Курсовая работа: Система автоматического управления манипулятором робота-лунохода

В асинхронных двигателях специальная обмотка возбуждения отсутствует, рабочий поток создается реактивной составляющей тока обмотки статора. Этим объясняется простота конструкции и обслуживания асинхронных двигателей, так как отсутствуют скользящие контакты (щеточно-коллекторный узел) для подвода тока к вращающейся обмотке возбуждения и отпадает необходимость в дополнительном источнике постоянного тока для возбуждения двигателя. Недостатком является невозможность управления таким двигателем.

Среди коллекторных двигателей переменного тока получили распространение в основном однофазные двигатели малой мощности. Они находят применение в приводах, к которым подвод трехфазного или постоянного тока затруднен или нецелесообразен (в электрифицированном инструменте, бытовой технике и т. п.).

Использование двигателей переменного тока неприменимо для нашей системы, питающейся от аккумуляторов, т.к. для их использования придется устанавливать преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Поэтому рассмотрим двигатели постоянного тока. Большинство двигателей постоянного тока — это коллекторные двигатели. Они выпускаются мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока располагаются на главных полюсах, закрепленных на станине. Выводы секций обмотки ротора (якоря) впаяны в пластины коллектора.

Одна обмотка коллекторного двигателя постоянного тока представлена ниже:

Рисунок 5. Вид одной обмотки коллекторного двигателя постоянного тока

Ток, протекая по обмотке, находящейся в магнитном поле, наводит в ней ЭДС, которая старается провернуть рамку. Направление этой силы определяется по правилу правой руки. Чтобы во внешней цепи ток протекал в одном направлении, он должен быть выпрямлен. Для этого служит специальный электромеханический выпрямитель – коллектор, расположенный на валу машины. В простейшем случае используют две пластины с наложенными на них щетками. Последние так должны быть расположены в пространстве, чтобы коммутация происходила в моменты периода ЭДС через ноль. С увеличением количества рамок (секций) и соответственно пластин коллектора пульсации уменьшаются. При восьми коллекторных пластинах пульсация напряжения на щетках не превышает 1% от среднего, поэтому ток, протекающий во внешней цепи, можно считать практически постоянным.

Коллекторный двигатель постоянного тока обычно управляется при помощи Н-моста, позволяющего задавать направление вращения:

Рисунок 6. Н-мост

Для того, чтобы двигатель вращался вперед ключи S_a 1 и S_a 2, обозначенные на рисунке, должны быть замкнуты. Если необходимо вращение в обратную сторону, что замыкаются ключи S_b 1 и S_b 2, а S_a 1 и S_a 2 при этом должны быть разомкнуты.

Как видно, коллекторный двигатель постоянного тока прост в управлении. Но при этом обладает меньшим КПД, т.к. в единичный момент времени «полноценно работает» только 1 обмотка, а наличие щеточно-коллекторного узла приводит к искрению, стиранию контактов, что является причиной невысокой (по сравнению с другими двигателями) долговечностью.

Существуют также бесконтактные двигатели постоянного тока, которые лишены недостатка коллекторных ДПТ, но имеют более сложную схему управления. Рассмотрим принцип действия такого двигателя:

В первоначальный момент времени по обмоткам A, B, C протекают токи так, как указано на рисунке. Намагничивающая сила F_R взаимодействует с потоком постоянного магнита ротора. Возникает вращающий момент, и двигатель приходит во вращение.

Рисунок 7. Положение ротора в начальный момент времени

Затем происходит смена токов в обмотке и F_R изменяет свое направление. Ротор продолжает свое вращение, стремясь совместиться с результирующим вектором.

FB

FC

Рисунок 8. Положение ротора с течением времени

Последовательная смена подаваемых токов на обмотках заставляет вращаться ротор в выбранном направлении. Для более плавного изменения направления вектора F_R используют модуляцию.

Схема управления бесконтактным двигателем постоянного тока выглядит следующим образом:

Рисунок 9. Схема управления бесконтактным двигателем постоянного тока

В качестве элемента, отслеживающего положение ротора, обычно используют датчик поворота ротора, который жестко соединен с ротором.