6.1.4. Двухфазный асинхронный двигатель как элемент исполнительных механизмов

В маломощных следящих системах и исполнительных механизмах широко применяют двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Мощность усилителей, необходимая для управления этими двигателями, меньше мощности самих двигателей, так как часть мощности двигатель непосредственно получает от источника переменного тока, подключенного к обмотке возбуждения через фазосдвигающий конденсатор C рис. 6.10.

Маломощные двухфазные асинхронные двигатели АДП с полым ротором (0,67 – 19 Вт) при частотах 50 – 500 Гц, обладают малым моментом инерции и, следовательно, допускают большие ускорения. Двухфазные асинхронные двигатели АПН с мощностями 50 – 400 Вт являются наиболее совершенными. Они обладают небольшим моментом трения.

Рис. 6.10

В цепи обмотки управления (ОУ) двигателя используется двухтактный транзисторный усилитель переменного тока.

Анализ динамики асинхронного двигателя значительно сложнее анализа динамики двигателя постоянного тока, в частности, из-за криволинейности механических характеристик (рис. 6.11). При анализе динамических свойств такого двигателя обычно пренебрегают электромагнитными переходными процессами в обмотках из-за их кратковременности по сравнению с механическими переходными процессами вращающихся масс. Механические характеристики асинхронного двухфазного двигателя заменяются прямыми (пунктир на рис. 6.11) и предполагается, что передаточная функция имеет такой же вид, как для двигателя постоянного тока. Тогда

,

если выходной величиной является скорость вращения, либо

,

если выходной величиной является угол поворота.

Рис. 6.11. Механические характеристики асинхронного двухфазного двигателя

Во всех случаях входной величиной считается напряжение на обмотке управления; Т_м – постоянная времени отдельно взятого двигателя.

Величина Т_м, приводимая в справочных данных, чаще всего дается применительно к прямолинейной механической характеристике, проведенной через точки _x и М_п (см. рис. 5.5), соответствующие номинальному напряжению U_y управления, т. е. согласно формуле (6.4)

,

где J – момент инерции ротора.

Как и для двигателя постоянного тока, величина Т_м пропорциональна наклону механических характеристик. Однако в отличие от характеристик двигателя постоянного тока, характеристики асинхронного двухфазного двигателя не параллельны друг другу. Поэтому, если работа двигателя происходит при малых значениях U_y, то Т_м следует определять по механическим характеристикам, лежащим вблизи начала координат на рис. 5.5. В результате Т_м получается больше, так как отношение скорости холостого хода к пусковому моменту выше для характеристик, соответствующих меньшим значениям U_y. Для определения электромеханической постоянной времени двигателя совместно с выходным каскадом усилителя переменного тока и с приводимым в движение объектом может, использоваться формула, аналогичная второму соотношению (6.4):

. (6.6)

Для расчета Т_м’ по формуле (6.6) следует располагать величинами скорости холостого хода _х’ и пускового момента М_п' двигателя совместно с усилителем, так как обе эти величины зависят от усилителя.

В качестве выходных каскадов усилителей переменного тока, от которых осуществляется питание асинхронного двухфазного двигателя, обычно применяются полупроводниковые и магнитные усилители.

Основным достоинством асинхронных двухфазных двигателей является высокая надежность благодаря отсутствию коллекторно-щеточной системы. В системах автоматического регулирования, где от двигателя необходимо получать мощность примерно до 100 Вт, применяются обычно такие двигатели. При значениях мощности, начиная с сотен Ватт и выше, применение асинхронных двухфазных двигателей становится практически невозможным из-за низкого КПД (примерно 25–30%) и резкого увеличения перегрева с ростом номинальной мощности.