CC BY
34Исполнительные устройство в FARNELL
По пути вечного двиготеля
Сергей Шведов,
Игорь Дмитриев
microcom@infopro.spb.su
Ч
е
еловек всегда решал вечные проблемы: «уничтожал» трение, боролся с гравитацией... Но если раньше умы будоражила идея вечного двигателя, то теперь, похоже, наступила эра MEMS. Технология «микроэлектромеханических систем» (MicroElectroMechanical System) способна на микроуровне уменьшить влияние гравитации: в MEMS-микродвигателях принципиально влияние другой силы: межмолекулярной. Уменьшение же гравитационного влияния снижает трение и, как следствие, нагрев и износ оборудования.
Кроме того, MEMS-технология по своим принципиальным свойствам высоко интеграционна, поскольку соединяет электронику и исполнительную пьезомеханику. В то же время сверхминиатюрные размеры и минимальное энергопотребление позволяют им внедряться в любой сколь угодно малый объект. Все обещает этим устройствам полное господство в технике — от бытовых сверхкомфортных приборов до космических станций.
Бросив взор на светлое микробудущее, можно требовательно посмотреть на день сегодняшний. Современный электродвигатель должен обладать надежностью, износостойкостью, быть малоинерционным и, самое главное, обеспечивать достаточную удельную мощность.
Раздел Двигатели каталога Farnell включает двигатели, пускатели с мягким стартом, регуляторы скорости, передающие муфты, электронные реле защиты.
Более 840 моделей электродвигателей с линейной винтовой и угловой винтовой червячной передачей производит фирма Fenner. Современный двигатель по Fenner — это:
■ современная компактная конструкция;
■ минимальное количество компонентов, обеспечивающее максимальную надежность;
■ совместимость с любыми стандартами электродвигателей.
Редукторные электродвигатели с линейной винтовой и угловой винтовой червячной передачей состоят из энергосберегающего четырехполюсного трехфазного асинхронного двигателя АВВ и коробки передач. При этом существует более 840 различных комбинаций, позволяющих менять скорость от 5,5 до 720 об/мин в диапазоне мощности от 0,18 до 7,5 кВт.
Устройства серии М фирмы Fenner c линейной винтовой передачей обладают необычно большим коэффициентом передачи, причем только в двух ступенях, включая запатентованный соединитель для стандартных двигателей. Эти редукторы, устанавливаемые на основание, совместимы по установочным размерам с большинством приводов европейского стандарта.
Серия С представляет идеи нового поколения двигателей в компактной и эффективной винтовой червячно-зубчатой передаче. Данные устройства передают больше мощности (до 93 %), чем аналогичные более старые агрегаты, имея меньший размер и меньшую стоимость. К их достоинствам следует отнести также и то, что в устройствах зафиксированы косозубые колеса и червячные валы, а также включены удерживающие рычаги и валы.
Фирма Motovario — это, в первую очередь, интегрированные с приводом двигатели (серии MCV). Такое решение редукторного модуля обеспечивает:
■ снижение рабочей температуры на 15° С в сравнении с неинтегрированными электродвигателями;
■ практическое отсутствие вибрации;
■ долгое время службы;
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
■ снижение аксиального размера. NMRV-серия приводов Motovario предназначена для двигателей с червячной передачей.
Современный легкий алюминиевый корпус имеет модульную форму, что позволяет легко устанавливать многие стандартные опции, например выходные фланцы и удерживающие рычаги.
Современные электродвигатели постоянного тока фирмы Maxon Motor (рис. 1) имеют значительные преимущества перед стандартными двигателями, не имеющими стального сердечника:
■ коллектор уменьшенного диаметра имеет больше ламелей, что увеличивает срок службы электродвигателя;
■ согласованные планетарные или цилиндрические прямозубые передачи;
■ роликовая пружина или трехпальцевая конструкция щетки обеспечивает постоянное давление в течение срока службы;
■ отсутствие паза под С-образную струбцину повышает устойчивость к крутильным колебаниям и прочность в поперечных сечениях.
На рис. 2 представлены компактные сверх-плоские двигатели постоянного тока (Flat Motors) фирмы PLM. Эти герметичные электродвигатели отличает:
■ высокий коэффициент отношения мощности к массе;
■ большой вращающий момент;
■ возможность работы на минимальной скорости;
■ малая инерционность при запуске. Предлагаемые электродвигатели различаются по типу магнита.
Более мощная GPN-модель, имеющая редкоземельный магнит, обеспечивает в 2,5 раза большую мощность и в 3 раза больший вращающий момент, чем GPM-модель c ферри-товым магнитом. Находит применение в технологических установках непрерывного цикла и робототехнике.
Асинхронные электродвигатели фирмы Air-pax работают в системах автоматического регулирования, где необходимо обеспечить мгновенные включение/выключение или реверс.
Шаговые электродвигатели той же фирмы (рис. 3) предназначены для работы в нагрузочных цепях, обеспечивая оптимальный вращающий момент и скорость.
Еще одно имя — фирма Eurotherm Drivers. Производимые фирмой инверторы серии 605, выполненные в технологии ИСМ (интеллектуальный силовой модуль), обеспечивают векторное управление стандартными трехфазными асинхронными электродвигателями, гарантируя:
■ векторную характеристику с большим вращающим моментом;
Рис. 4
■ настройку управления вводом-выводом. Специальный адаптер обеспечивает совместимость с шинными протоколами связи.
Современные регуляторы — это, как правило, компактные устройства. Eurotherm Drivers предлагает набор компактных регуляторов скорости, применяемых для электродвигателей параллельного возбуждения и постоянного тока (номинальный ток до 12 А), рисунок 4. Они включают в себя:
■ полностью изолированный теплоотвод;
■ настройку скорости разгона и торможения (1-15 с);
■ настройку ограничителя тока якоря (0-100 %);
■ настройку верхнего и нижнего пределов скорости двигателя;
■ таймер, ограничивающий ток двигателя после 15 секунд работы для предотвращения перегрева;
■ встроенную защиту от помех при переходных процессах и перегрузках по току. Функции расширенного управления шаговыми электродвигателями обеспечат микропроцессорные контроллеры (рис. 5), подключаемые через RS232 к персональному компьютеру. Любое программное обеспечение позволит настраивать параметры скорости, направления, числа шагов и ряда других.
Возможно одновременное управление восемью двухполюсными шаговыми электродвигателями.
Пускатели с мягким стартом становятся все более популярными, так как решают многие проблемы, связанные с пуском асинхронных электродвигателей переменного тока прямо от сети или с переключением со «звезды» на «треугольник», уменьшая высокий пусковой ток и увеличивая срок службы контактора, а также уменьшая пусковой вращающий момент и снижая давление на подшипники и приводы.
Наиболее часто используются в насосах, вентиляторах, то есть в механизмах, которые запускаются под нагрузкой.
Одно из таких устройств — однофазный пускатель с мягким стартом фирмы WTE обеспечивает:
■ регулировку напряжения насыщения;
■ линейный разгон с настройкой угла разгона. Важным дополнением к двигателям являются передаточные средства, способные не только эффективно передать приложенное усилие, но и регулировать в случае необходимости его величину.
Английская фирма HUCO специализируется на выпуске высококачественных муфт разного типа. Высококачественные и прецизион-
Рис. 5
ные сцепляющие муфты мембранного типа Huco-Flex M (рис. 6) имеют отличные кинематические характеристики, практически неограниченный срок службы, а также:
■ устойчивость к кручению;
■ динамически сбалансированную конструкцию;
■ угловую, радиальную и осевую гибкость. Они предназначены для постоянного одно-
и двунаправленного вращения и обычно применяются в измерительных приборах с достаточным разрешением, системах управления с большим ускорением, точно позиционируемых фрикционных нагрузках, динамометрах, прецизионных датчиках и т. п.
Муфта Flex-M осуществляет передачу под двумя углами, в сумме составляющими 90° при компенсации радиальных ошибок вала.
Беззазорная муфта Uni-Lat универсального типа состоит из одной части и предназначена для периодического использования. Ее особенностями являются малая общая длина и невозможность разрегулировки. Вращающий момент передается через пару литых ацетале-вых колец с подшипниками, которые обеспечивают осевое и радиальное перемещение втулки. Принцип действия, основанный на уникальной комбинации механизма гибкого соединения и механизма Oldham, позволяет не учитывать упругие силы, при этом за счет осевой прочности муфты устраняется кручение.
Простой и экономичный соединитель валов с наклонными осями фирмы Davall (рис. 7) обеспечивает нормальное функционирование:
■ до 45° при работе от ручного привода;
■ до 20° при электропередаче.
Жесткость при кручении обеспечивает большой вращающий момент, может использоваться при сжатии или растяжении.
Еще один тип — муфты-ограничители. Вращающиеся фрикционные муфты HUCO Vari-Tork (рис. 8) позволяют регулировать натяжение или величину крутящего момента, даже если нагрузка превышает установленное значение.
Простая и прочная конструкция состоит из последовательности стальных дисков сцепления, которые образуют внутреннюю часть,
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
и последовательности упорных колец, которые образуют корпус.
Прикладываемое давление распределяется между дисками и кольцами посредством натяжного приспособления. Чем больше вращается муфта, тем больше тенденция к уменьшению крутящего момента между внутренней частью и корпусом. Нагрузку можно прикладывать либо к стальной внутренней части, либо к корпусу из алюминиевого сплава. В каче-
стве ограничителя крутящего момента муфта Vaи-Tork размыкает цепь между источником питания и нагрузкой при достижении заданного уровня. В качестве натяжного устройства поддерживает натяжение волокна или ленты, воздействуя на подающую бобину.
В области электронных реле представляет интерес реле фирмы Бапох для защиты двигателей, обеспечивающее контроль за перегрузкой, асимметрией, повреждением, порядком
чередования фаз. В результате обеспечивается более надежная защита по сравнению с традиционными биметаллическими предохранителями.
Рассмотренные исполнительные устройства способны эффективно решать разнообразные задачи. Важно, чтобы были востребованы сильные стороны каждого из них. Хочется надеяться, что данный материал поможет этим изделиям найти своих потребителей.
