Электрические приводы

Электрические приводы наиболее удобны в эксплуатации, регулируются в широких пределах, легко стабилизируются и имеют хорошие характеристики.

В исполнительном устройстве применяют различные типы электродвигателей.

Электродвигатели постоянного тока подразделяются на двигатели с электромагнитным возбуждением и с возбуждением от постоянных магнитов.

Электромагнитное возбуждение может быть независимым, последовательным или смешанным.

В САР, роботах требуется регулирование скорости вращения в широком диапазоне. Наиболее перспективны для этого двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Они отличаются меньшей инерционностью и КПД. Такие электродвигатели могут быть коллекторными и бесконтактными. Последние обладают большей надежностью ввиду отсутствия трущихся о коллектор щеток.

На рис.2.2.15 приведены примеры схем двигателей постоянного тока с регулированием скорости вращения.

Рис.2.2.15. Схемы электродвигателей постоянного тока:
а - управление по току возбуждения и напряжению якоря;
б - возбуждение от постоянных магнитов

Скорость вращения w_дв и момент М_дв электродвигателя зависит от напряжения в цепи якоря U_як и тока в обмотке возбуждения i_в (рис.2.2.16).

Благодаря достаточно высокой коэрцитивной силе постоянных магнитов сейчас существенно повышена мощность электродвигателей с постоянным магнитом. При этом значительно уменьшилась масса якорей, что снизило инерционность и повысило быстродействие.

Рис.2.2.16. Характеристики электродвигателей:
а - управление по напряжению на якоре;
б - управление по току в обмотке возбуждения

В последнее время чаще всего используется тиристорное управление с помощью вентильных тиристорных преобразователей. Применение вентильных преобразователей для управления скоростью и реверсом электродвигателей постоянного тока привело к созданию бесконтактных двигателей. Вместо коллектора со щетками применяется полупроводниковая схема. Тиристорное управление широко используется также и при управлении коллекторными двигателями, где они имеют преимущество перед другими способами управления.

Электродвигатели переменного тока широко применяются в системах автоматического управления. Они подразделяются на синхронные и асинхронные.

Синхронные электродвигатели, позволяют регулировать скорость вращения путем изменения частоты питающего напряжения; распространение получили небольшое.

Асинхронные электродвигатели могут быть двухфазными и трехфазными. Обмотка возбуждения (ОВ) двухфазного асинхронного двигателя питается от сети переменного тока (рис.2.2.17,а).

В обмотку управления (ОУ) поступает изменяемое напряжение U_у, оно имеет сдвиг по фазе на 90°.

Асинхронные двигатели переменного тока, особенно трехфазные, имеют меньшую массу и габариты по сравнению с двигателями постоянного тока при одинаковой мощности. Они значительно надежнее. Но для питания и управления этими двигателями необходимы преобразователи напряжения.

Шаговые электродвигатели не требуют применения датчиков обратной связи для регулирования положения благодаря их специальной конструкции. Они широко применяются в САУ.

Рис.2.2.17. Схемы электродвигателей переменного тока:
а - двухфазного асинхронного электродвигателя;
б - высокочастотного пьезодвигателя

Линейные электродвигатели позволяют непосредственно обеспечить поступательное перемещение. На основе их применяются многокоординатные приводы.

Высокочастотные пьезодвигатели широко начинают применяться в роботах и в САУ. Это новый вид электродвигателей. Существует много их разновидностей как для поступательных, так и для вращательных перемещений с микронными точностями и с большим диапазоном регулирования скорости.

Вибрационные пьезодвигетели основаны на преобразовании высокочастотных упругих колебаний звеньев в виде стоячих и бегущих волн.

Колебания имеют очень малые амплитуды в ультразвуковом диапазоне (рис.2.2.17,б).

К подвижному звену 4 с помощью упругих элементов 2 и 3 (с жесткостью С1>>С2) прижат вибропреобразователь 1. Преобразователь запитывается от блока управления 6. На блок управления идет обратная связь через задающий генератор 5 о характере движения через датчики 7, 8 и 9 (положение, скорость и мощность).

Такие пьезодвигетели могут иметь несколько степеней подвижности для твердых звеньев. Если применять эластичные звенья из пьезоматериалов, то можно получить гибкие приводы.

Для крутильных колебаний пьезоэлемента возможно построение двигателя с непосредственным поворотом на заданное положение.