CC BY
60
УДК 629.78
БЕЗРЕДУКТОРНЫЕ МЕХАТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Ю.С. Смирнов
DIRECT-DRIVE MECHATRONIC TRANSDUCERS
Y.S. Smirnov
Проанализированы характеристики современных безредукторных мехатронных преобразователей. Описаны достоинства их использования в различных сферах деятельности в аспектах универсальности, надежности, энергосбережения.
Ключевые слова: безредукторный мехатронный преобразователь, энергосбережение, моментный электродвигатель.
Characteristics of modern direct-drive mechatronic transducers are considered. The advantages of its use in various areas in the aspects of universality, reliability and energy efficiency are described.
Keywords: direct-drive mechatronic transducer, energy saving, torque drive.
В большинстве применений целесообразным становится использование безредукторных мехатронных преобразователей (БМП), осуществляющих преобразование непрерывных [1] или дискретных [2] сигналов в перемещения. Структура БМП (рис. 1) представляет собой сочетание электромеханики и микроэлектроники, которые выполняют исполнительную и измерительную функции. Энергетика и быстродействие БМП в значительной мере определяются характеристиками моментных электродвигателей (МЭД). Опыт разработки МЭД и применения серии ДБМ в непрерывных БМП представлены в [1].
На основе МЭД типа ДБМ 185 был реализован дискретный БМП повышенной точности, компоненты которого представлены на рис. 2. Электромеханика БМП находится в особо тяжелых условиях и наработала 50 тыс. часов без ремонта и потери заданной точности преобразования, как в статике, так и в динамике. Согласно критерию Миллера динамическая ошибка в следящей системе не может быть меньше удвоенной величины мертвого хода редуктора. Последний без специальных устройств выборки зазора, увеличивающих трудоёмкость изготовления и снижающих срок службы редуктора, трудно сделать менее 5'. В БМП люфт отсутствует, поскольку объект управления, роторы МЭД и датчиков положения ротора (ДПР) связаны жёстко. Такое выполнение БМП позволяет реализовать единое информационное обеспечение процесса управления [3] по сигналам ДПР, в качестве которого используется двухот-счетаый редуктосин (см. рис. 2).
Микроэлектронная часть БМП находится в
более комфортных условиях и служит для преобразования квадратурных сигналов ДПР в цифровой эквивалент перемещения, дискретные сигналы коммутации обмоток МЭД и аналоговые эквиваленты скорости и ускорения перемещения, необходимые для реализации оптимального и адаптивного алгоритмов [2].
При работе МЭД в режиме вентильного электродвигателя в качестве ДПР могут использоваться бесконтактные синусно-косинусные датчики угла [1] или оптоэлектронные датчики (рис. 3). При этом регулирование скорости достигается изменением угла или алгоритма коммутации [4].
К достоинствам серии ДБМ следует отнести:
1. Удобство агрегатирования нескольких МЭД на общий вал.
2. Возможность эффективного отвода тепла от статора.
3. Продолжительная работа при токовом форсировании.
4. Достижение эффекта ресурсосбережения за счёт многократного увеличения срока службы БМП путём исключения редуктора, требующего при изготовлении трудоёмких металлорежущих операций.
Эти преимущества стали определяющими для разработки новой серии — ДБМВ, в которой реализуется преемственность по наружным диаметрам, длине пакета, значению показателей теплоотвода статора, пусковым токам.
В отличие от ДБМ новая серия МЭД ДБМВ характеризуется более широким диапазоном электромеханических выходных параметров. По сравнению с ДБМ статическая добротность увеличена
Смирнов Юрий Сергеевич - д-р техн. наук, профессор, начальник курсов экологической безопасности Челябинской государственной агроинженерной академии; [email protected]
Smirnov Yuri Sergeevich — PhD, professor, head of Ecological Safety courses of Chelyabinsk State Agroengineering Academy; [email protected]
Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника», выпуск 12
51
Ю.С. Смирнов
Характеристики МЭД
Параметр ДБМВ185 ДБМ 185 ДБМВ ДБМ
Пусковой ток, А 15,70 16,00 0,98
Максимальная мощность на валу, Вт 104 106 0,98
Пусковой момент не менее, Нм, 56,5 27,3 2,07
Частота вращения при XX, об/мин 71 150 0,47
Электромеханическая постоянная времени, мс О э 9 0,33
Внутренний диаметр ротора, мм 110 66 1,67
Масса двигателя не более, кг 6,44 9,25 0,70
Электромагнитная постоянная времени, мс 5 3 1,67
в 1,7-3,4 раза, электромеханическая постоянная времени снижена от 2 до 4 крат, увеличен внутренний диаметр ротора [5].
Сопоставление МЭД габарита 185 (рис. 2 и 4) представлено в таблице.
Литература
1. Беленький, Ю.М. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов / Ю.М. Беленький, Г.С. Зеленков, А.Г. Микеров. - Л.: ЛДНТП, 1987.-28 с.
2. Домрачее, В.Г. Цифроаналоговые системы позиционирования. Электромеханотронные преобразователи: производственное издание / В.Г. Домрачее, Ю.С. Смирнов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 240 с.
3. Smirnov, Y.S. Common Dateware of Robotics Mechatronic Converters. Proceedings of the Third ISMCR'93/ Y.S. Smirnov. - ITALY: Torino, 1993.
4. Смирнов, Ю.С. Системы управления сервомеханизмами с шаговыми электродвигателями / Ю.С. Смирнов // Микропроцессорные средства и системы. — 1985. — № 4. — С. 71—77.
5. Создание новой серии моментных двигателей интенсивного использования для бесконтактного моментного привода / А.Г. Микеров, Л.М. Епифанова, ДА. Любшин и др. // Труды 5 Международной (16 Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП2007. — СПб.: Новекс, 2007. - С. 240-243.
Поступила в редакцию 4 марта 2010 г.
52
Вестник ЮУрГУ, № 22, 2010
