мости в обратной связи но углу поворота ротора - разомкнутый контур управления. В условиях переходного процесса при моменте, близком к номинальному, часть импульсов может быть пропущена. Если шаговому двигателю приходится работать в таких условиях, необходимо предусматривать контур обратной связи для компенсации ошибок.

Преимущества ишговых двигателей:

- высокая точность, даже в разомкнутой структуре управления, т. е. без датчика угла поворота;

- естественная интеграция с приложениями цифрового управления;

- отсутствие механических коммутаторов, которые часто создают проблемы в двигателях других типов.

Недостатки шаговых двигателей:

- малый вращающий момент по сравнению с двигателями приводов непрерывного тина;

- ограниченная скорость;

- высокий уровень вибрации из-за скачкообразного движения;

- большие ошибки и колебания при потере импульсов в системах с разомкнутым контуром управления.

Преимущества ишговых двигателей намного превосходят их недостатки, поэтому они часто применяются в тех случаях, когда достаточно небольшой мощности приводных устройств.

4.7.4. Двигатели постоянного тока

Электрические и механические динамические свойства двигателей постоянного тока бы.чи описаны выше (пример 3.3, раздел 3.2.1, и пример 3.-5, раздел 3.2.2). Двигатели постоянного тока широко используются в качестве сервомоторов, несмотря на то что в настоящее время все чаще для этого применяются двигатели переменного тока. Основным недостатком двигателей постоянного тока является наличие механического коммутатора (коллектора), который ограничивает как мощность, так и частоту вращения двигателя. Этот недостаток отсутствует у бесщеточных двигателей постоянного тока, т. е. двигателей с ротором в виде постоянного магнита, у которых коммутация осуществляется электронным переключением токов статора. Бесщеточный двтп-атель постоянного тока имеет сходство с шаговым двигателем и некоторыми типа.ми синхронных двигателей.

Управление двигателем постоянного тока осуществляется регулированием напряжения, приложенного к ротору, и иногда напряжением возбуждения. Применение переменных резисторов, включенных последовательно с источником питания, имеет много недостатков. Резистор рассеивает энергиго, причем выделившееся тепло должно быть отведено из-за возможных нежелательных эффектов. Распространенный способ управления напряжением питания - использовагше твердотельных приборов и ШИМ-управления. Напряжение питания "нарезается" таки.м образо.м, что его среднее значение и.меет заданный уровень. В качестве переключателей в схемах управления двигателями постоягнюго тока обычно используготся тиристорьг

где ю. - частота вран1еиия поля статора (синхронная частота), а ю,„ - частота врапи" ння ротора. Очевидно, что при s = О враи1агощнй мо.мент равен ny.TFO.

4.7.5. Асинхронные и синхронные двигатели

Двигатели переменного тока (я.с. motor), как правило, применяются в тяжельк экснлуата]Ш0нных условиях, однако они находят все большее распространение в системах промьнилепного управления, например в качестве сервомоторов. Некоторые преимущества двигателей переменного тока перечислены ниже:

- экономичность;

- надежная и простая конструкция;

- высокая эксплуатационная надежность;

- простое энергопитание;

- отсутствие коммутатора;

- практическое отсутствие дуговых явлений (поскольку нет коммутаторов).

Отрицательными чертами двигателей неремениого тока являются более пичкий момент трогания, чем у двигателей постоянного тока, и более сложные цени управления. Однако преимущества систем привода переменного тока таковы, что они успешно конкурируют с двигателями постоянного тока в роботах, манипуляторах и других промышленных системах силового привода.

Широкое применение двигателей переменного тока в качестве сервомоторов стало возможным по мере развития силовой электроники в сочетании с новыми .методами управления. Применение микроэлектроники обеспечивает вполне приемлемое управление частотой питающего напряжения. Вращаюпщй момент двигателя нельзя измерить так же просто, как у двигателей постоянного тока, однако существуют способы его оперативной {on-line) оценки. Из-за жестких временных требований для управления должны использоваться микропроцессоры со снециальпой архитектурой, обеспечивающей очень высокую скорость вычислений, - цифровые сигнальные процессоры {Digital Signal Processors - DSP).

У асинхронного (индукционного) двигателя магнитное поле статора Fie постоянно, в отличие от двигателя постоянного тока. В простейшей (двухполюсной) машине имеются три статорные обмотки, расположенные вокруг статора под углом 120° друг относительно друга. Когда по ним подается трехфазное переменное напряжение, результирующий магнитный ноток статора вращается с частотой приложенного напр-жения. Поскольку к обмотке ротора не нодводигся никакого внешнего питания (она короткозамкиута), то нет необходимости в щеточных коммутиругощих устройствах.

Вращагощееся ноле статора пересекает обмотки ротора и индуцирует в них ток. Результирующий поток ротора взаимодействует с вращающимся потоком статора и создает вращающий момент в направлении вращения поля статора. Этот .момент и есть рабочий момент двигателя. Из-за потерь на трение ротор не может даже Fia холостом ходу достичь так называемой синхронной частоты вращения, т. е. точного значения частоты вран1ения поля статора. Вращагощий мо.мепт образуется именно из-:)а разности частот вращения ротора и поля статора. Относительная разность частот вращения называется скольжением ротора {slip)

4.8. Управляющие клапаны 175

Ротор синхронного двигателя движется синхронно с вранщющимся магнитным нолем, саэдавае.мым обмотками статора (статор синхронного двигателя в принципе такой же, как у асинхронного). В отличие от асинхронного, обмотки ротора синхронного двигателя возбуждаются от внешнего источника постоянного тока. Полюса возникающего магнитного поля ротора занимают фиксированное положение относительно вращающегося поля статора и вращаются вместе с ним; следовательно, скорости вращения поля статора и ротора идентичны и скольжение равно нулю. Синхронные двигатели часто исгюльзуются в тех случаях, когда необходима постоянная скорость вращения при переменной нагрузке. В сочетании с современными преобразователями частоты синхронные двигатели MOiyr работать с переменной скоростью вращения. Большое распространение приобретают синхронные двигатели с постоянными магнита.ми. П1аговые двигатели можно рассматривать как специа.чьный тип синхронного двигателя.

4.8. Управляющие клапаны

Управляющий клапан (controlvalve) состоит из тела клиновидной или цилиндрической формы (иногда называется тарелкой), закрепленного на стержне (штоке), который движется вверх и вниз относительно цилиндрического седла. Стержень обычно перемещается под давлением сжатого воздуха на поршень или диафрагму с пружиной. Пружина может либо открывать, либо закрывать клапан в зависимости от того, какое положение требуется в случае прекращения подачи сжатого воздуха. Иногда для управления потоком используется электрический или гидравлический привод. Конструкции тела и седла клапана различаются в зависимости от требований к соотношению между производительностью и потерями напора на клапане, тина жидкости и расхода при разных положениях иггока.

Ра.змср клапана обычно выбирают в соответствии с параметрами трубопровода, в которо.м он устанавливается. Выбор ({)ормы клапана и сочетания размеров седла и тела (таре.чки) требует оценки следующих факторов.

• Потери напора (pressure drop). Большие потери напора на юшпане могут затруднить движение иггока. Специальная конструкция клапана заставляет поток двигаться в противоположных направлениях через два запирающих элемента, тем самым уравновешивая силы. Необходимость снижения потерь напора может потребовать применения различных типов клапанов, например типа "бабочка" (butterfly valve).

• Максимальный расход (тяхшгш flovBrate). Это требование сводится к сочетанию максимального расчетного расхода с максимальной зоной управления. Последняя должна в идеале составлять 30-50 % от расчетного расхода. Иногда неопытные специалисты задают эту величину на уровне 10 %, что заметно ухудншет рабочие характеристики.

• Управляемость (rangeability). Это отношение расходов при двух различных положениях иггока. Оно в основном связано с конструкцией тела и седла и зависимостью гютерь напора от расходных характеристик, которые, в свою очередь, связаны с характеристиками нагнетающего насоса. Управляемость должна обеспечивать номинальггый диапазон расходов с соответствутощими зонами управления (желательно 30-50 %) по обе стороны диапазона.

Чувствительность (seiisitivity). Связана с управляе.уиэстьто и величиной управляющего воздействия, необходимого лля управления с заданной точностьто. Иногда