. Obwód stabilizacji musi utrzymywać napięcie samoindukcji równe określonemu.

Rysunek 46 pokazuje jeden z najbardziej ilustracyjnych schematów, które realizują ten pomysł. W tym schemacie stabilizacja prędkości odbywa się poprzez porównanie napięć na silniku i jego modelu. Silnik jest reprezentowany przez rezystor Rm i źródło napięcia Em. Model składa się z rezystora R2 i źródła napięcia sterującego Vc. Rezystor R2 reprezentuje rezystancję silnika; Vc - ustawić napięcie samoindukcji. Rezystory R1, Rm, R2, R3 tworzą mostek do pomiaru różnicy napięć Vc i Em. Przy odpowiednio dużym wzmocnieniu możemy założyć, że V1 = V2, a silnik będzie się obracał z zadaną prędkością w0 niezależnie od obciążenia jego wału.

Rysunek 47 przedstawia schemat blokowy układu scalonego Toshiba TA7768F, w którym napięcie odniesienia jest bezpośrednio odejmowane od napięcia silnika. Aby użyć tego układu, musisz znać stosunek rezystancji rezystorów R1 / R2.

W przypadku stałej prędkości najbardziej popularny jest obwód trzypinowy (ryc. 48). W nim prąd kIm jest dostarczany do rezystora R1 przez zwierciadło prądowe, które jest proporcjonalne do prądu Im przepływającego przez silnik. Prąd w rezystorze R2 i prąd pobierany przez obwód sterujący również płyną przez rezystor R1, więc prąd silnika musi być wystarczająco duży, aby był pomijalny.

W magnetofonach z ruchem wstecznym taśmy wymagana jest stabilizacja prędkości obrotowej silnika w obu kierunkach. Aby to zrobić, konwencjonalny stabilizator jest uzupełniony o przełącznik do podłączenia silnika w określonej polaryzacji.

Podczas konfigurowania opisanych obwodów najpierw wybiera się rezystor, który symuluje rezystancję uzwojeń silnika, z warunku minimalnego wpływu obciążenia na prędkość silnika. Następnie wybiera się rezystor, który ustawia prędkość obrotową. Silnik wałka napędowego magnetowidu jest wielofazowy, aby zmniejszyć nierównomierność jego obrotów, a na uzwojenia podawane są napięcia sinusoidalne. W zdecydowanej większości przypadków stosowane są silniki trójfazowe z czujnikami Halla. Urządzenie silnikowe pokazano na ryc. 49, a. Jego działanie jest takie samo jak silnika krokowego.

Obwód na ryc. 49 składa się z trzech identycznych bloków (kanałów), w każdym z których powstaje napięcie V dla uzwojenia jego fazy. Blok składa się z czujnika, wyzwalacza Schmitta, kształtownika i stopnia wyjściowego. Silnik jest reprezentowany przez dwubiegunowy wirnik, uzwojenia znajdują się naprzeciwko czujników. W momencie pokazanym na rys. 49, a, biegun północny wirnika znajduje się na czujniku fazy A, tj. do tego momentu prąd płynął przez uzwojenie fazy A, przyciągając do niego biegun wirnika. Gdy wirnik zbliża się do czujnika fazy A, indukowane w nim napięcie powoduje przełączenie wyzwalacza fazy A. Przestawienie wyzwalacza powoduje podanie prądu na inną fazę uzwojenia, w zależności od kierunku obrotów: aby wirnik obracać przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, prąd musi być doprowadzany do uzwojenia fazy C, a aby obracać się zgodnie z ruchem wskazówek zegara - do uzwojenia fazy B. Schemat czasowy działania pokazano na ryc. 49, b.

Stabilizacja prędkości obrotowej wału napędowego realizowana jest poprzez impuls przełączający głowic z dokładnością do fazy. Impuls przełączania głowicy jest symetrycznym impulsem częstotliwości ramki, jednoznacznie przypisanym do pól ramki. Podczas nagrywania używany jest impuls, który jest przykładany do głowicy kontrolnej, który jest z niej odczytywany podczas odtwarzania. Schemat blokowy sterowania silnikiem wału napędowego przedstawiono na rys.50.

Czujnik prędkości to tarcza zębata zamontowana na wirniku silnika i czujnik Halla umieszczony na stojanie. Częstotliwość impulsów napięciowych na wyjściu czujnika Halla jest wprost proporcjonalna do prędkości obrotowej wirnika. Sygnał z czujnika prędkości jest wzmacniany, ograniczany i podawany do detektorów częstotliwości (FR) i fazy (PD). Sygnały wyjściowe detektorów są sumowane i podawane na stopień wyjściowy. Przenoszone są do niego również polecenia hamowania i kierunek obrotów. Napięcie stopnia wyjściowego jest doprowadzane do silnika.

Skład układów scalonych do sterowania silnikiem obejmuje tylko poszczególne węzły schematu strukturalnego Rys.50. Najczęściej zawiera stopień wyjściowy i wzmacniacz czujnika prędkości, ponieważ są one bezpośrednio podłączone do silnika.

Ryc. 51, a pokazuje schemat blokowy układu KA8329 (Samsung), a ryc. 51, b - HA13406W (Hitachi).

(kliknij, aby powiększyć)

Obliczanie silników elektrycznych

Nominalne dane silnika to moc, prędkość i napięcie. Moc silnika wyrażana jest w watach. Nie jest to moc pobierana ze źródła, ale moc mechaniczna na wale. Dobór mocy zależy od przeznaczenia silnika. Tak więc w przypadku zabawek i modeli elektrycznych wystarczy moc do 3 W, dla małego wentylatora - 10-15 W, dla piły tarczowej - setki watów. Moc silnika jest ściśle związana z prędkością obrotową.

Dla danej mocy, im wyższa prędkość obrotowa silnika, tym mniejszy będzie jego rozmiar i mniej materiałów będzie potrzebnych. Silniki komutatorowe prądu stałego i przemiennego mogą być zaprojektowane na dowolną prędkość obrotową (nawet do 10000 5000 obr./min). Jednak w oparciu o warunki niezawodnej pracy szczotek na kolektorze nie zaleca się budowania silników o prędkości obrotowej większej niż XNUMX obr./min.

W silnikach asynchronicznych wszystkich typów prędkość wirnika zależy od częstotliwości prądu przemiennego, która pozostaje niezmieniona. W przypadku najczęściej stosowanych silników dwubiegunowych prędkość synchroniczna przy 50 Hz wynosi 3000 obr./min (w tym poślizg 2900 obr./min). Takie prędkości obrotowe są rzadko stosowane bezpośrednio, zwykle między silnikiem a napędzanym mechanizmem umieszcza się skrzynię biegów.

Napięcie silnika jest określane przez zasilanie. Na przykład silnik elektryczny samochodu liczy na napięcie akumulatora.

Obliczenia silników prądu stałego rozpoczynają się od określenia dwóch głównych wymiarów: średnicy i długości twornika. Te wymiary są zawarte we wzorze

D²l = Pa 10⁹/1,1 AS B n (cm³), (jeden)

gdzie D jest średnicą kotwicy, cm; l - długość kotwicy, cm; Pa - moc obliczeniowa, W; AS - obciążenie liniowe kotwy, A/cm; B - indukcja magnetyczna w szczelinie powietrznej, Gs; n - znamionowa prędkość obrotowa, obr./min.

Lewa strona wzoru (1) jest proporcjonalna do objętości twornika. Jak widać z prawej strony (1), objętość twornika jest proporcjonalna do mocy silnika Pa i odwrotnie proporcjonalna do prędkości obrotowej n. Z tego możemy wywnioskować, że im większa prędkość obrotowa twornika silnika, tym mniejsze są jego wymiary, a wymiary pozostałych części silnika zależą od wielkości twornika.

Szacowana moc silnika

Pa = EI = P(1 + 2 lata)/3 lata (W), (2)

gdzie E jest polem elektromagnetycznym indukowanym w uzwojeniu twornika, gdy obraca się ono w polu magnetycznym; I - prąd pobierany przez silnik ze źródła, A; P - znamionowa moc silnika, W; y - sprawność silnika, której wartość można określić na podstawie rys. 52 (jak widać z krzywej, wartość sprawności gwałtownie spada wraz ze spadkiem mocy silnika). Moc znamionowa silnika jest zawsze większa niż moc znamionowa.

Prąd silnika

I \u3d P / U y (A), (XNUMX)

gdzie U jest napięciem znamionowym.

Zdefiniujmy EMF E:

E \u4d Pa / I (B). (cztery)

Obciążenie liniowe twornika

AS = NI/2πD (A/cm). (5)

We wzorze (5) N oznacza liczbę przewodów uzwojenia twornika, dwa w mianowniku oznaczają, że całkowity prąd twornika I rozgałęzia się między dwoma przewodami uzwojenia, iloczyn πD jest obwodem twornika.

Obciążenie liniowe AS i indukcja magnetyczna w szczelinie powietrznej B nazywane są obciążeniami elektromagnetycznymi. Pokazują one, jak mocno silnik jest obciążony elektrycznie i magnetycznie. Wartości te nie mogą przekraczać określonej granicy, w przeciwnym razie silnik przegrzeje się podczas pracy.

Nagrzewanie się silnika zależy nie tylko od obciążeń elektromagnetycznych, ale także od czasu jego pracy. Niektóre silniki pracują przez długi czas bez zatrzymywania się (silniki wentylatorów). Inne silniki pracują z przerwami, podczas których mają czas na ostygnięcie (silniki odkurzaczy, lodówek). Praca silnika z przerwami nazywana jest pracą przerywaną.

Możesz wyznaczyć obciążenie liniowe i indukcję magnetyczną zgodnie z rys. 53 i 54 (gdzie moce znamionowe podzielone przez znamionowe prędkości obrotowe są wykreślone wzdłuż osi poziomej, np. przy mocy 15 W i prędkości 3000 obr./min, musisz wziąć liczbę 5 wzdłuż osi odciętych).

Przejdźmy do wzoru (1). W nim średnica i długość kotwicy są ze sobą połączone w pewnym stosunku. Oznacz stosunek l/D = k. Wartość k dla małych silników zawiera się w przedziale od 0,7 do 1,2. Jeśli wymagany jest silnik o krótszej długości, ale większej średnicy, wybierz k = 0,7. I odwrotnie, jeśli silnik ma być umieszczony w rurze o małej średnicy, wybierz k = 1,2. Wprowadzając zależność l/D = k w (1), pozbywamy się jednej niewiadomej l, a wzór (1) przyjmuje następującą postać:

re = (pa 10⁹/1,1 tys. AS B n)^1/3 (cm). (6)

Po obliczeniu wartości D znajdujemy l przez współczynnik k. W ten sposób określa się główne wymiary silnika. Teraz obliczmy uzwojenia twornika. Aby to zrobić, musisz określić strumień magnetyczny silnika. Jeśli indukcja magnetyczna w szczelinie powietrznej zostanie pomnożona przez obszar, przez który linie sił wchodzą do twornika, otrzymamy strumień silnika

Ф = B atl, (7)

gdzie t jest podziałem biegunów, tj. część obwodu twornika na biegun. W silniku dwubiegunowym t = πD/2. Współczynnik a jest zwykle przyjmowany jako równy 0,65. Wartość B znajduje się zgodnie z wykresem na ryc. 54. Liczba przewodów twornika jest określona przez wzór

N = E 60 10⁸/F rzecz. (osiem)

Liczba przewodów nie może być liczbą całkowitą. Przewody uzwojenia twornika muszą być równomiernie rozmieszczone w szczelinach twornika. Liczba szczelin Z jest określana z zależności Z = 3D. Zaleca się wziąć najbliższą liczbę nieparzystą. Liczba przewodów w żłobku Nz = =N/Z musi być parzysta, aby nawinąć uzwojenie w dwóch warstwach. Wybór ten zostanie wyjaśniony na przykładzie.

Przekrój drutu dla uzwojenia twornika S można określić, dzieląc prąd w przewodzie I przez gęstość prądu g: S = I / 2g. Krzywa 1 na ryc. 55 może być wykorzystana do wyboru gęstości prądu.

Ta sekcja jest wstępna. Zgodnie z podręcznikiem (na przykład „Komponenty i materiały radiowe”, s. 8) musisz znaleźć przekrój standardowego drutu, który jest najbliższy obliczonemu. W tej samej tabeli znajdujemy średnicę drutu d.

Teraz określmy rozmiar rowka. Jej przekrój W, niezbędny do umieszczenia drutów nawojowych,

W=d² Nz/Kz (mm²). (9)

Współczynnik Kz nazywany jest współczynnikiem wypełnienia rowka. Pokazuje, jak ciasno przewodniki wypełniają rowek. Podczas obliczania możesz wziąć

Kz = 0,6-0,7.

Przy produkcji kotwy przekrój rowka powinien być jeszcze większy niż zgodnie ze wzorem (9), ponieważ tuleja izolacyjna 2 o grubości 0,2 mm i klin 3 wykonany z tektury o grubości 0,3 mm muszą nadal w nim pasować (ryc. 56) .

obszar zajmowany przez rękaw,

Sg = p tg (mm2), (10)

gdzie p - obwód rowka, mm; tg - grubość rękawa, mm.

obszar klina

Sc = hk bk (mm2), (11)

gdzie hk - grubość klina, mm; bk - szerokość klina, mm.

Zatem całkowity przekrój rowka wynosi Sp \u2d W + Sg + Sk. W przypadku okrągłego rowka średnicę można określić na podstawie jego pełnego przekroju dp = XNUMX Sp / p (mm).

Po określeniu wielkości rowka zgodnie z ryc. 56 można obliczyć grubość zęba. Najpierw znajdujemy średnicę koła Dn, na którym będą leżeć środki rowków. Aby to zrobić, odejmij średnicę rowka + 1 mm od średnicy kotwy

D_n = re - (zm_n +1).

Odległość między sąsiednimi gniazdami

t = pD_n/Z (mm),

grubość zęba

b_z = t - re_n (mm). (cztery)

Grubość zęba w miejscu zwężenia musi wynosić co najmniej 2 mm. Jeśli to nie poskutkuje, konieczne jest wycinanie rowków o skomplikowanym kształcie, a ponieważ jest to trudne, możliwe jest zwiększenie średnicy kotwy w taki sposób, aby uzyskać zęby o grubości co najmniej 2 mm. Szczelina rowka „a” musi być o 1 mm większa niż średnica drutu d_z.

Przekrój szczotki węglowej lub grafitowej

S_щ = ja/d_щ(5)

gdzie d_щ - gęstość prądu pod pędzlem.

Przechodzimy do obliczeń układu magnetycznego. W przypadku silnika domowej roboty najłatwiej jest zastosować układ magnetyczny typu otwartego (ryc. 57, gdzie 1 to impregnowany papier; 2 to kołnierz; 3 to cewka).

Przede wszystkim określamy szczelinę powietrzną q między twornikiem a biegunami. W maszynach prądu stałego przyjmuje się zwiększoną szczelinę, która zmniejsza efekt rozmagnesowania pola magnetycznego twornika. Szczelina powietrzna

q = 0,45 t S/B (cm). (6)

Wymiary układu magnetycznego są obliczane na podstawie indukcji magnetycznych. Przy obliczaniu układu magnetycznego biegunów i ramy wartość strumienia magnetycznego należy zwiększyć o 10%, ponieważ część linii sił zamyka się między bokami ramy, omijając kotwicę. Dlatego strumień magnetyczny biegunów i łóżka

Fst \u1,1d XNUMXF.

Przyjmujemy indukcyjność w ramie Vst = 5000 Gs (0,5 T).

Określimy długość łóżka Lst zgodnie ze szkicem na ryc. 58.

Jeśli kształt ramy odpowiada ryc. 59 (gdzie 1 to cewka; 2 to słup; 3 to nit), to przepływ ramy Fst należy podzielić na pół, ponieważ rozwidla się wzdłuż dwóch równoległych ścieżek.

Na ryc. 58 linia przerywana pokazuje ścieżkę strumienia magnetycznego. Składa się z następujących sekcji: dwóch szczelin powietrznych, dwóch zębów, kotwicy i łoża. Aby dowiedzieć się, jaką siłę magnesującą Iw powinna mieć cewka, należy obliczyć Iw dla każdego z tych odcinków, a następnie dodać je wszystkie.

Zacznijmy od szczeliny powietrznej. Siła magnesowania szczeliny powietrznej

I_w = 1,6 qkB, (7)

gdzie q jest szczeliną powietrzną od strony kotwy (cm); k - współczynnik, który można przyjąć k = 1,1; B - indukcja w szczelinie powietrznej (Gs).

Aby określić siłę magnesującą (n.s.) zębów twornika, musisz znać indukcję w zębie. Grubość zęba określa wzór (4). Strumień magnetyczny wchodzi do zęba przez część obwodu twornika na ząb. Nazywa się to podziałem zębów i jest określony wzorem

t₁ = pD/Z. (osiem)

Indukcja w zębie będzie tyle razy większa niż indukcja w szczelinie powietrznej, ile razy grubość zęba jest mniejsza niż podział zęba. Ponadto należy wziąć pod uwagę, że część długości twornika zajmują warstwy izolacyjne między arkuszami, które stanowią 10%. Dlatego indukcja w zębie

B_z = B_t/b_z 0,9 (9)

Zgodnie z tabelą 2 indukcja ta odpowiada natężeniu pola Hz.

Tabela 2

Aby obliczyć n.s. przez dwie wysokości zębów, Hz należy pomnożyć przez dwukrotność wysokości zęba I_wz = H._z 2h_z. W tabeli w kolumnie pionowej wykreślono indukcję magnetyczną wyrażoną w tysiącach gausów, aw linii poziomej w setkach gausów. Jeżeli np. indukcja wynosi 10500 Gs, to żądana wartość natężenia pola znajduje się na przecięciu wiersza 10000 i kolumny 500 (w tym przypadku 6,3). Siłę magnesowania można określić, mnożąc natężenie przez długość linii pola.

Przy obliczaniu indukcji w rdzeniu twornika należy wziąć pod uwagę, że strumień magnetyczny w nim rozgałęzia się, a zatem tylko połowa strumienia przypada na jedną sekcję. Przekrój rdzenia twornika (zgodnie z ryc. 58) jest równy odległości h_a od podstawy rowka do wału, pomnożona przez długość twornika h_a = D/2 - godz_z -d_b/2. Należy również wziąć pod uwagę warstwy izolacyjne między arkuszami. Zatem indukcja w rdzeniu twornika

B_a = Ф/(2 godz_al 0,9).

Ta indukcja w powyższej tabeli odpowiada Ha. Siła magnesująca rdzenia twornika I_w = HL_a, gdzie L_a - długość linii elektroenergetycznej w rdzeniu wg rys. 58:

L_a = n(D - 2h_z -h_a)/2 (cm).

Jak widać na ryc. 58, ten silnik nie ma wystających biegunów, które połączyły się z ramą. Dlatego obliczenie stałej części obwodu magnetycznego ogranicza się do obliczenia ramy.

Szerokość ramy jest określona przez podaną indukcję B = 5000 Gs.

Stąd

b_cm = F_cm/5000 x dł x 0,9 (cm).

Natężenie pola Hcm dla indukcji 5000 Gs podano w tabeli 2. Podczas określania długości linii pola w kadrze występują trudności. W końcu długość boku łóżka zależy od grubości cewki, ale nie jest znana. Dlatego przyjmujemy grubość cewki równą 30 wartościom szczeliny powietrznej. Po określeniu długości linii pola w ramie Lst ze szkicu obliczamy siłę magnesującą (n.s.) dla ramy

Iw_ct =L_ct Н_ct.

Teraz dodajemy n.s. wszystkie strony

Iw₀ =Iw_d +Iw_z +Iw_a +Iw_ct .

taki n.s. powinien tworzyć cewkę, gdy silnik pracuje na biegu jałowym, ale po obciążeniu pojawi się efekt rozmagnesowania pola magnetycznego twornika. Dlatego potrzebujemy marginesu, który obliczamy według wzoru

Iw_p = 0,15 t AS (zakręty A). (dziesięć)

Liczbę zwojów cewki można obliczyć z sumy Iw: w = Iw/I. Aby określić przekrój drutu, należy podzielić prąd przez gęstość prądu (określamy to na podstawie krzywej 2 na ryc. 55. Zgodnie z tabelami podręcznika „Komponenty i materiały radiowe” znajdujemy najbliższy standardowy przekrój i średnica drutu w izolacji d_z. Powierzchnia zajmowana przez zwoje cewki, F = wd_z2/k_з (k_з - współczynnik wypełnienia). Podziel pole F przez długość cewki (na szkicu l_к) i uzyskaj jego szerokość b_к = F/l_к.

Przykład obliczenia silnika prądu stałego

Dane znamionowe silnika: P = 5 W, U = 12 V, n = 4000 obr./min. Zgodnie z krzywą na ryc. 52 określamy sprawność silnika na 30%, zgodnie ze wzorem (2) - szacowana moc silnika

Pa \u5d 1 (2 + 0,3x3) / 0,3x8,9 \uXNUMXd XNUMX W.

Aby znaleźć wartości AS i B zgodnie z krzywymi z rys. 53 i 54 obliczamy stosunek mocy silnika wyrażonej w miliwatach do prędkości obrotowej 5000/4000 = 1,25. Z rys. 53 znajdujemy AS = 50 A/cm. Podobnie, zgodnie z ryc. 54, znajdujemy indukcję w szczelinie powietrznej B = 2200 Gs. Przyjmujemy stosunek l/D = 1. Podstawiamy wartości liczbowe obliczonych wartości do wzoru (6) i znajdujemy średnicę twornika D=(8,9x10⁹/1,1x50x2200x4000)^1/2 = 2,6 cm.

Przy k = 1 długość kotwy wynosi l = 2,61 = 2,6 cm.

Prąd twornika według wzoru (3)

I \u5d 0,3 / 12x1,4 \uXNUMXd XNUMX A.

SEM uzwojenia twornika według wzoru (4)

E \u3,14d 2,6 1,4 / 6,3 \uXNUMXd XNUMX V.

Podział bieguna kotwicy t \u3,14d 2,6x2 / 4,1 \uXNUMXd XNUMX cm.

Strumień magnetyczny według wzoru (7)

F \u0,65d 4,1x2,6x2200x15200 \uXNUMXd XNUMX.

Liczba przewodów uzwojenia twornika według wzoru (8) N = = 6,3x60x10⁸/ 15200x4000 \u620d 3. Liczba rowków twornika z \u2,6d 7,8x7 \u620d 7. Zaokrąglij w górę do najbliższej nieparzystej liczby z = 88. Liczba przewodów w gnieździe wynosi Nz = =2/10= 2. Ta liczba jest podzielna przez 1,4, więc nie ma potrzeby jej zaokrąglania. Przekrój przewodu uzwojenia twornika przy d = 2A / mm10 s = 0,07 / 2xXNUMX = XNUMX mmXNUMX.

Zgodnie z krzywą 1 Rys.55 o przekroju 0,07 mm² należy przyjąć gęstość prądu 8 A/mm2. Dostosuj przekrój drutu 0,07x10/8 = 0,085 mm² i średnicy drutu 0,33 mm. Biorąc pod uwagę grubość izolacji, średnica izolowanego drutu wynosi 0,37 mm². Przekrój rowka według wzoru (9) S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. Średnica koła zajmowanego przez przewody uzwojenia d0 = (4x17,2 / 3,14) 1/2 = 4,7 mm. Obwód tulei izolacyjnej p \u3,14d \u4,7d 14,7x10 \u14,7d 0,2 mm. Powierzchnia rowka zajmowana przez tuleję zgodnie ze wzorem (2,9) Sg = XNUMX XNUMX = XNUMX mm². Powierzchnia rowka zajmowana przez klin, zgodnie ze wzorem (11) Sc = 0,3 3 = 0,9 mm². Pełny przekrój rowka Sp \u17,2d 2,9 + 0,9 + 21 \uXNUMXd XNUMX mm². Średnica rowka dp \u4d (21x3,14 / 1) 2/5,2 \u26d 5,2 mm. Średnica koła, na którym znajdują się środki rowków, Dp = 1 - (19,8 + 3,14) = 19,8 mm. Odległość między sąsiednimi rowkami wynosi 7 8,9/8,9 = 5,2 mm. Grubość zęba w miejscu zwężenia bz = 3,7 - 0,37 = 1 mm. Szczelina szczelinowa a \u1,37d 7 + 1,4 \u6d 0,23 mm. Liczba płyt kolektora K \uXNUMXd XNUMX. Przekrój szczotki Ssh \uXNUMXd XNUMX / XNUMX \uXNUMXd XNUMX cm². Możesz wziąć kwadratowy pędzel o bokach 5 x 5 mm. Szczelina powietrzna między twornikiem a słupem według wzoru (6, RE 10/2000) wynosi 0,45x4,1x50/2200 = 0,4 mm.

Aby określić n.s. cewki, obliczymy obwód magnetyczny zgodnie z ryc. 58. Np. szczelina powietrzna zgodnie ze wzorem (7, RE 10/2000) Iwd = 1,6x0,04x1,1x2200 = 155 obrotów A.

Podział zęba wg wzoru (8, RE 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm Indukcja w zębie wg wzoru (9, RE 10/2000) Bz = 2200x1,2 / 0,37x0,9 8000 = 10 gausów. Natężenie pola zęba zgodnie z tabelą (RE 2000/10, s. 4,05) Нz = 4,05. Np. zęby Iwz \u2d 0,57x4,6x15200 \u2d 0,5 Avitkov. Indukcja w rdzeniu twornika Ba = 2,6 / 0,9x6500x3,2x3,2 = 1,5 Gs. Zgodnie z tą samą tabelą dla tej indukcji Na = 4,8. Np. dla rdzenia twornika Iw = 1,1x15200 = 16700 zwojów A. Określamy n.s. dla stałych części obwodu magnetycznego. Strumień magnetyczny złoża Fst = XNUMXxXNUMX = XNUMX.

Weźmy indukcję w łóżku 5000 gausów. Wtedy szerokość łóżka bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4 cm Zgodnie z tabelą indukcja 5000 Gs odpowiada wartości Hst = 2,5. Aby określić długość linii pola w ramce, bierzemy grubość cewki bk \u30d 30d \u0,04d 1,2x58 \u4,5d 2,5 cm Zgodnie z ryc. 4,5 określamy średnią długość linii pola Lst \ u11d 0 cm. łóżka Iwct \u155d 4,6x4,8 \u11d 175 obrotów A. Teraz dodajemy n.s. wszystkie sekcje IwXNUMX = XNUMX + XNUMX + XNUMX + XNUMX = XNUMX A-zwojów.

Siła rozmagnesowania wg wzoru (10) Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A-turn. następnie n.w. przy obciążeniu silnika Iw = 175 + 31 = 206 obrotów A. Liczba zwojów cewki w = 206 / 1,4 = 147 zwojów. Przyjmujemy gęstość prądu w cewce równą 5 A / mm², to przekrój drutu s = 1,4/5 = 0,28 mm2. Najbliższy odcinek standardowego drutu s = 0,273 mm² i średnicy drutu 0,59 mm. Średnica izolowanego drutu wynosi 0,64 mm. Powierzchnia zajmowana przez zwoje cewki F = 147x0,642 / 0,7 = 86 mm². Długość cewki zgodnie z ryc. 58 jest równa lk = 12 mm. Stąd grubość cewki bk=86/12=7,2 mm.

Obliczanie jednofazowych silników asynchronicznych

Ustawiamy moc silnika P (W), napięcie U (V) oraz prędkość obrotową n (rpm). Szacunkowa moc silnika

Wartość η cos φ jest pobierany z krzywej na rys.60.

Średnica zewnętrzna stojana

Da = (14Pa)^1/3 (cm). ( 2 )

Średnica wewnętrzna stojana

D = 0,55 Da (cm). ( 3 )

Długość stojana l = D (cm). Podział biegunów t = 3,14 D/2 (cm). Wybieramy indukcję magnetyczną w szczelinie powietrznej B zgodnie z krzywą na ryc. 54. Strumień magnetyczny, jak powyżej, jest określony wzorem Ф = a B t l. Dla silników jednofazowych można wybrać wartość „a” równą 0,72.

Liczba żłobków stojana dla silników z przełączanym uzwojeniem rozruchowym jest dobierana jako wielokrotność 6. Dla silników o mocy do 10 W można przyjąć 12 żłobków stojana. Spośród nich 8 zajmie uzwojenie robocze, a 4 - początkowe. W przypadku silników o większej mocy wymaganych jest 18 żłobków stojana (12 żłobków - uzwojenie robocze, 6 - rozruch). Liczba zwojów uzwojenia roboczego

w_p = U 10^6/2,5 stopnia ( 4 )

Liczba przewodów w rowku uzwojenia roboczego

N_z = 2 tyg_p/z_p, ( 5 )

gdzie z_p - liczba gniazd zajmowanych przez uzwojenie robocze. Prąd w uzwojeniu roboczym

I=P_a/U(A). ( 6 )

Przekrój przewodu uzwojenia roboczego S = I / d. Znajdujemy średnicę drutu w izolacji jak powyżej. Wymiary szczelin są określane podobnie do obliczeń silników prądu stałego. Uzwojenie początkowe zajmuje 1/3 żłobków stojana. Liczba zwojów uzwojenia początkowego zależy od tego, który element jest włączony podczas rozruchu szeregowo z uzwojeniem początkowym. Jeśli rezystancja czynna służy jako element, wówczas liczba zwojów uzwojenia początkowego jest 3-4 razy mniejsza niż liczba zwojów uzwojenia roboczego. Ale zajmuje 2 razy mniej gniazd, dlatego w każdym gnieździe będzie 1,5-2 razy mniej zwojów niż w gnieździe uzwojenia roboczego. Uzwojenie początkowe nawijamy tym samym drutem, co uzwojenie robocze. Jeśli kondensator jest używany jako element rozruchowy, wówczas liczba zwojów uzwojenia początkowego jest równa liczbie zwojów uzwojenia roboczego.

Aby uzwojenie początkowe zmieściło się w rowkach, przekrój drutu musi być o połowę mniejszy. Schemat uzwojenia i kolejność układania go w rowkach pokazano na ryc. 61.

Liczba żłobków wirnika dobierana jest w zależności od liczby żłobków stojana. Przy 12 gniazdach stojana możesz wziąć 9 gniazd wirnika, a przy 18 gniazdach stojana 15 gniazd wirnika. Średnicę rowka wirnika dobiera się tak, aby całkowity przekrój prętów wirnika był 1,5-2 razy większy niż całkowity przekrój przewodów roboczego uzwojenia stojana. Pręty miedziane należy wbić w rowki wirnika, które są przylutowane do pierścieni zamykających na końcach wirnika. Przekrój pierścienia zamykającego powinien być w przybliżeniu trzykrotnie większy od przekroju pręta. Moment rozruchowy silnika zależy od rezystancji uzwojenia wirnika, dlatego w przypadku silnika o dużym momencie rozruchowym pręty wirnika powinny być wykonane z mosiądzu lub brązu. Szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem w silnikach asynchronicznych powinna być jak najmniejsza. W silnikach fabrycznych szczelina wynosi zwykle 0,25 mm. W domowych silnikach 0,3-0,4 mm.

Kondensator rozruchowy dla silników małej mocy wynosi zazwyczaj 3-10 uF. Należy pamiętać, że na zaciskach kondensatora generowane jest napięcie znacznie wyższe niż napięcie sieciowe, dlatego kondensatory należy ustawić na napięcie równe trzykrotności napięcia sieciowego. Wraz ze spadkiem napięcia pojemność kondensatora wzrasta zgodnie z prawem kwadratowym, dlatego dla napięcia roboczego 12 V należałoby zastosować kondensatory o dużej pojemności (do 1000 mikrofaradów).

Przykład obliczenia jednofazowego silnika asynchronicznego

Dane znamionowe: moc 3 W, napięcie 220 V, prędkość obrotowa 3000 obr/min, praca przerywana silnika. Zgodnie z krzywą na ryc. 60 znajdujemy produkt η cos = 0,25.

Szacunkowa moc silnika wg wzoru (1) P_а = 3 / 0,25 = 12 V.A. Zewnętrzna średnica stojana według wzoru (2)

D_a =(14x12)^1/3 = 5,5 cm.

Dla uproszczenia przyjmijmy kształt stojana w postaci kwadratu opisanego w pobliżu średnicy zewnętrznej (ryc. 62).

Średnica wewnętrzna stojana wg wzoru (3) D = 0,55x0,55 = 3 cm Długość stojana l = 3 cm Podział biegunów t = 3,14x3/2 = 4,7 cm Indukcja magnetyczna w powietrzu szczelina wzdłuż górnej krzywej (patrz rys. 54) wynosi 2800 gausów, ale przy kwadratowym stojanie należy ją zwiększyć do 4000 gausów. Strumień magnetyczny Ф \u0,72d 4000x4,7x3x40600 \u12d 8. Liczba żłobków stojana wynosi 4, z czego 4 dla uzwojenia roboczego, XNUMX dla początkowego. Liczba zwojów uzwojenia roboczego zgodnie z (XNUMX)

w_p = 220x10⁶/ 2,5x40600 = 2170 obrotów.

Liczba przewodów w rowku uzwojenia roboczego N_z \u2d 2170x8 / 542 \u6d 12. Natężenie prądu w uzwojeniu roboczym zgodnie ze wzorem (220) I \u0,055d 5/XNUMX \uXNUMXd XNUMX A. Przy gęstości prądu d \uXNUMXd XNUMX A / mm² przekrój drutu s = 0,055/5 = 0,011 mm². Ten przekrój odpowiada średnicy przewodu PEL w izolacji 0,145 mm. Przy współczynniku wypełnienia rowka przewodami równym 0,5 powierzchnia rowka zajmowana przez przewody wynosi s = 0,1452x542 / 0,5 = 27 mm². Średnica koła zajmowanego przez przewodniki uzwojenia, d₀ \u4d (27x3,14 / 1) 2/5,9 \u3,14d 5,9 mm. Obwód tulei izolacyjnej p \u18,3d XNUMXxXNUMX \uXNUMXd XNUMX mm. Powierzchnia rowka zajmowana przez tuleję, S_z = 18,3x0,2 = 3,7 mm². Powierzchnia rowka zajmowana przez klin Sk = 0,3x3 = 0,9 mm². Całkowity przekrój rowka S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. Średnica rowka dn \u4d (31,6x3,14 / 1) 2/6,3 \u6,5d XNUMX mm, zaokrąglona do XNUMX mm. Średnica koła, na którym znajdują się środki rowków, D_n = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 mm.

Odległość między sąsiednimi rowkami t \u3,14d 37,5x12 / 9,6 \u9,6d 6,5 mm. Grubość zęba w miejscu zwężenia bz = 3,1 - 0,145 = 1 mm. Wycięcie rowka a = 1,145 + 1,2 = XNUMX mm, zaokrąglone do XNUMX mm.

Zakłada się, że szczelina powietrzna wynosi 0,3 mm. Średnica wirnika Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4 mm. Liczba żłobków wirnika wynosi 9. Całkowity przekrój miedzi w żłobkach roboczego uzwojenia stojana wynosi 0,011 x 542 x 8 = 47 mm². Całkowity przekrój miedzi w rowkach wirnika wynosi 47x1,5 = 70,5 mm2. Przekrój pręta wirnika 70,5: 9 = 7,8 mm². Średnica tłoczyska wirnika (4x7,8/3,14)^1/2 = 3,1 mm. Najbliższa standardowa średnica drutu to 3,05 mm. Średnica rowka wirnika z naddatkiem na pręty napędowe 3,05 + 0,25 = 3,3 mm. Średnica koła, na którym znajdują się środki rowków wirnika, wynosi 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1 mm. Odległość między sąsiednimi rowkami wynosi 3,14x25,1/9 = 8,7 mm. Grubość zęba wirnika w najwęższym miejscu wynosi 8,7 - 3,3 = 5,4 mm.

Autor: A.D. Pryadko

Zobacz inne artykuły Sekcja Silniki elektryczne.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Napędy UHD Blu-ray do komputerów PC 26.01.2017 Pomimo surowych ograniczeń nałożonych na odtwarzanie UHD BD na komputerach PC przez stowarzyszenie Blu-ray Disc Copyright Association, Pioneer ogłosił wydanie dwóch 5,25-calowych napędów optycznych w tym formacie. Są to modele SATA 11 Gb/s BDR-S11J-BK i BDR-S6J-X, które obsługują odczyt płyt Blu-ray z zawartością 4K. Parametry prędkości napędów w trybie nagrywania są następujące (wskazano wartości maksymalne): BD-R - 16x, BD-RE - 2x, BD-R LTH - 8x, DVD-RAM - 5x, DVD+RW - 8x, DVD+-R DL - 8x , DVD±R - 16x, CD-RW - 24x, CD-R - 40x. BDR-S11J-BK Pioneera posiada błyszczącą czarną ramkę, podczas gdy BDR-S11J-X zapewnia lepszą jakość dźwięku podczas odtwarzania płyt AudioCD. Urządzenia trafią do sprzedaży w lutym w cenach zaczynających się od 195 dolarów. Oprogramowanie Cyberlink będzie zawarte w ich pakiecie. Jednak dla tych, którzy chcą mieć możliwość oglądania filmów 4K z nośników Blu-ray na swoich komputerach, trzeba mieć na uwadze wymagania systemowe, w tym Windows 10, procesor Intel Core najnowszej generacji z obsługą instrukcji Intel SGX, a także wyświetlacz z HDMI 2.0 i HDCP 2.2 podłączony do karty graficznej zintegrowanej z procesorem.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Cynamon zmniejsza szkody spowodowane tłustymi potrawami

▪ Opracowany papier, który zamienia ciepło w energię elektryczną

▪ Sieci europejskie 100 Gb/s

▪ muzyczne karpie

▪ szum bakteryjny

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ Dział serwisu Materiały elektrotechniczne. Wybór artykułów

▪ artykuł Co jest potrzebne do przetrwania w warunkach autonomicznych. Podstawy bezpiecznego życia

▪ artykuł Gdzie mieszkają ludzie rasy kaukaskiej? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Kwalifikacja chorób zawodowych

▪ artykuł Prosty obwód brzęczyka. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Opalizująca moneta. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024