Wykonawcze silniki prądu stałego i tachogeneratory

Silniki wykonawcze prądu stałego

Siłowniki prądu stałego to maszyny małej mocy stosowane w automatyce i telemechanice, w układach automatycznego sterowania, regulacji i sterowania instalacji zautomatyzowanych, gdzie przetwarzają sygnał elektryczny urządzenia pomiarowego — napięcie sterujące — na ruch kątowy wału w celu wywołania aparatury sterującej, regulacyjnej lub sterującej... W przypadkach, gdy sygnał wejściowy jest niewystarczający do wysterowania silnika napędowego, stosuje się magnetyczny lub półprzewodnikowy wzmacniacz mocy.

Silniki napędowe zazwyczaj działają z częstymi rozruchami, zatrzymaniami i biegami wstecznymi. Charakteryzują się znacznym momentem rozruchowym i prędkością. W większości przypadków zależności momentu obrotowego i prędkości twornika od napięcia sterującego są zbliżone do liniowych.

W zależności od systemu zasilania obwodów elektrycznych rozróżnia się silniki napędowe sterowane twornikiem i sterowane biegunowo.W sterowaniu twornika uzwojenie sterujące jest uzwojeniem twornika, w związku z którym napięcie sterujące jest dostarczane do jego zacisków, a stały prąd wzbudzenia zapewnia niezależne źródło energii elektrycznej o stałym napięciu. W przypadku sterowania biegunowego cewka sterująca pełni rolę cewki wzbudzenia bieguna pierwotnego, a na jej zaciski podawane jest napięcie sterujące, a napięcie na zaciskach twornika ustawione przez niezależne źródło napięcia stałego pozostaje niezmienione.

Zwykle stosuje się sterowanie kotwicą. Odwrócenie biegunowości napięcia sterującego powoduje obrót twornika w przeciwnym kierunku.

Wykonawcze silniki prądu stałego są produkowane z mocami znamionowymi od ułamka wata do 600 W w wersjach normalnych i specjalnych.

Silniki o normalnej konstrukcji są podobne do maszyn prądu stałego do ogólnego użytku, ale różnią się od nich tym, że rama z głównymi biegunami, podobnie jak twornik, jest złożona z cienkich blach ze stali elektrotechnicznej izolowanych od siebie, co poprawia właściwości tych maszyn w warunkach przejściowych. Ponadto w tych maszynach nie ma dodatkowych biegunów, ponieważ reakcja twornika jest niewielka, a procesy przełączania są całkowicie zadowalające. Ponieważ prędkość twornika jest niska, na wale takich silników nie ma wentylatora.

Silniki o specjalnej konstrukcji obejmują maszyny magnetoelektryczne ze wzbudzeniem głównego pola magnetycznego za pomocą magnesów trwałych, a także maszyny o małej bezwładności, które różnią się konstrukcją twornika.Do tych ostatnich należą: silniki z wydrążonym niemagnetycznym twornikiem - wydrążonym cienkościennym cylindrem z tworzywa sztucznego z zaprasowaną cewką z drutu miedzianego z wewnętrznym stałym ferromagnetycznym obwodem magnetycznym zamontowanym na tarczy łożyska oraz mniej trwałe silniki ze zworą tarczową - cienki niemagnetyczny krążek wykonany z ceramiki, tekstolitu, szkła, a czasem aluminium z drukowaną cewką, czyli zestawem drutów z folii miedzianej, promieniowo rozmieszczonych po obu stronach dysku, po których ślizgają się szczotki srebrno-grafitowe. charakteryzują się małym momentem bezwładności twornika, co zapewnia dużą prędkość obrotową silnika wykonawczego.

Masa silników wykonawczych prądu stałego jest 2 — 4 razy mniejsza niż masa silników wykonawczych asynchronicznych o tej samej mocy znamionowej, a ich sprawność przy mocy znamionowej 5...10 W wynosi około 0,3 i osiąga wartość 0,65 i nieco wyższa dla silników o mocy znamionowej 200 — 300 W.

Tachogeneratory prądu stałego

Tachogeneratory prądu stałego to maszyny małej mocy przeznaczone do przetwarzania wartości mechanicznej na sygnał elektryczny — napięcie wyjściowe. W szczególności służą one do sterowania i pomiaru prędkości obrotowej wału napędowego, do którego podłączony jest wał tachogeneratora, którego zaciski twornika połączone są z przyrządem pomiarowym. Ponadto tachogeneratory są stosowane w elektromechanicznych urządzeniach obliczeniowych do wykonywania operacji obliczeniowych, a także w urządzeniach do automatycznego przetwarzania generowanych sygnałów przyspieszających i tłumiących.

Tachogeneratory są magnetoelektryczne ze wzbudzeniem głównego pola magnetycznego za pomocą magnesów trwałych oraz elektrodynamiczne ze wzbudzeniem elektromagnetycznym od pola magnetycznego. cewka wzbudzenia zasilana z niezależnego źródła napięcia stałego.

Napięcie wyjściowe tachogeneratora w trybie jałowym zmienia się liniowo wraz z prędkością twornika, a pod obciążeniem ta liniowość jest nieco zaburzona, a im więcej, tym mniejszy opór ma urządzenie pomiarowe podłączone do zacisków twornika. Niemniej jednak dla każdego tachogeneratora istnieje stosunkowo mały zakres mierzonych prędkości, w obrębie którego, przy odpowiednio dużej rezystancji urządzenia pomiarowego i stałych warunkach obwodu wzbudzenia, charakterystykę wyjściową można uznać za praktycznie liniową.

Schemat włączenia tachogeneratora prądu stałego o niezależnym wzbudzeniu

Istotną wadą tachogeneratorów prądu stałego są fluktuacje napięcia wyjściowego spowodowane niewielką okresową zmianą strumienia magnetycznego z powodu nierównej szczeliny powietrznej i nierównego przewodnictwa twornika w różnych kierunkach promieniowych, w tym spowodowanego strukturą zęba jego obwodu magnetycznego, a także dzięki drganiom szczotek, chropowatości i eliptyczności kolektora oraz procesom przełączania — w dużej mierze wyeliminowane w tachogeneratorze z wydrążonym twornikiem, który jest skonstruowany podobnie jak silnik wykonawczy prądu stałego o małej bezwładności z podobna armatura.

Niedokładność montażu szczotek na neutralności geometrycznej kolektora obrotomierza prowadzi do asymetrii napięcia wyjściowego, tj.do generowania dwóch różnych napięć w uzwojeniu twornika w przeciwnych kierunkach jego obrotu z tą samą prędkością. Przy prawidłowym ustawieniu szczotek asymetria napięciowa mieści się w przedziale od 0,3 do 1% napięcia znamionowego tachogeneratora.