Методическое пособие 703

где n - частота вращения вала [об/мин];

к - количество черных секторов или прорезей;

f - частота следования импульсов [Гц] (показания частотомера);

2.2.3. Рабочие характеристики

К рабочим характеристикам микроэлектродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов относятся следующие зависимости:

n=f(M);

I=f(M);

P1=f(M);=f(M);

которые представлены на рис. 2.8.

В зависимости от величины момента нагрузки различаются следующие режимы работы электродвигателя:

81

Рис. 2.8. Рабочие характеристики электродвигателя

здесь I0- ток холостого хода;

n0- скорость вращения при холостом ходе; MH- номинальный момент нагрузки;

IH- номинальный ток якоря;

nH- номинальная скорость вращения; P2MAX- максимальная полезная мощность; MП- пусковой момент;

IП- пусковой ток.

Для снятия и последующего построения рабочих характеристик испытуемого двигателя на этот электродвигатель необходимо подать U=UНОМ, затем изменять момент нагрузки от M=0 до M=MП и при фиксированном моменте (М=0; М=0,25МН; 0,5МН, МН, 2МН, 3МН, МП)

измеряют параметры электродвигателя: n-об/мин, I, затем рассчитывают остальные параметры:

Механическая полезная мощность, развиваемая на валу

где М - [Н∙м]; n-[об/мин].

Электрическая потребляемая мощность

82

КПД двигателя

Для измерения пускового тока IП , якорь электродвигателя задерживают механическим механическим фиксатором, закрепленным на электромагнитном тормозе. Затем на несколько секунд подают U=Uном двигателя и измеряют IП. МП находят аппроксимированием зависимости n=f(M);

2.2.4. Механические характеристики двигателя

Механическая характеристика двигателя постоянного тока представляет собой зависимость скорости вращения n от момента нагрузки M при постоянном значении источника питания U:

Устанавливая различные напряжения источника питания (U = UНОМ.; 0,75 UНОМ ; 0,5 UНОМ ; 0,25 Uном ) и

поддерживая их стабильными при измерении, меняют момент на валу электродвигателя от М = 0 до М = МП .

Затем строят семейство механических характеристик. Семейство механических характеристик

электродвигателей постоянного тока при различных величинах напряжения питания представлено на рис. 2.9.

83

0 МН МП2 МП1 МП

Рис. 2.9. Механические характеристики электродвигателя

2.2.5. Регулировочные характеристики двигателя

Регулировочная характеристика электродвигателя постоянного тока представляет собой зависимость частоты вращения n якоря двигателя от напряжения питания (на обмотке якоря) при постоянном моменте нагрузки:

Семейство регулировочных характеристик электродвигателей постоянного тока n = f(U) при различных величинах момента нагрузки представлено на рисунке 2.10.

84

Рис. 2.10. Регулировочные характеристики

2.3. Схемотехника систем стабилизации скорости вращения двигателей постоянного тока

В последнее время требования к стабильности скорости вращения двигателей различных электромеханических систем значительно возросло. Во многих случаях стабильность скорости вращения двигателя, применяемого в аппаратуре, определяет основные технические характеристики разработанного изделия. Например, один из основных параметров аппаратуры записи и воспроизведения звуковых сигналов является коэффициент детонации или коэффициент паразитной частотной модуляции в большинстве случаев определяется стабильностью скорости вращения электродвигателей.

Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, имеющие жесткую механическую характеристику уже не удовлетворяют этим требованиям при изменении в широких пределах нагрузки на валу и напряжения питания. Поэтому часто применяют специальные устройства, называемые регуляторами скорости (РС), которые

85

воздействуя на напряжение, приложенное к двигателю, поддерживают скорость его вращения неизменной с незначительной статической погрешностью или абсолютно равной заданной величине. Необходимая точность стабилизации скорости электродвигателей достигается путем правильного выбора схемы регулятора скорости.

Системы стабилизации скорости вращения двигателей постоянного тока являются замкнутыми системами автоматического регулирования.

Системы стабилизации скорости по типу регулятора делятся на:

-системы с использованием центробежных регуляторов скорости ЦР;

-системы с использованием регуляторов скорости по схеме стабилизатора напряжения (мостовой схеме);

-системы с использованием регуляторов с частотным детектором;

-системы частотно-фазового регулирования скорости.

Взависимости от физической природы величины, на которую настраивается чувствительный элемент, системы стабилизации по сигналу измерительного органа делятся на системы по напряжению U и по частоте f.

Первые имеют простую и компактную схему чувствительного элемента, удобны в настройке, однако не позволяют обеспечить высокую точность стабилизации скорости.

При создании систем стабилизации скорости наиболее подходят двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, т.к. они имеют жесткую механическую характеристику и кроме того просты по конструкции, имеют малые габариты и высокий КПД.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов осуществляется изменением напряжения источника питания, приложенного к обмотке якоря.

86

2.3.1. Системы с использованием центробежных регуляторов скорости

Эти системы, в основном использовались в дешевых моделях кассетных магнитофонов. Могут использоваться в сочетании (или без) с полупроводниковыми приборами, разгружающими контакты регулятора по току.

Центробежный регулятор скорости (частоты) вращения представляет собой группу контактов размещенную на валу двигателя, которые под действием центробежной силы размыкаются при > н и замыкаются при < н, где н –

номинальная частота вращения двигателя. С другой стороны на группу контактов действует сила противодействия возвратной пружины регулятора. Контакты включены в цепь питания двигателя. При достижении определенной частоты вращения наступает равновесие системы, так что малейшее изменение частоты вращения может вывести эту систему из равновесия. Частота вращения вала не остается постоянной, а колеблется между максимальным и минимальным значениями вблизи какого-то среднего значения.

Система с центробежным регулятором без использования полупроводниковых элементов является простейшей системой (рис. 2.11).

87

Рис. 2.11. Схема регулирования скорости вращения двигателя с центробежным регулятором. ЦР – центробежный регулятор; RC – искрогасящая цепочка.

Основным недостатком контактного центробежного регулятора является наличие разрывных контактов, которые создают помехи при искрении. Надежность работы электродвигателя с контактным центробежным регулятором в большей степени зависит от работы этих контактов. Нарушение контактирования обычно происходит из-за образования на поверхности контактов неэлектропроводящих пленок и прилипания частичек пыли.

Центробежное регуляторы стали применяться задолго до появления транзисторов. Защита контактов регулятора сводилась к шунтированию их резисторами и конденсаторами. Резисторы, включенные параллельно контактам регулятора, препятствуют полному разрыву индуктивной цепи обмоток электродвигателя. Очевидно, что чем меньше их сопротивление, тем лучше они защищают контакты регулятора.

Но беспредельно уменьшать сопротивление резистора нельзя, т.к. это приведет к увеличению тока, протекающего через

88

резистор и к нарушению стабилизации частоты вращения вала. В настоящее время для защиты контактов регулятора используются транзисторы. Две наиболее простые и хорошо зарекомендовавшие себя схемы защиты контактов центробежного регулятора с помощью проходного транзистора приведены на рис. 2.12 и рис. 2.13.

Рис. 2.12. Схема стабилизации частоты вращения вала с помощью центробежного регулятора с одним транзистором. (Величины, отмеченные * подбираются при регулировке)

В схеме на рис. 2.12 режим работы транзистора подобран таким, что в момент замыкания контактов центробежного регулятора он отпирается и сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора резко уменьшается. Так как этот участок цепи включен параллельно резистору R3, он

89

шунтирует его, увеличивая напряжение на обмотке ротора, - частота вращения вала возрастает.

Рис. 2.13. Схема стабилизации частоты вращения вала с помощью центробежного регулятора с двумя транзисторами. (Величины, отмеченные * подбираются при регулировке)

Когда частота вращения вала достигнет определенного предела, контакты центробежного регулятора разомкнутся, транзистор закроется, сопротивление между коллектором и эмиттером возрастет и на резисторе R3 произойдет падение напряжения, питающего ротор электродвигателя, что приведет к уменьшению частоты вращения вала. Но в это время контакты центробежного регулятора замкнуться и весь цикл начнется сначала.

90