Лекция №20

Асинхронные исполнительные двигатели

Для осуществления автоматического управления, регулирования или контроля во многих случаях требуется преобразование «электрического сигнала» в механическое вращение. При этом применяются исполнительные двигатели, в качестве которых часто используются асинхронные двигатели с двумя обмотками на статоре и короткозамкнутым ротором. Обмотки в пазах статора размещаются так же, как в однофазном двигателе, имеющем главную и вспомогательную фазы.

Обычные схемы включения асинхронных исполнительных двигателей приведены на рис. 3-98.

Рис. 3-98. Схемы включения асинхронных исполнительных двигателей.

Здесь одна из фаз статора называется обмоткой возбуждения (В), а другая фаза — обмоткой управления (У). Такие схемы позволяют пускать в ход и останавливать двигатель и регулировать его частоту вращения путем изменения напряжения U_У на обмотке управления; при этом обмотка возбуждения остается приключенной к сети.

В отличие от обычных асинхронных двигателей к исполнительным асинхронным двигателям предъявляется ряд особых требований:

1. отсутствие «самохода» (вращения двигателя после снятия сигнала управления);

2. изменение частоты вращения двигателя в широких пределах при изменении напряжения управления U_У по величине и фазе;

3. устойчивость работы при всех частотах вращения;

4. большой начальный пусковой момент;

5. линейность регулировочных и механических характеристик;

6. малая мощность управления;

7. быстродействие.

Под самоходом двигателя понимается его вращение после снятия сигнала (напряжения) с обмотки управления. Такого вращения (самохода) не должно быть. Двигатель должен быстро останавливаться после отключения обмотки управления. В противном случае он перестает быть управляемым. Для устранения самохода двигателя необходимо, чтобы обмотка его ротора имела большое активное сопротивление.

Обратимся к рис. 3-99, где показаны кривые моментов однофазного двигателя (включена только одна обмотка В): от прямого поля М', от обратного поля М" и результирующего М; здесь же показана кривая момента M_g двухфазного двигателя (включены обе обмотки В и У).

Рис. 3-99. Кривые моментов двигателя при различных активных сопротивлениях роторной обмотки. а — при малом сопротивлении; б — при большом сопротивлении.

Из рис. 3-99,а следует, что при отключении обмотки У работа двигателя переходит с кривой M_g на кривую М и двигатель будет продолжать вращаться в направлении вращения прямого поля, если момент М равен тормозящему моменту на его валу. Следовательно, в этом случае имеем самоход двигателя. Кривые тех же моментов двигателя, обмотка ротора которого имеет большое активное сопротивление, показаны на рис. 3-99,б. Из этого рисунка следует, что здесь самохода не будет, так как при отключении обмотки У работа двигателя переходит с кривой M_g (при скольжении ротора относительно прямого поля s_пр < l) на кривую М и двигатель быстро тормозится.

Асинхронные тахометрические генераторы

Тахометрические генераторы сокращенно называются тахогенераторами. Они служат для преобразования механического вращения в электрический сигнал (напряжение) и широко применяются в настоящее время в схемах различных автоматических устройств, в частности, для автоматизированного электропривода. Они могут также служить для измерения частоты вращения вместо обычных механических тахометров.

Наибольшее распространение из тахогенераторов переменного тока получили асинхронные тахогенераторы с немагнитным полым ротором, по выполнению не отличающиеся в основном от соответствующих исполнительных двигателей (см. рис. 3-100).

Принципиальная схема включения такого асинхронного тахогенератора показана на рис. 3-102.

Рис. 3-102. Схема включения асинхронного тахогенератора

Здесь также на статоре расположены две обмотки d и q, оси которых — продольная и поперечная — сдвинуты в пространстве на 90 эл. град.

К обмотке d подводится переменное напряжение U_d, имеющее постоянные амплитуду и частоту; тогда при вращении ротора тахогенератора на зажимах обмотки q возникает напряжение U_q. Это напряжение будет иметь ту же частоту, что и U_d, и практически будет изменяться пропорционально частоте вращения ротора.

Принцип действия асинхронного тахогенератора основан на следующем.

Будем считать, что к обмотке d подведено напряжение U_d = const при fi = const. Если при этом ротор неподвижен, то возникнет переменный магнитный поток, пульсирующий с частотой f₁ по оси обмотки d, аналогичный потоку трансформатора при короткозамкнутой вторичной обмотке. Роль последней в тахогенераторе выполняют контуры ротора, оси которых совпадают с осью обмотки d.

Если ротор вращается, то мы можем мысленно представить себе, что контуры с продольной осью как бы неподвижны в пространстве, так как на смену одним проводникам этих контуров непрерывно поступают другие. Следовательно, как и при неподвижном роторе, в них будут наводиться продольным потоком Ф_d э.д.с. трансформации e_dт, имеющие частоту f₁. Но теперь будем иметь также контуры, в которых будут наводиться э.д.с. вращения e_qвр, от пересечения проводниками магнитных линий потока Ф_d. Оси этих контуров будут совпадать с поперечной осью, и возникшие в них токи будут создавать поперечную н.с. и, следовательно, поперечный поток Ф_q.