admin / 22.02.2018

Тахогенераторы постоянного тока

Как проверить таходатчик на стиральной машине

Для проверки тахогенератора необаятельно снимать его с двигателя, но сам двигатель придется снять со стиральной машины. Сначала нужно снять ремень с вала двигателя. Далее окрутите болты, крепящие мотор, вытащите двигатель наружу, предварительно отсоединив от него провода.

Чтобы проверить таходатчик на работоспособность проделайте следующее:

  • Для начала отсоедините провода таходатчика от разъема, после чего замеряйте сопротивление на них. Для этого вам понадобится мультиметр, который нужно перевести в режим измерение сопротивления. Нормальное сопротивление тахогенератора должно составлять в районе 60 Ом. Кстати эту процедуру вы можете проделать не снимая двигатель со стиральной машины.
  • Чтобы убедится, что тахогенератор работает и выдает ток при вращении двигателя, переключите мультиметр в режим измерения напряжения. Замеряя напряжение на выводах таходатчика крутите рукой двигатель. Напряжение должно подниматься. При вращении двигателя оно обычно составляет около 0,2 В.
  • Если все хорошо проверьте болт крепления таходгенератора, очень часто он расслабляется и датчик начинает «глючить». Если он расслаблен подтяните его.

Если ваш тахогенератор не прошел эти тесты и болт его крепления был затянут, то пора его менять. Ломается таходатчик чаще всего по причине перегрузки стиральной машины.

Сам таходатчик выходит из строя крайне редко, ведь это довольно надежная деталь, поэтому проверьте все контакты его подключения, а также другие неисправности.

методические указания по лабораторной работе / Тахогенераторами

Тахогенераторами (ТГ) называются электрические машины небольшой мощности, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал.

Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, заключается в линейности выходной характеристики — пропорциональной зависимости между выходным напряжением U и угловой скоростью вращения n:

(1.1)

где: k, k’ — коэффициенты пропорциональности; j — угол поворота.

Из уравнения (1.1) видно, что тахогенеpатоpы можно использовать для измерения скорости вращения и для электромеханического дифференцирования, если за входной сигнал принять угол поворота ротора.

По роду тока тахогенераторы можно разделить на ТГ переменного и ТГ постоянного тока.

Асинхронный тахогенератор

Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. Как и в ИД, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока и называется обмоткой возбуждения (ОВ), с другой — генераторной обмотки (ГО) снимается выходное напряжение (рис. 1.1).

Рис. 1.1. К вопросу о принципе действия асинхронного тахогенератора

Принцип действия асинхронного тахогенератора заключается в следующем. (Для упрощения качественного анализа примем полый ротор состоящим из конечного числа витков, замкнутых на торцах).

При питании обмотки возбуждения переменным током частоты fВ возникает пульсирующий магнитный поток ФВ, который во вращающемся роторе индуцирует два вида ЭДС: трансформаторную ЭДС — ЕТ (показана внутри ротора) и ЭДС вращения — ЕВР(показана снаружи ротора).

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток ФТР, который в соответствии с принципом Ленца направлен встречно потоку обмотки возбуждения, однако его действие компенсируется увеличением тока возбуждения. Так как ось генераторной обмотки перпендикулярна потоку ФТР, он не будет индуцировать в ней никакой ЭДС.

В контурах, параллельных оси обмотки возбуждения, но теперь уже под действием ЭДС вращения тоже протекают токи, которые создают свой поток ФВР. Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, и наводит в ней выходную ЭДС.

Если принять, что магнитный поток возбуждения является гармонической функцией времени ф = Фmsin(w1t), то мгновенное значение ЭДС вращения будет евр = сеФmsin(w1t)n. Ток, созданный этой ЭДС, i = eвр/rр = cе/rр*Фmsin(w1t)n. (Индуктивным сопротивление ротора можно пренебречь, поскольку он немагнитный, да к тому же выполнен из материала с высоким удельным сопротивлением). При отсутствии насыщения магнитный поток пропорционален току фвр = kфi = kфcе/rр*Фmsin(w1t)n. Тогда мгновенное значение выходной ЭДС будет е = -WГdфвр/dt = -WГkфcе/rр*Фmw1cos(w1t)n = Еmsin(w1t — 900). Угловая частота сети w1 = 2pf. Так как ЭДС изменяется по гармоническому закону, ее действующее значение будет

Таким образом, величина выходной ЭДС асинхронного тохогенератора пропорциональна угловой скорости вращения, а ее частота равна частоте сети возбуждения.

При подключении нагрузки выходное напряжение UГ станет меньше ЭДС ЕГ на величину внутреннего падения напряжения IГZГ

В общем случае асинхронный тахогенератор (АТГ) представляет несимметричную двухфазную машину, которую можно исследовать методом симметричных составляющих, что приводит к следующему выражению выходной характеристики

(1.2)

во-вторых, изменением тока возбуждения, а следовательно, и магнитного потока Фв в результате размагничивающего действия трансформаторной ЭДС ротора. Поток генераторной обмотки Фг направлен встречно потоку Фвр и немного уменьшает его – это третья причина амплитудной погрешности (рис. 1.3, а). Ротор хотя и обладает большим активным сопротивление, все же имеет некоторое индуктивное сопротивление, в следствие чего поток Фвр содержит продольно-размагничивающую составляющую Фd, которая немного размагничивает АТГ, что является четвертой причиной амплитудной погрешности (рис. 1.3, б). И, наконец, от потока Фвр в роторе индуцируется ЭДС вращения, создающая ток и дополнительный магнитный поток, действующий на встречу потоку возбуждения (рис. 1.3, в). Поскольку эта дополнительная ЭДС пропорциональна угловой скорости вращения, ток возбуждения с увеличением n вынужден возрастать, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотке возбуждения и уменьшению потока ФВ.В этом заключается пятая причина амплитудной погрешности АТГ

Рис. 1.3. К вопросу о причинах амплитудной погрешности асинхронного тахогенератора

Ф а з о в а я погрешность — отклонение фазы выходного напряжения от фазы напряжения, принятого за базовое. Чаще всего в качестве последнего берут напряжение возбуждения.

Физическая природа фазовой погрешности в основном определяется индуктивными сопротивлениями статора и особенно ротора. Ее, как и амплитудную, можно уменьшить путем соответствующего выбора характера нагрузки (рис. 1.4).

Рис.1.4. Зависимость амплитудной и фазовой погрешностей АТГ от скорости вращения при различном характере нагрузки

На рис. 1.4 построены зависимости амплитудной и фазовой погрешностей в функции частоты вращения при разном характере нагрузки (R — чисто активная, L — чисто индуктивная, C — чисто емкостная) для АТГ откалиброванного согласно рис. 1.2, а.

Из рис. 1.4 видно, что нельзя одновременно понизить и амплитудную, и фазовую погрешности. В тоже время видно, что, подключая параллельно генераторной обмотке различные сопротивления (осуществляя компаундирование), можно существенно уменьшить одну из них. Обычно ту, которая наиболее существенна для конкретной схемы работы АТГ.

На рис. 1.5 построены упрощенные векторные диаграммы асинхронного тахогенератора, иллюстрирующие влияние характера нагрузки на величину фазовой погрешности. Вектор тока возбуждения показан без основной и компенсирующей составляющих. Угол jр обусловлен соотношением активного и реактивного сопротивления ротора.

Опыт и рис. 1.4 показывают, что амплитудная и фазовая погрешности сравнительно невелики при малых n. Поэтому целесообразно ограничить диапазоны измеряемых относительных угловых скоростей вращения значениями 0÷0,25 для АТГ высокого класса точности и 0÷0,7 для остальных АТГ.

Рис. 1.5. Упрощенные векторные диаграммы АТГ при разных нагрузках: а) ZH = R б) ZH = jωL в) ZH = -j1/ωC

Н у л е в о й с и г н а л — напряжение на генераторной обмотке при неподвижном роторе. Нулевой сигнал U0 не остается постоянным при повороте ротора. Он содержит две составляющие: постоянную и переменную (рис. 1.6)

Постоянная составляющая обуславливается: а) неточным сдвигом обмоток на 9О эл. град; б) наличием короткозамкнутых контуров в сердечниках и обмотках; в) неодинаковой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката; г) неравномерным воздушным зазором; д) наличием потоков рассеяния и другими причинами, проводящими к магнитной связи двух, казалось бы, перпендикулярных обмоток. У большинства АТГ она достигает 25÷100 мВ.

Переменная составляющая обуславливается неодинаковой толщиной стенок в различных частях полого ротора, что приводит к разности активных сопротивлений элементарных контуров, к разности токов и потоков этих контуров. Она составляет 3÷7 мВ.

Для борьбы с постоянной составляющей нулевого сигнала, обмотки часто размещают на разных статорах: одну на внутреннем, другую на внешнем, а затем при сборке АТГ внутренний статор поворачивают до тех пор, пока нулевой сигнал не станет минимальным. В этом положении статор фиксируют.

Для борьбы с переменной составляющей ротор калибруют, т.е. удаляют часть металла, добиваясь его максимальной электрической симметрии.

Рис. 1.7. К вопросу об асимметрии выходного напряжения АТГ

А с и м м е т р и я выходного напряжения — неравенство напряжений АТГ при вращении с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях: U+n # U-n. Особенно ярко она проявляется на малых частотах вращения. Главная причина несимметрии заключается в наличии остаточной ЭДС (нулевого сигнала). Действительно, при смене направления вращения фаза основной ЭДС генераторной обмотки Ег изменяется на 180о, тогда как фаза нулевого сигнала Uo остается постоянной (рис. 1.7). В результате результирующая ЭДС выходной обмотки изменяется по величине: Ег.р(+n)# Eг.р(-n). Самый эффективный способ борьбы с асимметрий выходного напряжения является уменьшение нулевого сигнала.

Т е м п е р а т у р н а я погрешность. При изменении температуры окружающей среды, при нагревании АТГ в процессе работы изменяются активные сопротивления обмоток статора и ротора. Это приводит к дополнительному отклонению выходной характеристики от идеальной, к появлению дополнительных амплитудных и фазовых погрешностей. Наибольшее влияние в этом отношении оказывает изменение сопротивления обмотки возбуждения. Поэтому часто последовательно с ней включают терморезисторы, стабилизирующие полное сопротивление этой цепи.

С целью уменьшения влияния температуры на сопротивление ротора, его изготавливают из материала с низким температурным коэффициентом (манганина константана и др.)

Введение

Уровень развития материальной культуры человеческого общества в первую очередь определяется созданием и использованием источников энергии. Применение пара, а в последние 100 лет электричества, совершило техническую революцию в промышленно­сти и оказало решающее влияние на развитие социальных отношений.

В настоящее время в наиболее развитых странах на одного человека приходится до 1О кВт всех видов энергии. Это примерно в 100 раз больше, чем мускульная мощность человека, которая еще 200 лет назад была основной в промышленности и сельском хозяйстве. С полным основанием можно считать, что сегодня технический и культурный уровень развития Государства определяется количеством электроэнергии, вырабатываемой на душу населения.

Основой для создания электрических машин и трансформаторов явился открытый М. Фарадеем закон электромагнитной индукции. Начало практического применения электрических машин было положено русским академиком Б. С. Якоби, который в 1834 г. создал конструкцию электрической машины, явившуюся прототипом современного электродвигателя. Практическое применение трансформаторов началось в 1876 г., когда русский ученый П. Н. Яблочков впервые применил трансформаторы для питания изобретенных им электрических свечей. Широкому применению электрических машин в промышленности способствовало изобретение русского инженера М. О. Доливо-Добровольского (1889) трехфазного асинхронного двигателя, отличающегося простотой конструкции и высокой надежностью. К началу ХХ в. были созданы почти все виды современных электрических машин и разработаны основы их теории. Начиная с этого времени быстрыми темпами происходит электрификация промышленности и транспорта.

Электрические машины малой мощности (микромашины), применяются в системах и устройствах автоматики и вычислительной техники в качестве функциональных элементов. Все электромашинные элементы автоматики разделяются на три группы: исполнительные двигатели, электромашинные усилители и информационные машины. Исполнительные двигатели осуществляют преобразование электрического сигнала в механическое перемещение, они могут быть асинхронными, постоянного тока и шаговыми. Электромашинные усилители служат для усиления мощности электрических сигналов.

Информационные машины (измерительными преобразователями (ИП) называются устройства, предназначенные для преобразования разного рода не электрических величин в электрические сигналы), включают в себя тахогенераторы (применяются для измерения скорости вращения объекта, используются в устройствах электропривода, в транспортных средствах, станкостроении и пр.), сельсины, магнесины и вращающиеся трансформаторы. Эти машины служат для преобразования механических величин (угла поворота, частоты вращения или ускорения) в электрический сигнал или для передачи механического перемещения на расстояние.

  1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Тахогенератор это устройство, при вращении вала которого на его выходе вырабатывается электрическое напряжение. Величина этого напряжения пропорциональна скорости вращения вала тахогенератора. Для съёма этого напряжения традиционно применяется скользящий контакт, включающий графитовые щётки и медный коллектор. Однако образующийся на медной поверхности неравномерный оксидный слой вызывает периодические изменения сопротивления контакта, что приводит к колебаниям напряжения тахогенератора в виде шума. На низких скоростях эти шумы сравнимы с полезным сигналом. Тем не менее, медно-щёточный контакт остаётся популярным, так как имеет большое преимущество – отличные скользящие свойства графита и, как следствие, большой срок службы. Избавиться от проблем при работе тахогенератора в неблагоприятных средах поможет такой тахогенератор, у которого на медную рабочую поверхность коллектора нанесена серебряная дорожка. В этом случае при любых условиях сопротивление контакта щётки и коллектора остаётся низким. Благодаря низкой плотности тока, ширину контакта можно сделать маленькой. Если такие тахогенераторы использовать в сочетании со специальными низко абразивными щётками, то гарантирована устойчивая работа тахогенератора в течении всего срока службы.

    1. ТАХОГЕНЕРАТОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ПО

ТЕХНОЛОГИИ LONGLIFE.

Тахогенераторы, изготовленные по технологии LongLife, предназначены для управления, контроля и измерения во всех отраслях промышленности с высокими требованиями к срокам эксплуатации и износоустойчивости. Тахогенераторы позволяют измерять скорость и направление вращения в режиме реального времени с точностью 1:100000, при температурном режиме от –50 до +100 С. Изготавливаются как с цилиндрическим валом, так и с полым. Крепление либо фланцевое, либо с помощью лап. Исполнение возможно в комбинации с энкодером и ограничителем скорости. Тахогенераторы, изготовленные по технологии LongLife, показанны на рисунках 1 – 15.

Рисунок 1 – 15. Тахогенераторы, изготовленные по технологии LongLife

  1. ТАХОГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СХЕМАХ

АВТОМАТИКИ

Тахогенератор постоянного тока — это машина постоянного тока с независимым возбуждением или возбуждением постоянными магнитами, работающая в генераторном режиме. По конструкции он почти не отличается от машин постоянного тока. Тахогенераторы постоянного тока служат для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования. Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: а) линейность выходной характеристики; б) большая крутизна выходной характеристики; в) малое влияние на выходную характеристику изменения температуры окружающей среды и нагрузки; г) минимум пульсаций напряжения на коллекторе.

На рисунке 9.5 показаны принципиальные схемы тахогенераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением (а) и возбуждением постоянными магнитами (б).

В случае электромагнитного возбуждения обмотку возбуждения ОВ подключают к источнику постоянного тока (рис. 9.5, а). Тахогенератор возбуждается и если его якорь привести во вращение с частотой n, то на выходе генератора появится постоянное напряжение Uвых. Уравнение выходной характеристики тахогенератора имеет вид

где rа — сопротивление обмотки якоря, Ом; Rн — внутреннее сопротивление прибора, подключенного к тахогенератору, Ом; Ф- основной поток; n- частота вращения машины.

Если пренебречь падением напряжения в щеточном контакте ∆Uщ, то следует, что чем больше сопротивление прибора Rн тем больше крутизна выходной характеристики Сu. Наибольшая крутизна у выходной характеристики, соответствующей режиму холостого хода тахогенератора, когда обмотка якоря разомкнута» (RH = ∞). С ростом тока нагрузки (уменьшением RH) крутизна выходной характеристики уменьшается.

У тахогенераторов постоянного тока Сu = (6÷ 260).10¯³В/(об/мин), что превышает крутизну асинхронных тахогенераторов.

Выходная характеристика тахогенератора постоянного тока — прямая линия. Однако опыт показывает, что выходная характеристика прямолинейна только в начальной части (при малых относительных частотах вращения), а с ростом частоты вращения она становится криволинейной (рис. 9.6, а). Криволинейность характеристики усиливается при уменьшении сопротивления нагрузки RH и увеличении частоты вращения n. Это объясняется размагничивающим действием реакции якоря в тахогенераторе. Для уменьшения криволинейности выходной характеристики не следует использовать тахогенератор на его предельных частотах вращения и применять в качестве нагрузки приборы с малым внутренним сопротивлением. В реальных условиях существует падение напряжения в щеточном контакте ∆Uщ, поэтому выходная характеристика тахогенератора выходит не из начала осей координат, а из точки на оси ординат, отстоящей от начала координат.

Uщ = —

Это приводит к появлению у тахогенераторов постоянного тока зоны нечувствительности ε=±nmin, В пределах которой он не создает на выходе напряжения .

Для уменьшения зоны нечувствительности в тахогенераторах применяют щетки с небольшим значением ∆Uщ, т. е. с малым сопротивлением (медно-графитные или серебряно-графитные). В тахогенераторах высокой точности (прецизионных) используют щетки с серебряными или золотыми напайками.

Погрешность измерительных тахогенераторов составляет 0.2….0.5%

  1. АССИНХРОННЫЕ ТАХОГЕНЕРАТОРЫ

    1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО

ТАХОГЕНЕРАТОРА

Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. Как и в ИД, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока и называется обмоткой возбуждения (ОВ), с другой — генераторной обмотки (ГО) снимается выходное напряжение .

Принцип действия асинхронного тахогенератора заключается в следующем (для упрощения качественного анализа примем полый ротор состоящим из конечного числа витков, замкнутых на торцах): при питании обмотки возбуждения переменным током частоты fВ возникает пульсирующий магнитный поток ФВ, который во вращающемся роторе индуцирует два вида ЭДС: трансформаторную ЭДС — ЕТ и ЭДС вращения — ЕВР.

В контурах, перпендикулярных оси обмотки возбуждения, под действием трансформаторной ЭДС протекают токи и возникает поток ФТР, который в соответствии с принципом Ленца направлен встречно потоку обмотки возбуждения, однако его действие компенсируется увеличением тока возбуждения. Так как ось генераторной обмотки перпендикулярна потоку ФТР, он не будет индуцировать в ней никакой ЭДС.

В контурах, параллельных оси обмотки возбуждения, но теперь уже под действием ЭДС вращения тоже протекают токи, которые создают свой поток ФВР. Он, пульсируя по оси генераторной обмотки, и наводит в ней выходную ЭДС.

Если принять, что магнитный поток возбуждения является гармонической функцией времени ф = Фmsin(w1t), то мгновенное значение ЭДС вращения будет евр = сеФmsin(w1t)n. Ток, созданный этой ЭДС, i = eвр/rр = cе/rр*Фmsin(w1t)n (индуктивным сопротивление ротора можно пренебречь, поскольку он немагнитный, да к тому же выполнен из материала с высоким удельным сопротивлением). При отсутствии насыщения магнитный поток пропорционален току фвр = kфi = kфcе/rр*Фmsin(w1t)n.

Тогда мгновенное значение выходной ЭДС будет е = -WГdфвр/dt = -WГkфcе/rр*Фmw1cos(w1t)n = Еmsin(w1t — 900). Угловая частота сети w1 = 2pf. Так как ЭДС изменяется по гармоническому закону, ее действующее значение будет

Таким образом, величина выходной ЭДС асинхронного тохогенератора пропорциональна угловой скорости вращения, а ее частота равна частоте сети возбуждения.

При подключении нагрузки выходное напряжение UГ станет меньше ЭДС ЕГ на величину внутреннего падения напряжения IГZГ

В общем случае асинхронный тахогенератор (АТГ) представляет несимметричную двухфазную машину, которую можно исследовать методом симметричных составляющих,

Выходное напряжение UГ не является линейной функцией относительной угловой скорости вращения n. Нелинейность создает квадратичная зависимость Вn2. Если Вn2 = 0, то UГ становится пропорциональным n, а тахогенератор считается идеальным. При проектировании АТГ выражение Вn2стремятся уменьшить как за счет уменьшения n так и за счет уменьшения В.

Так как n1 = 60f/р, то с целью уменьшения n тахогенераторы проектируют на большую частоту f. Правда при этом не уменьшают р, поскольку при р > 1, слабее проявляется магнитная несимметрия машины. Обычно р = 2.

§ 30.2. Тахогенератор постоянного тока

Тахогенераторы постоянного тока служат для измерения час­тоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования. Тахоге­нератор постоянного тока представляет собой генератор малой мощности с электромагнитным независимым возбуждением (рис. 30.3, а) или с возбуждением постоянными магнитами.

Ввиду того что при постоянном токе возбуждения магнитный потокФ практически не зависит от нагрузки, вы­ходная ЭДС тахогенератора прямо пропорциональна час­тоте вращения:

, (30.5)

где .

Формула (30.5) справедлива и для тахогенератора с возбужде­нием постоянными магнитами, где . Для измерения час­тоты вращения тахогенератором вал последнего механически со­единяют с валом механизма, частоту вращения которого требуется измерить. На выводы тахогенератора подключают измерительный прибор со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения.

Точность работы тахогенератора определяется его выходной характеристикой, представляющей собой зависимость выходного напряжения от частоты вращения при неизменном значении со­противления нагрузки. Наиболее точная работа тахогенератора соответствует прямолинейной выходной характеристике (рис. 30.3, б, прямая 1).

Рис. 30.3. Принципиальная схема , выходная характеристикатахогенератора постоянного тока

Однако в реальных тахогенераторах выходная характеристика не прямолинейна (график 2) и к тому же она выходит не из начала осей координат. Основная причина криволинейности характери­стики — реакция якоря, поэтому уменьшению криволинейности этой характеристики способствует включение на выход тахогене­ратора приборов с большим внутренним сопротивлением, так как при уменьшении тока якоря ослабляется действие реакции якоря. В современных тахогенераторах отклонение выходной характери­стики от прямолинейной составляет от 0,5 до 3%.

Падение напряжения в щеточном контакте создает в тахогенераторе зонунечувствительности. Это диапазон частот вращения от 0 до , в котором напряжение на выходе генератора равно нулю. Граница зоны нечувствительности определяется вы­ражением

. (30.6)

Широкое при­менение получили тахогенераторы по­стоянного тока, возбуждаемые по­стоянными магни­тами. Эти тахогене­раторы не имеют обмотки возбужде­ния, и поэтому они проще по конструк­ции и имеют мень­шие габариты.

§ 30.3. Бесконтактный двигатель постоянного тока

С целью улучшения свойств двигателей постоянного тока бы­ли созданы двигатели с бесконтактным коммутатором, называе­мые бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ). От­личие БДПТ от коллекторных двигателей традиционной конструк­ции состоит в том, что у них щеточно-коллекторный узел заменен полупроводниковым коммутатором (инвертором), управляемым сигналами, поступающими с бесконтактного датчика положения ротора. Рабочая обмотка двигателя — обмотка якоря — располо­жена на сердечнике статора, а постоянный магнит — на роторе.

Вал двигателя Д (рис. 30.4, а) механически соединен с датчи­ком положения ротора (ДПР), сигнал от которого поступает в блок коммутатора (БК). Подключение секций обмотки якоря к источнику постоянного тока происходит через элементы блока комму­татора (БК). Назначение ДПР — выдавать управляющий сигнал в блок коммутатора в соответствии с положением полюсов постоян­ного магнита относительно секций обмотки якоря.

рис. 30.4. Бесконтактный двигатель постоянного тока:

— блок-схема,— магнитная система

В качестве датчиков положения ротора применяют чувствительные различные бесконтактные элементы с минимальными разме­рами и потребляемой мощностью и большой кратностью минимального и максимального сигналов, чтобы не вы­зывать нарушений в работе блока ком­мутатора. Чувствительные элементы ДПР должны надежно работать при внешних воздействиях (температура, влажность, вибрации и т. п.), на которые рассчитан двигатель. Такие свойства присущи ряду чувствительных элемен­тов (датчиков): индуктивных, трансфор­маторных, магнитодиодов и т. п. Наибо­лее целесообразно использовать датчики ЭДС Хота (рис. 30.5), представляющие собой тонкую полупроводниковую пла­стину с нанесенными на ней контактны-

ми площадками, к которым припаяны выводы /—2, подключен­ные к источнику напряжения , и выводы 3—4, с которых сни­мают выходной сигнал . Если в цепи 1—2 проходит ток , а дат­чик находится в магнитном поле, вектор индукцииВ которого перпендикулярен плоскости пластины датчика, то в датчике наво­дится ЭДС и на выводах 3—4 появляется напряжение . Значение ЭДС зависит от тока и магнитной индукцииВ, а полярность — от направления тока в цепи1—2 и направления вектора магнитной индукции В.

Рис. 30.5. Датчик ЭДС Холла

Рассмотрим работу бесконтактного двигателя постоянного то­ка, для управления которым применяют датчики Холла и комму­татор, выполненный на транзисторах VТ1—VТ4 (рис. 30.6). Четыре обмотки (фазы) двигателя распо­ложены на явно выраженных полюсах шихтованного сердечника якоря (см. рис. 30.4,б). Датчики Холла ДХ1 и ДХ2 уста­новлены в пазах полюсных наконечников двух смежных полюсов. Силовые транзисторы VТ1—VТ4 работают в релейном (ключевом) режиме (рис. 30.6). Сигнал на открытие транзистора поступает от соот­ветствующего датчика Холла (датчика положения ротора). Питание датчиков Холла (выводы 1—2) осуществляется от источника напряжением .

Рис. 30.6. Принципиальная схема БДПТ

Каждая обмотка (фаза) выполнена из двух катушек, расположенных на противолежащих полюсах сердечника статора и соединенных последова­тельно (рис. 30.7). Если по какой-либо из обмоток (фаз) статора про­ходит ток от начала Н1—Н4 к концу К1—К4, то полюсы сердечника статора приобретают полярность соответственно S и N.

Рис. 30.7. Расположение обмоток фаз на полюсах статора БДПТ

При положении ротора, показанном на рис. 30.6, в зоне маг­нитного полюса N находится датчик ДХ1. При этом на выходе дат­чика появляется сигнал, при котором транзистор VТ2 переходит в открытое состояние. В обмотке (фаза) статора появляется ток , протекающий отН2 к К2. При этом полюсы статора 2 и 4 приоб­ретают полярность S и N (рис. 30.8, ). В результате взаимодейст­вия магнитных полей статора и ротора (постоянного магнита) появляется электромагнитный моментМ, вращающий ротор. После поворота ротора относительно оси полюсов статора 1—3 на неко­торый угол а против часовой стрелки датчик ДХ2 окажется в зоне магнитного полюса ротора S, при этом по сигналу с датчика ДХ2 включается транзистор VТ3. В фазной катушке возникает ток и полюсы 3 и / приобретают полярность S и N. При этом магнит­ный поток статора Ф создается совместным действием МДС обмо­ток фаз и . Вектор этого потока повернут относительно оси 2—4 на угол 450 (рис. 30.8, б). Ротор, продолжая вращение, зани­мает положение по оси полюсов статора 2—4. При этом датчик ДХ1 попадает в межполюсное пространство ротора, а датчик ДХ2 останется в зоне полюса S ротора. В результате транзистор VТ2 закрывается, транзистор VТЗ останется открытым и магнитный поток Ф, создаваемый МДС обмотки фазы , поворачивается от­носительно оси полюсов2—4 еще на 450 (рис. 30.8, в). После того как ось вращающегося ротора пересечет ось полюсов статора 2—4, датчики ДХ1 и ДХ2 окажутся в зоне полюса ротора S, что приведет к включению транзисторов VТЗ и VТ4. Дальнейшую работу эле­ментов схемы БДПТ (рис. 30.8) до завершения вектором потока Ф одного оборота проследим по табл. 30.1 и рис. 30.8, а — з.

Рис. 30.8. Магнитное поле статора в четырехполюсном БДПТ

На рис. 30.9 показано устройство рассмотренного БДПТ. Дат­чики Холла 3 размещены в специальных пазах полюсных нако­нечников 1 сердечника статора.

Рис. 30.9. Устройство БДПТ

Постоянный магнит 2 не имеет центрального отверстия для посадки на вал, он закладывается в тонкостенную гильзу и закры­вается привариваемыми фланцами двух полуосей. Такая конст­рукция ротора позволяет избежать выполнения центрального от­верстия в постоянном магните, что часто является причиной брака (трещины, сколы и т. п.). Блок коммутатора (БК) расположен на панелях 5, отделен от двигателя перегородкой 4 и закрыт металли­ческим колпаком 6, через который выведены провода 7 для под­ключения двигателя в сети постоянного тока. Подобная конструк­ция применена в БДПТ полезной мощностью от 1 до 120 Вт.

Таблица 30.1

Позиция на рис. 30.8

а

б

в

г

е

ж

а

Открыты транзисторы

VТ2

VТ2, VТЗ

VТЗ

VТЗ, VТ4

VТ4

VТ4, VТ1

VТ1

VТ1 VТ2

VТ2

Ток проходит по фазным катушкам

,

,

,

,

Угол поворота вектора потока статора, град

Изменение направления вращения (реверс) двигателя осуще­ствляется изменением полярности напряжения в токовой цепи датчиков Холла. Изменение полярности напряжения U на входе двигателя недопустимо, так как при этом прекращается работа блока коммутатора.

Коэффициент полезного действия БДПТ по сравнению с кол­лекторными двигателями постоянного тока выше, что объясняется отсутствием щеточно-коллекторного узла, а значит, электрических потерь в щеточном контакте и механических потерь в коллекторе.

К достоинствам БДПТ относятся также высокая надежность и долговечность, что объясняется отсутствием у них щеточно-коллекторного узла, т. е. их бесконтактностью. Двигатели могут работать в условиях широкого диапазона температур окружающей среды, в вакууме, в средах с большой влажностью и т. п., где при­менение коллекторных двигателей недопустимо из-за неработо­способности щеточно-коллекторного узла.

Недостаток БДПТ — повышенная стоимость, обусловленная наличием полупроводникового блока коммутатора, чувствитель­ных элементов (датчиков ЭДС Холла) и постоянного магнита.

FILED UNDER : Справочник

Страницы