Малоинерционные исполнительные двигатели постоянного тока

В схемах автоматики получили распространение два вида малоинерционных исполнительных двигателей постоянного тока: двигатели с полым якорем и печатной обмоткой якоря.

Малоинерционный двигатель с полым якорем (рис. 1.9) отличается от обычного двигателя постоянного тока конструкцией якоря. Станина 1 и полюсы 3 этого двигателя обычные. Возбуждение двигателя осуществляется либо обмоткой возбуждения 2, либо постоянными магнитами. С целью уменьшения момента инерции якоря его обмотка 4 отделяется от массивного ферромагнитного сердечника, который выполняется неподвижным (внутренний статор 5) и располагается на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов 6. Обмотка якоря в процессе изготовления укладывается на цилиндрический каркас, а затем заливается пластмассой.

Рис. 1.9 Малоинерционный исполнительный двигатель постоянного тока с полым якорем

Готовый якорь представляет собой полый стакан, состоящий из проводников обмотки, связанных воедино пластмассой. Концы секций обмотки, как и в обычном двигателе, соединены с пластинами коллектора, который является частью дна полого стакана якоря.

Вращающимися частями двигателя являются залитая в пластмассу обмотка якоря и коллектор.

Момент инерции полого якоря значительно меньше момента инерции обычного якоря, что обеспечивает двигателю хорошее быстродействие.

Механические и регулировочные характеристики исполнительных двигателей с полым якорем не отличаются от характеристик исполнительных двигателей обычной конструкции.

Недостаток конструкции малоинерционного двигателя с полым якорем— наличие большого немагнитного промежутка между полюсами статора и неподвижным ферромагнитным сердечником — внутренним статором. Этот промежуток складывается из двух воздушных зазоров и толщины стакана якоря (толщины слоя обмотки якоря).

Наличие большого немагнитного промежутка на пути магнитного потока требует значительного увеличения МДС возбуждения, что приводит, во-первых, к увеличению габаритов двигателя из-за увеличения объема обмотки возбуждения, а во-вторых, к росту потерь на нагрев обмотки возбуждения.

Однако КПД двигателя с полым якорем вследствие отсутствия потерь в стали, сердечника якоря практически находится на том же уровне, что и в обычных двигателях, а в случае применения для возбуждения постоянных магнитов значительно превосходит КПД последних.

Ценным качеством двигателей с полым якорем является то, что вследствие малой индуктивности обмотки якоря, окруженной воздухом, они работают практически без искрения под щетками, что значительно (в 2÷3 раза) увеличивает срок службы щеток и повышает стабильность характеристик.

В СССР была разработана большая серия исполнительных двигателей с полым якорем мощностью 0,35÷15 Вт (серия ДПР). Двигатели этой серии состоят из станины 1, выполненной в виде стального цилиндра, полого якоря 2 и внутреннего статора 3, представляющего собой постоянный магнит (рис. 1.10). Такие двигатели имеют высокий КПД (30÷45%) и незначительную постоянную времени (0,015÷0,02 с).

Рис. 1.10 Исполнительный двигатель постоянного тока с полым якорем серии ДПР

Исполнительные двигатели с печатными обмотками в настоящее время изготовляют в двух конструктивных вариантах: с дисковым (рис. 1.11, 1.12) и цилиндрическим (рис. 1.13) якорем.

Дисковый якорь (рис. 1.11) представляет собой тонкий диск из изоляционного материала, на обе стороны которого электрохимическим путем наносят соединяющиеся между собой части плоской (печатной) обмотки. Изоляцией между отдельными проводниками обмотки служит воздух и материал диска.

Рис. 1.11 Дисковый якорь с печатной обмоткой

Двигатель с дисковым якорем (рис. 1.12) имеет печатную обмотку якоря, выполненную на дисковом якоре 1; возбуждение осуществляется постоянными магнитами 2 с полюсными наконечниками 3; щетки 4 имеют контакт непосредственно с печатной обмоткой якоря. В результате взаимодействия тока обмотки якоря с магнитным полем полюсов создается вращающий момент, так же как и в обычной машине постоянного тока.

Рис. 1.12 Двигатель постоянного тока с дисковым якорем, имеющим печатную обмотку

Недостатки двигателей с дисковым якорем — сравнительно малый срок службы вследствие износа плоской печатной обмотки, по которой непосредственно скользят щетки, а также деформация диска при нагреве в процессе эксплуатации. Чтобы повысить долговечность обмотки, иногда концы секций обмотки якоря, расположенной на диске, выводят к коллектору небольшого диаметра, который размещают на одном валу с диском.

Цилиндрический печатный якорь (рис. 1.13) представляет собой полый цилиндр 1 из изоляционного материала, снаружи и изнутри которого наносят части печатной обмотки. Концы секций обмотки выводят к коллектору 2, расположенному на валу 4 двигателя. Чтобы уменьшить магнитное сопротивление на пути потока возбуждения, внутри цилиндрического якоря располагают сердечник 3 из ферромагнитного материала.

Рис. 1.13 Цилиндрический якорь с печатной обмоткой (в сборе)

По конструкции двигатель с цилиндрическим печатным якорем аналогичен двигателю с полым якорем. Их отличие заключается лишь в конструкции и технологии изготовления якоря.

Из сказанного следует, что цилиндрический якорь имеет меньший момент инерции и большую механическую прочность, чем дисковый.

По характеристикам двигатели с печатными обмотками аналогичны двигателям с полым якорем. Их положительные качества — малоинерционность, технологичность якоря, безыскровая коммутация (вследствие малого индуктивного сопротивления рассеяния обмотки якоря);

По габаритам, весу и энергетическим показателям двигатели с печатными обмотками примерно одинаковы с обычными исполнительными двигателями постоянного тока, а по быстродействию— значительно превосходят их.