🗊Презентация Микродвигатели. Универсальные коллекторные микродвигатели

Микродвигатели

Микродвигатели

Универсальные коллекторные микродвигатели Универсальными коллекторными микродвигателями называют микродвигатели, которые могут работать как от сети постоянного тока, так и от однофазной сети переменного тока. В настоящее время универсальные коллекторные микродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением. 1. При питании двигателя от сети переменного напряжения ток якоря и поток возбуждения изменяются по синусоидальному за­кону: где i и Im– мгновенное и амплитудное значения тока;β– сдвиг по фазе между потоком возбуждения и током в якоре; φи Фm– мгно­венное и амплитудное значения потока;ω1– угловая частота тока.

2. Характеристики универсального коллекторного микродвигате­ля при питании от сети переменного тока несколько хуже, чем при питании от сети постоянного тока. Причина расхождения характе­ристик состоит в том, что при переменном токе на ток и его фазу существенное влияние оказывают индуктивные сопротивления об­моток якоря и возбуждения. 3. При работе универсального коллек­торного микродвигателя от сети переменно­го тока существенно ухудшается коммута­ция и усиливается искрение под щетками. Это объясняется тем, что коммутирующая катушка в данном случае пронизывается пульсирующим магнитным потоком воз­буждения и в ней наводится трансформа­торная эдс. Универсальные коллекторные микродвигатели довольно широко распространены благодаря тому, что они: 2. Характеристики универсального коллекторного микродвигате­ля при питании от сети переменного тока несколько хуже, чем при питании от сети постоянного тока. Причина расхождения характе­ристик состоит в том, что при переменном токе на ток и его фазу существенное влияние оказывают индуктивные сопротивления об­моток якоря и возбуждения. 3. При работе универсального коллек­торного микродвигателя от сети переменно­го тока существенно ухудшается коммута­ция и усиливается искрение под щетками. Это объясняется тем, что коммутирующая катушка в данном случае пронизывается пульсирующим магнитным потоком воз­буждения и в ней наводится трансформа­торная эдс. Универсальные коллекторные микродвигатели довольно широко распространены благодаря тому, что они: 1) работают от источников как постоянного, так и переменного тока; 2) при работе от любого из источников позволяют просто, плавно и широко регулировать угловую скорость ротора изменением подводимого к двигателю напряжения и шунтированием якоря или обмотки возбуждения активным сопротивлением; 3) позволяют получать на промышленной частоте весьма высокую угловую скорость ротора (до 2000 рад/с), недостижимую при применении синхронных и асинхронных двигателей промышленной частоты без повышающего редуктора.

Двухфазные асинхронные микродвигатели По сравнению с асинхронными микродвигателями общего при­менения исполнительные микродвигатели имеют повышенное актив­ное сопротивление ротора. Это связано с требованиями обеспечения устойчивой работы исполнительных микродвигателей во всем ра­бочем диапазоне угловых скоростей (скольжение s= 0÷1) и ис­ключения параметрического самохода. В зависимости от конструкции ротора различают три основ­ных типа исполнительных асинхронных микродвигателей: с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», с полым немагнит­ным и полым ферромагнитным роторами. Исполнительные асинхронные микродвигатели с ротором типа «беличья клетка» имеют такое же устройство, как и трехфазный асинхронный двигатель с аналогичным ротором. Отличие состоит только в том, что в настоящее время их выпускают в основном так называемой сквозной конструкции.

В системах автоматики широко применяются исполнительные микродвигатели с полым немагнитным ротором. Исполнительный микродвигатель АДП-123 с полым немагнитным ротором 3 и обмотками возбужде­ния на внешнем статоре 1. Внутренний статор 2 – безобмоточный. Полый немагнитный ротор исполнительного асинхронного микро­двигателя в отличие от роторов других типов обладает незначитель­ным индуктивным сопротивлением, что повышает линейность меха­нических и регулировочных характеристик двигателя. В системах автоматики широко применяются исполнительные микродвигатели с полым немагнитным ротором. Исполнительный микродвигатель АДП-123 с полым немагнитным ротором 3 и обмотками возбужде­ния на внешнем статоре 1. Внутренний статор 2 – безобмоточный. Полый немагнитный ротор исполнительного асинхронного микро­двигателя в отличие от роторов других типов обладает незначитель­ным индуктивным сопротивлением, что повышает линейность меха­нических и регулировочных характеристик двигателя.

Гладкая цилиндрическая поверхность полого немагнитного рото­ра способствует снижению уровня шумов, создаваемых двигателем. Отсутствие радиальных сил притяжения полого немагнитного ротора к статору, уменьшение массы ротора и соответственно мо­мента трения в подшипниках обеспечивают уменьшение напряже­ния трогания. Гладкая цилиндрическая поверхность полого немагнитного рото­ра способствует снижению уровня шумов, создаваемых двигателем. Отсутствие радиальных сил притяжения полого немагнитного ротора к статору, уменьшение массы ротора и соответственно мо­мента трения в подшипниках обеспечивают уменьшение напряже­ния трогания. Недостатком микродвигателя с полым немагнитным ротором яв­ляется большой немагнитный зазор. Из-за большого немагнитного зазора между внешним и внутрен­ним статорами, составляющего 0,5 – 1,5 мм, эти двигатели имеют значительный намагничивающий ток (0,8 – 0,9 от номинального) и низкий коэффициент мощности. Микродвигатели с полым немагнитным ротором менее надежны при высоких температурах, вибрации и ударах, так как вероят­ность деформации полого немагнитного ротора в указанных усло­виях выше, чем ротора типа «беличья клетка».

Микродвигатели с расщепленными экранированными полюсами Наиболее простыми однофазными двигателями переменного тока являются микродвигатели с расщепленными экранированными по­люсами (рис. 2.19, а) в асинхронном и синхронном исполнении. Статор 1 такого двигателя явнополюсный и состоит из двух паке­тов электротехнической стали. На статоре имеется однофазная об­мотка возбуждения 2. На каждом из полюсов 3 находится про­дольный паз, в котором размещается одна из сторон короткозамк­нутых витков 4, охватывающих и экранирующих часть (от 1/5до1/2полюсной дуги) полюса. В расточке полюсов помещается ротор 5 двигателя. Векторная диаграмма микродвигателя. Конструкция ротора зависит от типа микродвигателя. В двигателях асинхронного исполнения ротор типа «беличья клет­ка», полый немагнитный или ферромагнитный. При синхронном варианте ротор может быть с постоянным магнитным (активный), из магнитотвердого материала (гистерезисный) или с перемен­ным вдоль окружности магнитным сопротивлением (реактивный).

Существенным преимуществом однофазных микродвигателей с расщепленными полюсами кроме простоты конструкции и неболь­шой стоимости является их надежная работа при частых пусках и остановах под напряжением. Это объясняется тем, что основными потерями в двигателе являются электрические потери в коротко­замкнутых витках. Следовательно, полные потери в двигателе практически не меняются от режима холостого хода до короткого замыкания (остановки ротора при напряжении на зажимах обмот­ки возбуждения) и не происходит недопустимого перегрева обмот­ки возбуждения. Существенным преимуществом однофазных микродвигателей с расщепленными полюсами кроме простоты конструкции и неболь­шой стоимости является их надежная работа при частых пусках и остановах под напряжением. Это объясняется тем, что основными потерями в двигателе являются электрические потери в коротко­замкнутых витках. Следовательно, полные потери в двигателе практически не меняются от режима холостого хода до короткого замыкания (остановки ротора при напряжении на зажимах обмот­ки возбуждения) и не происходит недопустимого перегрева обмот­ки возбуждения. Один из основных недостатков описываемых микродвигателей состоит в том, что вследствие существенной эллиптичности магнит­ного поля они развивают незначительный пусковой момент.

Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами на роторе В синхронных микродвигателях с постоянными магнитами наибо­лее распространенными являются роторы с радиальным (а) и аксиальным (б) расположением постоянных маг­нитов и короткозамкнутой обмотки. Ротор состоит из двух основных частей: а) постоянных магнитов 1, создающих магнитный поток воз­буждения ротора и обеспечивающих возникновение электромагнит­ного момента в синхронном режиме; б) короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка» 3, уло­женной в сердечник 2 из электротехнической стали и обеспечиваю­щей возникновение электромагнитного момента в процессе асин­хронного пуска. Электромагнитный момент создается в результате взаимодейст­вия вращающегося поля статора с полем возбуждения ротора, ко­торые вращаются с одинаковой угловой скоростью, равной угловой скорости ротора.

Принцип работы синхронного микродвигателя основан на способности обмотки статора создавать вращающееся магнитное поле.  Принцип работы синхронного микродвигателя основан на способности обмотки статора создавать вращающееся магнитное поле.  У синхронных микродвигателей с постоянными магнитами при­меняют асинхронный метод пуска, т.е. в процессе разгона ротора до угловой скорости, близкой к синхронной, двигатель работает как асинхронный. Вращающееся магнитное поле статора во взаи­модействии с токами, наведенными этим полем в короткозамкнутой обмотке ротора, создает асинхронный момент Ма. Особенность пус­ка таких микродвигателей по сравнению с двигателями с электро­магнитным возбуждением заключается в том, что он происходит при наличии потока возбуждения ротора. Этот поток при вращении ротора наводит в обмотках статора э.д.с., частота которой не равна частоте напряжения питания. Под действием э.д.с. в цепи обмоток статора проходят токи, которые во взаимодействии с вызвавшим их потоком ротора создают тормозной момент Μт, на­правленный встречно к асинхронному вращающему моменту Ma.

Гистерезисные микродвигатели Синхронным гистерезисным на­зывают микродвигатель, вращающий момент которого возникает за счет гистерезиса при перемагничивании ротора. Силы взаимодействия элементар­ных магнитиков, например M1иM2, с потоком статора Fэм направ­лены вдоль этого потока и вращающего момента не создают. При перемещении потока статора в положение Б в том же направлении будут поворачиваться и элементарные магнитики (рис. 2.35, б). Однако вследствие явления гистерезисного запаздывания магнити­киM1иM2не повернутся на тот же угол, что и поток Ф1и между ними образуется угол гистерезисного запаздывания γг. После это­го силы взаимодействия Fэм будут иметь тангенциальные состав­ляющие Ft, которые и создадут гистерезисный момент асинхронно­го режима Mг.а.

Возникающий гистерезисный момент пропорци­онален модулю векторного произведения пространственных векторов магнитного потока ротора Ф2, образованного элементарными магнитиками, и м.д.с. статора F1, которые вращаются с одинако­вой угловой скоростью со сдвигом на угол γг:

Шаговые (импульсные) микродвигатели Шаговые (импульсные) двигатели представляют собой синхронные микродвигатели, у которых питание фаз обмотки якоря осуществляется путем подачи импульсов напряжения от какого-либо (например, электронного) ком­мутатора.

Принцип действия: под воздействием каждого импульса ротор двигателя совершает определенное угловое перемеще­ние, называемое шагом. Коммутатор преобразует заданную последовательность управляющих импульсов в m-фазную систему одно- и двухполярных прямоугольных импульсов напряжения. Схемы работы шагового двигателя при питании различных фаз обмотки якоря (а – в)

Лазерный микродвигатель Для прецизионного управления малыми космическими аппаратами массой около 1 кг требуется создать микродвигатели, производящие импульсы тяги на уровне 10 -9 Н·с. Задача по разработке микродвигателя для наноспутников может быть успешно решена с использованием явления лазерной абляции (испарения под действием излучения) благодаря высокой стабильности и эффективности современных импульсных твердотельных лазеров. Короткая длительность лазерного импульса в сочетании с высокой плотностью энерговыделения на поверхности мишени позволяют генерировать плазменный сгусток микроскопического размера с высокой скоростью истечения плазмы и практически полным отсутствием капельной фракции. В основе лазерно-плазменного двигателя лежит явление светоабляционного давления. Давление в плазме, создаваемой при лазерной абляции, приводит к высоким скоростям истечения вещества.

Динамика истечения плазменного факела из зоны абляции, зафиксированная благодаря использованию сверхскоростной регистрации изображений (длительность экспозиции камеры – 3 нс). Вписанные в прямоугольники цифры (в наносекундах) соответствуют времени, прошедшему по окончании воздействия лазерного импульса длительностью 5 нс Динамика истечения плазменного факела из зоны абляции, зафиксированная благодаря использованию сверхскоростной регистрации изображений (длительность экспозиции камеры – 3 нс). Вписанные в прямоугольники цифры (в наносекундах) соответствуют времени, прошедшему по окончании воздействия лазерного импульса длительностью 5 нс

Лазерное зажигание Использование лазерно-плазменного двигателя особенно привлекательно в качестве системы управления ориентацией малых (размером с яблоко и меньше) космических аппаратов. При этом для работы микродвигателя достаточно единственного лазера с разводкой лазерного излучения к мишенно-сопловым узлам с помощью элементов волоконной оптики. Такая конструкция позволяет существенно снизить весогабаритные и энергетические характеристики двигательной установки спутника.