Оценка способов регулирования асинхронного двигателя. Электрическое вращающиеся магнитное поле.

Момент скольжения связаны соотношением:

;

Рассмотрим возможности управления6

1. Напряжением питания.

Имеется в виду одновременное изменение всех фаз (2-х или 3-х фазный двигатель). От напряжения питания зависят магнитные потоки статора и ротора. Поток статора входит в коэффициент . Токи ротора зависят от наводимой ЭДС, которая зависит от потока статора, а значит так же пропорциональна напряжению питания. Таким образом момент пропорционален квадрату напряжения.

2. Изменение .

Менять можно только над нагрузкой и только машину с фазным ротором; управление скоростью неэкономично, используется только для пуска. Наиболее эффектным является частотное управление.

3. Частотное управление.

Такой способ применим только для маломощных машин, т.к. устройство большой мощности вырабатывающие 3-х фазное напряжение с регулируемой частотой очень дорогостоящим: сложности связаны с тем, что с изменением частоты меняется индуктивное сопротивление обмотки, поэтому для сохранения номинального потока, необходимо одновременно уменьшать и напряжение. Тем не менее данный способ применяется, т.к. частотное управление очень экономично и эффективно. Применяется, например, в системах стабилизации скорости в небольшом диапазоне.

Рис

Это единственный способ, позволяющий эффективно управлять ненагруженной машиной, т.к. синхронная скорость однозначно зависит от частоты питания.

4. Эллиптическое поле.

При симметричном напряжении питания вектор индукции поля статора вращается равномерно, т.е. с постоянной скоростью, и модуль вектора не изменяется, такое вращающиеся поле называется круговым. При этом скольжение при постоянной нагрузке так же постоянно, если по каким-либо причинам симметрия питающего напряжения нарушена, то конец вектора индукции статора описывает эллипс.

Угловая и мгновенная скорость магнитного поля меняется в течении оборота, при модуль минимален, максимальна, при наоборот. Пульсация скорости и модуля имеет удвоенную частоту питающей цепи. Ротор в силу механической энергии вращается с некоторой средней скоростью, она тем меньше, чем больше эллиптичность, когда эллипс вырождается в прямую линию поперечной составляющей поля нет, имеем пульсирующее поле, средняя скорость ротора равна 0. Меняя эллиптичность можно плавно регулировать скорость на ХХ. Аналитический точный анализ этого явления практически невозможен. В простейшем случае можно представить эллиптическое вращающееся магнитное поле в виде 2-х круговых вращающихся в разные стороны:

рис

Влияние сухого трения на механические свойства системы и на статическую ошибку.

Приведенная математическая модель кинематической цепи может быть представлена в виде набора абстрактных звеньев, образующих замкнутую систему автоматического регулирования с ООС. Прямая цепь системы содержит идеально дифференцирующее звено и два идеальных и интегрирующих звена, поэтому в целом имеется одно идеальное интегрирующее звено, значит система по отношению к углу является астатической, т.е. в установившемся режиме угол на выходе в точности равен углу на входе. Наличие вязкого трения на данную ситуацию не влияет. Это легко пояснить физически:

рис

ситуация резко меняется при наличие сухого трения, который может создавать момент при 0 скорости (состоянии покоя). Если на конус упругого стержня имеется сухое трение, то при его повороте за переднюю часть, задняя часть не сдвинется пока не будет преодолен момент, обусловленный сухим трением, т.е. возникает ошибка, не смотря на то, что линейная часть математической модели имеет астатизм. Аналогичная ситуация возникает, например, при ступенчатом воздействии на стержень. Совершив несколько колебаний происходит резкая остановка, при чем необязательно в положение соответствующее нулевой ошибке.

Рис

Исследование этого явления аналитическим методом очень сложно, необходим аппарат для исследования нелинейных систем. Например, методом фазовой плоскости. Наиболее применяемым и развитым в настоящее время применяется метод моделирования.

Сухое трение влияет только на ошибку состояния покоя. Но и на динамику системы, коэффициент вязкого трения ,при наличие сухого трения колебания быстро затухают, при изменении коэффициента вязкого трения на порядок в ту или иную сторону, ПП мало изменяется. В то же время, при вязком трении и отсутствии сухого трения колебательный процесс близок к незатухающему. Изложенное касается только простейшей модели, является лишь одним из звеньев замкнутой системы управления. Сухое трение имеет значительную величину в двигателях постоянного тока, из-за наличия коллектора и щеток, так же оно имеется в измерительных преобразователях угла поворота, а так же в любых сопрягаемых подвижных углах системы.

Рис

Ротор вращается в сторону большего кругового поля. Такой способ управления используется для 2-х фазных двигателей с полым немагнитном ротором, у которого механическая характеристика однозначна.

рис

таким образом невозможно управлять машиной с неоднозначной характеристикой, например, двигателя с ротором типа беличья клетка. Рассмотрим режим при пульсирующем поле, который можно представить в виде 2-х равных окружностях, вращающихся в разные стороны.

Рис

Пусть в данном случае, при включении, когда скорость равна 0, пусковой момент тоже равен 0, если подтолкнуть ротор в любую сторону, то вращающий момент начинает возрастать , а тормозящий уменьшаться, далее машина разгоняется до скорости ХХ близкой к синхронной. Это свойство широко используется в однофазных асинхронных двигателях, работающих от однофазной сети. Для автопуска в начальный момент создают поле с полостью пусковой обмотки , сдвинутой в пространстве относительно основной силовой. Временной сдвиг тока этой обмотки создают различными способами, а именно с полостью конденсатора, путем соответствующего различия, комплексного сопротивления по отношению к основной обмотке, её закорачивания ( т.е. выбором режима).