Двухфазные асинхронные исполнительные двигатели. Способы управления.
Исполнительными двигателями (ИД) называются электромеханические устройства, преобразующие электрический сигнал в механическое вращение вала. Такие двигатели являются очень важными элементами систем автоматики и телемеханики.
Требования:
отсутствие самохода – вращение при отсутствии сигнала управления;
широкий диапазон регулирования частоты вращения;
устойчивость работы во всем диапазоне угловых скоростей;
высокое быстродействие;
максимальная линейность механических и регулировочных характеристик;
Особенность ИД: практически никогда не работают в установившимся режиме. Характерны частые пуски, реверсы, остановы.
Конструктивно это закрытые машины, в большинстве случаев без вентилятора. (не нужен по причине малой эффективности)
В зависимости от питающего напряжения ИД подразделяются на три группы: асинхронные исполнительные двигатели (ИД); ИД постоянного тока; шаговые двигатели.
Асинхронные ИД это двухфазные двигатели с двумя обмотками (В – обмотка возбуждения; У – обмотка управления) на статоре, сдвинутыми в пространстве на 90 электрических градусов (рис. 1). Чтобы обмотки создавали вращающееся магнитное поле, необходим временной сдвиг токов обмотках. В зависимости от способа сдвига токов есть три способа управления ИД:
амплитудный (рис.1,а); фазовый (рис.1,б) и амплитудно–фазовый (рис.1,в).
При
амплитудном
управлении на обмотку возбуждения
подается напряжение
,
а на обмотку управления – напряжение
,
переменное по амплитуде и сдвинутое по
фазе относительно него на
.
Управление двигателем осуществляется
изменением величины напряжения
.
Отношение напряжения управления
к напряжению возбуждения
,
приведенному к числу витков обмотки
управления, называют эффективным
коэффициентом
сигнала
,
где
– коэффициент трансформации;
и
– эффективные числа витков обмоток
возбуждения и управления;
–
коэффициент сигнала.
Круговое
магнитное поле и максимальная частота
вращения имеют место только при
1.
При
–
поле эллиптическое, а частота вращения
меньше максимальной. При
–
поле пульсирующее; двигатель не вращается.
Реверс двигателя осуществляется за
счет изменения фазы напряжения управления.
При
фазовом
управлении на обмотку возбуждения
подается напряжение сети
,
а на обмотку управления – постоянное
по амплитуде напряжение, величина
которого равна приведенному напряжению
возбуждения
,
.
Регулирование частоты вращения
осуществляется изменением фазы напряжения
управления. За коэффициент сигнала
здесь принимается
.
И вновь: при
поле круговое, частота вращения
максимальная; при
поле эллиптическое, частота вращения
меньше максимальной. При
поле
пульсирует, частота вращения равна
нулю. При
двигатель изменяет направление вращения.
Амплитудно–фазовое
управление чаще всего реализуется как
конденсаторное. На первый взгляд этот
способ кажется амплитудным, однако, это
не так. Дело в том, что при изменении
амплитуды напряжения управления
,
изменяется частота вращения двигателя
,
изменяется ток возбуждения
,
а поскольку напряжение на обмотке
возбуждения
равно разности напряжения сети
и падения напряжения на конденсаторе
,
то оно изменяется как по величине, так
и по фазе
Коэффициентом
сигнала
здесь принято называть отношение
напряжения управления
к напряжению сети
:
.
Обычно
соотношения напряжений на обмотках и
емкость конденсатора выбирают из условия
получения кругового магнитного поля
при пуске двигателя. Коэффициент сигнала,
обеспечивающий это условие, обозначают
.
Поэтому при
поле круговое, при
–
эллиптическое, при
– пульсирующее.