Малоинерционные двигатели с печатной обмоткой якоря
Малоинерционные двигатели постоянного тока
Бесконтактные исполнительные двигатели
Недостатком всех рассмотренных ранее исполнительных двигателей постоянного тока является наличие скользящих контактов — коллектора и щеток, которые значительно снижают надежность работы и ограничивают области их применения. С целью устранения этих недостатков в последнее время были разработаны и начали довольно широко применяться бесконтактные исполнительные (управляемые) двигатели постоянного тока, принципиально не отличающиеся от бесконтактных двигателей, рассмотренных ранее.
Эти двигатели (рис. 17.4) не имеют коллектора и щеток, что обеспечивает их более надежную работу в условиях тряски, вибрации, резко изменяющихся температур, при высоких частотах вращения, достигающих десятков и сотен тысяч оборотов в минуту, и значительно повышает срок службы.
Одним из недостатков контактных исполнительных двигателей постоянного тока является то, что они имеют шихтованные из листов стали якоря с большим моментом инерции, что значительно снижает их быстродействие. Этих недостатков нет у разработанных сравнительно недавно, но получивших уже достаточно широкое применение так называемых малоинерционных двигателей.
Малоинерционные двигатели в зависимости от конструкции и технологии изготовления их якорей можно разделить на две группы: двигатели с печатной обмоткой якоря и двигатели с обмоткой якоря, выполненной из обычного изолированного провода. По своим пусковым и рабочим свойствам эти двигатели близки друг другу.
Двигатели с печатной обмоткой в настоящее время выпускаются в двух конструктивных вариантах: с дисковыми и цилиндрическими якорями.
Дисковый якорь с печатной обмоткой (рис. 17.5) выполняется в виде тонкого диска из изоляционного материала (например, стеклотекстолита), на обе стороны которого, обычно электрохимическим путем, наносятся соединяющиеся между собой части плоской (печатной) обмотки. Проводники секций (см. рис. 17.5, б) выполняются из медной фольги, с трех сторон окруженной воздухом (четвертой стороной фольга прилегает к диску). Все первые — начальные половины секций (на рисунке показаны толстой линией) располагаются на одной стороне диска. Все вторые половины секций (выполнены пунктиром) располагаются на другой стороне диска. Концы полусекций, расположенных на разных сторонах диска, соединяются между собой с помощью имеющихся в нем отверстий. Изоляцией между отдельными проводниками обмотки якоря служит материал диска.
Дисковый якорь вращается между полюсами, создающими поток, направленный в воздушном зазоре аксиально (рис. 17.6). К печатной обмотке якоря посредством щеток, скользящих по неизолированным поверхностям проводников секций якоря, подводится напряжение. В результате взаимодействия тока проводников обмотки якоря с магнитным полем полюсов создается вращающий момент, так же как и в обычном двигателе постоянного тока.
Недостатком двигателей с дисковыми якорями является то, что при увеличении диаметра диска, вызванного необходимостью увеличения номинальной мощности двигателя, возрастает его момент инерции и ухудшается надежность работы вследствие возможного колебания диска при нагреве. Указанного недостатка лишены машины с полым цилиндрическим якорем, имеющим печатную обмотку.
Цилиндрический якорь с печатной обмоткой (рис. 17.7) изготовляется в виде полого цилиндра из изоляционного материала, на обе стороны которого (наружную и внутреннюю) наносятся соединяющиеся между собой части печатной обмотки. Концы секций обмотки выводятся к коллектору, расположенному на валу двигателя.
Наружная неподвижная часть двигателя с цилиндрическим якорем ничем не отличается от неподвижной части обычной машины постоянного тока. Она состоит из станины и полюсов, которые у исполнительных двигателей всегда выполняются шихтованными. Для уменьшения сопротивления на пути основного магнитного потока внутри полого цилиндрического якоря располагают сердечник внутреннего статора, который укрепляется либо на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов как внутренний статор асинхронного двигателя с полым ротором (см. рис. 17.4), либо с помощью подшипников на валу двигателя (см. рис. 17.7). Положительными качествами полого цилиндрического якоря с печатной обмоткой (по сравнению с дисковым) являются меньший момент инерции и большая механическая прочность.
Обычно двигатели с дисковым якорем рассчитывают на небольшие мощности — десятки, сотни ватт, двигатели же с цилиндрическим якорем — на мощности до 10 кВт.
Положительными качествами исполнительных двигателей с дисковым и цилиндрическим якорями, имеющими печатные обмотки, являются:
высокая технологичность якоря, позволяющая до минимума сократить ручной труд;
малый момент инерции якоря;
отсутствие потерь в стали двигателя, так как вращающийся якорь не имеет ферромагнитных частей;
хорошая безискровая коммутация вследствие малой самоиндукции и взаимоиндукции коммутируемых секций, окруженных воздухом;
отсутствие сил магнитного притяжения, действующих на якорь даже при неравномерном воздушном зазоре, что разгружает подшипники и сильно уменьшает механические потери;
хорошее охлаждение проводников обмотки якоря при вращении, что позволяет значительно повысить плотность Тока в обмотке якоря;
высокий КПД при возбуждении постоянными магнитами, что объясняется отсутствием потерь в стали и весьма незначительными механическими потерями (в двигателе практически имеются лишь потери в обмотке якоря);
отсутствие необходимости в межвитковой и пазовой изоляции.
К недостаткам малоинерционных двигателей с печатными обмотками относятся:
большой немагнитный промежуток на пути магнитного потока, состоящий из двух воздушных зазоров и толщины якоря, который не содержит ферромагнитных материалов;
недостаточная прочность конструкции якорей, что приводит к их колебанию при больших температурах;
ограниченное из-за технологических трудностей число витков обмотки якоря; что вынуждает всегда применять последовательную (волновую) обмотку и рассчитывать двигатели либо на работу от сетей с небольшим напряжением, либо на работу при больших частотах вращения.
Вследствие большого немагнитного промежутка на пути потока малоинерционные двигатели, как правило, возбуждаются постоянными магнитами, которые могут располагаться как внутри, так и снаружи полого якоря. Большой немагнитный промежуток в этом случае, хотя и ведет к необходимости увеличения объема магнитов, не приводит к увеличению потерь в двигателе.