Двигатели постоянного тока устройство и режим работы

Электродвигатель постоянного тока

Для функционирования современных станков и устройств с высокой точностью позиционирования применяются двигатели, работающие от постоянного тока. Точность и линейность их работы на 30-80% выше, чем у устройств, работающих на переменных токах.

Принцип функционирования электродвигателя постоянного тока 12 вольт основан на принципах электромагнитной индукции. Он состоит из четырех ключевых частей:

1. Корпус, в котором расположены рабочие элементы.
2. Якорь, состоящий из коллектора, обмотки и сердечника.
3. Индуктор, обеспечивающий постоянное магнитное поле.
4. Щетки.

Электродвигатели постоянного тока 24 вольта применяются в автомобилестроении, тепловозостроении, станкостроении. Их используют для создания приводов, компьютерной техники, принтеров, сканеров, ксероксов, строительных аккумуляторных инструментов и пр.

Устройство плавного пуска двигателей постоянного тока УППДПТ и УППДПТ-4

Устройство плавного пуска электродвигателей постоянного тока УППДПТ и УППДПТ-4 предназначено для замены систем реостатного пуска электродвигателей постоянного тока, приводящих в движение механизмы, в которых не требуется регулирование скорости, например, аварийных маслонасосов турбин.

Устройство УППДПТ и УППДПТ-4 может применяться при необходимости пуска электродвигателя от сети постоянного тока малой мощности, например, от аккумуляторов.

Общие сведения

После поступления команды на запуск электродвигателя устройство плавного пуска УППДПТ и УППДПТ-4 выполняет функцию регулятора напряжения, обеспечивающего ограничение тока якоря электродвигателя на заданном уровне, превышающем ток, определяемый нагрузкой на валу электродвигателя, вплоть до достижения скоростью величины близкой к номинальной.

При достижении этой величины скорости прекращается регулирование напряжения, подаваемого на якорь электродвигателя, и электродвигатель переходит на естественную характеристику, соответствующую полному напряжению, определяемому напряжением источника питания (сети постоянного тока или аккумуляторной батареи).

С целью исключения неэффективных потерь энергии и перегрева обмотки возбуждения электродвигателя питание на обмотку возбуждения подается сразу же в момент поступления команды на запуск электродвигателя. Снимается напряжение питания обмотки возбуждения сразу после торможения электродвигателя.

Подключение к сети производится внешним контактором. Контактор в состав устройства плавного пуска не входит, но может быть поставлен в комплекте с ним по специальному заказу.

В УППДПТ-4 дополнительно предусмотрены изолированные дискретные выходы «Готовность к работе» и «Пуск завершен».

Технические характеристики

Габаритные размеры

Конструктивно устройство выполнено в виде навесного блока и имеет два исполнения: с защитным кожухом и открытое.

Устройство открытого исполнения предназначено для встраивания в модульные шкафы управления технологических механизмов.

Принцип действия.

Работа данного двигателя напрямую зависит от взаимодействия магнитных полей статора и коллектора. Как мы с вами уже знаем, что в статоре и на коллекторе есть обмотки. Если подать на эти обмотки напряжение, то за счёт этого будут создаться магнитные поля. А эти магнитные поля уже и будут заставлять коллектор вращаться. Смотрите, как это показано на картинке.

Схема подключения

Как было сказано выше, для работы бесколлекторного двигателя нужен специальный контроллер. На алиэкспресс можно найти как комплекты из двигателя и контроллера, так и по отдельности. Контроллер также называют ESC Motor или Electric Speed Controller. Выбирают их по силе тока, отдаваемого в нагрузку.

Обычно подключение электродвигателя к контроллеру не вызывает затруднений и понятно даже для чайников. Главное, что нужно знать — для смены направления вращения нужно изменить подключение любых двух фаз, собственно также, как и в трёхфазных асинхронных или синхронных электродвигателях.

В сети есть и ряд технических решений и схем как сложных, так и для чайников, которые вы можете увидеть ниже.

В этом видеоролике автор рассказывает, как подружить БК моторчик с «ардуиной».

А в этом ролике вы узнаете о различных способах подключения к разным регуляторам и как его можно сделать своими руками. Автор демонстрирует это на примере моторчика от HDD, и пары мощных экземпляров — inrunner и outrunner.

Кстати схему из видео для повторения также прикладываем:

________________________________

_______________________________

Справочная информация о продукции

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА СЕРИИ 2ПБВ

Название

Двигатели могут использоваться в составе регулируемых электроприводов различных механизмов, включая безредукторные приводы подач станков, роботов, манипуляторов, где требуются высокая равномерность вращения и высокая перегрузочная способность по моменту при низких частотах вращения.

Питание электродвигателей может осуществляться как от генераторов постоянного тока, так и от выпрямительных устройств.

Обозначение

2ПБВХХХХХХХХ4:

П — электродвигатель постоянного тока со встроенным тахогенератором ТП-80-20-0,2 с крутизной 20 мВ•мин и датчиком тепловой защиты терморезистором СТ14-2А;

Б — степень защиты и способ охлаждения (закрытое исполнение с естественным охлаждением);

В — высокомоментный;

ХХХ — высота оси вращения, мм (100, 112, 132);

Х — обозначение длины (S-первая, М-вторая, L-третья);

Х — наличие тормоза (Е-с тормозом, отсутствие буквы — без тормоза);

ХХ — 01 — наличие датчика пути — резольвера LTSa11c, 02 — наличие устройства под установку датчика пути — преобразователя измерительного фотоэлектрического модели ВЕ — 178, отсутствие обозначения — без датчика пути;

Х4 — климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения (4) по ГОСТ 15150-69.

Конструкция

Высокомоментный с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных ферритовых магнитов. Закрытого исполнения с естественным охлаждением, степенью защиты IP44S по ГОСТ 17494-87, способом охлаждения IC0041 по ГОСТ 20459-87. Применена изоляция класса нагревостойкости Н по ГОСТ 8865-87.

Конструктивное исполнение по способу монтажа IM3081 по ГОСТ 2479-79 — без лап, с фланцем на подшипниковом щите, горизонтальное и вертикальное расположение с одним цилиндрическим концом вала.

Изготавливается с встроенным датчиком тепловой защиты и тахогенератором постоянного тока. Предусматривается пристройка безлюфтового электромагнитного тормоза НЗТБ-11, установка датчика пути — резольвера или оснащение устройством для установки датчика пути потребителем. Возможна доработка двигателя для установки датчика пути — энкодера.

Технические характеристики

Режим работы продолжительный S1 по ГОСТ 183-74, допускается работа в кратковременном режиме S2 и повторно-кратковременном режиме S3.

Уровень звука мощности Lw, корректированный по характеристике А при частоте вращения 0,5n_max соответствует классу 2 по ГОСТ 16372 — 93.

Среднеквадратичное значение виброскорости при частоте вращения 0,5n_max соответствует классу 1,12 для двигателей категории R с высотой оси вращения 100, 112 и классу 1,8 для двигателей категории N с высотой оси вращения 132 мм. Направление вращения двигателей — реверсивное.

Двигатели допускают перегрузку по току на 50% сверх длительного значения в заторможенном состоянии в течении 1 мин. и ток, соответствующий максимальному моменту, в течение 1с.

Двигатели допускают повышение частоты вращения на 30% сверх максимальной в течение 3 мин.

Более подробная информация содержится в ТУ16-527.300-86.

Условия эксплуатации

Высота над уровнем моря не более 1000м.

Температура окружающей среды от 1 до 45 о С — для климатического исполнения О4 и от 1 до 40 о С — для климатического исполнения УХЛ4, относительная влажность воздуха до 98% при t=35 о С.

Воздействие механических факторов по группе М8 по ГОСТ 17516.1-90.

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию и снижающих параметры электродвигателей.

Допускается эксплуатация двигателей в условиях, отличных от указанных выше. При этом основные технические параметры корректируются и устанавливаются при заключении договора на поставку.

Надежность и долговечность

Вероятность безотказной работы за наработку 4000 ч не менее 0,9 (с заменой щеток при необходимости через 2000 ч). Средний ресурс до списания 20000 ч. Средний срок службы 15 лет.

Заказ

При заказе указать тип двигателя, режим работы по ГОСТ 183-74 необходимость установки тормоза и датчика пути. Экспортное или обычное исполнение. Технические условия ТУ16-527.300-86.

По вопросам поставок обращаться тел: 8-905-908-18-47, 8-905-908-18-57.

По техническим вопросам тел: 8 (3846) 63-17-74 .

Основные параметры электродвигателей 2ПБВ

Габаритные, установочные и присоединительные размеры

Обмотки и зубья

Количество зубьев статора должно делиться на количество фаз. т.е. для трехфазного бесколлекторного двигателя количество зубьев статора должно делиться на 3. Количество зубьев статора может быть как больше так и меньше количества полюсов на роторе. Например существуют моторы со схемами: 9 зубьев/12 магнитов; 51 зуб/46 магнитов.

Двигателя с 3-х зубым статором применяют крайне редко. Поскольку в каждый момент времени работает только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор не равномерно по всей окружности (см. рис.).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее.

В этом случае магнитные силы, воздействующие на ротор, компенсируют друг друга. Дисбаланса не возникает.

Варианты распределения обмоток фаз по зубьям статора

Вариант обмотки на 9 зубов

Вариант обмотки на 12 зубов

В приведенных схемах число зубов выбрано таким образом, чтобы оно делилось не только на 3. Например, при 36 зубьях приходится 12 зубьев на одну фазу. 12 зубьев можно распределить так:

6 групп по 2 зуба

4 группы по 3 зуба

3 группы по 4 зуба

2 группы по 6 зубьев

Наиболее предпочтительна схема 6 групп по 2 зуба.

Существует двигатель с 51 зубом на статоре! 17 зубов на одну фазу. 17 — это простое число, оно нацело делится только на 1 и на само себя. Как же распределить обмотку по зубьям? Увы, но я не смог найти в литературе примеров и методик, которые помогли бы решить эту задачу. Оказалось, что обмотка распределялась следующим образом:

Рассмотрим реальную схему обмотки.

Обратите внимание, что обмотка имеет разные направления намотки на разных зубьях. Разные направления намотки обозначаются прописными и заглавными буквами. Детально о проектировании обмоток можно прочитать в литературе, предложенной в конце статьи.

Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы. Т.е. все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно.

Обмотки зубьев могут соединяться и параллельно.

Так же могут быть комбинированные включения

Параллельное и комбинированное включение позволяет уменьшить индуктивность обмотки, что приводит к увеличению тока статора (следовательно и мощности) и скорости вращения двигателя.

Большое количество инсталляций

На протяжении довольно длительного периода времени для регулировки скорости вала двигателя использовались только приводы постоянного тока. Следовательно, они имели широкое распространение и были установлены на огромном количестве различных машин, механизмов и оборудовании. Двигатели постоянного тока хорошо известны техникам и инженерам во всем мире и по ним накоплено довольно много информации. Тиристорные регуляторы являются менее сложными, чем преобразователи частоты, а также более ремонтопригодными. Очень часто, при усовершенствовании систем управления, замена устаревших приводов постоянного тока новыми современными приводами постоянного же тока, является экономически более выгодной.