17.8 Асинхронные исполнительные двигатели

В системах автоматики находят широкое применение асинхронные исполнительные двигатели. Они предназначены для преобразования электрических сигналов, поступающих на его обмотки, в механическое вращение, осуществляющее определенное воздействие на соответствующие элементы автоматических устройств.

Асинхронные исполнительные двигатели выполняются с короткозамкнутым ротором и имеют на статоре две обмотки, магнитные оси которых сдвинуты в пространстве на электрический угол, равный 90°. Одна из обмоток статора, называемая обмоткой возбуждения ОВ, постоянно подключена к напряжению (рис. 17.6); другая обмотка, называемая обмоткой управления ОУ, подключается к напряжению U_y, которое может изменяться или численно (рис. 17,6 а), или по фазе (по отношению к U_B) (рис. 17.6 б). В зависимости от напряжения, подводимого к обмотке управления, и его фазы изменяется частота вращения ротора исполнительного двигателя. В первом случае управление двигателем называется амплитудным, а во втором - фазовым. Находит также применение управление, при котором у напряжения U_у изменяется как амплитуда, так и фаза. Такое управление называется амплитудно-фазовым. Во всех трех случаях регулирование частоты вращения происходит за счет образования несимметричного эллиптического магнитного поля.

Рис. 17.16. Схемы подключения асинхронных исполнительных двигателей: ФСУ — фазосдвигающее устройство; ФВ — фазовращатель

К исполнительным двигателям предъявляется ряд специфических требований, главными из которых являются:

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

2) возможность регулирования частоты вращения в широких пределах;

3) линейность механических и регулировочных характеристик;

4) малая мощность управления;

5) большой начальный пусковой момент;

6) устойчивость работы во всем диапазоне частот вращения;

7) быстродействие и т, д.

Для того чтобы двигатель был управляемым, т. е. чтобы его ротор вращался только при наличии сигнала в обмотке управления (U_у≠0), у него должен отсутствовать самоход. При (U_у=0и и U_B≠0 двигатель, будет включен как однофазный и для отсутствия самохода его результирующий момент, равный алгебраической сумме моментов от магнитных полей прямой М' и обратной М" последовательностей (см. гл. 44), при скольжениях от 0 до 1 должен быть, отрицательным, т.е. тормозным (рис. 46.2). Получить это можно, если увеличить активное сопротивление обмотки ротора исполнительных двигателей таким образом, чтобы s_кp>l. Обычно s_кр=2 6. Поэтому при переходе в однофазный режим (при U_y=0) ротор двигателя будет быстро останавливаться.

Рис. 17.17. Зависимости M’=f(s), M"=f(s) и M=f(s) исполнительного асинхронного двигателя при U_y=0

Увеличение активного сопротивления обмотки ротора способствует также получению более близких к линейным механических и регулировочных характеристик, расширению диапазона регулирования частоты вращения, устойчивости работы и т. д. Однако при увеличении активного сопротивления обмотки ротора возрастают электрические потери в этой обмотке и снижается КПД двигателя.

Асинхронные исполнительные двигатели выпускаются на небольшие мощности и имеют несколько разновидностей в зависимости от выполнения ротора: с обмотки в виде беличьей клетки, с полым немагнитным ротором и полым ферромагнитным ротором.

Ротор с беличьей клеткой имеет обычную конструкцию. Для увеличения сопротивления клетка выполняется из материалов с повышенным удельным сопротивлением (латунь, бронза и др.). Недостатком такого ротора является большой его момент инерции, что снижает быстродействие двигателя.

Значительно меньший момент инерции имеет полый ротор, который выполняется в виде тонкостенного стакана, с одной торцевой стороны насаженного на вал (рис. 17.8). Немагнитный полый ротор / изготовляется из алюминиевого сплава. Толщина его стенок 0,2-1 мм. Полый ротор, закрепленный на валу, вращается в зазоре между внешним 2 и внутренним 3 статорами. На внешнем статоре располагаются обмотки 4, а внутренний статор служит для уменьшения магнитного сопротивления в контуре главного магнитного потока. Как внешний, так и внутренний статор собирается из листов электротехнической стали, покрытых лаком Воздушным зазором в двигателе с полым немагнитнитным ротором следует считать зазор между внутренним и внешним статорами. Он относительно велик: 0.5-1,5 мм. Вследствие этого такие двигатели имеют увеличенный ток холостого хода; он составляет 0,8-0,9 номинального тока.

Рис. 17.18. Схема исполнительного асинхронного двигателя с полым ротором

Это приводит к увеличению габаритов двигателя и снижению его КПД

|Иногда полый ротор выполняется ферромагнитным (стальным). В этом случае внутренний статор не требуется, 1так как магнитный поток замыкается по стенкам ротора (толщина его стенок 0,5-3мм). Конструктивно двигатели 1с ферромагнитным ротором получаются проще, чем двигатели с полым немагнитным ротором.

У двигателей с ферромагнитным полым ротором активное сопротивление ротора весьма значительно, так как сдельное сопротивление стали больше, чем меди и алюминия- кроме того, оно возрастает из-за эффекта вытеснения тока к внешней цилиндрической поверхности ротора. Поэтому КПД таких двигателей еще ниже, чем двигателей с полым немагнитным ротором. Уступают они им и по быстродействию. Иногда для уменьшения активного сопротивления ротора производят его омеднение.