5. БЕСКОНТАКТНЫЕ
ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Двигатели постоянного
тока обычного исполнения имеют ценное качество-возможность широко и плавно
регулировать скорость вращения. Вместе с тем они обладают существенным
недостатком, обусловленным щеточно-коллекторным узлом. Вполне естественно,
что появилась мысль создать двигатели, обладающие достоинствами двигателей
постоянного тока и свободные от их недостатков. Такие двигатели
называются бесконтактными двигателями постоянного тока.
Рис.5.1. Структурная схема бесконтактного двигателя постоянного тока
Бесконтактные двигатели постоянного
тока состоят из трех элементов (рис. 5.1):
1) бесконтактного двигателя с m-фазной обмоткой на статоре и
возбужденным ротором обычно в виде постоянного магнита;
2)
датчика положения ротора (ДПР), выполненного в одном корпусе с
двигателем и предназначенного для выработки сигналов управления моментами
времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора;
3)
коммутатора,
как правило, транзисторного, осуществляющего по сигналам ДПР коммутацию токов
в обмотках статора.
П р и н ц и п д е й с
т в и я
бесконтактного двигателя рассмотрим на примере упрощенной схемы (рис.
5.2). В ее состав входит двигатель с тремя обмотками на статоре, сдвинутыми в
пространстве на 120 градусов и соединенными в звезду, ДПР с одним
сигнальным элементом (СЭ) и тремя чувствительными элементами (ЧЭ) (их
число равно числу обмоток статора), коммутатор, выполненный на трех
транзисторах, работающих в ключевом режиме, т.е. в режиме «закрыт»
или «открыт».
Рис. 5.2. Упрощенная принципиальная схема бесконтактного двигателя
постоянного тока
В положении, показанном
на рис.5.2, сигнальный элемент через чувствительный элемент «А»
открывает транзистор ТА. По обмотке А протекает ток IА.
Намагничивающая сила обмотки FА взаимодействует с потоком
постоянного магнита ротора. Возникает вращающий момент, и двигатель приходит во
вращение (1-й такт на рис. 5.3). Вместе с ротором поворачивается и СЭ ДПР. При
повороте ротора на угол чуть больший 30°
СЭ будет воздействовать сразу на два ЧЭ: на «А» и на «В».
Это значит, что будут открыты сразу два транзистора: ТА и ТВ.
Ток будет протекать по обеим обмоткам А и В. Появится результирующая НС
статора FАВ, которая повернется на 60° по сравнению с первым положением (2-й такт на рис. 5.3).
Рис. 5.3. Первых 3 такта в работе бесконтактного двигателя постоянного тока
Эта НС продолжает взаимодействовать
с полем постоянного магнита; двигатель продолжает развивать вращающий момент.
Когда угол поворота
станет чуть больше 90°, транзистор ТА
закроется, ток будет проходить только по обмотке В. Поле ротора будет
взаимодействовать только с НС этой обмотки, однако вращающий момент по
прежнему будет воздействовать на ротор двигателя и вращать его в том же
направлении (3-й такт на рис. 5.3). В конечном итоге двигатель разовьет такую
скорость, при которой его момент будет уравновешиваться моментом нагрузки.
Если бы бесконтактный
двигатель имел обмоток, чувствительных элементов и транзисторов столько
же, сколько обычный двигатель имеет коллекторных пластин, то по своим
свойствам и характеристикам они ничем бы не отличались друг от друга. Однако
увеличение числа элементов сильно усложняет конструкцию машины. Поэтому в
реальных двигателях число обмоток, а соответственно, и число чувствительных
элементов и транзисторов не превышает 3-4.
Малое число обмоток
обусловливает ряд особенностей работы бесконтактного двигателя постоянного
тока.
1. Пульсация вращающего
момента
— возникает вследствие скачкообразного перемещения НС статора (см. положения
1,2,3 рис. 5.3). В соответствии с общими законами электромеханического
преобразования энергии момент бесконтактного двигателя может быть определен
как скалярное произведение магнитного потока ротора и НС взаимодействующих
обмоток статора
Источник: //www.toehelp.ru/theory/electromach/lecture11.html