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.

Рис 1.47 Бесконтакный двигатель постоянного тока:

а) – блок-схема, б) – магнитная система

Вал двигателя Д (рис. 1.47, 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.

В качестве датчиков положения ротора применяют различные чувствительные 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.

Рис 1.48. Датчик ЭДС Холла

Наиболее целесообразно использовать датчики ЭДС Холла (рис. 1.48), представляющие собой тонкую полупроводниковую пластину с нанесенными на ней контактными площадками, к которым припаяны выводы 1—2, подключенные к источнику напряжения U₁, и выводы 3—4, с которых снимают выходной сигнал U₂. Если в цепи 1—2 проходит токI, а датчик находится в магнитном поле, вектор индукции В которого перпендикулярен плоскости пластины датчика, то в датчике наводится ЭДС и на выводах 3—4 появляется напряжение U₂. Значение ЭДС зависит от тока I и магнитной индукции В, а полярность — от направления тока I в цепи 1—2 и направления вектора магнитной индукции В.

Рассмотрим работу бесконтактного двигателя постоянного тока, для управления которым применяют датчики Холла и коммутатор, выполненный на транзисторах VT1—VT4 (рис. 1.49). Четыре обмотки (фазы) двигателя w₁—w₄ расположены на явно выраженных полюсах шихтованного сердечника якоря (см. рис. 1.47).

Датчики Холла ДХ1 иДХ2 установлены в пазах полюсных наконечников двух смежных полюсов. Силовые транзисторы VT₁— VT₄ работают в релейном (ключевом) режиме (рис. 1.49). Сигнал на открытие транзистора поступает от соответствующего датчика Холла (датчика положения ротора). Питание датчиков Холла (выводы 1—2) осуществляется от источника напряжением U₁.

Каждая обмотка (фаза) выполнена из двух катушек, расположенных на противолежащих полюсах сердечника статора и соединенных последовательно (рис. 1.50). Если по какой-либо из обмоток (фаз) статора проходит ток от начала H₁—Н₄ к концу К₁—К₄, то полюсы сердечника статора приобретают полярность соответственно S и N.

При положении ротора, показанном на рис.1.49, в зоне магнитного полюса N находится датчик ДХ1. При этом на выходе датчика появляется сигнал, при котором транзистор VT2 переходит в открытое состояние. В обмотке (фаза) статора w₂ появляется ток i₂, протекающий от Н₂ к К₂. При этом полюсы статора 2 и 4 приобретают полярность S и N (рис. 1.51 а). В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора (постоянного магнита) появляется электромагнитный момент М, 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 VT3. В фазной катушке w₃ возникает ток i₃ и полюсы 3 и 1 приобретают полярность S и N. При этом магнитный поток статора Ф создается совместным действием МДС обмоток фаз w₂ и w₃. Вектор этого потока повернут относительно оси 2—4 на угол 45° (рис. 1.51 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 VT2 закрывается, транзистор VT3 останется открытым и магнитный поток Ф, создаваемый МДС обмотки фазы w₃, поворачивается относительно оси полюсов 2—4 еще на 45° (рис. 1.51 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 VT3 и VT4.

Рис 1.49. Принципиальная схема БДПТ

Рис 1.50 Расположение обмоток фаз на полюсах статора БДПТ

Дальнейшую работу элементов схемы БДПТ (рис. 1.51) до завершения вектором потока Ф одного оборота проследим по табл. 1 и рис. 1.51, а—з.

Таблица 1

Рис. 1.51. Магнитное поле статора в четырехполюсном БДПТ.

На рис. 1.52. показано устройство рассмотренного БДПТ. Датчики Холла 3 размещены в специальных пазах полюсных наконечников 1 сердечника статора.

Рис 1.52. 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.

Изменение направления вращения (реверс) двигателя осуществляется изменением полярности напряжения U₁ 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.

Раздел 2. Трансформаторы.

Трансформаторы. Назначение, применение, типы.

Трансформатором наз. статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Тр-ры широко применяются при передаче энергии от электростанций к потребителям на большие расстояния, при распределении ее между приемниками, в выпрямительных установках, усилительных, сварочных, нагревательных и других эл. установках, а также в устройствах связи, сигнализации, автоматики, радио, телевидения и т.д.

При передаче эл. энергии величина тока обуславливает потери энергии в линии. Для уменьшения потерь можно уменьшить сопротивление проводов путем увеличения сечения. Это увеличение веса, укрупнение вышек, затраты на медь и т.д. Однако увеличение напряжения при постоянной мощности приводит к уменьшению тока, а значит можно уменьшить сечение проводов. Передача энергии становится экономически целесообразной и выгодной. Передача энергии производится при очень высоких напряжениях (до 500 кв. и более). Получить такое напряжение в генераторах невозможно, поэтому в начале линии устанавливают повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до нужной величины, а в конце линий эл. передач устанавливают понижающие трансформаторы.

На судах при помощи тр-ров создают несколько систем разных по величине напряжений для питания различных устройств и приборов.

Дата добавления: 2014-04-17; просмотров: 1285; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!