Реферат: Высокомоментные двигатели

Конструктивно МДПМ могут выполняться как нормального (ОУ размещается под индуктором), так и обращенного исполнения, при этом ОУ может находиться как на роторе, так и на статоре. Зависимость электромагнитного момента от сигнала, подаваемого в ОУ, достаточно близка к линейной. За счет полюсных наконечников или геометрии воздушного зазора можно в случае необходимости получить требуемую закономерность изменения момента по углу поворота ротора. В частности, можно добиться практической независимости момента от положения ротора при данном сигнале в ОУ. При разнополярном симметричном потоке в воздушном зазоре в МДПМ с р парами полюсов и условии независимости момента от положения ротора диапазон углов поворота ротора не может превышать 360°/2p (практически при р=1 не более 120— 130 градусов). При однополярном потоке соответствующий диапазон углов может достигать 260—270 градусов. Если угол поворота ротора не превышает нескольких градусов, то МДПМ может быть выполнен по типу обычного двигателя постоянного тока, но с питанием якорной обмотки через гибкие токопроводы.

МДПМ с неограниченным углом поворота ротора характеризуется тем, что ось МДС обмотки управления при различных положениях ротора сохраняет

почти неизменное положение по отношению к оси ПМ за счет коммутации токов в секциях ОУ. Момент линейно зависит от сигнала в ОУ и почти не зависит от положения ротора.

Примером МДПМ с неограниченным углом поворота ротора может служить многополюсная магнитоэлектрическая коллекторная машина с обмоткой якоря волнового типа. Недостатки коллекторных электродвигателей, которые, как правило, связывают с малой надежностью щеточно-коллекторного узла и радиопомехами, вызываемыми искрением из-под щеток при коммутации секций, в отношении коллекторных МДПМ, работающих в заторможенном режиме, не так явно выражены. Применение волновой обмотки позволяет установить любое (вплоть до р) число пар щеток, что обеспечивает достаточно высокую надежность МД даже при значительных вибрациях и тряске. Естественная многофазность коллекторных МДПМ делает их самыми точными (с точки зрения угловой стабильности момента) среди моментных приводов на постоянном токе.

В тех случаях, когда по условиям эксплуатации применение коллекторных МДПМ недопустимо, находят широкое применение вентильные МД, секции которых подключаются к сети с помощью полупроводниковых ключей (вентилей). Указанные электродвигатели имеют, как правило, обращенное исполнение с размещснием индуктора на роторе. Коммутация токов в секциях ОУ вентильных МДПМ может осуществляться как дискретно, так и непрерывно. Дискретная МДПМ может осуществляться как дискретно, так и непрерывно. Дискретная коммутация осуществляется с помощью датчиков положения ротора (датчиков Холла, трансформаторных, индукционных и др.), управляющих полупроводниковымиключами, которые подключают к сети постоянного тока трех- или четырехфазную статорную обмотку. Однако у таких МД имеют место значительные пульсации момента по углу поворота ротора (достигающие 10—15 %), вызываемые как коммутационными процессами при переключении фаз, так и дискретными ми поворотами МДС статора. При увеличении количества тактов за один оборот ротора пульсации момента уменьшаются, однако возрастает число датчиков положения или усложняется схема. Непрерывная коммутация осуществляется с помощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ), управляющих токами ОУ МДПМ через фазочувствительные усилители-преобразователи (ФЧУП). В некоторых случаях для непрерывной коммутации используются датчики Холла или емкостные датчики.

Ротором МДПМ с ограниченным или неограниченным углом поворота может быть сама ОУ, размещенная на каркасе из немагнитного материала; в этом случае электромеханическая, а также электромагнитная постоянные времени МДПМ весьма малы, а момент, обусловленный гистерезисом или неравномерностью воздушногозазора, отсутствует. При этом в связи с большим воздушным зазором уменьшается индукция в зазоре и возрастает поток рассеяния.

1.6 Математическое описание ВМД в электромеханических системах

1.7 Принцип действия ВМД

Источником поля возбуждения в ВМД ПТ (МДПМ) является постоянный магнит. На обмотку статора (ротора) подводят постоянное напряжение.

Ток, протекающий в обмотке двигателя, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, создает вращающий момент. Когда M_э >M_с двигатель начнет вращаться.

1.8 НАГРЕВ ДПТ.

При работе двигателя из-за потерь повышается его внутренняя температура. После запуска ЭД и приложения к нему постоянной нагрузки его температура возрастает по закону, близкому к экспоненциальному и достигает установившегося значения, как это показано на рисунке 1.8.1 .

Время, за которое температура достигает 63 процента от своего максимального значения называется тепловой постоянной времени.

Превышение температуры DТ определяется разностью между Т_дв и Т_охл.ср. :

Рисунок 1.8.1 - График роста температуры во время работы электродвигателя.

При значительном увеличении температуры ЭД происходит ускоренное старение его изоляции, а также могут выйти из строя подшипники и коллектор. Предельное DТ определяется классом изоляции двигателя согласно таблице 1.8.1 .

Свойства изоляции ухудшаются по трем основным причинам:

– За счет нагрева.

Связь между температурой и сроком службы изолятора апроксимируется следующими выражениями:

,

где L – срок службы, лет;

Q – температура изоляции, °С

а,m – константы, зависящие от материала.

– За счет нагрева.

Коэффициент поверхностного сопротивления уменьшается, а утечка тока увеличивается, когда поверхность электроизоляционного материала впитывает воду. При впитывании воды диэлектриком, уменьшается коэффициент его объемного сопротивления, а потери увеличиваются. Высокая влажность вызывает также химическую деформацию материала из-за растяжения, разбухания и роста плесени, что в свою очередь, способствует дальнейшему ухудшению свойств изоляции.

Таблица 1.8.1 – Классы изоляции

Класс изоляции	DТ,°С	Предельно допустимая температура, °С	Материал изоляции
A	50-60	105	Хлопок, шелк, бумага, поливинил
E	65-75	120	Эмалевая или полистирольная пленка
B	70-80	130	Слюда, стекловолокно с соответствующим клеем
F	85-100	155	Стекловолокно и др. с температурно-резистивным клеем
H	105-125	180	Стекловолокно и др. с кремниевой смолой или с хорошо клеящимся материалом
C	-	свыше 180	Керамические материалы

– За счет циклического охлаждения и нагрева.

При циклическом нагреве и охлаждении свойства изоляции ухудшаются гораздо быстрее за счет механических напряжений от растяжения и сжатия, а также от нагрева.

Повышение температуры работающего двигателя продолжается до тех пор, пока выделяемое тепло не станет равным рассеиваему теплу.

Обозначим переменные:

Q – тепло, выделяемое двигателем;

С – средняя мощность двигателя;