Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока. Устройство электромагнитного двигателя


Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов.

В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

  1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

  1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

Режимы работы электродвигателя в следующей статье.

olimp23.com

Электромагнитный двигатель постоянного тока

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения. Согласно первому варианту осуществления электромагнитный двигатель постоянного тока содержит статор с тремя катушками, расположенными в нем через 120 градусов, и ротор, состоящий из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных в кольцо в определенном порядке, и имеющий на двух немагнитных частях два паза, а также примыкающие к упомянутым пазам немагнитных частей ротора три плунжера, взаимодействующие с контактами включения катушек статора, при этом ротор внутренней зубчатой частью примыкает к трем шестерням с валами. Согласно второму варианту осуществления электромагнитный двигатель постоянного тока содержит статор с тремя катушками, расположенными в нем через 120 градусов, и ротор, состоящий из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных в кольцо в определенном порядке, при этом на концах каждой из катушек статора установлены электромагнитные датчики, контролирующие расположение ферромагнитных частей ротора в упомянутых катушках и взаимодействующие с электронным устройством включения питания катушек двигателя. Технический результат - обеспечение постоянной передачи крутящего момента от ротора на валы двигателя. Крутящий момент двигателя зависит от диаметра ротора и от напряжения на катушках. Двигатель не имеет ограничений по скорости вращения и имеет плоскую конструкцию, что обеспечивает применение его в устройствах, где другие двигатели не могут выполнять нужную функцию. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, к электродвигателям, в частности к электродвигателям постоянного тока.

Известны двигатели постоянного тока с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Электродвигатели с параллельным возбуждением имеют постоянную скорость при различных нагрузках и возможность регулирования скорости в широких пределах. Скорость вращения электродвигателей с последовательным возбуждением можно регулировать или путем изменения напряжения на зажимах, включая последовательно с якорем регулируемое сопротивление, или изменением магнитного потока электродвигателя, что достигается шунтированием обмотки возбуждения реостатом. Свойства электродвигателей с последовательным возбуждением делают целесообразным их применение на транспорте, так как в этих случаях требуются большие вращающие моменты при малых скоростях вращения.

Недостатком этих электродвигателей этого типа является энергозатратный способ регулирования скорости вращения. Использование коллектора с щеточным механизмом уменьшает безремонтный срок работы электродвигателя и создает высокочастотные электромагнитные помехи. Электродвигатели имеют высокие массогабаритные показатели и высокую стоимость изготовления ввиду большой массы меди и магнитных материалов, используемых при их изготовлении.

Сущность изобретения заключается в иной конструкции электродвигателя, а именно в использовании в предлагаемом электродвигателе нового способа получения крутящего момента на валу путем применения соленоидных катушек и коммутирующего устройства, управляющего включением и выключением катушек. В конструкции электромагнитного двигателя применены три катушки, установленные в корпусе, внутри которых расположен ротор, выполненный в виде кольца, состоящего из четырех частей. Ротор состоит из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных между собой. Ротор внутренней зубчатой частью примыкает к трем шестерням с валами. На внешней поверхности ротора, на его немагнитных частях, имеются углубления для толкателей, управляющих контактами включателей, подающих напряжение на катушки.

Технический результат проявляется в повышении технических характеристик, а именно в увеличении диапазона частоты вращения вала двигателя от 0 до 10000 об/мин, достижении коэффициента полезного действия не ниже 0,98, получении высокого крутящего момента на валу электродвигателя, не зависящего от скорости вращения вала, что создает лучшую нагрузочную характеристику момента на валу электродвигателя.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается за счет того, что в электромагнитном двигателе применены три катушки, установленные в статоре. Внутри катушек расположен ротор, выполненный в виде кольца, состоящего из четырех частей, из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных между собой в определенном порядке. Ротор внутренней зубчатой частью примыкает к трем шестерням с валами. На статоре установлены включатели, обеспечивающие поочередное включение катушек электромагнитов, что обеспечивает постоянную беспрерывную передачу крутящего момента без разрыва потока мощности от ротора на валы двигателя. Крутящий момент двигателя зависит от диаметра ротора и от напряжения на катушках Двигатель не имеет ограничений по скорости вращения.

На фиг.1 изображен вид электродвигателя со снятой крышкой.

На фиг.2 - вид ротора.

На фиг.3 - таблица включения катушек электромагнитов в зависимости от угла поворота ротора.

На фиг.4 - график зависимости величины крутящего момента вала электродвигателя от угла поворота ротора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. На фиг.1 и 2 показан электромагнитный двигатель, состоящий из трех катушек (1-3), размещенных в статоре (4), изготовленного из немагнитного металла, например из алюминиевого сплава. Каркасы катушек жестко крепятся болтами через 120 градусов относительно друг друга, на статоре. Ротор (5), имеющий вид кольца, установлен, с возможностью скольжения, внутри каркасов катушек. Ротор (фиг.2) состоит из четырех равных частей - двух магнитных частей (6), изготовленных из ферромагнитной стали с узкой петлей гистерезиса, и разделенный двумя частями (7), изготовленными из немагнитной стали. Части ротора жестко соединяются между собой точечной сваркой и подвергаются механической обработке. На внешней стороне немагнитных частей ротора выполнены два углубления (8), имеющие по краям скосы (9), а также радиусы, обеспечивающие плавную работу плунжеров. Углубления (фиг.2), выполненные на роторе, занимают сектор 80 градусов (от 15 до 105 градусов) от нулевой отметки. Три плунжера (10-12) расположены в отверстиях статора через 120 градусов относительно друг друга и относительно нулевой отметки через 90, 210, 330 градусов. При работе двигателя плунжеры совершают возвратно-поступательные движения и управляют тремя включателями (13-15), производящими последовательное включение и выключение катушек электромагнитов двигателя. Включатели расположены на статоре через 120 градусов относительно друг друга и относительно нулевой отметки через 90, 210, 330 градусов и представляют собой контактные группы, примыкающие к управляющим плунжерам. Плунжеры изготовлены из бронзы, причем концы плунжеров, примыкающие к внешней поверхности ротора, имеют сферическую поверхность. Для усиления контакта с ротором плунжеры снабжены пружинами (16). Внутренняя зубчатая часть (17) ротора входит в зацепление с тремя шестернями (18-20), установленными через 120 градусов относительно друг друга. Шестерни имеют стальные накладки (21), примыкающие с двух сторон, с возможностью скольжения, к ротору, что позволяет отцентрировать ротор и исключить его механический контакт с каркасами катушек. Оси (22) шестерен установлены на шарикоподшипниках в гнездах статора и съемной крышке. Съемная крышка крепится к статору через прокладку болтами. Для изменения направления вращения двигателя устанавливаются на статоре три дополнительных плунжера и три включателя, расположенные через 120 градусов относительно друг друга и относительно нулевой отметки в точках 105, 225, 345 градусов (не показано). При высоких оборотах ротора двигателя вместо механического управления включением катушек электромагнитов применяется электронная система включения, обеспечивающая высокую надежность. Контакты включателя крепятся к корпусу через электроизолирующую прокладку и закрываются пластмассовыми накладками. Герметически закрытый корпус двигателя заполняется маслом, предназначенным для смазки трущихся взаимодействующих деталей и для охлаждения обмоток двигателя.

Электродвигатель работает следующим образом. При подключении источника постоянного тока двигатель начинает сразу работать, т.к. независимо от положения ротора включена одна или две из трех катушек. Предположим, что до включения ротор занимал положение, показанное на фиг.1, что соответствует подключению катушек (1, 2) электромагнитов включателями (13, 14) к источнику питания. При подаче питающего напряжения в катушках (1, 2) возникают электромагнитные силы, под действием которых ферромагнитные части ротора втягиваются в катушки и стремятся занять положение в середине катушек, поворачивая ротор (5) вокруг его оси. В момент занятия каждой из ферромагнитных частей ротора центрального положения в каждой из катушек из углубления (8) поднимается плунжер (9), размыкающий контакты (10) включателей (13, 14), отключающих питающее напряжение с катушек (1, 2), что обеспечивает легкий выход ферромагнитной части ротора из катушек. При работе двигателя толкатели, управляемые ротором, поочередно включают и выключают катушки в определенной последовательности, показанной в таблице (фиг.3). При вращении ротора его внутренняя зубчатая часть передает крутящий момент на три шестерни и их валы. Ввиду того, что при работе двигателя происходит одновременное включение двух катушек или одной, происходит изменение крутящего момента на валу двигателя по величине. Величина изменения крутящего момента на валу двигателя за один поворот ротора отображена на графике (фиг.4).

Благодаря использованию в электромагнитном двигателе трех катушек, установленных на статоре, внутри которых расположен ротор, выполненный в виде кольца, состоящего из четырех частей, из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных между собой в определенном порядке, обеспечивается передача крутящего момента на вал двигателя без разрыва потока мощности. Благодаря тому, что ротор примыкает внутренней зубчатой частью к трем шестерням с валами, - это позволяет производить подключение к ним дополнительных механизмов. Предложенная конструкция электродвигателя не имеет ограничения скорости вращения снизу и может начинаться с нуля и повышаться до максимальных значений, ограничиваемых только механической прочностью используемых материалов и технологией подшипников. Например, диапазон частоты вращения от 0 до 10000 об/мин для одного и того же электродвигателя полностью достижим. Электродвигатель имеет повышенный коэффициент полезного действия не ниже 0,98, независящий от скорости вращения вала. Мощность электродвигателя не зависит от скорости вращения вала, что создает почти идеальную нагрузочную характеристику момента на валу электродвигателя. Массогабаритные показатели не зависят от скорости вращения вала, то есть можно сделать массу и габариты двигателя небольшими даже для скорости вращения вала 0-10 об/мин. Уменьшается стоимость изготовления электродвигателя, так как масса электродвигателя значительно уменьшается и, следовательно, уменьшается масса меди и масса магнитных материалов для изготовления. Предварительная оценка показывает, что стоимость снижается в 3-4 раза. Возможность модульного исполнения повышает надежность, так что выход из строя одного модуля только уменьшает мощность, но оставляет работоспособным сам электродвигатель. Ввиду устройства и технологического исполнения двигатель имеет плоскую форму, что обеспечивает применение его в устройствах, где другие двигатели не смогут выполнять нужную функцию. Таким образом, предлагаемый электромагнитный двигатель обладает существенными отличиями и полезными свойствами по сравнению со стандартными электрическими машинами.

1. Электромагнитный двигатель постоянного тока, содержащий статор с тремя катушками, расположенными в нем через 120°, и ротор, состоящий из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных в кольцо в определенном порядке, и имеющий на двух немагнитных частях два паза, а также примыкающие к упомянутым пазам немагнитных частей ротора три плунжера, взаимодействующие с контактами включения катушек статора, при этом ротор внутренней зубчатой частью примыкает к трем шестерням с валами.

2. Электромагнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем установлено более двух ферромагнитных и более двух немагнитных частей ротора, соединенных в чередующейся последовательности, а также более трех катушек статора и соответствующее количество плунжеров и контактов включения катушек.

3. Электромагнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем при минимальных размерах установлены три шестерни, соединенные с шестерней вала, установленного на шарикоподшипниках в гнездах статора, и крышки ротора.

4. Электромагнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем установлено более трех шестерен с валами.

5. Электромагнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в модульном исполнении.

6. Электромагнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем применен силовой блок для изменения скорости вращения вала от 0 до 10000 об/мин.

7. Электромагнитный двигатель постоянного тока, содержащий статор с тремя катушками, расположенными в нем через 120°, и ротор, состоящий из двух ферромагнитных и двух немагнитных частей, соединенных в кольцо в определенном порядке, при этом на концах каждой из катушек статора установлены электромагнитные датчики, контролирующие расположение ферромагнитных частей ротора в упомянутых катушках и взаимодействующие с электронным устройством включения питания катушек двигателя.

8. Электромагнитный двигатель по п.7, отличающийся тем, что в нем установлено более двух ферромагнитных и более двух немагнитных частей ротора, соединенных в чередующейся последовательности, а также более трех катушек статора и соответствующее количество электромагнитных датчиков на концах упомянутых катушек.

9. Электромагнитный двигатель по п.7, отличающийся тем, что в нем при минимальных размерах установлены три шестерни, соединенные с шестерней вала, установленного на шарикоподшипниках в гнездах статора, и крышки ротора.

10. Электромагнитный двигатель по п.7, отличающийся тем, что в нем установлено более трех шестерен с валами.

11. Электромагнитный двигатель по п.7, отличающийся тем, что он выполнен в модульном исполнении.

12. Электромагнитный двигатель по п.7, отличающийся тем, что в нем применен силовой блок для изменения скорости вращения вала от 0 до 10000 об/мин.

www.findpatent.ru

Способ и устройство управления электромагнитным двигателем (варианты)

 

Изобретение может быть использовано, например, для гидравлических и пневматических систем. Технический результат заключается в том, что можно осуществить стабильность хода при изменении нагрузки от холостого хода до предельно допустимой, полностью устранить влияние дестабилизирующих факторов на работу агрегата, а также повысить КПД двигателя. Способ управления электромагнитным двигателем заключается в том, что одновременно с подключением обмотки к источнику питания формируют временной интервал, превышающий заданную длительность рабочего хода на время трогания, затем сравнивают его с фактическим временем рабочего хода и изменением тока обмотки или напряжения на ней уменьшают разность этих времен до величины, близкой к нулю. Устройство содержит последовательно соединенные источник питания, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через диод присоединен элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря и блок управления. Блок управления содержит генератор управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, два одновибратора с инверсными выходами, элемент ИЛИ, RS-триггеру и элемент задержки сигнала по переходу из единицы в нуль. Блок управления также может быть выполнен в виде микроЭВМ, причем выход датчика положения присоединен к линии порта ввода данных микроЭВМ, а порт вывода управляющих сигналов одной линией соединен со входом электронного ключа, второй линией соединен со входом дополнительного электронного ключа и третьей линией присоединен к управляющим входам вентилей источника питания. 5 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическому приводу линейных электромагнитных двигателей, в частности к электромагнитным двигателям, совершающим работу на протяжении всего рабочего хода. Такой привод может быть использован, например, для гидравлических и пневматических систем - насосов, компрессоров, гидравлических и газовых клапанов, гидро- и пневмоинструментов и т.д.

Широко известен способ управления линейным электромагнитным двигателем, заключающийся в изменении длительности протекания тока в обмотке электромагнитного двигателя, при этом длительность подключения обмотки к источнику питания регулируется так, чтобы за это время совершался нормальный рабочий ход (Ряшенцев Н.П. и др. Электромагнитные прессы. - Новосибирск: Наука, 1989, с. 42, 123-127). Электрические схемы устройств, построенных по указанному способу управления также известны (там же, рис.6.20, с. 140, рис.6.22, с. 142, рис.6.28, с. 147). Однако известный способ управления малопригоден для привода устройств с непрерывной нагрузкой на якоре по ходу движения, так как изменение нагрузки на якоре, напряжения питания, разогрев обмотки и другие дестабилизирующие факторы нарушают нормальную работу устройства, т.е. при повышении тока якорь ускоряется, что может привести к аварийным ситуациям, а при понижении тока якорь замедляет ход и может не дойти до конца хода. Известен также способ управления электромагнитным исполнительным устройством, согласно которому на его обмотку подают внешний управляющий сигнал, выходным элементом исполнительного устройства воздействуют на электромагнитный датчик положения, выходной сигнал которого подают в цепь обратной связи исполнительного устройства (aвторское свидетельство СССР N 1689998, кл. H 01 F 7/18, опубл. 07.11.91, БИ N 41). Известный способ не решает задачу стабилизации рабочего хода, а только уменьшает излишний ток управления. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления электромагнитным двигателем (Малов А.Т. и др. Электромагнитные молоты. - Новосибирск: Наука, 1979, с. 135-139), заключающийся в том, что его обмотку в момент воздействия управляющего импульса электронным ключом подключают к источнику питания и отключают в момент появления сигнала от датчика положения якоря. Кроме того, для широтно-импульсного регулирования тока обмотки или напряжения на ней элемент гашения электромагнитного поля обмотки на время рабочего хода шунтируют дополнительным электронным ключом. При этом в моменты разрыва тока питания ток обмотки замыкается через ключ, чем достигается незначительное снижение этого тока. По указанному способу выполнено известное устройство (там же, с. 136, рис.5.3), выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства. Оно управляет электромагнитным двигателем двустороннего действия, т.е. двумя идентичными рабочими обмотками. Применительно к каждой из них в отдельности устройство содержит последовательно соединенные источник питания, электронный ключ, выполненный в виде тиристора, и обмотку, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, также выполненный в виде тиристора, датчик положения якоря (бойка) электромагнитного двигателя, блок управления, конкретные варианты, исполнения которого приведены (там же, рис.5.14, с. 173, рис.5.17, с.177, рис.5.20, с.182), и блок коммутации тиристоров. Недостаток известного способа и устройства в том, что повышение необходимого тока в обмотке, происходящее из-за дестабилизирующих факторов - уменьшения нагрузки на якорь, повышения напряжения питания и т.д., приводит к ускорению якоря, что создает аварийные ситуации, например, для гидравлического привода это кавитация жидкости, гидравлические удары, разрыв мембраны или уплотнений. Понижение тока приводит к излишней длительности рабочего хода, что нарушает ритм работы в циклическом режиме. Изобретение направлено на решение технической задачи создания способа управления электромагнитным двигателем и устройств, реализующих этот способ, обеспечивающих стабильность рабочего хода и надежность приводимых в действие агрегатов при значительных изменениях нагрузки, напряжения питания, температуры обмотки и других дестабилизирующих факторов, действующих как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения своего значения. Для решения указанной технической задачи в известном способе управления электромагнитным двигателем, заключающемся в том, что его обмотку в момент воздействия управляющего импульса электронным ключом подключают к источнику питания и отключают в момент появления сигнала от датчика положения якоря, а элемент гашения электромагнитного поля обмотки на время включения шунтируют дополнительным электронным ключом, согласно изобретению одновременно с подключением обмотки формируют временной интервал, превышающий заданную длительность рабочего хода на время трогания, затем сравнивают его с фактическим временем от момента воздействия управляющего импульса до момента сигнала от датчика положения якоря и изменением тока обмотки или напряжения на ней при следующих рабочих ходах уменьшают разность этих времен, чтобы установить длительность рабочего хода заданной величины с некоторыми ошибками рассогласования. Кроме того, в изобретении решается задача повышения коэффициента полезного действия (КПД) за счет превращения накопленной в обмотке электромагнитной энергии в полезную работу в моменты окончания очередного рабочего хода. Решение этой задачи достигается тем, что для использования энергии обмотки при окончании рабочего хода датчик положения якоря перемещают против хода якоря и фиксируют в положении, где тяговое усилие становится достаточным для продолжения движения якоря при уменьшающемся в обмотке токе, и выключают дополнительный электронный ключ с задержкой относительно момента отключения обмотки от источника питания на время, требуемое для окончания рабочего хода. При этом часть хода якоря от места фиксации датчика положения до конечной точки положения якоря будет совершаться за счет энергии, накопленной в обмотке. Указанная техническая задача решается также за счет того, что в известном устройстве для управления электромагнитным двигателем, содержащим последовательно соединенные источник питания, выполненный на управляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, согласно изобретению блок управления содержит генератор управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, два одновибратора с инверсными выходами, элемент ИЛИ, RS-триггер, и элемент задержки сигнала по переходу из единицы в нуль, причем выходы широтно-импульсного модулятора присоединены к управляющим входам вентилей источника питания, а его вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы которого присоединены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, вход тактовых импульсов которого соединен с выходом первого одновибратора, а вход управления направлением счета на увеличение/уменьшение присоединен к инверсному выходу RS-триггера, вход триггера R соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходом датчика положения якоря двигателя и с выходом второго одновибратора, вход триггера S и управляющие входы обоих одновибраторов присоединены к выходу генератора управляющих импульсов, прямой выход RS-триггера соединен с управляющим входом электронного ключа и входом элемента задержки, выход которого присоединен к управляющему входу дополнительного электронного ключа. Указанная выше цель достигается также за счет того, что в известном устройстве для управления электромагнитным двигателем, содержащем последовательно соединенные источник питания, выполненный на неуправляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, согласно изобретению блок управления содержит генератор управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, два одновибратора с инверсными выходами, элемент ИЛИ, RS-триггер и элемент задержки сигнала по переходу из единицы в нуль и элемент И, при этом первый вход элемента И присоединен к выходу широтно-импульсного модулятора, второй вход соединен с прямым выходом RS-триггера, а его выход присоединен к управляющему входу электронного ключа, вход широтно-импульсного модулятора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы которого присоединены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, вход тактовых импульсов которого соединен с выходом первого одновибратора, а вход управления направлением счета на увеличение/уменьшение присоединен к инверсному выходу RS-триггера, вход триггера R соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходом датчика положения якоря двигателя и с выходом второго одновибратора, вход триггера S и управляющие входы обоих одновибраторов присоединены к выходу генератора управляющих импульсов, прямой выход RS-триггера соединен с входом элемента задержки, выход которого присоединен к управляющему входу дополнительного электронного ключа. Сущность изобретения состоит также в том, что в известном устройстве для управления электромагнитным двигателем, содержащем последовательно соединенные источник питания, выполненный на управляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, согласно изобретению блок управления выполнен в виде микроЭВМ с возможностью формирования импульсов широтно-импульсной модуляции, импульсов управления, включения электронного и дополнительного электронного ключей в момент воздействия импульса управления, формирования временного интервала, выключения электронного ключа в момент появления сигнала от датчика положения якоря двигателя или в момент окончания временного интервала, выключения дополнительного электронного ключа с задержкой относительно момента отключения обмотки от источника питания и изменения момента включения управляющих вентилей в сторону запаздывания, если импульс окончания хода приходит раньше конца временного интервала или в сторону опережения, если импульс окончания хода приходит позже конца упомянутого интервала, причем выход датчика положения якоря двигателя присоединен к линии порта ввода данных микроЭВМ, а порт вывода управляющих сигналов одной линией соединен с входом электронного ключа, второй линией соединен с входом дополнительного электронного ключа и третьей линией присоединен к управляющим входам вентилей источника питания. Кроме того, поставленная задача решается тем, что в известное устройство для управления электромагнитным двигателем, содержащее последовательно соединенные источник питания, выполненный на неуправляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, согласно изобретению блок управления выполнен в виде микроЭВМ с возможностью формирования импульсов широтно-импульсной модуляции и импульсов управления, при этом широтно-импульсную модуляцию осуществляют, подавая пачку импульсов на электронный ключ, включения дополнительного электронного ключа в момент воздействия импульса управления, формирования временного интервала, выключения электронного ключа в момент появления сигнала от датчика положения якоря двигателя или в момент окончания временного интервала, выключения дополнительного электронного ключа с задержкой относительно момента отключения обмотки от источника питания и изменения скважности пачки импульсов, подаваемой на электронный ключ, в сторону увеличения, если импульс окончания хода приходит раньше конца временного интервала или в сторону уменьшения, если импульс окончания хода приходит позже конца упомянутого интервала, причем выход датчика положения якоря двигателя присоединен к линии порта ввода данных микроЭВМ, а порт вывода управляющих сигналов одной линией соединен с входом электронного ключа и второй линией присоединен к входу дополнительного электронного ключа. При применении в блоках управления микроЭВМ в нее вводится программа, выполняющая действия по заявленному способу. При таком исполнении устройства достигается минимальное количество комплектующих изделий и соответственно его минимальная стоимость. Кроме того, на микроЭВМ может быть возложен ряд дополнительных функций, например контроль различных параметров агрегата. Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет достичь следующие технические результаты: 1) управление двигателем осуществляется с одинаковой длительностью хода при изменении нагрузки от холостого хода до предельно допустимой; 2) при любой нагрузке ход осуществляется плавно, без рывков и остановок; 3) полностью устраняется влияние нестабильности нагрузки, напряжения питания, температуры обмотки и других дестабилизирующих факторов на работу агрегата; 4) повышается КПД электромагнитного двигателя. Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации способа управления электромагнитным двигателем; на фиг.2 - структурная схема устройства при использовании источника питания с неуправляемыми вентилями; на фиг.3 - структурная схема устройства с выполнением блока управления в виде микроЭВМ. Чертежи имеют следующие цифровые обозначения: 1 - источник питания; 2 - электронный ключ; 3 - обмотка электромагнитного двигателя; 4 - обратный диод; 5 - элемент гашения электромагнитного поля обмотки; 6 - дополнительный электронный ключ; 7 - датчик положения якоря; 8 - блок управления; 9 - генератор управляющих импульсов; 10 - широтно-импульсный модулятор; 11 - цифроаналоговый преобразователь; 12 - реверсивный счетчик; 13 - первый одновибратор; 14 - второй одновибратор; 15 - элемент ИЛИ; 16 - RS-триггер; 17 - элемент задержки на выключение; 18 - элемент И; 19 - микроЭВМ. Устройство (фиг. 1) содержит источник питания 1, электронный ключ 2, обмотку электромагнитного двигателя 3, обратный диод 4, элемент гашения 5, дополнительный электронный ключ 6, датчик положения якоря двигателя 7, блок управления 8, состоящий из генератора управляющих импульсов 9, широтно-импульсного модулятора 10, цифроаналогового преобразователя 11, реверсивного счетчика 12, первого одновибратора 13, второго одновибратора 14, элемента ИЛИ 15, RS-триггера 16, элемента задержки 17. Для нормальной работы устройства необходимо установить длительность инверсного импульса одновибратора 13 такой, чтобы получить заданную длительность рабочего хода. При этом следует учесть, что длительность импульса должна быть больше длительности заданного рабочего хода на время трогания якоря. Длительность импульса одновибратора 14 устанавливается несколько большей, но она должна быть меньше минимального периода управляющих импульсов генератора 9. Устройство управления электромагнитным двигателем работает следующим образом. После включения питания на разрядных выходах счетчика 12 устанавливается определенное состояние нулей и единиц. Этот код воздействует на цифроаналоговый преобразователь 11 и на его выходе появляется напряжение, соответствующее коду, которое воздействует на широтно-импульсный модулятор 10. При этом на выходе модулятора образуются импульсы, положение которых во времени в пределах одного периода питающей сети зависит от управляющего напряжения. При "вертикальном" управлении, чем выше управляющее напряжение, тем позже возникает импульс управления и тем короче длительность импульсов тока выпрямителя и соответственно меньше напряжение источника 1. Таким образом, в зависимости от кода реверсивного счетчика 12 ток и напряжение источника меняется, причем при минимальном коде счетчика 12 длительность импульсов тока и напряжение источника 1 максимально, и, наоборот, верхнее предельное значение кода приводит к минимуму тока и напряжения источника. В итоге при определенном коде на выходе счетчика устанавливается определенные ток или напряжение источника питания 1. Одновременно на выходах одновибраторов 13 и 14 устанавливается исходное состояние логической единицы. Потенциал единицы одновибратора 14 через элемент ИЛИ 15 воздействует на R-вход триггера 16, и триггер устанавливается в исходное состояние, т.е. на его прямом выходе потенциал равен нулю, и электронный ключ 2 закрыт. При подаче от генератора 9 короткого запускающего импульса на включение одновибраторы 13 и 14 переводятся в состояние логического нуля. Состояние одновибратора 14 через элемент ИЛИ 15 передается на вход R, а так как на входе S состояние "единица" от запускающего импульса, то триггер 16 переходит в состояние единицы на прямом выходе. Ключ 2 открывается и по обмотке начинает протекать ток. Электромагнитный двигатель совершает рабочий ход. Здесь возможны три варианта дальнейших процессов. Если напряжение источника 1 больше необходимого, то рабочий ход совершается быстрее заданного. При окончании хода срабатывает датчик положения 7, его импульс через элемент ИЛИ воздействует на R-вход триггера 16, и он возвращается в исходное состояние, а ключ 2 запирается. Возвращение триггера 16 в исходное состояние происходит раньше, чем заканчивается импульс одновибратора 13. Счетчики (например, 531ИЕ16, 561ИЕ14 и др.) устроены таким образом, что если на входе больше/меньше (1) присутствует единица (нуль), то при каждом положительном перепаде потенциала на входе C счетчик дает приращение (уменьшение) содержимого на единицу. Таким образом, если в момент окончания импульса одновибратора 13, а это положительный перепад на входе C счетчика, триггер 16 вернулся в исходное состояние, а это единица на входе больше/меньше (1), то содержимое счетчика получит приращение на единицу, что повлечет за собой уменьшение напряжения источника 1 на некоторое значение. При появлении следующего импульса от генератора 9 процесс повторяется, но в обмотке будет протекать несколько меньший ток, а рабочий ход закончится позднее. Так будет продолжаться до тех пор, пока датчик положения не сработает позднее окончания импульса одновибратора 13. Теперь процессы развиваются по второму варианту, а именно при каждом импульсе генератора 9 содержимое счетчика уменьшается на единицу, что приводит к повышению напряжения источника питания 1. Объясняется это тем, что в момент окончания импульса одновибратора 13 на входе больше/меньше (1) еще присутствует нуль. В итоге устройство управления вступает в процесс установления длительности рабочего хода заданной величины с некоторыми ошибками рассогласования. Любые изменения условий работы двигателя из-за изменения нагрузки или из-за действия других дестабилизирующих факторов, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, отрабатываются до ошибки рассогласования. Предлагаемый способ управления электромагнитным двигателем реализован следующим образом. Предварительно формируют временной интервал в одновибраторе 13, фактическую длительность рабочего хода с учетом времени трогания фиксируют триггером 16, сравнение этих длительностей осуществляют в счетчике 12 и управляют током обмотки или напряжением на ней, изменяя управляющие сигналы на цифроаналоговом преобразователе 11, широтно-импульсном модуляторе 10 и источнике питания 1. Возможен 3-й вариант процесса, когда установленное напряжение источника не развивает достаточного тока в обмотке, вследствие чего якорь двигателя может перемещаться недопустимо медленно или вовсе не двинется с места. Следовательно, импульс от датчика положения возбудится слишком поздно или его может и не быть. В этом случае в действие вступает страховочный вариант управления, а именно положительный перепад заканчивающегося импульса одновибратора 14 через элемент ИЛИ 15 воздействует на R-вход триггера 16 и возвращает его в исходное состояние. Ключ 2 запирается и ток в обмотке спадает к нулю. Включение в устройство этой части цепи (одновибратор 14, элемент ИЛИ 15) в сочетании с остальными элементами позволяет установить ток обмотки при первом импульсе включения несколько меньшим необходимого путем первоначальной записи некоторого кода в счетчик, что исключает недопустимо высокие скорости перемещения якоря и удары, т.е. исключаются аварийные ситуации. Так как состояние триггера во включенном положении длится дольше импульса одновибратора 13, то содержимое счетчика при каждом импульсе генератора 9 будет уменьшаться, и при этом будет увеличиваться ток обмотки и соответственно напряжение питания. Через несколько тактов схема управления начнет работать по второму или первому варианту. Заявляемый способ также решен следующим путем. Практически у всех электромагнитов в конце хода наблюдается резкое увеличение тяговых усилий. Это приводит к ускорению якоря в конце хода и ударам, что недопустимо. Для того чтобы якорь в последней части хода продолжал двигаться без ускорения, необходимо в это время каким-то образом снижать ток в катушке электромагнитного двигателя. В заявляемом изобретении этот недостаток устраняется преждевременным отключением цепи питания при включенном дополнительном электронном ключе, шунтирующем элемент гашения. При этом якорь двигателя продолжает движение до конца за счет медленно спадающего тока, сопровождающееся относительным нарастанием усилия. Осуществляется это тем, что датчик положения 7 однократно перемещается от конечной точки движения якоря против его хода и фиксируется стационарно (на все время работы устройства) в определенной точке на траектории движения якоря. Положение этой точки зависит от формы тяговых характеристик примененного электромагнитного двигателя и для разных его типов определяется экспериментально в режиме номинальной нагрузки на якорь. При этом импульс датчика положения возникает до окончания хода, этот импульс через элемент ИЛИ 15 установит триггер 16 в нулевое состояние на прямом выходе, ключ 2 запрется, а из-за задержки ключ 6 еще некоторое время сохранит свое проводящее состояние. Ток обмотки замкнется по контуру: обмотка 3, диод 4, ключ 6, и медленно уменьшится, совершая при этом работу по перемещению якоря до конца рабочего хода. Таким образом, большая часть хода до точки установки датчика положения 7 совершается за счет энергии источника питания 1. а оставшаяся часть хода от точки установки датчика положения 7 до конца хода осуществляется энергией, запасенной в обмотке 3 электромагнитного двигателя. Вследствие изложенного уменьшается нагрев обмотки 3 и увеличивается КПД двигателя. Можно устройство сделать дешевле и компактнее, используя в источнике питания обычный диодный мост. Тогда широтно-импульсную модуляцию можно осуществить непосредственно, подавая на электронный ключ 2 пачку импульсов, у которых модулируется скважность. Для этого (фиг.2) в блок управления 8 необходимо ввести элемент И 18, на один из входов которого подается непрерывная последовательность импульсов от выхода широтно-импульсного модулятора 10, на второй вход - потенциал "единица" от прямого выхода триггера 16, разрешающий прохождение широтно-модулированных импульсов, а его выход управляет электронным ключом 2 (фиг.2). В остальном схема устройства и ее принцип действия сохраняется. Блок управления может быть также выполнен в виде микроЭВМ. Это возможно, если на нее программным путем возложить действия, заданные заявляемым способом. Принципиальная схема такого устройства для управления электромагнитным двигателем (фиг. 3) содержит источник питания 1 с управляемыми вентилями, электронный ключ 2, обмотку электромагнитного двигателя 3, возвратный диод 4, элемент гашения 5, дополнительный электронный ключ 6, датчик положения 7 и микроЭВМ 19. В связи с относительной простотой использования микроЭВМ для управления электромагнитным двигателем излагается вариант с раздельным использованием портов ввода-вывода микроЭВМ, один из них используется только для ввода данных, другой - только для вывода сигналов управления. В исходном состоянии микроЭВМ формирует на линиях P0.0 и P0.1 (фиг.3) импульсы управления с заданными моментами включения относительно времени перехода через нуль переменного напряжения, питающего выпрямитель источника питания. В соответствии с программой микроЭВМ на линии P0.3 (фиг.3) вырабатывается импульс, открывающий ключ 2. При этом совершается рабочий ход. Датчик положения 7 выдает импульс окончания хода на линию ввода P1.0. Если импульс окончания хода приходит раньше конца интервала, установленного в микроЭВМ, то изменяются моменты включения управляющих вентилей в сторону запаздывания, и напряжение источника питания уменьшается; если импульс окончания хода приходит позже конца упомянутого интервала, то моменты включения управляющих вентилей изменяются в сторону опережения, и напряжение источника питания 1 увеличивается. Если напряжение источника 1 мало и рабочий ход проходит слишком долго, импульс на электронный ключ 2 прекращается через заданный интервал и начинается следующий цикл, но при большем напряжении источника 1. Одновременно с импульсом на линии P0.3 микроЭВМ на линии P0.2 вырабатывает импульс включения электронного ключа 6. Этот импульс прекращается с заданным запаздыванием относительно сигнала от датчика положения. При использовании неуправляемого источника питания с выпрямителями на диодах или с выходным фильтром для сглаживания пульсации линии P0.0 и P0.1 становятся ненужными, импульсы на них не формируются, а импульс на линии P0.3 подвергается широтно-импульсной модуляции. В этом варианте исполнения программа, заложенная в микроЭВМ, выполняет следующие действия: при включении устройства по линии P0.3 на электронный ключ 2 подается пачка импульсов, и одновременно по линии P0.2 подается импульс и включается дополнительный электронный ключ 6. При этом совершается рабочий ход. Датчик положения 7 выдает импульс окончания хода на линию ввода P1.0. Если импульс окончания хода приходит раньше конца временного интервала, установленного в микроЭВМ, то изменяется скважность пачки импульсов в сторону увеличения и ток обмотки уменьшается; если импульс окончания хода приходит позже конца упомянутого интервала, то скважность пачки импульсов, подаваемой на ключ 2, уменьшается и ток обмотки увеличивается. Импульс на линии P0.2 прекращается с заданным запаздыванием относительно сигнала от датчика положения.

Формула изобретения

1. Способ управления электромагнитным двигателем, заключающийся в том, что его обмотку в момент воздействия управляющего импульса электронным ключом подключают к источнику питания и отключают в момент появления сигнала от датчика положения якоря, а элемент гашения электромагнитного поля обмотки на время включения шунтируют дополнительным электронным ключом, отличающийся тем, что одновременно с подключением обмотки формируют временной интервал, превышающий заданную длительность рабочего хода на время трогания, затем сравнивают его с фактическим временем от момента воздействия управляющего импульса до момента сигнала от датчика положения якоря и изменением тока обмотки или напряжения на ней при следующих рабочих ходах уменьшают разность этих времен, чтобы установить длительность рабочего хода заданной величины с некоторыми ошибками рассогласования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчик положения якоря перемещают против хода якоря и фиксируют в положении, где тяговое усилие становится достаточным для продолжения движения якоря при уменьшающемся в обмотке токе, и выключают дополнительный электронный ключ с задержкой относительно момента отключения обмотки от источника питания на время, требуемое для окончания рабочего хода. 3. Устройство для управления электромагнитным двигателем, содержащее последовательно соединенные источник питания, выполненный на управляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, отличающееся тем, что блок управления содержит генератор управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, два одновибратора с инверсными выходами, элемент ИЛИ, RS-триггер и элемент задержки сигнала по переходу из единицы в нуль, причем выходы широтно-импульсного модулятора присоединены к управляющим входам вентилей источника питания, а его вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы которого присоединены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, вход тактовых импульсов которого соединен с выходом первого одновибратора, а вход управления направлением счета на увеличение/уменьшение присоединен к инверсному выходу RS-триггера, вход триггера R соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходом датчика положения якоря двигателя и с выходом второго одновибратора, вход триггера S и управляющие входы обоих одновибраторов присоединены к выходу генератора управляющих импульсов, прямой выход RS-триггера соединен с управляющим входом электронного ключа и входом элемента задержки, выход которого присоединен к управляющему входу дополнительного электронного ключа. 4. Устройство для управления электромагнитным двигателем, содержащее последовательно соединенные источник питания, выполненный на неуправляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, отличающееся тем, что блок управления содержит генератор управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, два одновибратора с инверсными выходами, элемент ИЛИ, RS-триггер, элемент задержки сигнала по переходу из единицы в нуль и элемент И, при этом первый вход элемента И присоединен к выходу широтно-импульсного модулятора, второй вход соединен с прямым выходом RS-триггера, а его выход присоединен к управляющему входу электронного ключа, вход широтно-импульсного модулятора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы которого присоединены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, вход тактовых импульсов которого соединен с выходом первого одновибратора, а вход управления направлением счета на увеличение/уменьшение присоединен к инверсному выходу RS-триггера, вход триггера R соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходом датчика положения якоря двигателя и с выходом второго одновибратора, вход триггера S и управляющие входы обоих одновибраторов присоединены к выходу генератора управляющих импульсов, прямой выход RS-триггера соединен с входом элемента задержки, выход которого присоединен к управляющему входу дополнительного электронного ключа. 5. Устройство для управления электромагнитным двигателем, содержащее последовательно соединенные источник питания, выполненный на управляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде микроЭВМ с возможностью формирования импульсов широтно-импульсной модуляции, импульсов управления, включения электронного и дополнительного электронного ключей в момент воздействия импульса управления, формирования временного интервала, выключения электронного ключа в момент появления сигнала от датчика положения якоря двигателя или в момент окончания временного интервала, выключения дополнительного электронного ключа с задержкой относительно момента отключения обмотки от источника питания и изменения момента включения управляющих вентилей в сторону запаздывания, если импульс окончания хода приходит раньше конца временного интервала или в сторону опережения, если импульс окончания хода приходит позже конца упомянутого интервала, причем выход датчика положения якоря двигателя присоединен к линии порта ввода данных микроЭВМ, а порт вывода управляющих сигналов одной линией соединен со входом электронного ключа, второй линией соединен со входом дополнительного электронного ключа и третьей линией присоединен к управляющим входам вентилей источника питания. 6. Устройство для управления электромагнитным двигателем, содержащее последовательно соединенные источник питания, выполненный на неуправляемых вентилях, электронный ключ и обмотку двигателя, к которой через обратный диод присоединены параллельно соединенные элемент гашения и дополнительный электронный ключ, датчик положения якоря двигателя, а также блок управления, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде микроЭВМ с возможностью формирования импульсов широтно-импульсной модуляции и импульсов управления, при этом широтно-импульсную модуляцию осуществляют, подавая пачку импульсов на электронный ключ, включения дополнительного электронного ключа в момент воздействия импульса управления, формирования временного интервала, выключения электронного ключа в момент появления сигнала от датчика положения якоря двигателя или в момент окончания временного интервала, выключения дополнительного электронного ключа с задержкой относительно момента отключения обмотки от источника питания и изменения скважности пачки импульсов, подаваемой на электронный ключ, в сторону увеличения, если импульс окончания хода приходит раньше конца временного интервала или в сторону уменьшения, если импульс окончания хода приходит позже конца упомянутого интервала, причем выход датчика положения якоря двигателя присоединен к линии порта ввода данных микроЭВМ, а порт вывода управляющих сигналов одной линией соединен со входом электронного ключа и второй линией присоединен ко входу дополнительного электронного ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

www.findpatent.ru

Устройство электродвигателя и принцип двигателя - Мои статьи - Каталог статей

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

  1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

  1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

chebush.ucoz.net