Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбор моментного двигателя прямого и редукторного электроприводов

Выбор моментного двигателя прямого и редукторного электроприводов

Появившиеся в конце прошлого века моментные электродвигатели сейчас широко применяются как в редукторных приводах, так и в прямом приводе, особенности которого рассмотрены в февральском выпуске журнала Control Engineering Россия за 2012 г. Наиболее распространены бесконтактные моментные двигатели с постоянными магнитами на роторе, различные варианты конструкции которых рассмотрены, например, в октябрьском выпуске того же журнала за 2007 г.

Конструкции моментных двигателей

Рис. 1. Коллекторный двигатель постоянного тока

Для пояснения проблемы выбора моментного двигателя рассмотрим типовую конструкцию классического коллекторного двигателя постоянного тока, показанную на рис. 1.

В корпусе с постоянными магнитами на статоре установлен ротор с подшипниками и щеточно-коллекторным узлом. Обмотка двигателя, называемая якорем, размещена на роторе, поэтому все тепло за счет потребляемого электрического тока выделяется только в роторе, поскольку постоянные магниты сами не нагреваются. Все это тепло отводится от ротора в корпус, в основном через воздух с торцов и через воздушный зазор, поскольку через подшипники и щетки поток тепла незначителен. Далее корпус двигателя охлаждается конвекцией воздуха, а часть тепла уходит через торец корпуса, которым двигатель соединяется с конструкцией привода. Таким образом, точный расчет температуры обмотки как основного повреждающего фактора при различных моментах, скоростях и режимах (например, частом реверсировании) весьма сложен, поскольку изменяются условия теплоотвода. Поэтому разработчики коллекторных электродвигателей испытывают двигатель в каком-то одном, так называемом номинальном режиме (в номинальной точке), с номинальными моментом, скоростью и мощностью, на валу, который и рекомендуют потребителю. Превышение усредненного момента нагрузки или механической мощности на валу двигателя больше номинального значения не допускается, даже если, например, двигатель используется при температуре окружающей среды ниже максимально допустимой, или потребитель обдувает двигатель воздухом или устанавливает на его корпус радиатор. Это объясняется тем, что прямой пересчет температуры обмотки в новой точке, отличной от номинальной, затруднен, поэтому требуются новые испытания двигателя в этой новой точке.

Рис. 2. Моментный двигатель компании Kollmorgen

Таким образом, для классических коллекторных двигателей постоянного тока назначение номинальной мощности на валу двигателя как основного фактора при его выборе по традиционной методике вполне оправдано. Положение не сильно меняется для встраиваемого моментного двигателя коллекторного типа. Например, на рис. 2 показан такой моментный двигатель компании Kollmorgen.

Здесь все тепло по-прежнему выделяется в роторе и отводится в основном через окружающую воздушную среду и частично – через вал ротора, не показанный на рисунке. Поэтому и здесь выбор двигателя по номинальной мощности вполне оправдан.

Рис. 3. Бесконтактный моментный двигатель серии STK компании Alxion

Совершенно иную конструкцию имеют бесконтактные моментные двигатели, например, двигатели серии STK компании Alxion (рис. 3) или серии ДБМ компании «Машиноаппарат» (рис. 4). В таких двигателях, в отличие от двигателей классической конструкции, обмотка размещена на статоре, а магниты – на роторе. Поэтому все выделяющееся тепло легко отводится на корпус привода.

Рис. 4. Бесконтактный моментный двигатель серии ДБМ компании «Машиноаппарат»

По характеру нормирования параметров бесконтактные моментные двигатели могут быть номинального и интенсивного использования. В первом случае аналогично двигателям классической конструкции для фиксированной схемы включения и управления задаются номинальные рабочий режим и механическая мощность на валу, которые гарантируются либо для двигателя без корпуса (при конвективном теплообмене), или при рекомендуемой конструкции теплоотвода. Например, моментные двигатели компаний Siemens или Ruch Serwomotor снабжаются дополнительным жидкостным охлаждением. Пример такого двигателя серии 1FW6 компании Siemens показан на рис. 5, где в центре хорошо видны патрубки для подвода охлаждающей жидкости.

Таким образом, в двигателях номинального использования функциональные возможности двигателя сильно ограничены, однако выбор таких двигателей может производиться по классической методике.

Рис. 5. Моментный двигатель компаний Siemens серии 1FW6

В отличие от двигателей номинального использования бесконтактные моментные двигатели интенсивного использования как правило:

  • имеют секционированную обмотку якоря, которую потребитель может включить по своему усмотрению, например, по 5 вариантам при двухфазной 4-секционной обмотке и по 18 вариантам при трехфазной 6-секционной обмотке;
  • допускают управление по любому закону при гармонической и импульсной форме тока якоря;
  • разрешают кратковременную работу при повышенном напряжении питания и т.д.

Очевидно, что при традиционном номинальном использовании в этом случае потребовалось бы задавать множество номинальных режимов и точек, в каждой из которых двигатель нужно испытывать отдельно.
Чтобы этого избежать, разработчики бесконтактных моментных двигателей интенсивного использования разрешают любые схемы включения, управления и режимы – при условии, что максимальная температура обмотки никогда не превышает заданного предельного значения (для моментных двигателей серий ДБМ и ДБМВ это +150 °С). Таким образом, под интенсивным использованием понимается возможность эффективного применения двигателя во всех условиях и режимах.
Однако при этом у потребителя возникают две проблемы:

  • как выбрать рабочую точку и тип моментного двигателя?
  • как спроектировать соответствующий теплоотвод статора, предотвращающий перегрев обмотки?

Оба этих вопроса рассматриваются в следующем разделе.

Методика выбора бесконтактного моментного двигателя

Методика выбора бесконтактного моментного двигателя включает следующие этапы:

  • назначение (выбор) рабочей точки;
  • вычисление требуемой максимальной механической мощности на валу двигателя;
  • выбор моментного двигателя редукторного или прямого привода;
  • вычисление мощности потерь в обмотке;
  • расчет теплоотвода (радиатора).

Рис. 6. График механической характеристики моментного двигателя

Первые два этапа требуют построения механической характеристики моментного двигателя в виде зависимости частоты вращения ротора n и мощности на валу P от вращающего момента M. Пример такой характеристики показан на рис. 6, где: nх – частота вращения холостого хода, Mп – пусковой момент, а Pмакс – максимальная механическая мощность на валу двигателя, определяемая по формуле:
Pмакс = 0,25 Mп nх .

В выбранной рабочей точке (режиме) А двигатель будет развивать рабочий вращающий момент Mр при рабочей частоте вращения nр и рабочей механической мощности на валу Pр.

В двигателях номинального использования рабочая точка определяет номинальный режим двигателя, назначаемый разработчиком двигателя чаще всего в точке максимума КПД, лежащей левее точки максимальной механической мощности на валу. Для двигателей интенсивного использования рабочая точка может быть выбрана потребителем в любой точке механической характеристики: от режима холостого хода до пускового режима, в том числе и в точках максимума КПД или максимальной механической мощности на валу. Однако очевидно, что для исполнительных двигателей, т. е. двигателей сервоприводов и приводов регулируемой скорости, в отличие от нерегулируемых приводов, КПД не является решающим показателем, поскольку такой двигатель должен обеспечивать прежде всего точность и быстродействие привода.

Рассмотрим простой пример. Известно, что взрослый мужчина может толкать неисправную легковушку (или даже пустой двухосный вагон). Но если попросить его остановить у крыльца с точностью в 1 см, это будет воспринято как дурная шутка. Между тем тот же мужчина легко подведет карандаш на бумаге к заданной точке с ошибкой менее 1 мм. Отсюда следует известное практическое правило: чем точнее привод, тем он должен быть менее нагружен. Очевидно, что и для быстродействия двигатель должен располагать большими запасами по моменту.

Рис. 7. Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока

Это же правило следует и из теории нелинейных систем автоматического управления. Рассмотрим, например, регулировочную характеристику двигателя постоянного тока, т. е. зависимость частоты вращения n от управляющего напряжения U при большом моменте нагрузки, показанную на рис. 7.

Ясно, что двигатель не запустится, пока управляющее напряжение не превысит напряжение трогания Uн, определяемое моментом нагрузки. Предельное значение скорости nмакс ограничено допустимым максимальным напряжением питания. Мерой нелинейности этой характеристики является отношение Uмакс/Uн. Очевидно, что чем она выше, тем привод ближе к линейному, и тем вероятнее возможность обеспечить его высокую точность, плавность и быстродействие.

Применительно к моментным двигателям мерой нелинейности привода является коэффициент линейности (называемый иногда коэффициентом плавности), равный отношению пускового момента к рабочему:
kпл = Мп / Мр.

Читать еще:  Что является рабочим телом в паровом двигателе

Значение коэффициента линейности рекомендуется выбирать в пределах:
kпл = 3 – 20,
где минимальное значение этого коэффициента назначается для простых, не очень точных приводов, а максимальное – для особо точных следящих или регулируемых приводов. С этой точки зрения ситуация, показанная на рисунке 7, является неприемлемой, поскольку здесь kпл = 2.

Таким образом, выбор коэффициента линейности определяет рабочую точку А двигателя, и если за рабочую механическую мощность на валу принять требуемую мощность двигателя Pр = Pтр, то на рисунке 6 легко найти максимальную механическую мощность на валу по формуле:
P_макс=P_р (kпл^2)/4(kпл-1) .

Это позволяет легко выбрать из каталога подходящий типономинал моментного двигателя по его максимальной механической мощности на валу. Затем, построив его механическую характеристику, можно вычислить рабочую частоту вращения двигателя и необходимое передаточное отношение редуктора с учетом его КПД и нужных запасов по скорости.

Для прямого привода редуктор отсутствует, поэтому моментный двигатель выбирается по требуемому пусковому моменту
Мп > kпл Мтр,
где Мтр – требуемый момент объекта управления (рабочего механизма).

Рис. 8. Метод электротермических аналогий, упрощенная цепь

Этап выбора типономинала двигателя завершается нахождением мощности электрических потерь в обмотке статора. Для этого по известным методикам вычисляется эквивалентный (среднеквадратичный) момент двигателя, зависящий от рабочего режима, а по нему – амплитуда фазного тока статора и мощность электрических потерь в обмотке (потерь в меди) Pэ. Необходимо, однако, учитывать, что при работе в режиме вентильного двигателя помимо синфазной составляющей тока, образующей вращающий момент, в обмотке протекает квадратурная составляющая тока, вызванная запаздыванием в электронной части. Кроме того, дополнительный нагрев вызывают высокочастотные составляющие фазных токов за счет негармонической формы тока, широтно-импульсной модуляцией и т. д.

Расчет теплоотвода (радиатора) проводится методом электротермических аналогий. Для этого установившийся процесс отвода тепла от обмотки в окружающую среду представляется в виде упрощенной цепи, показанной на рис. 8, где:

  • Tоб, Tст, Tр и Tср – установившиеся значения температуры обмотки, посадочной поверхности статора двигателя, радиатора и окружающей среды соответственно;
  • Rт, Rп и Rр – тепловые (называемые иногда термическими) сопротивления двигателя, перехода статор – радиатор и радиатора соответственно.

Как видно из приведенного рисунка, в методе электротермических аналогий температура является аналогом напряжения, мощность электрических потерь – аналогом электрического тока, а тепловое сопротивление – аналогом электрического сопротивления цепи.

Тепловое сопротивление моментного двигателя интенсивного использования указывается в его паспортных данных. Тепловое сопротивление перехода статор – радиатор может быть уменьшено плотной посадкой, специальными пастами и смазкой, поэтому составляет обычно малую величину. Тепловое сопротивление радиатора или корпуса привода, в который встраивается моментный двигатель, подлежит определению и указанию в техническом задании на конструировании радиатора. Пример электропривода линейного движения с моментным двигателем типа ДБМ и радиатором приведен на рис. 9.

Рис. 9. Электропривод линейного движения с моментным двигателем типа ДБМ и радиатором

Для расчета требуемого теплового сопротивления радиатора в соответствии с рисунком 8 задаются допустимой температурой обмотки Тоб (которая должна быть ниже предельной максимально допустимой температуры для данного типа двигателя, например, 150 °С) и определяют установившуюся температуру статора и требуемое тепловое сопротивление радиатора и перехода статор – радиатор.

По тепловому сопротивлению радиатора или корпуса с помощью известных методик определяют их конструкцию, а также решают вопрос о необходимости дополнительного обдува или жидкостного охлаждения. Для предотвращения перегрева обмотки в корпус встраивается термореле или датчик перегрева, как это показано, например, для прямого привода в февральском выпуске журнала Control Engineering Россия за 2012 г. Разумеется, справедливость тепловых расчетов следует подтвердить испытаниями опытного образца.

Появление отечественных бесконтактных моментных двигателей

Александр Микеров,
д. т. н., проф. каф.
систем автоматического управления
СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Бесконтактные моментные двигатели, занимающие сейчас существенный сектор рынка электродвигателей малой мощности, появились после Второй мировой войны, главным образом в связи с развитием ракетно-космической техники. Видимые отличия таких электродвигателей — это отсутствие корпуса, вала и подшипников, поскольку они предназначены для встраивания в объект управления без редуктора. Электропривод с моментным двигателем сейчас называется прямым приводом (direct drive). Типичный привод такого типа, использующийся для стабилизации платформы (1) на борту летательного аппарата (рис. 1), содержит: моментный двигатель (2), датчики положения ротора (3) и платформы (4). Кроме того, привод имеет большое центральное отверстие (5) для волноводов и кабелей и снабжен теплоотводом (6) с датчиком перегрева (7) [1].

Рис. 1. Прямой привод

Название «прямой привод» пошло от построенной в 1842 г. англичанином Робертом Дэвидсоном (Robert Davidson) железнодорожной повозки, колеса которой насаживались прямо на валы двигателей без редуктора, что породило также популярный в отечественной литературе термин «безредукторный привод» [2].

Однако редуктор — это не только дорогостоящий и шумный узел, но еще и коварный враг точности управляемого электропривода из-за наличия зазоров (люфтов) и упругих деформаций. Неудивительно, что моментные двигатели прежде всего нашли применение в гироскопах, оптических приборах и антеннах. Однако они проектировались вместе с самим прибором, что определяло их уникальность. В 1948 г. американская компания Inland Motors вышла на рынок с первыми серийными встраиваемыми (бескорпусными) двигателями с моментом до 4000 Нм (рис. 2).

Рис. 2. Встраиваемый моментный двигатель

Данные двигатели включали три узла: статор с постоянными магнитами (1), ротор с обмоткой (2) и щеточно-коллекторный узел (3) [3]. Таким образом, это были коллекторные двигатели, что, конечно, практически аннулировало достоинства прямого привода.

В СССР исследования моментных двигателей проводились в Казанском авиационном институте под руководством профессора Льва Израилевича Столова. Создавались эти двигатели также в основном в составе навигационной аппаратуры ряда предприятий, таких как ЦНИИ «Электроприбор» и НИИКП (Ленинград), НИИП (Москва) и др. [1, 4]. При этом щеточно-коллекторный узел часто не требовался, поскольку двигатели имели ограниченный угол поворота. Вопрос о необходимости создания серийных бесконтактных моментных двигателей был поднят в ЦНИИАГ (Москва), разрабатывавшем рулевые приводы первых советских ракет главного конструктора Сергея Павловича Королева Р1–Р7 [5]. В этих приводах первоначально использовались обычные коллекторные двигатели постоянного тока с редуктором. В ракетах, срок службы которых не превышал десятков часов, такие двигатели удовлетворительно работали даже в условиях космоса. Однако в 1960-х гг., в связи с созданием спутников и космических летательных аппаратов, требования к долговечности приводов возросли сначала до сотен, а затем тысяч часов и даже нескольких лет. Исследования в институтах Академии наук показали, что в условиях космоса механическая смазка всех трущихся пар испарялась, что вызывало быстрый износ и отказ щеточно-коллекторных узлов, подшипников и даже шестеренок. На первых порах пытались использовать герметичную конструкцию электродвигателей, однако и это не позволило поднять срок службы до более чем сотен часов. Назревал вопрос о создании бесконтактных двигателей постоянного тока (БДПТ). Один из первых таких двигателей, разработанный Ильей Абрамовичем Вевюрко во ВНИИЭМ (Москва), имел постоянные магниты на роторе и обмотку на статоре, переключение тока в которой производилось элементами Холла [5]. Однако эти двигатели имели обычную корпусную конструкцию и скорость в тысячи об/мин.

Создание бесконтактных моментных двигателей для ракетно-космических аппаратов началось в середине 1960-х годов в ЦНИИАГ. Сотрудники этого предприятия — Владимир Николаевич Бродовский, Цецилия Львовна Садовская и др. — разработали синхронные моментные двигатели типа ДМВ (двигатель моментный встраиваемый) на основе обычных магнитов Альнико (алюминий-никель-кобальт) [4, 6]. В качестве серийного производства был задействован московский завод «Машиноаппарат» под руководством главного конструктора бортового электрооборудования Георгия Федоровича Каткова, а с 1984 г. Валерия Константиновича Корунова [7].

Рис. 3. Марк Моисеевич Минкин

Завод «Машиноаппарат» был создан в 1942 г. для производства мин замедленного действия и другой военной электротехники. Однако после войны его основной продукцией стало электрооборудование ракетно-космических систем, среди которого наиболее известны: двигатель Д-126 для колес «Лунохода-1», электроприводы бурильных установок на Венере и Марсе, электромагнитные тормоза стыковочных узлов международных космических станций и др. Работы по созданию моментных двигателей начались с конца 1970-х гг. в СКБ этого предприятия под руководством Марка Моисеевича Минкина (рис. 3).

Читать еще:  Что нужно чистить в дизельном двигателе

Минкин родился 11 июня 1919 г. в Могилеве, откуда вместе с семьей в следующем году переехал в Москву. В 1937 г. окончил среднюю школу и поступил в МЭИ, вместе с которым в начале войны был эвакуирован в Свердловск и вернулся в Москву только в 1942 г. В 1943 г. окончил МЭИ и работал инженером и научным сотрудником сначала в НИИМЭП, где обучался также в аспирантуре, затем на заводе «Деталь». В 1953 г. Минкин был переведен на завод «Машиноаппарат», где в 1964 г. назначен начальником СКБ, проводившего все значимые разработки предприятия. За создание шаговых двигателей был удостоен звания лауреата Государственной премии СССР (бывшей Сталинской).

Первая проблема, с которой столкнулся завод при запуске производства моментных двигателей, — это отсутствие опыта в данной сфере, поскольку все его электродвигатели были быстроходными, коллекторными, срок службы которых, например, для ракет мог составлять (с учетом приемо-сдаточных испытаний) 48 ч. Одним из таких двигателей был Д-126 «Лунохода-1» (1970 г.), соединенный с колесом многоступенчатым редуктором (рис. 4) [7].

Рис. 4. Электродвигатель «Лунохода-1»

Вторая проблема — чересчур широкие и порой противоречивые требования к моментному двигателю. Первоначально работа проводилась по одному ТЗ ЦНИИАГ, но затем этими двигателями заинтересовались в НИИ «Геофизика» для навигационных приборов ракетно-космических комплексов и на предприятиях Министерства радиотехнической промышленности: «Ленинец» (Ленинград), «Фазотрон» (Москва) для авиационных радиолокаторов и «Полет» (Челябинск) для посадочных комплексов, которые подготовили отдельные ТЗ. Предстояла большая работа по увязыванию всех требований этих заданий между собой для создания единого ряда электродвигателей, получивших название ДБМ (двигатель бесконтактный моментный).

Минкин и его коллеги Юрий Миронович Беленький, Валентина Михайловна Матвеева и др. провели в рамках эскизного проекта анализ и оптимизацию конструкций с целью выбора основных параметров машины, таких как: гладкий или пазовый статор, марка магнита, число пар полюсов, магнитная система ротора и т. д. Статор (1) такого электродвигателя (рис. 5) выполняется обычно из электротехнической стали с пазами (2), в которые укладывается распределенная обмотка, обеспечивающая наиболее совершенную гармоническую форму индукции в зазоре машины.

Рис. 5. Статор моментного двигателя

Однако при этом использование зубцов (3) приводит к залипанию и пульсациям момента по углу поворота ротора, что негативно сказывается на точности моментного электропривода. Радикальным методом борьбы с этой проблемой является беззубцовый (гладкий) статор, в котором обмотка закрепляется с помощью специальной смолы. Однако это существенно увеличивает воздушный зазор, а значит, снижает индукцию в нем и ухудшает массогабаритные характеристики машины. Поэтому моментные двигатели с самого начала пришлось проектировать в двух различных модификациях — с пазовым и гладким статором. Вопрос с выбором типа магнита был решен в пользу самых мощных по тем временам самарий-кобальтовых магнитов владимирского завода «Магнетон». Ранее применявшиеся более дешевые магниты Альнико, хотя и могли обеспечить заданные моменты, имели низкую коэрцитивную силу. Это создавало опасность их размагничивания при частом реверсе двигателя и требовало намагничивания в составе двигателя, что вызывало трудности его производства и хранения.

Основные параметры двигателей были установлены в результате решения многофакторной оптимизационной задачи. В частности, магнитная система ротора стала содержать тангенциально намагниченные магниты (1) (рис. 6а), что обеспечивало по сравнению с радиально намагниченными (2) (рис. 6б) более хорошую магнитную проводимость зазора (а следовательно, и бо́льшую индукцию в нем), поскольку проводимость самого магнита аналогична воздушному.

Рис. 6. Ротор моментного двигателя с магнитами, намагниченными:
а) тангенциально;
б) радиально

Трудным вопросом был выбор критерия оптимизации. При оптимизации исполнительных электродвигателей (серводвигателей) в качестве такого критерия чаще всего применяют динамическую добротность, равную максимальному развиваемому ускорению KД = MП / Jр, где MП пусковой момент, Jр — момент инерции ротора. При этом двигатель получается «длинным», т. е. с большим отношением длины к диаметру, подобно Д-126 на рис. 4. Для прямого привода (рис. 1) этот критерий не имеет смысла, потому что присоединенный момент инерции объекта управления гораздо больше момента инерции самого ротора. Поэтому, ДБМ оптимизированы по максимуму статической добротности по моменту

где PП — мощность, потребляемая при пуске, m — масса двигателя (статор и ротор) [8].

В результате все двигатели получились «плоскими» (рис. 7).

Рис. 7. Пазовые двигатели серии ДБМ

Всего было создано семь видов пазовых двигателей (с диаметром 50–185 мм и моментом до 16 Нм) и шесть гладких с диаметром 40–170 мм и моментом до 6 Нм [1, 4, 7].

Необычное новшество, называемое интенсивным использованием, родилось на Госкомиссии по приемке ДБМ, проходившей в 1984 г. под председательством представителя ЦНИИ22 МО Виталия Михайловича Суслова — большого энтузиаста в сфере моментных двигателей. При этом, в отличие от традиционного номинального использования в технических условиях, предлагалось нормировать не предельные значения параметров (моментов, скоростей, форм тока и т. д.) в заданных режимах работы, а только допустимые значения разрушающих факторов — в данном случае температуры (+150 °С) и тока обмотки [3, 6]. В результате ДБМ на напряжение 27 В могут долгое время работать с любой формой фазных токов при напряжении до 80 В в режимах вентильного, синхронного и шагового вращения и всех вариантах включения секций обмотки. Для двухфазных двигателей таких вариантов может быть пять, а для трехфазных — восемнадцать [7]. Правда, при этом проектирование теплоотвода возлагается на потребителя, но это не является очень сложной задачей, поскольку в ДБМ все тепло выделяется в статоре.

Рис. 8. ДБМ40 с ПИМ

Одновременно с двигателями создавались датчики положения ротора. Первым среди них был индуктивный датчик ПИМ (преобразователь индуктивный магнитный), разработанный на заводе «Машиноаппарат» Николаем Николаевичем Мрочковским и Геннадием Иосифовичевым Алексеевым [9]. Такой датчик (1) вставляется в статор двигателя (2) и использует торцевые потоки рассеяния магнитов ротора (3), которые периодически насыщают катушки индуктивности, обеспечивая дискретную коммутацию трехфазного двигателя (рис. 8). Работа этого датчика аналогична датчикам Холла в БДПТ Вевюрко, но применение датчиков Холла в космических условиях и при действии электромагнитного импульса нежелательно.

Из всего ряда ДБМ двигатель ДБМ40 в начале 1980-х гг. был принят первым — Госкомиссией, в которой довелось участвовать автору данной статьи. Всех тогда поразили чистота и порядок в испытательных помещениях завода «Машиноаппарат», где не разрешалась пайка, а запыленность участка ежедневно проверялась военпредами подсчетом пылинок в специальных «мыльницах».

Параллельно по заданию «Ленинца» в ленинградском ВНИИМЭМ Виктор Николаевич Куликов и Людмила Михайловна Епифанова разработали ряд встраиваемых вращающихся трансформаторов (ВТ, редуктосинов) с диаметром 40–120 мм [4, 9]. Первые Госкомиссии по приемке двигателей ДБМ120–ДБМ185 и датчика ВТ120 прошли в 1984 г., после чего сразу началось их серийное производство на заводах «Машиноаппарат» и «Заря» (Ленинград).

Рис. 9. Узлы БМП

Один из первых бесконтактных моментных приводов (БМП) для точных бортовых систем управления с непрерывным вращающимся магнитным полем в двигателе был разработан на «Ленинце» Георгием Сергеевичем Зеленковым, Юрием Павловичем Лукиным и автором данной статьи. Узлы данного БМП показаны на рис. 9, где 1 — статор, 2 — ротор ДБМ120, 3 — редуктосин ВТ40, 4 — транзисторный преобразователь.

Марк Моисеевич Минкин скончался на своем посту 18 марта 1985 г. Через 25 лет Людмила Михайловна Епифанова — основатель и главный конструктор компании «ЭЛМА-Ко» в Санкт-Петербурге — пересмотрела основные концепции ДБМ и предложила перейти от распределенной обмотки статора к сосредоточенной катушечной, а также заменить магниты ротора с тангенциально на радиально намагниченные [6].

В результате был создан новый ряд ДБМВ (двигатель бесконтактный высокомоментный), отличающийся повышенным коэффициентом статической добротности по моменту, меньшей электро­механической постоянной времени и бо́льшим внутренним диаметром ротора. Серийное производство двигателей освоено на заводе «ЛЕПСЕ» в г. Киров.

Читать еще:  Что такое крутящий момент авиационного двигателя

Автор выражает благодарность генеральному директору Валерию Константиновичу Корунову и секретарю завода «Машиноаппарат» Елене Николаевне Тороповой за ценные материалы биографии Марка Моисеевича Минкина.

18. Статические характеристики дпт.

Двигатели постоянного тока различаются по характеру возбуждения. Двигатели могут быть независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения (см. рис. 5-5). Свойства двигателей в значительной мере определяются их системой возбуждения.

Поскольку в автоматике применяются в основном двигатели независимого возбуждения, будем в дальнейшем рассматривать двигатели этого типа (рис. 5-5).

Различают статические и динамические режимы работы двигателей. В статическом режиме ω=const; Iя=const; Uдв=const и он описывается так называемыми механическими характеристиками ω = f(Uдв, Фв, Мя )

В статическом режиме двигатель независимого возбуждения описывается следующей системой уравнений:;M=Mc;(5-8)

где первое уравнение — уравнение якорной цепи, второе и третье – (5-5) и (5-7), четвертое —

Рис. 5-5а,б,в,г. Возбуждение ДПТ механическое уравнение, пятое — уравнение цепи

Из первых четырех уравнений (5-8) получим уравнение механической характеристики: (5-9) Поскольку применяемые в системах автоматического управления двигатели являются управляемыми, различают два типа управления двигателями постоянного тока — якорное управление и полюсное управление.

При якорном управлении производится изменение напряжения, подаваемого в якорную цепь без изменения возбуждения. При полюсном управлении, наоборот, меняется поле возбуждения путем изменения тока в обмотках главных полюсов iв. Для расширения диапазона управления применяют также комбинированное управление. При полюсном управлении Фв=const, поэтому уравнение механической характеристики согласно (5-9) будет иметь вид:( 5-10 ) Графически эта характеристика при фиксированном напряжении на двигателе представляет собой прямую, пересекающую координатные оси в точках ωиMК.З.(см. рис. 5-6а), где ω — частота вращения холостого хода, аMК.З.— момент короткого замыкания, когда ротор двигателя неподвижен.

Электрическая машина работает в режиме двигателя при 0 MК.З.происходит вращение двигателя в противоположную сторону под действием внешнего момента — машина работает в режиме тормоза (режим противовключения), при ω>ωмашина работает в режиме генератора на сеть, имеющую напряжение Uн.

Рис. 5-6а. Статическая характеристика ДПТ Рис. 5-6б. Статическая характеристика ДПТ

Механические характеристики при различных напряжениях питания двигателя выглядят, как семейство прямых, показанных на рис. 5-6б. Часто их строят в функции тока якоря Iя, тогда аналитическое выражение для механических характеристик примет вид: (5-11 ),откуда видно, что падение скорости при нагрузке двигателя зависит исключительно от сопротивления якорной цепи Rя.

Кроме механических, существуют регулировочные характеристики. Для якорного управления это зависимость частоты вращения от напряжения питания Uдв. Вид этих характеристик показан на рис. 5-6в, где Uтр- напряжение трогания двигателя.

Регулировочная характеристика для полюсного управления может быть получена из (5-9) при Uдв=const.

Вид этих характеристик при различных нагрузках показан на рис. 5-6г.

Рис. 5-6в. Статическая характеристика ДПТ Рис. 5-6г. Статическая характеристика ДПТ

Для холостого хода, когда M=0, эта характеристика имеет вид гиперболы

Grundfos Scala 2

Если в Вашем доме есть проблемы, связанные со слабым напором воды, перепадами давления, если насосная станция издает много шума, то мы можем предложить рассмотреть автоматическую установку повышения давления Grundfos Scala 2. Это новинка от крупнейшего в мире производителя насосного оборудования, вместившая в себя все новейшие разработки.

Ниже мы рассмотрим ее технические характеристики, устройство и принцип работы

Технические характеристики:

Scala 2 обладает характеристиками мощного насоса, при этом можно обратить внимание на низкое энергопотребление. Достигается оно за счет того, что электродвигатель оснащен магнитами постоянного тока. Аналогичные насосные станции потребляют порядка 0.8 кВ/час, что в 2 раза превышает это значение у Scala 2.

Использование этой насосной станции может быть в зданиях в 3 этажа. Количество одновременно работающих точек водоразбора может достигать восьми, при этом давление в каждой из них будет одинаковым.

В источниках поступления воды система Scala 2 не имеет особых ограничений- ими могут быть как центральный водопровод, скважина или накопительная емкость.

Устройство

Автоматическая установка Scala 2 состоит из самовсасывающего насоса, гидроаккумулятора, объемом 0.65 литра, электродвигателя, датчика давления, двух обратный клапанов, расположенных во входном и заливном отверстиях.

Управляет всем интеллектуальный блок управления, который позволяет отрегулировать работу, мгновенно реагирует на изменения давления в системе. За счет этого Вы не заметите, что кто-то еще пользуется в доме водой, кроме Вас.

Интересной особенностью является то, что входной патрубок имеет угловой ход, который позволяет подключить трубопровод без переделок. При монтаже Вы или установщик непременно оцените это решение от Grundfos.

Высокое качество компонентов, даже кабеля питания выгодно отличает Scala 2 от ее аналогов.

Принцип работы

Автоматическая установка Grundfos Scala 2 обладает низким уровнем шума (48−56 Дб). Если перевести это значение в более привычный нам показатель, то его можно сравнить с шумом листвы (45 Дб) или с работой посудомоечной машины (50 Дб). Она идеально подойдет для установки в доме, даже если кто-нибудь из членов семьи решит ночью принять душ, всех остальных не потревожит шум работы насосной станции.

Тишина в работе обусловлена тем, что двигатель охлаждается водой, проходящей через автоматическую установку. В обычных насосных станциях двигатель охлаждается воздухом, что приводит к довольно шумной работе.

Гидроаккумулятор сравнительно небольшого объема (650 мл против 20−24 литров у насосных станций) защищает систему от гидроударов. Небольшой объем позволяет пользоваться водой без перепадов давления, то есть насос запускается сразу. Для любителей контрастного душа лучше будет использовать обыкновенную насосную станцию с объемом бака от 20 литров. Но если Вы предпочитаете комфорт, то однозначно Scala 2 Ваш выбор.

Установка и эксплуатация

Автоматическая станция Grundfos Scala 2 очень проста в установке. Первое, на что стоит обратить внимание- все соединения закручиваются от руки, не требуется применение любых инструментов.

При первом подключении не забудьте наполнить рабочую часть насоса водой (входит порядка 1.5−1.7 литров) через заливное отверстие.

Благодаря небольшому весу и размерам автоматическую станцию можно установить в любом месте, а доставить ее к месту установки сможет даже хрупкая девушка.

После того как Scala 2 будет подключена к трубопроводу, а вода будет залита в рабочую часть, насос можно запускать. Опять же, инженеры Grundfos максимально облегчили этот процесс. Требуется только нажать на кнопку включения.

Чтобы установить требуемое давление не придется разбираться с реле давления, как на большинстве насосных станций, нажмите кнопку увеличения или уменьшения давления, а блок управления настроит работу насоса.

В Scala 2 установлена защита от сухого хода- она остановит насос, если в системе нет воды, сама периодически запускается для проверки.

Особенности:

Расположение сливной заглушки гарантированно обеспечит отсутствие воды в рабочей части про опорожнении станции.

Входной патрубок имеет угловой ход, что позволяет не переделывать подводящий трубопровод, если он расположен под небольшим углом.

Установка без использования инструментов, все закручивается от руки.

Небольшой гидроаккумулятор не только предотвращает гидроудары, он позволяет использовать воду без перемены давления.

В насосе Вы можете обнаружить небольшое кол-во воды, так как все продукты Grundfos проходят тестирование на заводе.

Электричество (либо скачки напряжения, высокой/низкое). Станция на сгорит, а покажет ошибку и прекратит работу
Заклинивание вала
Протечка (либо заклинивание обратного клапана)
Сухой ход (либо при старте не налили вод в заливное отверстие)
Избыточное давление на входе
Незакрытый кран (если кран открыт продолжительное время, то станция выключится автоматически)
Несоответствие температуры (минусовая температура, горячая вода, перегрев системы)

Нажатие одновременно двух кнопок (вверх и вниз) — блокировка пульта управления

Безупречный напор, низкий уровень шума, надежность, простой монтаж, легкая настройка, низкое потребление электроэнергии (в 3 раза меньше обычных станций). Все эти качества представлены в одной небольшой автоматической установке повышения давления Grundfos Scala 2.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector