Исполнительные двигатели постоянного тока

Общие сведения

В системах автоматики и телемеханики, в различных приборах исполнительные двигатели постоянного тока находят не менее широкое применение, чем исполнительные двигатели переменного тока.

К положительным качествам исполнительных двигателей постоянного тока относятся следующие:

возможность получения теоретически любых, сколь угодно малых и больших частот вращения;

возможность простого, плавного, экономичного и в широком диапазоне регулирования частоты вращения;

устойчивость работы практически при любых частотах вращения;

линейность механических, а в ряде случаев и регулировочных характеристик;

отсутствие самохода;

значительный пусковой момент;

сравнительно небольшая электромеханическая постоянная времени;

малые габаритные размеры и масса (значительно меньшие, чем у исполнительных двигателей переменного тока).

Основным недостатком наиболее широко распространенных коллекторных (контактных) исполнительных двигателей постоянного тока, ограничивающим области их применения, является наличие скользящих контактов — коллектора и щеток.

Непостоянство переходного сопротивления скользящих контактов приводит к нестабильности характеристик двигателя. Искрение под щетками приводит к подгоранию контактов коллектора и щеток, т. е. обусловливает необходимость систематического ухода за ними и недопустимость установки двигателей обычного использования во взрывоопасных помещениях. Коллектор и щетки являются источниками радиопомех, для подавления которых требуются специальные фильтры.

Коллекторные исполнительные двигатели имеют механический коллектор и щетки. Причем различают двигатели с ферромагнитными шихтованными (массовыми) якорями, имеющими пазы (рис. 17.1), или с гладкими (беспазовыми) якорями и малоинерционные двигатели, якоря которых не имеют магнитных магнитопроводов.

По способу возбуждения коллекторные исполнительные двигатели постоянного тока могут быть с электромагнитным возбуждением (см. рис.13) и возбуждением от постоянных магнитов.

Рис.13. Исполнительный коллекторный двигатель постоянного тока:

1 — передний подшипниковый щит; 2 — щетки; 3 — обмотка полюса; 4 — корпус; 5 — статор в разрезе;

6 — задний подшипниковый щит; 7 — вал; 8 — сердечник якоря; 9 — полюс; 10 — обмотка якоря;

11 — коллектор; 12 — шариковый подшипник

У двигателей с электромагнитным возбуждением в качестве обмотки управления используется либо обмотка якоря — двигатели с якорным управлением (рис.14, а), либо обмотка полюсов — двигатели с полюсным управлением (рис.14, б). У двигателей, возбуждаемых постоянными магнитами, обмоткой управления является единственная их обмотка — обмотка якоря, поэтому они всегда работают при якорном управлении.

В схемах автоматики широко используются также бесконтактные двигатели постоянного тока, основные характеристики которых аналогичны характеристикам коллекторных исполнительных двигателей постоянного тока с якорным управлением.

Рис.14. Схемы включения исполнительных двигателей постоянного тока:

а — якорное управление; б — полюсное управление

По конструкции коллекторные исполнительные двигатели постоянного тока можно разделить на двигатели с якорем обычного исполнения — с полузакрытыми пазами на его цилиндрической поверхности; двигатели с гладким якорем, у которых обмотка якоря расположена на шихтованном гладком цилиндрическом ярме и укреплена с помощью эпоксидных смол и бандажей; двигатели с малоинерционными якорями (цилиндрическими и дисковыми), у которых во время работы вращается лишь обмотка якоря с коллектором, а ярмо якоря остается неподвижным.

Особенностью исполнительных двигателей постоянного тока с изменяющимся по значению магнитным потоком возбуждения (в отличие от обычных силовых двигателей) является то, что они имеют шихтованные (набранные из тонких листов электротехнической стали) не только магнитопровод якоря, но и спинку статора и полюсы, что необходимо для уменьшения постоянной времени при быстром изменении магнитного потока, а также потерь в магнитопроводе при работе двигателя в переходных режимах, которые являются обычными для исполнительных двигателей.

По габаритным размерам и массе двигатели постоянного тока в два-три раза меньше асинхронных исполнительных двигателей той же мощности, но в то же время они больше обычных силовых двигателей постоянного тока. Последнее объясняется тем, что, во-первых, магнитная цепь исполнительных двигателей, как правило, менее насыщена, что вызвано желанием получить линейные характеристики и устранить влияние на них поля реакции якоря, во-вторых, меньшими плотностями токов в обмотках, что диктуется желанием уменьшить их перегрев. Последнее очень важно, так как исполнительные двигатели постоянного и переменного токов никогда не снабжаются встроенными вентиляторами, которые, во-первых, малоэффективны (так как исполнительные двигатели практически никогда не работают при постоянных значительных частотах вращения, а работают в режимах пусков, остановок, реверсов); во-вторых, вследствие значительной инерционности вентиляторы увеличивают постоянную времени двигателя, снижая его быстродействие.