Расчёт параметров выходных преобразователей приводов мехатронных систем
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?енном автоматизированном производстве широкое применение находят мехатронные системы на базе регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Одним из перспективных направлений в развитии электроприводов является использование в качестве исполнительных электродвигателей асинхронных двигателей, которые имеют ряд преимуществ перед двигателями постоянного тока: более высокую надежность, простоту эксплуатации, лучшие массогабаритные показатели, низкую стоимость и др.
Однако существует ряд проблем, препятствующих применению электроприводов на базе асинхронных двигателей в мехатронных системах малых угловых и линейных перемещений. Особенностью таких мехатронных систем является работа в области низких скоростей перемещения рабочего органа исполнительного механизма, т.е. при малых частотах вращения выходного вала приводной системы. Указанная особенность обуславливает необходимость применения в мехатронных системах электроприводов с широким диапазоном изменения выходных параметров (угловой скорости вращения и момента). В статье не рассматривается возможность применения безредукторного электропривода на базе электрической машины двойного движения с перемещающимся в разных плоскостях ротором и статором для формирования вращательного, поступательного и возвратно-поступательных движений мехатронных систем.
Проведенные исследования в части широкого применения безредукторного электропривода с использованием многополюсных машин с питанием от промышленной сети или источника пониженной частоты, машин с катящимся ротором, машин с питанием ротора и статора от источников с разной частотой, редукторной машины и двигателя с субгармоническими магнитными колебаниями поля показали, что для низкоскоростных устройств мехатронных систем показатели такого электропривода вполне сравнимы с массогабаритными показателями редукторного электропривода.
Ограниченность использования современного частотно-регулируемого электропривода на базе 3-х фазного асинхронного двигателя в мехатронных системах специального назначения обусловлена тем, что достаточно низкий диапазон регулирования скорости (до 30) не обеспечивает необходимые выходные характеристики управления рабочим органом технологической машины. Малый диапазон регулирования таких приводов обусловлен неравномерностью вращения ротора асинхронного двигателя при низких частотах питающего напряжения статора (ниже 2-2,5 Гц).
1.3.2 Бесколлекторные двигатели
Бесколлекторные двигатели постоянного тока состоят из статора с многофазной обмоткой и возбужденного ротора, в виде постоянного магнита и датчика положения ротора, выполненного в одном корпусе с двигателем и предназначенного для выработки сигналов управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора. Принцип действия бесконтактного двигателя с тремя обмотками на статоре, сдвинутыми в пространстве на 120 градусов и соединенными в звезду и датчиком положения ротора с одним сигнальным элементом и тремя чувствительными элементами приведен на примере упрощенной схемы (рисунок 1.3.1). Число чувствительных элементов равно числу обмоток статора.
Главное преимущество бесколлекторных двигателей - отсутствие вращающихся и переключающихся контактов. Как следствие - бесколлекторные двигатели имеют очень большой ресурс.
Рисунок 1.3.1 - Бесколлекторный двигатель
Типы бесколлекторных двигателей: Бесколлекторные двигатели с редуктором, Бесколлекторные двигатели со встроенным блоком управления.
.3.3 Шаговые двигатели
Шаговые двигатели - это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. Современные шаговые двигатели являются, по сути, синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным, а частотным пуском шагового двигателя. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).
Принцип действия простейшего однофазного шагового двигателя
Двухполюсный ротор из магнитомягкой стали с клювообразными выступами помещен в четырехполюсный статор (рисунок 1.3.2). Одна пара полюсов выполнена из постоянных магнитов, на другой - находится обмотка управления. Пока тока в обмотках управления нет, ротор ориентируется вдоль постоянных магнитов и удерживается около них с определенным усилием, которое определяется магнитным потоком полюсов Фпм. При подаче постоянного напряжения на обмотку управления возникает магнитный поток Фу примерно вдвое больший, чем поток постоянных магнитов. Под действием электромагнитного усилия, создаваемого этим потоком, ротор поворачивается, преодолевая нагрузочный момент и момент, развиваемый постоянными магнитами, стремясь занять положение соосное с полюсами управляющей обмотки. Поворот происходит в сторону клювообразных выступов, т.к. магнитное сопротивление между статором и ротором в этом направлении меньше, чем в обратном. Следующий управляющий импульс отключает напряжение с обмотки управления и ротор поворачивается под действием потока постоянных магнитов в сторону клювообразных выступов.
Достоинством однофазных шаговых двигателей с постоянными магнитами является простота конструкции и схемы управления. Для фиксации ротора при обесточенной обмотке управления не требуется потребление энергии, угол поворота