Классификация электрических микромашин

Коэффициент усиления ЭМУ представляет собой отношение выходной  мощности ко  входной:

 

      (52)

 

Электромашинный усилитель  с поперечным полем можно рассматривать  как генератор постоянного тока, состоящий из двух ступеней, включенных в каскад. В первой ступени магнитный  поток создается обмоткой управления, а выходной обмоткой служит обмотка якоря, замкнутая накоротко проводником, включенным между поперечными щетками. Выходная мощность первой ступени Р_вых1 является одновременно входной мощностью  второй ступени  Р_вх2.

Учитывая,  что P_выx1 = P_Bx2 , коэффициент усиления

 

(53)

 

где k_y1 = Р_вых1/Р_вх1—коэффициент усиления первой ступени; k_у2 = P_вых2/Р_ВХ2 — коэффициент усиления  второй ступени,

Общий коэффициент усиления усилителя

 

                   ,     (54)

 

где w_a, w_y — число витков обмотки соответственно якоря и управления; R_y и R_H—сопротивления обмотки управления и нагрузки; R_Md и R_Mq — магнитные сопротивления соответственно по  продольной и поперечной  осям машины.

Устройство. Обычно при мощности машины до нескольких киловатт ЭМУ и приводной асинхронный двигатель располагают в общем корпусе (рис. 22). Они имеют общий вал, на котором устанавливают пакет ротора приводного двигателя, якорь усилителя и его коллектор. При больших мощностях усилитель выполняют как самостоятельную машину и соединяют муфтой с приводным двигателем. Из (54) следует, что для получения большого коэффициента усиления необходимо увеличивать частоту вращения ЭМУ; при использовании приводного асинхронного двигателя она составляет ~ 3000 об/мин. Чтобы уменьшить магнитные сопротивления по продольной R_Md и поперечной R_Mq осям, воздушный зазор между статором и ротором выполняют небольшим.  При увеличении числа

Рис. 11.22. Устройство ЭМУ с поперечным  полем:1,  8 — подшипниковые  щиты;

2— коллектор   усилителя;  3 — якорь  усилителя; 4 — статор   усилителя; 

5 —обмотка  статора   усилителя;   6 — ротор  двигателя; 7—статор двигателя

 

витков w_a обмотки якоря коэффициент усиления возрастает; однако чем больше число витков в обмотке якоря, тем больше ее индуктивность, а следовательно, ниже быстродействие усилителя. Чтобы получить высокое быстродействие, магнитопровод машины выполняют целиком шихтованным. Это уменьшает вихревые токи, возникающие при резких изменениях тока управления, и способствует быстрому изменению магнитного потока в соответствии с изменением сигнала управления.

Наличие двойного комплекта  щеток (по продольной и поперечной осям) заставляет принимать специальные  меры для обеспечения безыскровой  коммутации в ЭМУ. Чтобы обеспечить хорошую коммутацию под продольными  щетками, главные полюсы делают «расщепленными» (рис. 23), т. е. каждый полюс разделяют на две части. Между ними располагают добавочные полюсы с соответствующими обмотками, которые и создают необходимое магнитное поле в зоне коммутации.

По поперечной оси машины добавочные полюсы не устанавливают, поэтому  для обеспечения безыскровой  коммутации под поперечными щетками в ЭМУ предусматривают специальную поперечную подмагничивающую обмотку. При наличии ее поперечный поток Ф_аq требуемый для создания ЭДС E_d, получается не только от МДС якоря F_aq, но и от МДС подмагничивающей обмотки F_n. Это позволяет уменьшить ток I_q и МДС F_aq, что благоприятно сказывается на работе поперечных щеток. Магнитную систему машины выполняют обычно с неявновыраженными полюсами и с 2р = 2.

Обмотки управления размещают  в больших пазах статора, расположенных по поперечной оси машины, и выполняют в виде нескольких (в данном случае — четырех) катушек, имеющих   отдельные   выводы.   Компенсационную   обмотку

Рис. 11.23.    Схема    расположения обмоток на статоре ЭМУ с поперечным  полем:

1 — обмотка  управления; 2 —части расщепленного главного полюса; 3 — компенсационная обмотка;

4 — коллекторная подмагничивающая обмотка; 5 — добавочный полюс; 6 — обмотка добавочного  полюса

 

обычно выполняют распределенной и располагают в нескольких пазах. В пазах, расположенных по продольной оси машины, размещают обмотку дополнительных полюсов и поперечную подмагни-чивающую обмотку. Для уменьшения влияния явления намагничивания на работу ЭМУ вокруг спинки статора наматывают размагничивающую обмотку, питаемую переменным током (на рис. 25 она не показана). Поток этой обмотки замыкается в сердечнике статора, не проходя в якорь, и способствует уменьшению н. с. остаточного магнетизма, которая создает погрешности в характеристиках ЭМУ.

Характеристики. Электромашинный усилитель с поперечным полем выполняется с ненасыщенной магнитной системой, поэтому выходное напряжение U_вых этой машины пропорционально току управления I_у. Зависимость U_вых = f(I_у) при п = const и R_H = const называется регулировочной характеристикой (рис.24, а). Внешние характеристики машины U_вых = f(I_d) при I_у = const и п = const представляют собой прямые (рис. 24,б), угол наклона которых к оси абсцисс зависит от степени компенсации компенсационной обмотки МДС F_ad. При недокомпенсации напряжение U_вых уменьшается с ростом тока нагрузки I_d (прямая 1) из-за размагничивающего действия потока якоря Φ_αd. При перекомпенсации напряжение U_вых растет с увеличением тока I_d (прямая 3); при такой     характеристике     работа     ЭМУ     неустойчива.     При

 

Рис. 11.24. Регулировочная и внешняя характеристики ЭМУ с поперечным полем,

 зависимости  коэффициента усиления от тока  нагрузки

 

точной компенсации МДС F_ad напряжение U_вых с ростом тока I_d падает незначительно лишь за счет падения напряжения в цепи якоря (прямая 2). Обычно ЭМУ выпускают с небольшой перекомпенсацией, при которой F_к/F_ad=1.05; в этом случае внешняя характеристика располагается почти горизонтально.

Коэффициент усиления по мощности (54) обратно пропорционален сопротивлению  нагрузки R_н, т. е. прямо пропорционален току I_d. На рис. 11.24, в показаны зависимости k_y = f(l_d) при п = const и I_у = const при различной степени компенсации МДС F_ad. Очевидно, чем больше ток нагрузки, тем больше и коэффициент усиления по мощности. При недокомпенсации (прямая 1) коэффициент усиления меньше,  чем при полной компенсации  (прямая 2).

 

 

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ В ШКОЛЬНОЙ ПРАКТИКЕ

 

В настоящее время в системе учебного оборудования физического кабинета используются различные электрические двигатели. Несколько примеров.

Ротационный вакуумный насос  приводится в действие однофазным двигателем переменного тока типа АОЛБ-31-4. Напряжение двигателя 220В, мощность 270Вт, частота  вращения1420 мин^-1.

Во многих физических кабинетах  имеется механический секундомер, основой  которого является синхронный двигатель  Уоррена с редуктором. Частота  вращения 60 мин^-1, напряжение 127В или 220В.

Применяемые в физическом эксперименте микродвигатели - они  не требуют пусковых реостатов, а  регулирование скорости их вращения целесообразно производить путем  изменения напряжения, подаваемого  на зажимы двигателя.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Брускин Д. Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С.  Электрические машины и микромашины. М.: 1990;
2. Аблин А. Н., Ушаков М. А., Фестинатов Г. С., Хотунцев Ю. Л. Электротехника. М.: 1998.