Двигатели постоянного тока в системах автоматики

В системах автоматики и телемеханики находят широкое применение исполнительные двигатели постоянного тока. Это связано с тем, что двигатели постоянного тока позволяют просто, плавно и экономично регулировать скорость вращения в очень широком диапазоне. При этом они устойчиво работают при любых скоростях вращения и любом характере нагрузки. По массе и габаритам они в два-три раза меньше асинхронных двигателей.

Основным недостатком двигателей постоянного тока, ограничивающим область их применения, является наличие коллектора и щёток. Искрение при работе коллектора приводит к подгоранию контактов, изменению их переходного сопротивления и, как следствие, к нестабильности характеристик двигателя. Это требует систематического ухода за коллектором и щётками в процессе эксплуатации и снижает надёжность узлов и агрегатов, в которых используются двигатели.

Кроме того, из-за искрения коллекторные двигатели нормального исполнения не могут работать во взрывоопасных средах и требуют установки устройств подавления радиопомех, возникающих при их работе.

По конструкции исполнительные двигатели делятся на двигатели обычного исполнения, двигатели с беспазовым якорем и малоинерционные двигатели.

Двигатели обычного исполнения отличаются от силовых двигателей постоянного тока только тем, что имеют шихтованный магнитопровод статора. Это связано с необходимостью минимизации потерь в стали, т.к. эти двигатели значительную часть времени работают в переходных режимах с изменяющимся основным магнитным потоком.

Двигатели с беспазовым якорем отличаются от обычных двигателей тем, что обмотка якоря располагается на цилиндрической поверхности якоря. Это увеличивает воздушный зазор двигатели и требует увеличения тока возбуждения, но позволяет существенно снизить индуктивность обмотки якоря и за счёт этого улучшить условия коммутации. Кроме того, беспазовая конструкция позволяет уменьшить момент инерции якоря и увеличить быстродействие двигателя.

Одним из недостатков двигателей постоянного тока обычного исполнения является относительно большой момент инерции якоря, снижающий их быстродействие. Для уменьшения момента инерции якоря применяются различные конструктивные решения, одним из которых является использование обмотки якоря изготовленной печатным способом на немагнитном диске или цилиндре. Такая конструкция значительно повышает технологичность изготовления якоря и существенно снижается его момент инерции, т.к. якорь представляет собой лёгкий тонкий немагнитный диск или цилиндр, на который нанесена обмотка в виде тонких полос медной фольги (рис. 12.16). Малая индуктивность обмотки улучшает условия коммутации, а отсутствие ферримагнитного сердечника якоря исключает потери в стали. Однако якорь с печатной обмоткой имеет малую механическую и термическую прочность, что может вызывать его коробление и отказ двигателя в работе. Другим существенным недостатком является большой немагнитный промежуток, состоящий из двух воздушных зазоров и толщины якоря. Поэтому двигатели с печатным якорем возбуждаются постоянными магнитами, т.к. использование обмотки возбуждения привело бы к значительным потерям в ней, из-за необходимости создания больших МДС (токов) для проведения потока через большой немагнитный участок магнитной цепи. Кроме того, это существенно увеличило бы массу и габариты двигателя.

Обмотку якоря малоинерционных двигателей выполняют также на немагнитных дисках или цилиндрах, но делают это обычным проводом с последующей заливкой полимерным составом. В результате образуется монолитный цилиндр или диск с проводниками обмотки, расположенными внутри. Такая технология более сложная и трудоёмкая, чем печатная, но позволяет увеличить механическую прочность конструкции якоря.