книги из ГПНТБ / Мещеряков, В. В. Микроэлектродвигатели электронных устройств учеб. пособие

В. В. МЕЩЕРЯКОВ

МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Москва — 1973

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Кафедра электротехники и электроники

В. В. МЕЩЕРЯКОВ

МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

У т в е р ж д е н о Ученым Советом института в качестве учебного пособия

Москва — 1973

В В Е Д Е Н И Е

Микроэлектродвигатели являются одними из основных эле­ ментов многих схем автоматики, электроники, телемеханики и счетнорешающей техники. Они широко используются в различ­ ных специальных микроэлектроприводах, в схемах управления, регулирования и контроля в качестве силовых и преобразующих элементов. Требования, предъявляемые к микроэлектродвига­ телям автоматических и электронных устройств, весьма разно­ образны. Они зависят в основном от схемы, ее назначения, усло­ вий работы и от тек функций, которые микроэлектродвигатель выполняет в схеме. В одних схемах от микроэлёктродвигателей требуется плавное и в широких диапазонах регулирование ско­ рости вращения вала, в других — абсолютное постоянство ско­ рости вращения. В одних схемах вал мйкроэлектродвйгателя приводится во вращение баз нагрузки, в других — при большом моменте сопротивления. Иногда от них требуются сверхвысокие скорости вращения (до 300000 об/мин и более), а иногда — очень малые скорости вращения (доли оборота в минуту). В одних схемах микроэлектродвигатели питаются от источника постоян­ ного тока, в других — от источника! переменного тока промыш­ ленной частоты (50 гц), в третьих — от источника повышенной частоты (до 3000 гц). Эти разнообразные требования Наклады­ вают свои отпечатки как на устройство, так и на конструктивное оформление микроэлектродвигателей. Микроэлектродвигатели ус­ ловно находятся в пределах от долей ватта до нескольких сотен ватт номинальной мощности, т. е. от 5 • 10_3 вт до 600 вт.

По конструктивному устройству и принципу действия все микроэлектродвигатели подразделяются на три основные группы:

1)асинхронные бесколлекторные;

2)синхронные;

3)коллекторные.

4

хронные коллекторные микродвигатели применяются в основном там, где при наличии источника переменного тока промышленной частоты (50 гц) необходимы скорости вращения, превышающие 3000 обімин., т. е те скорости, которых при промышленной час­ тоте не могут обеспечить синхронные и бесколлекторные асин­ хронные двигатели. Универсальные коллекторные микроэлектро­ двигатели применяются в схемах, питание которых осуществляет­ ся или от сети переменного тока, или от сети постоянного тока. Они используются как для приводов с регулируемой скоростью вращения, так и для приводов с постоянной скоростью. Микроэлектродвигатели, применяемые в автоматических и электронных устройствах, в зависимости от характера выполнения функций, т. е. их назначения, могут быть разделены на:

а) основные — исполнительные, предназначенные для осущест­ вления различных функциональных зависимостей:

б) вспомогательные — силовые, предназначенные для обыч­ ного привода во вращения вала отдельных механизмов и узлов автоматических и электронных схем.

Теория микроэлектромашин автоматических и электронных устройств, базируясь на общей теории электрических машин, отличается и некоторыми особенностями. Многое из того, что в обычных электромашинах можно пренебречь, здесь является весьма существенным. Особенно большое значение здесь имеют вопросы электромагнитного расчета, погрешностей, связанных с устройством обмоток, сборкой статорных и роторных пакетов, эксцентриситетом, наличием пазов и зубцов, насыщением, тре­ нием, наличием скользящих контактов и т. д.

В связи с этим особенно точным должен быть электромагнит­ ный расчет, совершенная технология и культура производства. Нередко необходимо всемерно уменьшить размеры и вес, что большей частью -весьма трудно, так как микроэлектромашины автоматических и электронных устройств обычно являются прин­ ципиально мало использованными вследствие необходимости иметь незначительное магнитное насыщение магнитопровода.

Впервые микроэлектродвигатель для автоматического регу­ лирования применил в 1871 г. русский ученый В. Н. Чиколев. Первые двухфазные асинхронные микродвигатели были пост­ роены югославским ученым Н. Тесла в 1887 г. Исполнительные микроэлектродвигатели постоянного тока в системах автоматики применяются со второй половины прошлого столетия. Но осо­ бенно интенсивно микроэлектромашины переменного и постоян­ ного тока начали применяться в автоматических и электронных ' установках в 30 годах нашего столетия на основе работ совет­

6

Гл'й в а I.

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВУХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С ПОЛЫМ НЕМАГНИТНЫМ РОТОРОМ

§ 1,1. Некоторые свойства исполнительных микродвигателей переменного тока и требования, предъявляемые к ним

Исполнительными или управляемыми микроэлектродвигагеля-

ми называются микроэлектродвигатели, предназначенные для преобразования электрического сигнала (напряжения управления или его фазы) в механическое перемещение (вращение) вала, т. е. для электрической отработки

Обычно исполнительные микроэлектродвигатели имеют две обмотки. Одна из них постоянно питается напряжением и назы­ вается обмоткой возбуждения. На другую — обмотку управления

подается напряжение (сигнал) лишь тогда, когда требуется при­ вести вал микродвигателя во вращение. От величины или фазы напряжения, подводимого на обмотку управления (напряжение управления или сигнала), зависит скорость вращения и меха­ ническая мощность микроэлектродвигателя. В настоящее время в качестве исполнительных микродвигателей переменного тока (сервоэлектродвигателей переменного тока) применяются почти исключительно асинхронные микродвигатели с короткозамкну­ тым ротором. В зависимости от конструкции короткозамкнутого ротора все исполнительные асинхронные микроэлектродвигатели разделяются на:

1) исполнительный микродвигатель с обычным короткозамк­ нутым ротором в виде беличьей клетки;

2)исполнительный микродвигатель с полым немагнитным ротором (двигатель Феррариса);

3)исполнительный микродвигатель с полым ферромагнит­

ным ротором.

8

По своему выполнению почти все исполнительные асинхрон­ ные микроэлектродвигатели являются двухфазными, т. е. имеют в статоре две обмотки (возбуждения и управления), сдвинутые в пространстве на 90 электрических градусов. Для того, чтобы при подаче сигнала на обмотку управления ротор микродвига­ теля начал вращаться, необходимо создать сдвиг фаз между напряжениями возбуждения и управления. Этот сдвиг у одних электродвигателей создается схемой (при питании от фазорегу­ лятора или от симметричной двухфазной сети), у других — по­ средством фазосмещающего элемента (чаще всего конденсато­ ра), который включается в цепь одной из обмоток (обычно об­ мотки возбуждения). Управление исполнительного микроэлектро­ двигателя переменного тока осуществляется или путем изме­ нения величины напряжения управления (амплитудное управле­ ние), или путем изменения фазы напряжения управления при не­ изменной величины напряжения (фазовое управление), или пу­ тем одновременного изменения величины и фазы напряжения управления относительно напряжения возбуждения (амплитудно­ фазовое управление).

Исполнительные микроэлектродвигатели являются весьма су­ щественными элементами схем автоматики, электроники и теле­ механики. От качества исполнительных микроэлектродвигателей во многом зависит качество всей часто очень сложной системы. Характер требований, которые предъявляются к исполнитель­ ным микродвигателям, определяется спецификой их работы в схемах автоматических и электронных устройств.

Основными требованиями из них являются:

1)Отсутствие электромеханического самохода — самотормо­ жение ротора микродвигателя при снятии сигнала управления;

2)Изменение скорости. вращения ротора в широком диапа­ зоне при изменении величины (или фазы) напряжения управле­ ния;

3)Линейность регулировочных и механических характеристик микродвигателя;

4)Устойчивость работы на всем диапазоне скоростей;

5)Относительно большая величина пускового момента;

6)Малая мощность управления при относительно большой механической мощности на валу;

7)Быстродействие;

8)Надежность в работе;

9)Малые габариты и вес микроэлектроддигдтеля,. . Электромеханическим самоходом называется вращение ро­

тора исполнительного микроэлектродвигателя при снятии сиг­

9