pdf.php@id=6159.pdf

яо одно из них будет сильнее, в результате чего развивается пусковой момент М и при М п > М „ двигатель пойдет в ход. При 2П= /ш7. направление вращения будет обратным по сравиеиию с двумя другими случаями.

Пусковые условия будут лучшими при включении емкости в пусковую фазу. Однако необходимая величина емкости С довольно велика, вследствие чего размеры и стоимость конденсатора также велики. Поэтому конденсаторный пуск применяется сравнительно редко, лишь при необходимости большого пус­ кового момента. Пуск с помощью индуктивного сопротивления дает наихудшие результаты и в настоящее время почти не используется. Чаще всего применяется пуск с помощью активного сопротивления. При этом обычно сама пусковая обмотка выполняется с повышенным активным сопротивлением (уменьшенное сечение обмоточного провода, а также намотка части витков катушек в бифиляр). Иногда

Рис. 30-6. Схемы включения и вид механических характеристик одно­ фазных асинхронных двигателей с пусковой обмоткой (о, б) и конденса­ торных (а, г)

применяются также схемы пуска, когда в одну фазу включается активное,' а в дру­ гую — индуктивноеили емкостное сопротивление.

После того как двигатель при пуске достигнет определенной скорости вра­ щения, пусковая обмотка отключится с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового .реле или вручную. При этом двигатель будет работать только с рабочей обмоткой, и относительно режима егр работы действительно все сказанное в | 30-1.

Типичный вид механических характеристик однофазных двигателей показан на рис. 30-6, а и б. Штриховая лиидя в области 0 < $< 0 ,2 5 соответствует вклю­ чению обеих обмоток, а штриховая линия в области 0,25 < «< 1 — включению только рабочей обмотки.

Для работы от однофазной сети могут быть использованы также трехфазные двигатели. К числу лучших схем включения таких двигателей относятся схемы рис. 30-7. Две нижние схемы рис. 30‘7 применяются в случае, когда выведены все шесть концов обмотки. Двигатели с соединением обмоток согласно схемам рис. 30-7 практически равноценны двигателям, которые спроектированы для работы как однофазные. Номинальная мощности При этом составляет 40—50% от мощности в симметричном трехфазном режиме. После окончания пуска фаза с пусковым сопротивлением' отключается.

Асинхронный конденсаторный двигатель (рис. 30-8) имеет на статоре две обмотки, которые обе являются рабочими, и в одну из этих обмоток включается емкость Ср, величина которой рассчитывается так, что при номинальной нагрузке

тельно выше, чем в однофазных двигателях с пусковой обмоткой, и почти такие же, как у трехфазных двигателей. Коэффициент мощности конденсаторного дви­ гателя ввиду наличия конденсатора выше, чем у трехфазных двигателей равной мощности.

Рис. 30-8. Схема асинхронного конденсаторного двигателя (л) н его векторная диаграмма при кру­ говом поле (б)

В СССР изготовляются однофазные двигатели единой серии с пусковым сопротивлением (АОЛБ), с пусковой емкостью (ДОЛГ) и конденсаторные с рабо­ чей и пусковой емкостью (АОЛД) мощностью от 18 до 600 вт. Двигатели с пуско­ вым активным сопротивлением применяются в стиральных и холодильных маши-

нах, доильных аппаратах, машинах для стрижки овец, центрифугах, для при­ вода мелких станков и т. д. Двигатели с конденсаторным пуском используются при повышенных требованиях к пусковому моменту (установки для кондициони­ рования воздуха, компрессоры н др.).

Величина рабочей емкости конденсаторного двигателя определяется из следующих условий (рис. 30-8).

Коэффициентом трансформации к называется отношение числа витков кон­

и токи /„, 1ь также сдвинуты по фазе на 90°.

Перемножив левые н правые части равенств (30-13) и (30-15), получим

Так-как напряжения фаз, так же как и токи, сдвинуты по фазе на 90°, то углы сдвига фаз между напряжением и током каждой обмотки при круговом поле равны:

1ь)= 4 ) = ф о б .

в результате чего равны также активные мощности фаз обмотки. Кроме того (рис. 30-8, а),

0а=6. бь+Ос= б

и сдвиг фаз между 1Ьи напряжением конденсатора составляет 90е. Согласно этим условиям построена векторная диаграмма (рис. 30-8, б). Нетрудно установить, что изображенные на ней треугольники токов и напряжений подобны и имеют углы, равные Ф„б-

На основании рис. 30-8, б напряжение на конденсаторе

откуда

Глава тридцать первая

АС И Н Х РО Н Н Ы Е М И К РО М А Ш И Н Ы

АВТО М А ТИ Ч ЕС К И Х УСТРОЙСТВ

Асинхронные исполнительные двигатели [7-11, 60, 61] широко применяются в системах автоматического управления. Они представляют собой асинхрон­ ные двигатели небольшой мощности (0,1—300 вт) с двухфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором (рис. 31-1). Одна из обмоток статора называется обмоткой возбуждения (В) и находится под постоянным напряжением [/„, а вто­ рая называется обмоткой управления (У) и питается напряжением 11„ величина

Рис. 31-1. Схемы включения асинхронных исполни­ тельных двигателей

(рис. 31-1, а и б) или фаза (рис. 31-1, в) которого изменяются под воздействием управляющего сигнала. В первом случае управление называется а н м в т у д - н ы м, а во втором — ф а з о в ы м . В обоих случаях напряжения 11в и Цу сдви­ нуты по фазе, в результате чего двигатель способен развивать вращающий мо­ мент.

Обычно к исполнительным двигателям предъявляются следующие требова­ ния: 1) отсутствие самохода, т. е. необходимость самоторможения н остановки двигателя при снятии 'напряжения управления С/у; 2) устойчивая работа во Всем диапазоне скоростей вращения; 3) изменение скорости вращения в широком диапазоне при изменении величины или фазы напряжения управления; 4) близ­ кие к линейным механические (М = / (п) при 11, — сопз!) и регулировочные (я = / ((/у) при М = сопз!) характеристики; 5) большая величина пускового момента; Б) малая мощность управления; 7) быстродействие; 8) надежность в ра­ боте; 9) малые габариты и вес.

Исполнительные двигатели строятся с таким расчетом, что круговое вра­ щающееся поле в них возникает только при пуске. Эго способствует получению большого пускового момента. Отсутствие самохода, устойчивая работа и линей­ ность характеристик достигаются выбором активного сопротивления ротора настолько большим, что критическое скольжение $т = 3 ч- 4. При этих усло­ виях кривые моментов прямой последовательности М, и обратной последова­ тельности Мг имеют вид, изображенный на рис. 31-2. Из рисунка видно, что при

снятии напряжения управления, когда токи прямой и обратной последователь­ ности равны (см. § 30-1), результирующий момент М — М1 + Л4а в рабочем диа­ пазоне скольжений (0 < « < 1) становится отрицательным, и поэтому при 1/у= 0

ротор исполнительного двигателя, в отличие от нормального двигателя при работе в однофазном режиме (см. $ 30-1), останавливается. Вместе с тем, увели­ чение сопротивления ротора исполнительного двигателя приводит к снижению

магнитным ротором не имеет внутреннего статора, так как роль магнитопровода выполняет сам ротор. Для улучшения технических показателей двигателя иногда внешнюю цилиндрическую поверхность ферромагнитного ротора или его днища (торцевые пробки) покрывают медью.

Двигатели с полым немагнитным ротором имеют малую механическую инер­ цию и поэтому обладают большим быстродействием. Однако величина немагнит­

ного зазора магнитной цепи, между внешним и внутренним статорами, у них получается большой (0,5—1,5 мм), что приводит к уменьшению к. п. д. и коэф­ фициента мощности и к увеличению габаритов и веса. Из-за последних двух факторов в ряде случаев преимущество этих двигателей в быстродействии те­ ряется. Эти двигатели также менее надежны в работе, чем двигатели с беличьей клеткой.

Двигатели с полым ферромагнитным ротором имеют весьма большое актив­ ное сопротивление ротора, и поэтому их к. п. д. еще ниже, чем у двигателей с полым немагнитным ротором.

Наиболее часто применяются двигатели с беличьей клеткой и полым немаг­ нитным ротором. Исполнительные двигатели изготовляются на номинальные частоты 50—1000 гц.

В некоторых системах автоматического управления используются управ­ ляемые двигатели, роторы которых не вращаются, а лишь поворачиваются в пре­ делах некоторого небольшого угла. Воздействие этих двигателей на управляемый

Фс

Рис. 31-5. Схема (а) асинхронного тахогенератора и рас­ пределение в роторе токов трансформации (б) и враще­ ния (в)

объект зависит от величины развиваемого ими вращающего момента, и такие двигатели называются м о м е н т н ы м и . Величина их момента также зависит от напряжения обмотки управления.

Асинхронные тахогенераторы. Тахогенераторы переменного тока можно вы­ полнить в виде небольших синхронных генераторов, величина э. д. с. которых при постоянном потоке возбуждения попорциональна скорости вращения. Однако такие тахогенераторы имеют переменную частоту, что является их существенным недостатком. В связи с этим применяются асинхронные тахогенераторы (рис. 31-5), устройство которых вполне аналогично устройству исполнительного двигателя с полым ротором.

Обмотка возбуждения В тахогенератора питается от сети переменного тока с / = сопз! и создает пульсирующий поток Фв. При неподвижном роторе (рис. 31-5, б) этот поток индуктирует в роторе э. д. с. трансформации, в ре­ зультате чего в роторе возникают токи, которые создают магнитный поток, дей­ ствующий по оси обмотки возбуждения. Этот поток с сигнальной обмоткой С не сцепляется, так как эта обмотка сдвинута относительно обмотки В на 90°. Поэтому при п — 0 напряжение сигнальной обмотки (/с = 0. При вращении ротора в ием индуктируется также э. д. с. вращения, в результате чего в роторе возникает также Другая система токов (рис. 31-5, в), которая создает поток Фс, сцепляющийся с сигнальной обмоткой. Этот поток пульсирует с частотой тока

прибора, или элемента системы автоматического регулироваиия.

§ 31-2. Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся, или поворотные, трансформаторы [7—11] применяются в авто­ матических и счетно-решающих устройствах для получения напряжений пере­ менного тока, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота а ротора трансформатора или пропорциональных самому углу поворота.

По своей конструкции вращающийся трансформатор подобен асинхронному двигателю с фазным ротором и имеет на статоре и роторе симметричные двухфаз­ ные обмотки со сдвигом в пространстве на 90° эл. (рис. 31-6). Концы обмотки ротора выводятся наружу с помощью щеток или при ограниченном угле поворота также с помощью гибких проводников.

Вследствие сдвига обмотки на 90° эл. взаимная индуктивность между фазами обмотки статора, как и между фазами обмотки ротора, равна нулю. В то же время взаимная индуктивность между фазами обмоток статора и ротора должна с возможно большей точностью меняться в зависимости от угла а по синусоидальному закону. Для этого стремятся

‘х.с

%грг

к тому, чтобы-формы кривых магнитных полей обмоток были по возможности ближе к синусоидальной и э. д. с., индуктируемые высшими пространственными гармониками поля, были минимальны. Жесткие требования предъявляются к точности изготовления и качеству магнитопрбвода. Нередко применяются синусные обмотди (см. § 22-4). В ряде случаев максимальная погрешность вос­ произведения функций 51П а и созо не превышает 0,02—0,03%

Обмотка статора 1с (рис. 31-6) является обмоткой возбуждения и приклю­ чается к сети переменного тока со стабилизированным напряжением. Поток

соза. При подключении к одной или обеим обмоткам ротора нагрузки в них возникают токи, создающие в машине вторичное магнитное поле. Индуктируемые этим полем э. д. с. могут исказить синусную и косинусную зависимости вторич­ ных напряжений от угла поворота. Во избежание этого необходимо иметь в це­ пях вторичных обмоток равные сопротивления нагрузки 2нГ. ра — 2Нг. Р1 либо замкнуть вторичную обмотку статора 2с на сопротивление 2,. с, величина которого равна внутреннему сопротивлению источника питания обмотки 1с. В обмотке

и направлены встречно. При этом в обмотках синхронизации не возникает ника­ ких токов и электромагнитные моменты сельсинов равны нулю. Если же роторы сельсинов будут занимать неодинаковое положение и поэтому так называемый у г о л р а с с о г л а с о в а н и я

Рд Рп

будет не равен нулю, то указанные выше равенства э. д. с. нарушатся, в обмот­ ках синхронизации возникнут токи и на роторы сельсинов будут действовать электромагнитные моменты М х и М п. Более подробный анализ этого вопроса показывает, что моменты датчика и приемника имеют разные знаки и оба дей­ ствуют в направлении уменьшения угла рассогласования др. Если бы момент со­ противления на валу сельсина-приемника был равен нулю, то ДР = 0 и ротор

Рис. 31-9. Устройство бесконтактного сельсина

этого сельсина в точности воспроизводил бы движения ротора сельсина-датчика, притом не'только в режиме медленного поворота ротора, но и при его вращении с определенной скоростью. В действительности на ротор сельсина-приемника действуют определенные, хотя и небольшие тормозные моменты. Эго моменты от трения в подшипниках, на контактных кольцах и о воздух в сельсине, а также небольшой момент сопротивления механизма, соединенного с валом сельсинаприемника (стрелка или шкала указательного прибора — индикатора, движок небольшого реостата и др.). Поэтому всегда существует небольшая ошибка Д|1 в передаче угла. Некоторая ошибка возникает также в результате различных неточностей в изготовлении сельсинов, зубчатого строения их ротора и т. д. Сельсины различных классов точности имеют максимально допустимые значения углов рассогласования (ошибок) в пределах 0,25—2,5°. Мак­ симальный момент сельсинов-приемников обычно находится в пределах

200—2000 ес-см.

Используются также другие схемы включения и режимы работы сельсинов [ 7 - 1 1 , 62].

Бесконтактные сельсины (рис. 31-9), предложенные А. Г. Иосифьяиом в А. Б. Свечарником в 1938 г., имеют то преимущество, что отсутствие скользя­ щих щеточных контактов увеличивает надежность работы сельсинов и уменьшает их погрешности вймду уменьшения потерь на трение. В таких сельсинах обе об­ мотки размещаются на статоре I, а ротор 3 не имеет обмоток. Обмотки синхро­ низации 5 этого сельсина располагаются на статоре, который по своей конструк­ ции аналогичен статору асинхронного двигателя. Обмотка возбуждения 2 имеет вид кольцевых коаксиальных катушек, охватывающих ротор. Особенностью уст­