Електропривід з безконтактними двигунами постійного струму (БДСП)

Синхронні машини, що реалізують ці спеціальні режими, називаються безконтактними двигунами постійного

струму, або вентильними двигунами, або моментними двигунами.

Вентильний двигун буде відноситися до категорії моментних, якщо його ротор виконаний з тимчасових високоякісних магнітотвердих матеріалів з високою індукцією насичення і великою коецилятивною

силою.

Вентильні двигуни поєднують у собі переваги двигунів постійного струму і асинхронних двигунів. Вони мають, як і двигунів постійного струму, хорошими регулювальними властивостями, просто управляються величиною

напруги живленнястатора, мають великий діапазон регулювання швидкості - практично від нуля до декількох тисяч обертів на хвилину. У той же час, це бесконтактні двигуни, як і асинхронні. Привід з безконтактними двигунами постійного струму коштує дорожче частотноуправляемого асинхронного приводу, однак він незамінний як привід високоточних механізмів, наприклад, барабанних сканерів, Плейт Сеттерів і т. п.

У техніці використовуються або двофазні, або трифазні двигуни, причому малопотужні двигуни, як правило, двофазні. У двох фазному двигуні на статорі покладені дві обмотки, осі яких взаимно перпендикулярні в просторі, одну з цих обмоток називають синусною, а другу косинусною. Утрифазному двигуні на статорі покладені три обмотки, осі яких зміщені в просторі одна відносно одної на 120.

Схема магнітних потоків у 2-фазному двигуні:

Схема дво-фазної машини із 1-єю парою полюсів

 

МК – мікроконтролер, ЦАП – цифровий аналоговий перетворювач, ПП – підсилювач потужності, Д – двигун, ДПР – датчик положення ротора, w – кутова швидкість двигуна (вводиться), u_s – напруга синусної обмотки, u_c – косинусної, u’ – значення статорних напруг, 2р – кількість пар полюсів.

 

Гістерезисний двигун

У малопотужних високоточних системах приладового типу, таких як системи рядкової розгортки додрукарського обладнання, може використовуватися особливий вид синхронної машини -гістерезисна двигун.

Головна гідність гистерезисного двигуна полягає в тому, що він об'єднує в собі хороші пускові властивості асинхронного двигуна і здатність витримувати стабільну середню швидкість ротора, визначає стабільність частоти напруги живлення статора.

Як і всяка електрична машина, двигун складається з статора і ротора. На статорі укладені або дві обмотки, осі яких зрушені один щодо одного на 90 ° в просторі (двофазний двигун), або три обмотки, осі яких зрушені один щодо одного на 120 ° в просторі (трифазний двигун).

Така система обмоток при відповідному двофазному або трифазному харчуванні, як указує?Лось раніше, створить магнітний потік статора, що обертається в просторі? Стве з постійноюшвидкістю, яка визначається частотою живлення мережі і числом пар полюсів машини.

Ротор гистерезисного двигуна являє собою суцільний циліндр з магнитомягкие матеріалу, наякий напрессован

порожнистий циліндр магнітотвердого матеріалу, що має широку петлю намагнічення.

Фст – магнітний потік статора, Вр – вектор магнітної індукції ротора, Ѳ – кут між ними.

 

Кроковий двигун

У системах управління з мікро-ЕОМ іноді виникає необхідність повороту вала на фіксований кут або фіксованого переміщенні механізму без датчика зворотного зв'язку. Такі завдання найпростіше вирішуються за допомогою імпульсних або крокових двигунів (КД).

У поліграфічному обладнанні ШД використовуються не стільки в силових механізмах, скільки для автоматизації

допоміжних механізмів і процесів, що вимагають точного позиціонування.

Схема крокового двигуна повторює схему гістерезисного тільки з іншим позначенням ртора.

 

Датчики оцору

- використовуються для вимірювання механічних параметрів до яких відносять: деформація по якій можна визначити зусилля або крутний момент.

Принцип дії: сприймають відносні деформації елемента системи. Изменения длины проводника приводят к изменению его сопротивления.

Має просту конструкцію, недорогий.

Датчик относительной деформации называется тензорезистором. Он состоит из бумажной основы (подложки), к которой приклеена высокоомная проволока с большим значением r и малой площадью поперечного сечения S, как это показано на рис. 3.15.

Закон Гука дозволяє показати можливості даного датчика.

 

Включення тензорезисторів (включаються в плечі моста). При U=0 міст збалансований.

 

Напівпровідникові тензорезистори дорожчі, мають обмежену область застосування.

- лінійний потенціометр.

Линейный потенциометр — это стержень из изоляционного материала, на который равномерно намотана проволока из высокоомного материала, вдоль по потенциометру перемещается скользящий электрический контакт.

Ємнісні датчики

Емкость C плоского конденсатора, состоящего из двух пластин, разделенных диэлектриком,выполняется по формуле:

где å — относительная диэлектрическая проницаемость изолирующего вещества между пластинами конденсатора, å0 — диэлектрическая проницаемость вакуума, S — площадь сечения в перекрывающемся пространстве между пластинами, d — расстояние между пластинами.

Емкостные датчики строятся на основе изменения какого-либо из параметров в выражении (3.16). В случае изменения расстояния между пластинами, получаем датчик перемещения, причем используются, как правило, дифференциальные датчики в силу известных преимуществ дифференциальных схем измерения.

Дифференциальный емкостный датчик угла поворота, рис. 3.19, состоит из двух неподвижных пластин

П1_и П2 и одной подвижной пластины П3. При повороте пластины П3 вокруг оси на угол αемкость одного конденсатора будет увеличиваться, а другого — уменьшаться; включив эти конденсаторы в плечи измерительного моста, получим датчик, выходное напряжение которого пропорционально углу α.

Індуктивні датчики

Индуктивные датчики предназначены для измерения угловых и линейных перемещений, которые преобразуются в изменение индуктивности. Индуктивные датчики, как и емкостные, не имеют механических подвижных контактов, поэтому, по сравнению с потенциометрическими, обладают большей надежностью. Чувствительность индуктивных датчиков выше, чем потенциометрических. Индуктивные датчики требуют более низкой частоты напряжения питания, чем емкостные.

 

 

 

РН- метр

Один из этих электродов называется эталонным, его составляющие подбираются таким образом, чтобы потенциал электрода не зависел от концентрации ионов водорода, этот потенциал в рН-метре принимается за нулевой. Составляющие второго электрода подбираются таким образом, чтобы его потенциал изменялся пропорционально показателю рН, так называемый ион_селективный электрод.

Разность потенциалов электродов образует выходное напряжение Uвих. Необходимо отметить, что указанный рН-метр обладает большим выходным сопротивлением, поэтому подключать к нему можно только усилители с высоким входным сопротивлением.

 

Числоімпульсні датчики

Измерение перемещений с высокой точностью часто осуществляется числоимпульсными датчиками. Числоимпульсный датчик линейного перемещения состоит из стеклянной или металлической линейки со штрихами, рис. 3.25, а. Линейка соединяется с деталью, перемещение которой необходимо измерить. Длина линейки l определяет диапазон измеряемого перемещения. Расстояние между штрихами dопределяет ошибку измерения перемещения.

На станине, относительно которой перемещается деталь с линейкой, закреплены осветитель — это обычно светодиод СД, и фотоприемник ФП — это обычно фотодиод. Осветитель и фотоприемник

отъюстированы таким образом, что луч света падает на штриховую дорожку, а отраженный луч падает на светочувствительный слой фотоприемника. Во время движения линейки штрихи пересекают точку

падения светового луча, при этом луч рассеивается и не попадает на ФП, в результате на выходе ФП появляется импульс напряжения. Эти импульсы поступают на формирователь импульсов и далее на схему измерения перемещений, рис. 3.25, в. Импульсы от ФП поступают на две схемы совпадения И1 и И2. Выход схемы И1 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика С Ч, а выход схемы И2 — к вычитающему входу. Сигнал u 1 принимает единичное значение и открывает схему И1 в том случае, когда линейка перемещается, удаляясь от нулевого положения шкалы. Сигнал u 2, наоборот, принимает единичное значение и открывает схему И2 при обратном направлении движения линейки, когда она приближается к нулевому положению.

Основной недостаток числоимпульсного датчика заключается в том, что пропадание импульса под влиянием помех приводит к систематической ошибке, которая может быть устранена только при возврате датчика на нулевую отметку.

Числоимпульсный датчик может использоваться также для измерения линейной скорости согласно схеме на рис. 3.25, г. Сигналы от ФП поступают на схему И, которая открывается периодически на время Т_т по сигналу таймера (датчика времени). За время Т_т счетчик СЧ подсчитывает количество импульсов n, поступивших от ФП. После окончания импульса таймера вырабатывается сигнал «считывание», обеспечивающий перезапись выхода счетчика в запоминающий регистр Рг. Затем вырабатывается сигнал «сброс», переводящий СЧ в нулевое состояние. После этого начинается новый импульс таймера.

 

Кодові датчики

В числоимпульсных датчиках, как указывалось в предыдущем разделе, возникает неустранимая ошибка при случайном пропуске импульса фотоприемника. От этого недостатка свободны более сложные, но более надежные кодовые датчики.

Принцип действия линейного кодового датчика состоит в следующем, рис. 3.28.

Стеклянная линейка разбита на n _дорожек с номерами 0,1,…, n-1. На нулевой дорожке с шагом d нанесены чередующие прозрачные и непрозрачные участки. Шаг определяет ошибку измерения перемещения. На 1_й дорожке также нанесены прозрачные и непрозрачные участки, но их шаг в 2 раза больше, чем на нулевой дорожке. На каждой последующей дорожке шаг чередующихся прозрачных и непрозрачных участков в два раза больше, чем на предыдущей. Против каждой дорожки по разные стороны от стеклянной полосы установлена пара СД – ФП.

Когда между СД и ФП находится прозрачный участок, на выходе ФП появляется высокий потенциал, что соответствует значению 1 в данном разряде двоичного кода; в случае затемненного участка между СД и ФП низкий потенциал на выходе ФП соответствует значению 0 в данном разряде. Веса двоичных разрядов равны 2^k где k = 0.1, …, n-1 — номер дорожки. В результате на выходе фотоприемников получается параллельный двоичный код перемещения линейки относительно считывающего неподвижного устройства, состоящего из СД и ФП.